Holz

Holz (von germanisch *holta, aus idg. *kl̩tˀo) bezeichnet im allgemeinen Sprachgebrauch das harte Gewebe der Sprossachsen (Stamm, Äste und Zweige) von Bäumen und Sträuchern. Botanisch wird Holz als das vom Kambium erzeugte sekundäre Xylem der Samenpflanzen definiert. Nach dieser Definition sind die holzigen Gewebe der Palmen und anderer höherer Pflanzen allerdings kein Holz im engeren Sinn. Kennzeichnend ist aber auch hier die Einlagerung von Lignin in die Zellwand. In einer weitergehenden Definition wird Holz daher auch als lignifiziertes (verholztes) pflanzliches Gewebe begriffen.

Kulturhistorisch gesehen zählen Gehölze wohl zu den ältesten genutzten Pflanzen. Als vielseitiger, insbesondere aber nachwachsender Rohstoff ist Holz bis heute eines der wichtigsten Pflanzenprodukte als Rohstoff für die Weiterverarbeitung und auch ein regenerativer Energieträger. Gegenstände und Bauwerke aus Holz (z. B. Bögen und Schilde, Holzkohle, Grubenholz, Bahnschwellen, Holzboote, Pfahlbauten, Forts) sowie die Holzwirtschaft waren und sind ein Teil der menschlichen Zivilisation und Kulturgeschichte.

Die Abholzung von Wäldern an Küsten des Mittelmeers war einer der ersten großen Eingriffe des Menschen in ein Ökosystem. Rodungen waren der erste Schritt, um das zu großen Teilen bewaldete Europa urbar zu machen.

Verschiedene Holzarten

Entstehung von Holz

0 Mark, 1 Jahresringgrenze, 2 Harzkanäle, 3 primäre Holzstrahlen, 4 sekundäre Holzstrahlen, 5 Kambium, 6 Holzstrahlen des Bastes, 7 Korkkambium, 8 Bast, 9 Borke

Holz wird vom Kambium, dem Bildungsgewebe zwischen Holz und Rinde, gebildet (sekundäres Dickenwachstum).

Bei der Teilung einer Kambiumzelle entstehen zwei Zellen, von denen eine ihre Teilungsfähigkeit behält und zu einer neuen Initialzelle heranwächst. Aus der anderen wird eine Dauerzelle, die sich noch einmal oder mehrmals teilt. Aus den später zu Leitungs-, Festigungs- oder Speichergewebe ausdifferenzierenden Zellen entsteht nach innen Holz (sekundäres Xylem). Nach außen entsteht Bast (Phloem, sprich Phlo-em), aus dem die Innenrinde besteht und aus dem später die vom Phellogen gebildete Borke entsteht. Die Produktion von Xylemzellen übersteigt die Produktion von Phloemzellen um ein Vielfaches, so dass der Rindenanteil am gesamten Stamm nur etwa 5 bis 15 Prozent beträgt.

In unseren Breiten gibt es klimatisch bedingt vier Wachstumsphasen:

• Ruhephase (November bis Februar)
• Mobilisierungsphase (März, April)
• Wachstumsphase (Mai bis Juli): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen, sind großlumig, dünnwandig und von heller Farbe und bilden das sogenannte Frühholz
• Depositionsphase (August bis Oktober): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen, sind kleinlumig, dickwandig und von dunkler Farbe und bilden das sogenannte Spätholz (bzw. Herbstholz)

Durch dieses zyklische Wachstumsverhalten entstehen Jahresringe, die deutlich in einem Querschnitt durch einen Stamm erkennbar sind (siehe auch Dendrochronologie).

Struktur

Holz weist einen artspezifischen anatomischen Aufbau auf, so dass sich Holzarten anhand ihrer Makro- und Mikrostrukturen voneinander unterscheiden lassen. Die wissenschaftliche Beschreibung von Holzstrukturen und Bestimmung von Holzarten ist Aufgabe der Holzanatomie.

• Verschiedene Holzstrukturen
• 
  Fichtenholz (Picea abies) im REM
• 
  Eichenholz (Quercus robur) mit Porenreihen (Querschnitt)
• 
  Buchenholz (Fagus sylvatica) mit Holzstrahlen (Tangentialschnitt)
• 
  Holz der Maulbeerfeige (Ficus sycomorus) mit Axialparenchym (lichtmikroskopische Aufnahme)

Chemische Bestandteile

Zusammensetzung der Zellwand bei mitteleuropäischen Nadel- und Laubhölzern
Substanz	Nadelholz	Laubholz
Zellulose	42–49 %	42–51 %
Hemicellulose	24–30 %	27–40 %
Lignin	25–30 %	18–24 %
Extraktstoffe	2–9 %	1–10 %
Mineralien	0,2–0,8 %

Die verholzte Zellwand der Laub- und Nadelhölzer enthält die Gerüstsubstanzen Zellulose, Hemicellulosen und Lignin sowie in geringem Umfang sogenannte Extraktstoffe und Mineralien (Akzessorische Bestandteile des Holzes). Zellulose und Hemicellulose werden oft unter dem Begriff Holozellulose zusammengefasst. Mikrofibrillen stellen das wesentliche Strukturelement der Zellwand dar.

Die Anteile des Lignins und der Hemicellulose sind bei Nadel- und Laubhölzern unterschiedlich.

Nadelholz

→ Hauptartikel: Nadelholz

Entwicklungsgeschichtlich sind Nadelhölzer älter als Laubhölzer, haben daher einen einfacheren anatomischen Zellaufbau als diese und besitzen nur zwei Zellarten.

• Tracheiden: Langgestreckte (prosenchymatische), an den Enden spitz zulaufende Zellen, die nur mit Luft oder Wasser gefüllt sind. Sie vereinigen Leitungs- und Festigungsfunktion und haben einen Anteil von 90 bis 100 Prozent der Holzsubstanz. Über sogenannte Tüpfel bzw. Hoftüpfel erfolgt der Wasseraustausch zwischen den Zellen. In den Holzstrahlen sorgen sie als Quertracheiden für den Wasser- und Nährstofftransport in radialer Richtung. Sie haben einen Anteil von 4 bis 12 Prozent an der gesamten Holzsubstanz.
• Parenchym­zellen: Im Längsschnitt meist rechteckige Zellen, die die Leitung von Nähr- und Wuchsstoffen sowie die Speicherung von Stärke und Fetten übernehmen. In radialer Richtung bilden sie als Holzstrahlparenchym den Großteil des Holzstrahlgewebes. Die die Harzkanäle umgebenden Parenchymzellen fungieren als Epithel­zellen und produzieren das Harz, das sie in den Harzkanal ausscheiden.

