Abfallprodukt aus Holzindustrie oder wertvolles Biomaterial? Baumrinde als Rohstoff für Taschen, Möbel und Glasuren

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Für den Baum ist sie überlebenswichtig. In der Holzindustrie gilt sie als Abfallprodukt: Rinde. Eine Forscherin vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung hat nun untersucht, wie sich das Biomaterial für Textilien, Architektur und Design verarbeiten lässt, anstatt es einfach zu verbrennen.

Kanus der Indígenas des Amazonasgebiets waren daraus gefertigt, ebenso wie die Hütten der Holzfäller in bestimmten Regionen Österreichs im 19. Jahrhundert. Überhaupt war Baumrinde in den vergangenen Jahrhunderten ein weit verbreiteter Werkstoff. Doch das ist lange her.

Heutzutage wird Rinde als Bau- oder Designmaterial kaum noch genutzt, sondern als wenig wertvoller Abfall erachtet und entsorgt. So kommt es, dass von den vier Millionen Kubikmetern Rinde, die jährlich in deutschen Sägewerken anfallen, 44 Prozent zur Energie- und Wärmegewinnung verbrannt werden. Oder sie landet als Mulch in Gartencentern. Nur 19 Prozent der Holzabfälle werden als Zusatzstoffe für Spanplatten recycelt. „Ursache dafür, dass solche Biomaterialien in der Bauwirtschaft und im Design kaum eine Rolle spielen, ist, dass wenig Wissen über ihre Struktur und die daraus resultierenden Eigenschaften vorhanden ist und somit auch nicht über ihre Verarbeitung und Anwendungen“, sagt Charlett Wenig vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. Die Rinde macht 10 bis 20 Prozent des Gesamtvolumens eines Baumes aus.

Bäume schälen zu Forschungszwecken

Mit ihrer Dissertation „Sustainable Tree Bark Objects by Combining Science and Design“ unternahm Wenig erste Versuche, mehr Wissen über Rinde und deren Anwendungsmöglichkeiten zu sammeln: Sie untersuchte die Eigenschaften von Baumrinden mit naturwissenschaftlichen Methoden und leitete Verarbeitungsmethoden sowie Anwendungen ab. Als Material wählte Wenig Rinde der brandenburgischen Waldkiefer, der Stieleiche, der Europäischen Lärche und der Europäischen Weißbirke. Da sie für ihre Forschungszwecke große Stücke benötigte, musste sie die Rinde in schwerer Handarbeit selbst rundherum vom Stamm schälen. „Auf die Rinden aus dem Sägewerk konnte ich nicht zurückgreifen, weil dort die Rinden in kleine Stücke zerkleinert werden“, sagt die Forscherin.

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Gepresste Platten, ohne chemische Zusätze

Nach dem Trocknen der Rinden unterzog Wenig sie verschiedenen Verarbeitungsverfahren. Das erste Verfahren war, die Rinden miteinander zu verpressen mit dem Ziel, Rindenplatten herzustellen, die mit konventionellen Verarbeitungsmethoden wie dem Sägen, Fräsen und/oder Bohren weiterverarbeitet werden können. Dafür wurden zwei Rindenstücke mit der Borkenseite zueinander im 90-Grad-Winkel übereinadergelegt und durch Druck und Hitze bei etwa 90 Grad Celsius verpresst.

Das Ergebnis: Mechanische Tests zu Biegesteifigkeit und -festigkeit sowie Querzugfestigkeit ergaben ähnliche Werte wie bei Spanplatten und das komplett ohne Einsatz von chemisch hergestellten Leimen, nur aufgrund der internen Klebeeigenschaften der Rinden. Wobei für eine optimale Verbindung der Wassergehalt der Rinde entscheidend ist – sie darf weder zu trocken noch zu feucht sein. „Durch das Verpressen entstanden Platten, die im Möbelbau als Regal- und Tischplatten zum Einsatz kommen könnten, da sie sich sägen, fräsen und bohren lassen. Zudem weisen sie eine Oberflächenqualität auf, die mit geschliffenen Oberflächen von Massivholz vergleichbar sind“, erläutert Wenig.

