Erschließung des Potenzials von transparentem Holz für Häuser und Gebäude durch spektralphotometrische Analyse

Holz wird seit Tausenden von Jahren als Baumaterial geschätzt. Stark, biegsam und wirtschaftlich, ist Holz ein integraler Bestandteil von einfachen Häusern bis hin zu den beeindruckendsten Beispielen architektonischen Talents, die je geschaffen wurden. Aber Holz hat auch einige Nachteile: Es verrottet, es blockiert das Licht, und es dient als schmackhafte Mahlzeit für eine Reihe von Tieren. Doch nun eröffnen Wissenschaftler neue Möglichkeiten des Bauens, indem sie transparentes Holz schaffen, das viele dieser Mängel ausgleicht. Und die spektralfotometrische Analyse wird eine wesentliche Rolle dabei spielen, das Beste aus diesem revolutionären neuen Material zu machen und uns dabei helfen, das Potenzial von transparentem Holz für Häuser und Gebäude zu nutzen.

Lignin verleiht dem Holz von Natur aus eine charakteristische vergilbende Farbe. Indem sie das Lignin chemisch entfernen, können die Forscher eine weiße Basis schaffen, die mit transparentem Epoxidharz gefüllt werden kann. Bildquelle: Unsplash Benutzer Andrew Collins

Wie transparentes Holz hergestellt wird

Transparentes Holz wird hergestellt, indem zunächst das Lignin - der Stoff, der für die gelbliche Farbe des Holzes verantwortlich ist - durch chemische Verfahren entfernt wird, die denen bei der Papierherstellung ähneln. "Wenn das Lignin entfernt wird, wird das Holz schön weiß. Da Holz aber nicht von Natur aus transparent ist, erreichen wir diesen Effekt durch eine Anpassung im Nanobereich", sagt Lars Berglund vom Wallenberg Wood Science Center an der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm (KTH).1 Diese Anpassung erfolgt in Form von Epoxid-Injektionen in die Kanäle oder Adern des Holzes. "Die winzigen Fasern, die die Wände der Kanäle bilden, machen das Holz so robust", sagt Dr. Liangbing Hu, Forscher an der University of Maryland. "Wir stören diese Kanäle nicht und können so zum ersten Mal die Rückgratstruktur des Holzes erhalten und es transparent machen, während wir es gleichzeitig stärker machen."2 Das Ergebnis ist ein Produkt, das nicht nur transparent, sondern auch widerstandsfähiger als herkömmliches Holz ist und mit der richtigen Technik sogar stärker als Stahl sein könnte.

Warum transparentes Holz wichtig ist

Transparentes Holz ist nicht nur eine Neuheit. Vielmehr könnte es die Bauindustrie revolutionieren, indem es den Bau energieeffizienterer Gebäude ermöglicht. Da Holz eine wesentlich bessere Wärmedämmung als Glas bietet, könnte transparentes Holz dazu beitragen, dass Häuser im Sommer kühler und im Winter wärmer bleiben, während es gleichzeitig Licht hereinlässt und den Bedarf an künstlichem Licht, Heizung und Kühlung verringert. Gleichzeitig könnte das Material aufgrund seiner neuen optischen und strukturellen Qualitäten weniger umweltfreundliche Optionen ersetzen. "Holz ist das bei weitem am häufigsten verwendete biobasierte Material in Gebäuden", sagt Berglund. "Es ist attraktiv, dass das Material aus erneuerbaren Quellen stammt. Außerdem bietet es hervorragende mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, Zähigkeit, geringe Dichte und niedrige Wärmeleitfähigkeit.

Die vielleicht wichtigste Eigenschaft des neuen Holzes ist jedoch seine potenzielle Verwendung in Solarzellen, die dadurch ermöglicht wird, dass das neue Holz zwar transparent, aber nicht klar ist. Die ausgezeichneten Durchlässigkeitseigenschaften und die optische Trübung des Materials, die durch die Epoxidfüllung erreicht werden, könnten genutzt werden, um die Leistung von Solarzellen zu verbessern, die Energieerzeugung zu steigern und die Abhängigkeit von knappen natürlichen Ressourcen zu verringern. "Wenn man das transparente Holz vor einer Solarzelle anbringt, wird mehr Licht absorbiert, und der Wirkungsgrad kann um bis zu 30 % steigen", erklärt Hu.

In einer Zeit, in der 27 % des weltweiten Energieverbrauchs und 17 % der Kohlendioxidemissionen auf Wohnhäuser entfallen, kann transparentes Holz Hausbesitzern die Möglichkeit geben, wichtige und sinnvolle Schritte zu unternehmen, um ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern.3

Die Lichtdurchlässigkeit und die Trübung von transparentem Holz können genutzt werden, um die für Solarzellen verfügbare Lichtmenge zu erhöhen und so den Wirkungsgrad um bis zu 30 % zu steigern. Bildquelle: Unsplash-Nutzer Asia Chang

Spektralphotometrische Transmissionsmessung kann helfen, das Potenzial von transparentem Holz für Häuser und Gebäude zu erkennen

Wenn sich transparentes Holz auf dem Markt durchsetzt, werden ästhetische Überlegungen für die Verbraucher oberste Priorität haben: Wie sieht das Holz aus und ist es konsistent? Transmissionsspektralphotometer werden bei der Überwachung von Farbe und Aussehen von transparenten Holzprodukten für den gewerblichen und privaten Gebrauch eine wichtige Rolle spielen, um die optische Konsistenz zu gewährleisten und den Herstellern zu helfen, optisch ansprechende Produkte zu entwickeln.

Die spektrophotometrische Analyse geht jedoch über die rein ästhetische Bewertung hinaus. Durch die Messung der Lichtdurchlässigkeit und der Trübung können die Forscher den Lichteinfall und den Lichteinfang in das Material modulieren, um die Leistung der Solarzellen zu verbessern, indem sie die Brechungseigenschaften des Epoxidharzes voll ausnutzen. Mit einem Spektralphotometer wie dem neuen HunterLab Vista, das sowohl die durchgelassene Farbe als auch die Trübung gleichzeitig misst, können Wissenschaftler auf einfache Weise die entscheidenden Informationen erfassen, die sie zur Optimierung der Formulierung und zur Bewertung der Prozessvariablen benötigen. Der Einblick, den spektralphotometrische Instrumente bieten, ist ein wesentlicher Bestandteil, um das Potenzial dieses aufregenden neuen Materials voll auszuschöpfen und seine ökologischen Vorteile voll zu nutzen.

HunterLab Innovation

HunterLab steht seit über 60 Jahren an der Spitze der spektrophotometrischen Innovation. Heute bieten wir ein umfassendes Sortiment an tragbaren, Tisch- und Inline-Spektralphotometern, die das Nonplusultra in der Farb- und Erscheinungsbildanalyse darstellen. Durch die Integration modernster Technologien mit benutzerfreundlichem Design sind unsere Kunden in der Lage, schnell und einfach genaue und präzise Reflexions- und Transmissionsmessungen durchzuführen. Kontaktieren Sie uns, um mehr über unser interessantes Produktsortiment und unseren erstklassigen Kundendienst zu erfahren, und lassen Sie uns Ihnen bei der Auswahl des richtigen Geräts für Ihre Bedürfnisse helfen.