• Nadel- und Laubbaumholz
• 
  Fichtenholz
• 
  Kiefernholz
• 
  Kirschbaumholz
• 
  Palisanderholz

Laubholz

→ Hauptartikel: Laubholz

Das entwicklungsgeschichtlich jüngere Laubholzgewebe ist wesentlich differenzierter als das des Nadelholzes. Man kann es in drei funktionale Gruppen einteilen.

• Leitgewebe: Gefäße (Tracheen), Gefäßtracheiden, vasizentrische Tracheiden. Die beiden letzteren sind Zwischenstufen in der Entwicklung von der Tracheide zum Gefäß.
• Festigungsgewebe: Libriformfasern, Fasertracheiden
• Speichergewebe: Holzstrahlenparenchymzellen, Längsparenchymzellen, Epithelzellen

Charakteristisch für Laubhölzer sind die in Nadelhölzern nicht vorhandenen Gefäße. Sie sind oft mit bloßem Auge als kleine Poren im Holzquerschnitt und als Rillen im Tangentialschnitt zu erkennen. Nach der Anordnung dieser Tracheen unterscheidet man:

• ringporige Hölzer (z. B. Eiche, Edelkastanie, Esche, Robinie, Ulme). Diese Arten bilden im Frühholz weitlumige Gefäße, im Spätholz hingegen vorwiegend englumige Tracheiden und Holzfasern.
• halbringporige Hölzer (z. B. Nussbaum, Kirsche, Faulbaum)
• zerstreutporige Hölzer (z. B. Birken, Erle, Linde, Pappel, Rotbuche, Weide). Diese Arten bilden während der ganzen Vegetationsperiode Gefäße mit ungefähr gleichem Lumen.

Die Zuwachszonen (Jahresring­muster) sowie die artspezifische Anordnung von Poren- und Parenchymsträngen ergeben die charakteristische Maserung der Holzarten.

Verkernung

→ Hauptartikel: Kernholz

Von der Verkernung von Holz spricht man, wenn die inneren Wasserleitbahnen des Stammes unterbrochen werden und die Zellen absterben. Dies geschieht bei Nadelhölzern durch Verschließen der Hoftüpfel und bei zahlreichen Laubhölzern durch eine Verthyllung der Zelllumen in einem Alter von ca. 20–40 Jahren. Danach werden phenolische Kerninhaltsstoffe gebildet und in die Zellwände eingelagert, was oft zu einer Erhöhung der natürlichen Dauerhaftigkeit führt. Ist der Kernbereich deutlich durch eine dunkle Färbung zu erkennen, spricht man von Kernholzbäumen (z. B. Eiche, Kiefer, Douglasie, Lärche, Robinie). Wenn kein Farbunterschied zu erkennen ist, aber über den verringerten Feuchtigkeitsgehalt darauf geschlossen werden kann, dass der Innenbereich verkernt ist, spricht man von Reifholzbäumen (z. B. Fichte, Tanne, Linde, Birnbaum). Reifholz ist echtes Kernholz.

Zahlreiche Bäume neigen demgegenüber zu einer fakultativen Verkernung (z. B. Esche, Buche, Kirsche). Der Kern ist zwar farblich abgesetzt, man spricht aber von einem Falschkern, da die Kernbildung nicht endogen und regelmäßig stattfindet, sondern durch exogene Einflüsse (Verletzungen) ausgelöst wird. Der Falschkern hat keine erhöhte Dauerhaftigkeit. Als Splintholz bezeichnet man den Bereich des Stammes, der aktiv am Wasser- und Nährstofftransport und der Speicherung teilnimmt.

Tropenholz

Der Begriff Tropenholz ist durch die Herkunft des Holzes definiert und steht daher außerhalb der Pflanzensystematik. Unter Tropenholz wird vorwiegend das Kernholz tropischer Laubholzarten verstanden. Tropische Hölzer enthalten meist eine artspezifische charakteristische Anordnung der Poren und des Parenchyms. Viele tropische Hölzer zeichnen sich durch vorteilhafte mechanische Eigenschaften infolge des sogenannten Wechseldrehwuchses und durch höhere Dauerhaftigkeit infolge eines sehr hohen Kernstoffgehalts aus. Oftmals werden Farbe oder Maserung als ansprechend empfunden (Edelholz). Die Struktur von Tropenhölzern ist aufgrund des konstanteren Klimas in den Tropen gleichmäßiger als die von Jahrringen geprägte Struktur von Hölzern aus den gemäßigten Breiten. Der Konsum von Tropenholz wird in den Industrieländern seit den 1970er Jahren kritisch diskutiert, da der Bestand der tropischen Regenwälder unter anderem durch Raubbau gefährdet ist. Andererseits stellt Holz einen wichtigen Wirtschafts­faktor für viele tropische Länder dar und ist (wie auch in den gemäßigten Zonen) eine wichtige Einkommensquelle für die ländliche Bevölkerung. Umweltverbände kritisieren allerdings, dass dieser Bevölkerungsteil am wenigsten am gesamten Holzeinschlag in den Tropen profitiere.

Eine hohe Entwaldungs­rate hat Indonesien: Der jährliche Nettoverlust an Wald betrug im Zeitraum 2000 bis 2005 nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) etwa 1,8 Millionen Hektar Wald, eine Fläche, die der Größe Sachsens entspricht. (Der Nettozuwachs an Wald betrug in China in diesem Zeitraum jährlich etwa vier Millionen Hektar.) Der größte Anteil des globalen Tropenwaldverlustes wird laut FAO durch Wanderfeldbau und Brennholz­nutzung verursacht. Letztere machte im Jahr 2000 etwa 83 Prozent des Holzeinschlags in tropischen Ländern aus. Zum Schutz der tropischen Regenwälder haben Umweltschutzorganisationen wie WWF, Greenpeace, NABU und BUND die FSC-Zertifizierung maßgeblich mit initiiert. Andere Organisationen wie Pro Regenwald, Rettet den Regenwald und Watch Indonesia! fordern den vollständigen Verzicht auf Tropenholz zum Schutz der letzten noch erhaltenen Regenwälder, da sie der Meinung sind, dass ein Schutzsiegel die ökologisch verantwortliche und sozial verträgliche Waldbewirtschaftung nicht gewährleisten kann.

