Verbesserung der Permeabilität von Fichtenholz mit dem Weißfäulepilz Physisporinus vitreus

Abstract

Als Massivholz wird Fichte (Picea abies (L.) Karst.) in einer Vielzahl von Anwendung im Innen-und Außenbereich verwendet. Auf Grund seiner geringen natürlichen Dauerhaftigkeit gegen holzzerstörende Pilze ist eine Behandlung mit Holzschutzmitteln für bestimmte Anwendungen erforderlich. Außerdem besteht ein wachsendes Interesse an der Behandlung von Fichtenholz mit wasserbasierten Modifizierungssubstanzen, die spezifische Eigenschaften der Holzoberfläche verbessern, wie z.B. UV-Stabilität, Hydrophobizität, Härte und Feuerwiderstandsfähigkeit. Die Imprägnierung mit solchen Substanzen erfordert oftmals eine Holzpermeabilität, welche eine ausreichend tiefe und homogene Verteilung der Wirksubstanzen im Holz erlaubt, um eine deutliche Eigenschaftsverbesserung zu erreichen.Allerdings weist Fichtenholz eine geringe Permeabilität auf, die auf einen Tüpfelverschluss im Laufe der Holztrocknung zurückzuführen ist. Im lebenden Baum wird die Permeabilität hauptsächlich durch die behöften und halb-behöften Tüpfel bestimmt, die die Verbindungskanäle zwischen den Tracheiden und Holzstrahlzellen darstellen. Während der Holztrocknung werden die meisten dieser Tüpfel durch eine irreversible Anlagerung der flexiblen Tüpfelmembran an die Zellwand verschlossen. Die sich daraus ergebende verringerte Imprägnierbarkeit erschwert die Behandlung von Fichtenholz mit Holzschutzmitteln und Modifizierungssubstanzen.Die Behandlung von Fichtenholz mit dem Weißfäulepilz Physisporinus vitreus über einen kurzen Zeitraum ist ein biotechnologischer Versuch, die Permeabilität von schwer imprägnierbaren Holzarten zu erhöhen. Das so genannte "Bioincising"-Verfahren basiert auf dem Wachstum von Pilzhyphen durch die Tracheiden und Holzstrahlzellen. Wie in den Arbeiten von Schwarze und Landmesser (2000) und Schwarze et al. (2006) diskutiert, bewirkt die Pilzaktivität einen Abbau der Tüpfelmembranen und erhöht somit nach 6 Wochen Inkubation signifikant die Flüssigkeitsaufnahme, ohne hierbei eine nennenswerte Reduktion der Bruchschlagfestigkeit zu verursachen.Hauptaufgabe in der vorliegenden Doktorarbeit war eine Beurteilung der Effekte auf die Eigenschaften von Fichtensplint und kernholz, die sich nach einer 3 bis 9-wöchigen Inkubation mit P. vitreus ergeben. Es wurden hierfür drei Bereiche für die wissenschaftliche Forschung definiert: 1) die Beschreibung der Pilzaktivität und die daraus resultierenden Eigenschaftsveränderungen des Fichtenholzes; 2) die Veränderung der Substanzaufnahme und der qualitativen Eindringtiefe und 3) die Beurteilung des Gesamteffektes, der sich aus der Kombination von Bioincising und der anschliessenden Behandlung mit Modifizierungssubstanzen auf ausgewählte Holzeigenschaften ergibt.Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivität von P. vitreus eine selektive Delignifizierung und einen simultanen Abbau in den Tracheiden-Zellwänden hervorruft. Weiterhin wurde ein gleichzeitiger Abbau von Tüpfelmembranen und eine Schädigung der Tracheiden-Zellwände beobachtet. Hierbei waren die Masseverluste gering und die Oberflächenhärte wurde nur wenig reduziert, was auf eine vergleichsweise geringe holzzersetzende Aktivität von P. vitreus hinweist. Substanzaufnahme und Eindringtiefe waren nach 5-wöchiger Inkubation sowohl im Splint- als auch im Kernholz signifikant erhöht. Es konnten allerdings keine deutlichen Eigenschaftsverbesserungen nach einer Imprägnierung mit Substanzen für die UV-Stabilität, Hydrophobizität, Härte und Feuerwiderstandsfähigkeit gemessen werden.Der Bioincising-Prozess ist derzeit noch in der Optimierungsphase. Verschiedene Parameter wie Wasseraktivität aw, Temperatur, pH-Wert und Nährstoffangebot beeinflussen die Geschwindigkeit und Homogeneität der Pilzbesiedlung und aktivität und müssen für eine verbesserte Prozesskontrolle weiter optimiert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu dieser Prozessoptimierung bei. Eine weiterentwickelte Pilotanlage wurde kürzlich in Betrieb genommen und verspricht einen verbesserten Inkubationsprozess.Eine großtechnische Anwendung des Bioincising-Verfahrens liegt jedoch in ferner Zukunft. Auf Grundlage des aktuellen Kenntnisstandes ist eine Anwendung des Bioincising-Verfahren für hochwertige Produkte mit kleineren Dimensionen und in geringeren Stückzahlen wahrscheinlich