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Kleidung aus Rindenfasern getestet

Das zweite Verfahren war die Behandlung der Rinden mit einer Glyzerin-Wasser-Lösung, um sie zu flexibilisieren. Während Stieleiche und Europäische Weißbirke sich nicht flexibilisieren ließen und die Europäische Lärche nur teilweise, verliefen die Versuche mit der brandenburgischen Kiefer vielversprechend. Zusammen mit Johanna Hehemeyer-Cürten von der Berliner Kunsthochschule Weißensee gelang es der Forscherin, eine Jacke und einen Rock aus verwobener Kiefernrinde zu nähen sowie Highheels, Sandalen und einen knöchelhohen Schuh mit Rinde zu besohlen.

Hintergrund für diese Experimente ist, dass die Borke den Baum schützt – vor Hitze, Kälte – und Wenig herausfinden wollte, ob Rinde solche Schutzfunktionen in Form von Kleidung auch für den Menschen bieten könnte. „Aufgrund meiner Forschungsergebnisse sehe ich das Potenzial von Rinde aber nicht in der Produktion von Bekleidung, sondern eher für Accessoires wie Taschen, Schuhe und Schmuck oder im Bereich des Designs für Interieur, als Verpackungsmaterial und temporäre, leichte Architektur“, resümiert die studierte Industriedesignerin. Passend dazu wurde aus flexibilisierter Kiefernrinde eine begehbare Kugel gefertigt, die ein Gefühl für Architektur aus Baumrinde vermittelt.

Besonders ihre Versuche, Rinde zu flexibilisieren, zeigten, dass Rinde nicht gleich Rinde ist: Die Analyse der Materialstrukturen der vier untersuchten Baumrinden offenbarten die Unterschiedlichkeit der Rinden. Diesbezüglich zu validen Ergebnissen zu gelangen, war nur mit naturwissenschaftlichen Methoden möglich, wie der Micro-Computertomografie, die zerstörungsfreie 2D- und 3D-Strukturanalysen im Mikrometer-Bereich zulässt. Auf Grundlage solcher Ergebnisse lassen sich Anwendungen ableiten, die in der Praxis Bestand haben und dem bislang als wertlos angesehenen Abfallprodukt Rinde einen Mehrwert verleihen.

Aus Asche verschiedenfarbige Glasuren herstellen

Da Rinde derzeit größtenteils verbrannt wird und deshalb riesige Mengen Asche zurückbleiben, untersuchte Wenig als drittes Verfahren die Herstellung von Glasuren mit Rindenasche. Dies ist ein naheliegendes Anwendungsgebiet, da bei bestimmten Verfahren der Glasurherstellung ohnehin Asche verwendet wird. Mithilfe der Massenspektroskopie analysierte die Forscherin die chemische Zusammensetzung der Aschen von Fichte, Kiefer, Europäischer Lärche, Europäischer Birke und der Stieleiche.

Es zeigte sich, dass auch die chemische Zusammensetzung der Rinden divergierte, was in den verschiedenen Farbtönen der Glasuren sichtbar wurde. Die Farbpalette ihrer Glasuren reichte von beige über gelb und rosa bis hin zu dunkelbraunen Tönen. „Aus meiner Designperspektive war das Ergebnis ganz überzeugend. Aus industrieller beziehungsweise kommerzieller Sicht eher nicht, da sich die Farbtöne nicht eins zu eins reproduzieren ließen und Waren in einer Konsumwelt, die dem Standard frönt, dass ein Produkt haargenau dem anderen zu gleichen hat, schwer zu vermarkten sind“, urteilt Wenig. Mit ihrer Arbeit möchte sie einen Impuls geben, die Designausbildung auch auf eine naturwissenschaftliche Grundlage zu stellen. „Um zu einem Verständnis über Biomaterialien wie die Rinde zu gelangen und ihr Potenzial als nachhaltiges Bau- und Designmaterial zu erschließen, müssen sie mit naturwissenschaftlichen Methoden untersucht werden“, betont die Forscherin.

Dissertation: Charlett Wenig: Sustainable Tree Bark Objects by Combining Science and Design, Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin, Berlin 2023

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