Tropenhölzer lassen sich bei sorgfältiger Holzauswahl und sachgerechter Planung in Bezug auf die Dauerhaftigkeit immer auch durch heimische Hölzer ersetzen, es muss lediglich auf die besonderen optischen Merkmale der Tropenhölzer verzichtet werden.

Beispiele: Meranti, Mahagoni, Teak, Balsaholz, Palisander, Bangkirai (Yellow Balau), Bongossi, Abachi, Framiré, Merbau, Ovangkol, Ramin, Afzelia, Wengé

Eigenschaften

Die Eigenschaften des Holzes sind geprägt durch seine organische Natur, seine Porosität, seine Anisotropie und seine Hygroskopizität. Holzeigenschaften sind grundsätzlich artspezifisch, variieren aber auch innerhalb einer Art bedingt durch die Herkunft des Holzes. Splint- und Kernholz unterscheiden sich nur in Bezug auf Permeabilität und Dauerhaftigkeit, in ihren technischen Eigenschaften jedoch meist nicht.

Hygroskopische Eigenschaften

Die hygroskopische Eigenschaft von Holz – d. h. seine Neigung, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen – bewirkt seine vergleichsweise geringe Dimensionsstabilität bei wechselnder Umgebungsfeuchte. Die Holzfeuchtigkeit gleicht sich dem Umgebungsklima an. Feuchtigkeitsänderungen unterhalb des Fasersättigungsbereiches (je nach Holzart 25–35 % Holzfeuchte) gehen mit Formschwankungen einher (Quellung und Schwindung). Einige Holzarten wie z. B. Teak haben aufgrund der Einlagerung hydrophober Substanzen ein geringes Schwindmaß. Ein technisches Verfahren zur Verminderung der Hygroskopizität ist die Holzmodifikation.

Anisotropie

Nahezu alle Holzeigenschaften unterscheiden sich in den drei anatomischen Grundrichtungen des Holzes (axial, radial, tangential). Das bewirkt z. B. ein ungleichmäßiges Schwinden des Holzes während der Trocknung. Bei den mitteleuropäischen Nutzholzarten beträgt das maximale Schwindmaß im Mittel axial 0,3 %, radial 5 % und tangential 10 %. Holz schwindet beim Trocknen also tangential (parallel zu den Jahrringen) etwa doppelt so stark wie radial (parallel zu den Holzstrahlen), so dass insbesondere bei großdimensionierten Hölzern leicht radiale Risse (Schwindrisse) entstehen. Der Quellungs-/Schwindungskoeffizient gibt die Maßänderung pro Prozent Holzfeuchteänderung an (Schwindmaß).

Dichte und elastomechanische Eigenschaften

Eigenschaften ausgewählter Holzarten

Holzart	Roh- dichte (kg/m³)	Schwindungs- koeffizient		Festigkeiten (N/mm²)				E-Modul (N/mm²)	Dauerhaftig- keitsklasse (DIN EN 350-2)
		radial	tang.	Zug (axial)	Druck (axial)	Biegung (quer)	Schub (axial)
Fichte	470	0,15	0,32	80	40	68	7,5	10.000	4
Kiefer	520	0,15	0,30	100	45	80	10	11.000	3–4
Lärche	590	0,20	0,44	105	48	93	9	12.000	3–4
Birke	650	—	—	137	60	120	12	14.000	5
Buche	690	0,19	0,34	135	60	120	10	14.000	5
Eiche	670	0,15	0,26	110	52	95	11,5	13.000	2
Esche	690	0,19	0,34	130	50	105	13	13.000	5
Robinie	730	—	—	148	60	130	16	13.500	1–2
Sipo	590	0,22	0,25	110	58	100	9,5	11.000	2
Azobé	1060	0,32	0,42	180	95	180	14	17.000	1

Die sogenannte Rohdichte des Holzes schwankt mit der Holzfeuchte. Bei einer Holzfeuchte von 12 % (Normalfeuchte in beheizten Innenräumen) umfasst die Rohdichte in Abhängigkeit von der Holzart einen Bereich zwischen 200 kg/m³ und 1200 kg/m³. Frisches Holz weist wesentlich höhere Werte auf. So liegt das Landungsgewicht von frischem Eichenholz um 1000 kg/m³, im getrockneten Zustand (12 % Holzfeuchte) bei 670 kg/m³. Die Rohdichte gilt als Schlüsselvariable für die meisten technischen Holzeigenschaften, mit denen sie korreliert ist. Dichtemessungen werden daher häufig zur Prüfung der Holzgüte eingesetzt (Beispiel: Resistograph). Im Gegensatz zur Rohdichte ist die Reindichte der darrtrockenen, hölzernen Zellwand weitgehend unabhängig von der Holzart und beträgt 1,5 g/cm³.

Holz ist ein viskoelastischer Werkstoff, und seine elastomechanischen Eigenschaften unterliegen daher dem Zeiteinfluss. Es müssen also sowohl die Belastungsdauer als auch die Art der Krafteinwirkung (statisch oder dynamisch) berücksichtigt werden. Neben der Dichte und der Belastungsrichtung beeinflussen die Struktur des Holzes, seine Vorgeschichte und die Holzfeuchte die elastomechanischen Eigenschaften. Es ist ferner zu beachten, dass Dichte und elastomechanische Eigenschaften einzelner Holzarten einer natürlichen Varianz von 10–22 % unterliegen können.

