Härter als Edelstahl Forscher stellen Messer und Nägel aus Holz her

Mit einem simplen Verfahren lässt sich Holz extrem härten. Wissenschaftler in den USA haben mit der Methode überraschend robuste Nägel und Tafelmesser hergestellt, die dreimal schärfer sind als Messer aus Edelstahl.
Messer auf dem Holzweg: kostengünstig und nachhaltig

Messer auf dem Holzweg: kostengünstig und nachhaltig

Foto: Bo Chen / dpa

Küchenmesser hat jeder dutzendfach bei sich zu Hause. Manchmal bestehen sie aus Keramik, in den allermeisten Fällen aber aus einer Stahllegierung. Diese lässt sich aufgrund ihrer Eigenschaften, etwa der Härte, zu scharfen Klingen verarbeiten. Aber die Herstellung von Stahl ist nicht nur aufwendig und teuer, sondern verschlingt auch jede Menge Energie.

Einfacher ginge es mit Holz. Es ist biologisch abbaubar, wächst in der Natur und auch die Herstellung von Holzmessern ist leicht. Aber aufgrund mangelnder Härte war es mit der Schärfe nicht weit her – bisher.

Forscher haben nun eine Härtungsmethode entwickelt, die Holz besonders widerstandsfähig macht. Das Potenzial demonstrieren das Team um Teng Li von der University of Maryland in College Park im Fachblatt »Matter«  anhand von Nägeln und einem Messer, das dreimal schärfer sein soll als gewöhnliche Tafelmesser aus Edelstahl. Die Methode sei kostengünstig und erlaube die Wiederverwendung der Messer oder anderer Werkzeuge, heißt es.

Am Beispiel von Lindenholz demonstrieren die Materialforscher, dass das von ihnen entwickelte, recht simple Verfahren Holz um den Faktor 23 härter macht. Generell werde Holz bei der Herstellung mit Dampf und Druck bearbeitet – für viele Zwecke sei das allerdings nicht ausreichend. Das begründen sie damit, dass Zellulose, der Hauptbestandteil von Holz, zwar hervorragende mechanische Eigenschaften habe, aber nur knapp die Hälfte des Gewichtsanteils ausmache. Daher gelte es, andere Bestandteile wie Hemicellulose und Lignin zu entfernen, ohne das Zellulose-Gerüst zu zerstören. Lignin sind große Moleküle, die in der pflanzlichen Zellwand eingelagert sind und die Verholzung bewirken. Auch Hemicellulose finden sich in pflanzlichen, vor allem verholzten Zellwänden.

»Unser derzeitiger Gebrauch von Holz schöpft das volle Potenzial kaum aus«, wird Li in einer Mitteilung der Zeitschrift zitiert. Er erläutert das Grundprinzip seiner Methode: »Der Prozess besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt entfernen wir einen Teil des Lignins. Danach wird das eigentlich sehr steife Holz weich, flexibel und etwas schwammig. Im zweiten Schritt wenden wir bei dem verarbeiteten Holz Druck und Hitze an, um es zu verdichten und das Wasser zu entfernen.«

»Auch diese Messer lassen sich oft verwenden, wenn man sie regelmäßig schärft und pflegt.«

Danach wird das Holz in die gewünschte Form gebracht und mit Mineralöl behandelt, damit es wasserabweisend ist. So würden etwa Messer ihre Schärfe auch nach regelmäßigem Spülen lange behalten. Untersuchungen unter dem Mikroskop belegen demnach, dass die Methode Kanäle und Poren in dem gehärteten Holz weitgehend verschwinden lässt. Die Forscher maßen sowohl den Härtegrad des Holzes als auch die Schärfe der Messer.

In Videos schneiden sie mit einem Holzmesser durch ein Steak und hämmern einen Holznagel durch drei übereinandergelegte Bretter aus Lindenholz. Neben den ökologischen Vorteilen, schreiben sie, seien die Holznägel im Gegensatz zu konventionellen Produkten rostfrei.

»In der Küche haben wir viele Holzgeräte, die wir sehr lange nutzen, etwa Schneidebretter, Essstäbchen oder Nudelhölzer«, sagt Li. »Auch die Messer lassen sich oft verwenden, wenn man sie regelmäßig schärft und pflegt.« Allerdings ist nicht bekannt, wie oft die Messer nachgeschärft werden müssen. Denn qualitativ gute Messer zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie ihre Schärfe lange halten. Mit ihrem Verfahren wollen die Materialforscher weitere Anwendungen von gehärtetem Holz ermöglichen, etwa für besonders widerstandsfähige Fußböden.

Im Detail läuft der Härtungsprozess folgendermaßen ab: Nachdem das Holz in eine gewünschte Blockgröße gebracht ist, soll zunächst eine chemische Behandlung Hemicellulose und Lignin weitgehend entfernen. Dazu werden die Blöcke so lange in eine wässrige Lösung mit etwas Natriumhydroxid (NaOH; fünf Prozent Gewichtsanteil) und Natriumsulfit (Na2SO3; 2,5 Prozent) gelegt, bis die Poren sich vollgesaugt haben und das Holz zu Boden sinkt.

Danach wird die Lösung bei 100 Grad Celsius zum Kochen gebracht – je nach gewünschter Härtung für zwei bis sechs Stunden. Um die Chemikalien und das restliche Lignin zu entfernen, wird das Holz dann mit demineralisiertem Wasser abgespült. Danach werden die Blöcke bei Raumtemperatur mehrere Stunden lang gepresst, um den Großteil des Wassers zu entfernen, und schließlich werden sie bei 105 Grad erhitzt, bis sie völlig trocken sind. Dann wird das gehärtete Holz 48 Stunden in – bei Bedarf lebensmittelechtes – Mineralöl getaucht, damit es wasserabweisend wird.

joe/dpa
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