Von allen Festigkeiten des Holzes hat seine Zugfestigkeit die höchsten Werte, während die Druckfestigkeit des Holzes etwa 50 % und die Scherfestigkeit (Schubfestigkeit) nur etwa 10 % der Zugfestigkeitswerte erreichen. Die Zugfestigkeit von herkömmlichem Baustahl (370 N/mm²; 7800 kg/m³) ist zwar fünf- bis sechsmal höher als die Zugfestigkeit von Bauholz (~80 N/mm²; 450 kg/m³), letzteres ist aber etwa 16-mal leichter; der hier genannte Festigkeitswert bezieht sich auf die Belastung längs zur Faser. Holz zeichnet sich daher durch sein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aus.

Akustische Eigenschaften

Die Schall­geschwindigkeit erreicht in Holz faserparallel Werte von 4000 bis 6000 m/s, quer zur Faser nur 400 bis 2000 m/s. Einflussparameter auf die Schallgeschwindigkeit sind Dichte, Elastizität, Faserlänge, Faserwinkel, Holzfeuchte, Holzfehler (Äste, Risse). Wegen seiner guten akustischen Eigenschaften wird Holz im Musikinstrumentenbau eingesetzt. Es ist aber auch als Material für Schalldämmungen geeignet. Spanplatten mit einer Flächendichte von 15 bis 20 kg/m² erreichen eine Schalldämmung von 24 bis 26 dB.

Schalllaufzeitmessungen werden zur Prüfung des dynamischen E-Moduls bei der Gütekontrolle von Schnitthölzern und zur Diagnose des Zustands von Bäumen (Schalltomographie) eingesetzt.

Thermische Eigenschaften

Holz ist aufgrund seiner Porosität ein schlechter Wärmeleiter und eignet sich daher bedingt als Wärmedämmung. Fichtenholz hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,13 W/(m·K), zum Vergleich Stahlbeton: 2,00 W/(m·K). Bei Spanplatten liegt sie mit etwa 0,10 W/(m·K) noch niedriger. Dämmplatten aus Holzweichfaser erreichen 0,04 W/(m·K). Die Wärmeleitfähigkeit steigt mit der Holzfeuchte und der Rohdichte des Materials.

Die spezifische Wärmekapazität, d. h. die Wärmemenge, die nötig ist, um 1 kg eines Materials um 1 Kelvin zu erwärmen, ist bei Holz mit 0,472 Wh/(kg·K) fast doppelt so hoch wie bei Beton mit 0,244 Wh/(kg·K). Die Wärmedehnung kann bei Holz in der Praxis vernachlässigt werden, da sie durch das Schwindverhalten infolge Trocknung überkompensiert wird.

Die thermische Zersetzung von Holz setzt bei Temperaturen über 105 °C ein, wird ab 200 °C stark beschleunigt und erreicht ihren Höhepunkt bei 275 °C. Ein thermischer Holzabbau kann aber bei längerer Exposition schon bei Temperaturen unter 100 °C stattfinden. Der Flammpunkt des Holzes liegt zwischen 200 und 275 °C. Bei Abwesenheit von Sauerstoff kommt es zur Pyrolyse. Mitteleuropäische Nutzhölzer haben bei einem üblichen Wassergehalt von 20 % einen Heizwert zwischen 3,9 und 4,0 kWh/kg.

Optische Eigenschaften

Farbe und Struktur des Holzes werden als ästhetisch ansprechend empfunden. Starke Astigkeit und unregelmäßige Verfärbungen gelten aber als Holzfehler. Infolge der Wirkung des ultravioletten Lichts dunkelt Holz nach. Über einen langen Zeitraum schädigt Ultraviolettstrahlung das Holz oberflächlich. Dabei wird vor allem das Lignin denaturiert und abgebaut und wird im Falle direkter Bewitterung nachfolgend vom Regenwasser ausgewaschen. Die Oberfläche wirkt dann schmutzig grau. Unterbleibt die Einwirkung von Regenwasser, erhält das Holz infolge der UV-Wirkung eine silbrig-weiße Farbe. Die Wirkung des Sonnenlichts ist auf die Oberfläche begrenzt. Ihr kann durch pigmenthaltige Lasuren bzw. Lackierung begegnet werden.

Biologische Eigenschaften

Holz ist biologisch abbaubar, ist dadurch aber auch anfällig gegenüber biotischen Schädlingen. Es kann also z. B. von Insekten, Pilzen oder Bakterien angegriffen und in seiner Substanz nachhaltig zerstört werden. Pilze können ab einer Holzfeuchte von etwa 20 % Holz angreifen. Bläuepilze (Ascomyceten, Fungi imperfecti) bewirken nur eine oberflächliche Verfärbung, während holzabbauende Ständerpilze Weißfäule bis Braunfäule verursachen. Moderfäule und Abbau durch Bakterien ist nur bei hoher Feuchtigkeit, vor allem im Erdkontakt möglich. Die Larven holzzerstörender Insekten wie Hausbock und Nagekäfer können noch bei geringerem Feuchtegehalt das Holz angreifen. Widerstandsfähigere Kernhölzer werden nur sehr langsam biotisch abgebaut. Ihre Resistenz wird nach Resistenzklassen 1–5 entsprechend DIN EN 350-2 eingeteilt.

Der biotische Holzabbau lässt sich weitgehend durch konstruktiven Holzschutz vermeiden oder vermindern. Dabei stehen die Verhinderung der Befeuchtung sowie ggf. der Einsatz geeigneter resistenter Kernhölzer im Vordergrund. Bei direkt bewitterten Hölzern im Außenbau wie freistehenden Holzkonstruktionen und Masten ist ein fachgerechter chemischer Holzschutz angeraten und für tragende Konstruktionen nach DIN 68 800 vorgeschrieben. Eine neue Möglichkeit, Holz gegen feuchtebedingte Dimensionsänderungen und Fäule unempfindlicher zu machen, ist die Holzmodifikation als Thermoholz oder acetyliertes Holz.

Zu den biologischen Holzeigenschaften gehört auch die Durchlässigkeit des Holzes, die durch dessen anatomische Struktur bedingt ist. Tüpfelverschluss und Verthyllung vermindern die Durchlässigkeit und damit die Tränkbarkeit des Holzes.

Verarbeitung und Anwendungsgebiete

Holzverwendung im Bauwesen

Das größte selbsttragende Holzdach der Welt steht auf der Messe in Hannover und wurde zur EXPO 2000 gebaut

Jahrtausendturm in Magdeburg

Höchstes Holzbauwerk: Sender Gleiwitz

Holz zählt zu den nachhaltigen Rohstoff- bzw. Energiequellen, sofern die genutzte Menge nicht die nachgewachsene Menge übersteigt. Die leichte Bearbeitbarkeit und der damit verbundene niedrige Energiebedarf bei der Gewinnung und Verarbeitung spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der ökologischen Bewertung. In Ökobilanzen schneiden Holzprodukte hervorragend ab.

Holz wird entweder als Schnittholz, als Furnier, als Holzwerkstoff oder als Faserstoff verarbeitet. Schnittholz und Furnier werden durch Holztrocknung und anschließende Konditionierung auf die jeweilige Verwendungsfeuchte gebracht. Dies geschieht heutzutage ausschließlich durch industrielle Trocknungsverfahren.

Historische Nutzung

Holz wurde mindestens seit der Altsteinzeit zur Energie­gewinnung (Feuer), als Wurfgegenstand, als Werkzeug­material und als Baumaterial intensiv genutzt, wahrscheinlich teilweise schon viel länger, da auch andere Primaten Holz zum Nest­bau, zum Werfen und zum Stochern einsetzen (siehe Werkzeuggebrauch bei Tieren).

Holz als Baustoff

Siehe auch: Bauholz und Holzwerkstoff

Holz findet im Bauwesen als Bauholz Verwendung und kann dort z. B. als Vollholz, Brettschichtholz oder in Form von Holzwerkstoffen eingesetzt werden. Es wird sowohl für konstruktive, isolierende als auch für Verkleidungen eingesetzt. Auf tragenden Holzkonstruktionen basiert der Holzrahmenbau, der Holzskelettbau sowie der traditionelle Fachwerkbau. Der Einsatz von Brettschichtholz und Holzwerkstoffen erlaubt dem modernen Ingenieurholzbau ungewöhnliche Holzkonstruktionen, wie z. B. das EXPO-Dach in Hannover und die 190 m lange Holzbrücke bei Essing über den Main-Donau-Kanal. Die zunehmende Verwendung von Brettschichtholz (Leimholzträger) in Hallen­konstruktionen ist durch Unglücksfälle in die Diskussion geraten. Die Schäden beruhten jedoch auf Konstruktionsfehlern und mangelnder Kontrolle. Die normgerechten Tragfähigkeitsreserven von Holzkonstruktionen sind derart hoch, dass bei regelmäßiger Inspektion keine Risiken bestehen.

Prinzipiell steht selbst dem Bau von Hochhäusern aus Holz nichts entgegen. Dies ist aber aus statischer Sicht nur für die obersten Etagen gebräuchlich. Das höchste Holzgebäude Deutschlands steht in Magdeburg. Es handelt sich um den Jahrtausendturm (eröffnet 1999 im Rahmen der Bundesgartenschau auf dem Gelände des Elbauenparks). Das höchste europäische wirtschaftlich genutzte Haus mit fünf Stockwerken steht in Espoo in Finnland. Der Bau wurde hauptsächlich von dem finnischen Unternehmen Finnforest geleitet und im Jahre 2005 abgeschlossen.

2013 wurde der Aussichtsturm Pyramidenkogel mit 70 m hoher Plattform in Kärnten aus geschwungenen Leimholzpfählen - ausgesteift und verspannt mit Stahlelementen - errichtet.

Im Betonbau werden wesentliche Teile von Schalungen, nämlich die Standardelemente Schalungsträger, Schaltafeln (aus beschichtetem Dreischicht-Holz) und Schalelemente (aus wasserfestem Sperrholz in Metallrahmen) aus Holz hergestellt. Formen für Säulen aus abwickelbarem Karton basieren auf Zellulosefasern aus Holz. Ein Teil der Holzschalung geht als Brennholz verloren, viele Elemente werden – eventuell nach Entnagelung weiterverwendet.

Holz geringer Dichte kann in roher oder verarbeiteter Form zur thermischen Isolation (Dämmstoffe) eingesetzt werden (z. B. Faserdämmplatten, Balsa zur Isolation von Flüssiggas­tanks). Holzfaserplatten höherer Dichte haben gute akustische Dämmeigenschaften. Spanplatten (Flachpressplatte, OSB) werden ebenso wie Sperrholzplatten für Schalungen und für Wandelemente im Holzrahmenbau eingesetzt.

Im Unterschied zu Metallen ist Holz elektrisch nicht leitfähig. Aus diesem Grund baute man in den dreißiger Jahren zahlreiche Sendetürme für Mittelwellen­sender aus Holz, wobei der Antennendraht im Innern des Turmes aufgehängt wurde.

Mit Ausnahme des Sendeturms des Senders Gleiwitz wurden alle diese Bauwerke entweder am Ende des Zweiten Weltkriegs zerstört oder inzwischen abgerissen. Weiterhin nutzt die Deutsche Telekom AG in Brück zwei 54 Meter hohe Holztürme, die ohne Verwendung von Metallteilen hergestellt wurden. Diese dienen zur Aufnahme von auszumessenden Antennen. Durch die metallfreie Konstruktion der Türme ist ein ungestörtes Ausmessen der Antennendiagramme möglich.

Weitere Anwendungen: Holz wird als Schalungsholz in Baugruben sowie für Masten und Holz-Bahnschwellen zur Körperschall­dämpfung auf Brücken und über Tunnel­bauten eingesetzt. Früher wurde Nadelholz im Bergbau als Stempel zum Abstützen der Stollen verwendet, da es vor dem Brechen knackende Geräusche abgibt (Warnfähigkeit des Holzes). Holz wird auch zur Herstellung von Behältern und Silos zur Aufbewahrung aggressiver Salze verwendet.

Die Brennbarkeit von Holz erscheint zwar zunächst als ein Nachteil beim Einsatz als Bau- und Konstruktionswerkstoff. Holz wird jedoch bei großen Querschnitten als brandhemmend eingestuft, da auf seiner Oberfläche unter Feuereinwirkung eine hitzeisolierende Kohleschicht entsteht, die das innere Holz schützt. Durch Bauweise und durch brandhemmende Anstriche lässt sich die Widerstandsdauer einer Holzkonstruktion steigern. Die Gebäudestabilität sinkt im Brandfall nur langsam und abschätzbar, wohingegen Stahlkonstruktionen aufgrund des temperaturbedingten Festigkeitsverlustes zum plötzlichen, unkontrollierten Zusammenbruch neigen. Für Stützen und tragende Teile aus Holz gibt es spezielle Anstriche.

Holz als Konstruktionswerkstoff

Gewachsenes Holz ist ein natürlicher dreidimensionaler Faserverbundwerkstoff mit vergleichsweise geringer Dichte, aber hoher Steifigkeit und Festigkeit. Die Leichtbaueigenschaften sind näherungsweise vergleichbar mit denen von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Gewachsenes Holz ist meistens gegen Materialermüdung sehr widerstandsfähig, lässt sich gut bearbeiten und hat vorteilhafte ästhetische sowie ergonomische Eigenschaften. Je nach Holz- und Holzwerkstoff sind Kostenvorteile gegenüber anderen Konstruktionswerkstoffen vorhanden. Holz- und Holzwerkstoffe dämpfen gut mechanische Schwingungen, vergleichbar mit Kunststoffen. Problematisch bei der konstruktiven Verwendung sind oftmals die Richtungsabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften (Anisotropie) und die Interaktion mit Wasser. Das Quellen und Schwinden hat Einfluss auf die Dimensionsstabilität und wird umgangssprachlich oft als Arbeiten des Holzes bezeichnet.

Holz wird in Vollholz (Massivholz) und Holzwerkstoffe eingeteilt. Für die Holzwerkstoffe existieren unterschiedliche Einteilungen. Häufig wird in:

• Vollholzwerkstoffe (z. B. Brettschichtholz),
• Furnierwerkstoffe (z. B. Sperrholz),
• Spanwerkstoffe (z. B. Oriented Strand Board),
• Faserwerkstoffe (z. B. Faserplatte),
• Verbundwerkstoffe (z. B. Wood-Plastic-Composite),

unterschieden. Holzwerkstoffe bestehen immer aus einzelnen Holzelementen (z. B. Holzfasern, Furnieren) und Bindemittel. Weiterhin kann eine Einteilung nach:

• Halbwaren in Form von Vollholz wie Bretter, Leisten, Stäbe, Platten und Furniere,
• Verbindungselementen, wie Runddübel, Flachdübel, früher: Holznagel (für Schuhmacherei bis Zimmerei)
• Halbwaren in Form von Holzwerkstoffen, wie beispielsweise Spanplatten, Holzfaserplatten verschiedener Dichte oder Sperrholz
• Blöcken zum Drechseln und Schnitzen,
• Leimbindern als Tragwerkselemente, Schalungsträger und Schichtplatten für Betonschalung,
• Klangholz für Musikinstrumente

erfolgen. Je nach Holzelement und verwendetem Bindemittel werden die Eigenschaften von Holzwerkstoffen im Vergleich zu gewachsenem Holz verändert. Es ist deshalb sehr wichtig, für einen Konstruktionswerkstoff eine jeweils sinnvolle Auswahl des Holzwerkstoffs zu treffen. Anwendungsfelder von Holz- und Holzwerkstoffen sind:

• Musikinstrumente,
• Tischler­eiprodukte, wie Möbel, Fenster, Türen und Treppen,
• Sportgeräte,
• Werkzeugriffe und -stiele,
• das Bauwesen (Ingenieurholzbau)
• der Maschinenbau z. B. in der Intralogistik einem Teilgebiet der Fördertechnik bei Skidfördersystemen
• der Bootsbau
• der Wagen-, Wagonbau und auch Zweiradbau (Bekamo, Bambus-Fahrräder)
• Paletten und Kisten im Transport- und Lagerwesen, Spanschachteln als Verpackung
• früher leiternbasierter Gerüstbau, gebohrte Wasserleitungsrohre, Wasserbau für Mühlen, Mühlräder, landwirtschaftliche Geräte und Maschinen, Räder für Transmissionsriemen, Haushaltsgeräte, Rückentrage

Holz als Ausstattungsmaterial

Die ästhetischen Holzeigenschaften stehen bei der Verwendung von Holz als Parkett sowie für Decken- und Wandvertäfelungen im Vordergrund. Hier kommen zum Teil tropische Edelhölzer oder sogenannte Buntlaubhölzer (z. B. Kirschbaum, Elsbeere), die vorwiegend als Furnier verarbeitet werden, zum Einsatz. Auch im Möbelbau wird heutzutage hauptsächlich gemessertes Deckfurnier verwendet. Holzfußböden müssen zudem ausreichend abriebfest sein, daher werden meist Harthölzer verarbeitet.

Auch psychophysiologische Wirkungen sind bekannt: bei einer Vergleichsstudie des Joanneum-Instituts an einer österreichischen Schule ergab sich ein deutlicher stressreduzierender, u. a. die Herzfrequenz senkender Effekt auf diejenigen Schüler, die in holzverkleideten Klassenzimmern unterrichtet wurden. Ebenso sank die von den Lehrern empfundene soziale Beanspruchung durch die Schüler.

Industrieholz

→ Hauptartikel: Industrieholz

OSB-Platte

Holz ist der wichtigste Grundstoff in der Zellstoff- und Holzwerkstoff­industrie. Der Rohstoff wird dabei entweder nur mechanisch zerkleinert oder zusätzlich chemisch aufgeschlossen. Vorprodukte sind Hackschnitzel (zerkleinertes Holz), Späne, Holzfasern oder auch Furniere (Holzblätter). Grundsätzlich wird nur entrindetes Holz verarbeitet. Für die Herstellung von Holzwerkstoffen werden beleimte Späne oder Holzfasern verpresst. Sperrholz hingegen besteht aus kreuzweise verleimten Furnieren, die meist aus gedämpften Blöcken geschält wurden.

Für die Zellstoffherstellung muss das Lignin weitestgehend aus dem Fasergrundstoff entfernt werden. Gängige Aufschlussverfahren sind das Sulfatverfahren und das Sulfitverfahren. Das Restlignin wird durch Bleichen des Zellstoffs beseitigt. Bei der Herstellung von Holzstoff oder Holzschliff als Grundstoff für Pappen und minderwertige Papiere verbleibt das Lignin in der Fasermasse. Papier aus Zellstoff erhielt früher die Bezeichnung holzfrei. Aus Zellstoff und Holzstoff werden u. a. Papier, Pappe und Zelluloseprodukte wie Zelluloid und Viskose­fasern hergestellt.

Recycling und energetische Nutzung

Aufgeschichtetes Holz, Brennholzstapel

Recycling-Code für Holz

Holz kann in reiner Form problemlos durch Kompostierung oder durch Verbrennung bei gleichzeitiger Energiegewinnung entsorgt werden. Brennholz weist als nachwachsender Rohstoff eine gute Ökobilanz auf, wenn es nachhaltig angebaut und gewonnen wird. Alt- und Abfallholz wird zunehmend als Brennmaterial in Biomassekraftwerken zur regenerativen und CO₂-neutralen Energiegewinnung genutzt. Holz findet außerdem Verwendung als Brennstoff in Holzöfen. Durch die Entwicklung automatisierter Befeuerungsanlagen für Holzpellets oder Hackschnitzel ist Holz als Brennstoff inzwischen nicht nur ökonomisch, sondern auch hinsichtlich des Komforts der Verbrennung von Öl oder Gas gleichwertig. 2006 wurden in Deutschland damit etwa 2 Prozent der Primärenergieversorgung gedeckt, was angesichts des Fehlens von Subventionen als wirtschaftlicher Erfolg zu betrachten ist.

Eine weitere Recycling-Methode ist die Hochtemperatur-Verschwelung. Mittels dieses Verfahrens können aus Holz und anderen organischen Stoffen chemische Grundstoffe hergestellt werden, die fossile Quellen ersetzen. Sie stellt zugleich eine stoffliche Nutzbarkeit von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen dar, die mit Rückgang der fossilen Energieträger stark an Bedeutung gewinnen könnte. Holz hat den Recycling-Code-50 (FOR).

Weitere stoffliche Anwendungen:

• Räucherholz (Rauch­herstellung durch Verschwelung) zur Lebensmittelkonservierung
• Rohstoff für chemische Erzeugnisse wie Teer, Holzkohle
• Ausgangsmaterial für die Herstellung von Holzbranntwein
• Energetische Nutzung durch Kompostierung, siehe Biomeiler

Wirtschaftliche Bedeutung

Holz ist einer der ältesten und wichtigsten Roh- und Werkstoffe der Menschheit. Nach wie vor übersteigt die jährliche Holzproduktion die Mengen an Stahl, Aluminium und Beton. Die Gesamtmenge der weltweit in den Wäldern akkumulierten Holzmasse wurde von der FAO für das Jahr 2005 auf etwa 422 Gigatonnen geschätzt. Jährlich werden derzeit 3,2 Milliarden m³ Rohholz eingeschlagen, davon fast die Hälfte in den Ländern der Tropen. Das Rundholz­aufkommen (2011) belief sich lauf FAO auf 1,578 Mrd. m³. Die höchste jährliche Einschlagsintensität findet sich allerdings mit 2,3 m³/ha in Westeuropa. Fast die Hälfte des globalen Holzaufkommens wird als Brennholz verwendet, was vor allem auf die Länder der tropischen Zone zurückgeht. Hier ist die Energiegewinnung noch immer die wichtigste Holznutzungsart – der Brennholzanteil in Westeuropa beträgt demgegenüber nur knapp ein Fünftel des Einschlags.

Im Jahre 2000 wurden lediglich 2 % des weltweit eingeschlagenen Holzes als Rohholz exportiert; der Verbrauch bzw. die Verarbeitung zu Halbwaren (Schnittholz, Holzwerkstoffe, Faserstoffe für Papier sowie Papier und Pappe) erfolgt also fast ausschließlich in den Herkunftsländern. Die größten Verbraucher an weltweit produzierten Holzhalbwaren sind mit 73–87 % die Länder der temperierten Zone. Auf der Produzentenseite hatte 1998 hier die Schnittholzproduktion nur einen Anteil von 35 % an der Gesamtproduktion, jeweils 16 % entfielen auf Holzwerkstoffe sowie auf Faserstoffe für Papier und 32 % auf Papier und Pappe.

Europa ohne Russland

Die prozentual waldreichsten Länder Europas ohne Russland sind Finnland, Slowenien, Schweden und mit etwas Abstand Österreich. Die in absoluten Werten größten Waldflächen finden sich in Schweden (etwa 28 Millionen Hektar), Finnland, Spanien, Frankreich und Deutschland. Über die höchsten mittleren Vorräte Holz pro Hektar Wald verfügt man in der Schweiz, Österreich, Tschechien, der Slowakei und Slowenien (jeweils mehr als 250), während Deutschland mit über 3,4 Milliarden Vorratsfestmetern in Europa über die höchsten Holzvorräte insgesamt verfügt (gefolgt von Schweden, Frankreich und Finnland).

Die Holznot, ein bevorstehender oder bestehender Mangel an Holz, wurde seit dem 16. Jahrhundert bis in das frühe 19. Jahrhundert als bedeutendes wirtschaftliches und gesellschaftliches Problem wahrgenommen. Die Debatte darüber führte mit zur Umstellung auf fossile Brennstoffe im Verlauf der Industrialisierung und mit zur systematischen Professionalisierung der Forstwirtschaft und Forstwissenschaft.

Deutschland ohne Österreich

Der Wald in Deutschland bedeckt mit 11,4 Millionen Hektar 32 Prozent der Gesamtfläche des Landes und besitzt einen Holzvorrat von insgesamt 3,7 Milliarden Vorratsfestmeter.

Der jährliche Holzeinschlag kann aufgrund von Wetterereignissen und Holzpreisentwicklungen stark schwanken. Im längerfristigen Vergleich hat er deutlich zugenommen: Im Durchschnitt der Jahre 1993–2002 wurden jährlich 38,4 Millionen Kubikmeter eingeschlagen, im Zeitraum 2003–2012 waren es durchschnittlich 56,8 Millionen Kubikmeter. Im Jahr 2007 wurde mit Höchstmarke erreicht: 76,7 Millionen Festmeter wurden eingeschlagen (vor allem Nadelholz). Dies lag an extremen Wind- und Sturmereignissen wie dem Orkan Kyrill.

Im Jahr 2014 betrug der Holzeinschlag in Deutschland insgesamt 54,4 Millionen Erntefestmeter ohne Rinde. Davon entfielen 40,1 Millionen Erntefestmeter auf Nadelholz und 14,2 Millionen Erntefestmeter auf Laubholz. 44 Prozent des bundesweiten Holzeinschlags wurden 2014 im Privatwald getätigt, 20 Prozent im Körperschaftswald, 34 Prozent im Staatswald der Länder und 2 Prozent im Bundeswald.

Die wichtigsten Nutzholzarten sind Fichte, Kiefer, Buche und Eiche. Die Forstwirtschaft und vor allem die Holzwirtschaft (Holzindustrie) tragen mit ca. 2 % zur Bruttowertschöpfung bei. Holz hat als Roh- und Werkstoff eine stark steigende Bedeutung erlangt, da es nahezu CO₂-neutral erzeugt werden kann, sich gut mit ökologischer und nachhaltiger Wirtschaftsweise verträgt, mit geringem Energieaufwand zu verarbeiten ist und vollständig stofflich verwertet werden kann. Fachgerecht hergestellt und verarbeitet, ist Holz zudem ein dauerhafter Werkstoff. Im Jahr 2011 lag der Gesamtumsatz in der deutschen Holzindustrie bei 14,95 Milliarden Euro.

Österreich

Österreich hat eine Waldfläche von 3,92 Millionen Hektar (1998), das sind über 46 % des Staatsgebietes, mit steigender Tendenz. Der Ertragswald umfasst 83 % der Waldfläche, Baumartenzusammensetzung im Ertragswald (nach Holzvorrat): Fichte 61,4 %, Buche 9,2 %, Kiefer 9,0 % und Lärche 6,8 %.

Normen und Standards

• DIN 68364 (2003-05): Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten
• DIN 4074–1 (2008-12): Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 1: Nadelschnittholz
• DIN 4074–2 (1958-12): Bauholz für Holzbauteile; Gütebedingungen für Baurundholz (Nadelholz)
• DIN 4074–5 (2008-12): Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 5: Laubschnittholz
• DIN EN 13556 (2003-10): Rund- und Schnittholz – Nomenklatur der in Europa verwendeten Handelshölzer
• DIN EN 350–2 (1994-10): Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz

Siehe auch

• Rohholz
• Liste der Holzarten
• Verzug (Mechanik)

Literatur

• H. H. Bosshard: Holzkunde Teil I–III. Birkhäuser Verlag, Stuttgart 1982–1998, ISBN 3-7643-1630-6.
• M. Chudnoff: Tropical Timbers of the World. (= Agriculture handbook 607). Kessel, Remagen-Oberwinter 2007, ISBN 978-3-935638-82-1.
• D. Fengel, G. Wegener: Wood – Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Reprint. Verlag N. Kessel, 2003, ISBN 3-935638-39-6.
• Dietger Grosser: Die Hölzer Mitteleuropas. Ein mikrophotographischer Holzatlas. Verlag N. Kessel, Remagen 2003, ISBN 3-935638-22-1.
• Karl Hasel, Ekkehard Schwartz: Forstgeschichte. Ein Grundriss für Studium und Praxis. 3. Auflage. Kessel, Remagen 2002, ISBN 3-935638-26-4.
• R. Bruce Hoadley: Holz als Werkstoff. O. Meier Verlag, Ravensburg 1990, ISBN 3-473-42560-5.
• Thomas Königstein: Ratgeber energiesparendes Bauen. 4. Auflage. Blottner Verlag, Taunusstein 2009, ISBN 978-3-89367-117-5.
• Paul Lehfeldt: Die Holzbaukunst. Reprint-Verlag, Leipzig/ Holzminden 2001, ISBN 3-8262-1210-X.
• Udo Mantau, Jörg Wagner, Janett Baumann: Stoffstrom-Modell HOLZ: Bestimmung des Aufkommens, der Verwendung und des Verbleibs von Holzprodukten. In: Müll und Abfall. 37(6), 2005, S. 309–315, ISSN 0027-2957.
• Peter Niemz: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. DRW-Verlag, Stuttgart 1993, ISBN 3-87181-324-9.
• Alois Payer: Holz als Material: Werkstoffkundliches (Architektur für die Tropen). Eine Kompilation anderer Literatur, letzte Fassung vom 15. Februar 2010.
• Joachim Radkau: Holz. Wie ein Naturstoff Geschichte schreibt. oekom-Verlag, 2007, ISBN 978-3-86581-049-6.
• J. F. Rijsjdijk, P. B. Laming: Physical and related properties of 145 timbers. Kluwer, Dordrecht/ Boston/ London 1994, ISBN 0-7923-2875-2.
• Erhard Schuster: Wald und Holz. Daten aus der Geschichte der Nutzung und Bewirtschaftung des Waldes, der Verwendung des Holzes und wichtiger Randgebiete. 2 Bände. 2. Auflage. Kessel Verlag, Remagen 2006, ISBN 3-935638-62-0 und ISBN 3-935638-63-9.
• F. H. Schweingruber, A. Börner, E.-D. Schulze: Atlas of Woody Plant Stems. Environment, Structure and Environmental Modifications. Springer, Heidelberg 2006, ISBN 3-540-32523-9.
• Anselm Spring, Maximilian Glas: Holz. Das fünfte Element. Frederking & Thaler, München 2005, ISBN 3-89405-398-4.
• Rudi Wagenführ: Holzatlas. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40649-2.
• André Wagenführ, Frieder Scholz (Hrsg.): Taschenbuch der Holztechnik. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München 2012, ISBN 978-3-446-42605-4.

Weblinks

Commons: Holz – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Holz – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikiquote: Holz – Zitate

• Sammlung verschiedener Holzarten mit Bildern
• Verkieseltes Holz im Mineralienatlas
• Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Hamburg Diplomarbeiten ab 1949
• Projektseite zum Einsatz von Holz im Maschinenbau: www.holz-im-maschinenbau.de