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Schutz vor Verwitterung

Pilzenzym schützt Holz gegen zerstörerische Keime

Enzyme aus Pilzen, Bakterien und Pflanzen machen Holz widerstandsfähig gegen zersetzende und pathogene Mikroorganismen. Denkbare Anwendungen wären keimresistente Holzoberflächen für Krankenhäuser und Pflegeheime, aber auch pilzresistente Fassaden, die ohne Schutzanstrich länger halten.

Unbehandeltes, von Pilzen befallenes Holz © Empa

Verwitterte Holzfassaden bieten oft einen trüben Anblick: Von Pilzbewuchs grau geworden, von Bakterien zerfressen, büßt das ansehnliche Material viel von seinem ursprünglichen Glanz ein. Das hält viele Eigenheimbesitzer und Bauherren davon ab, Holz als Baustoff zu verwenden. Auch in Küchen oder Pflegeinstitutionen, in denen hoher Wert auf Hygiene gelegt wird, gilt Holz als Tabu. Als Naturstoff bietet Holz nämlich vielen pathogenen Mikroorganismen eine ideale Brutstätte.

Holzlacke oder Lasuren können einem Befall zwar vorbeugen, doch bescheren sie nicht selten neue Probleme, da sie oft giftige Stoffe enthalten. Diese sind in der Produktion und beim Auftragen ein Gesundheitsrisiko und können aus dem Holz durch Regen oder Zersetzung ausgewaschen werden. Dadurch gelangt zum Beispiel Kupfer in Böden, wo es zur Belastung für die Umwelt wird.

Pilze als Werkzeug statt als Feind

Ideal wäre es also, das Holz ohne toxische Zusatzstoffe vor Pilzen und Bakterien zu schützen. Eine solche Methode haben Empa-Forscher um den Forst- und Umweltwissenschaftler Mark Schubert nun gefunden. Der Clou: Die Wissenschaftler benutzen dazu eine biochemische Methode, die mit einem Stoff aus Pilzen selbst arbeitet. Denn in manchen Pilzarten findet man Enzyme, die das Material mit nützlichen Eigenschaften ausstatten können.

Die Schmetterlings-Tramete (Trametes versicolor) enthält nützliche Laccase-Enzyme © Hans-Martin Scheibner/ CC-by-sa 3.0

So verfügt zum Beispiel die Schmetterlings-Tramete, eine weltweit vorkommende Holz bewohnende Pilzart, über Enzyme, die Holz mit einem antimikrobiellen Iodschutz „ausrüsten“. Diese Enzyme – Laccasen genannt – sorgen als Katalysatoren in ihrer natürlichen Umgebung für die Oxidation phenolischer Substanzen. So wirken in holzigen Pflanzen Laccasen etwa bei der Synthese und dem Abbau von Lignin, einem der Hauptbestandteile in verholzten Zellwänden, mit.

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Laccasen in Jeans und Orangensaft

Laccasen sind bereits in zahlreichen Industriebranchen im Einsatz: In der Lebensmittelindustrie benutzt man das Enzym beispielsweise, um giftiges Polyphenol aus Orangensaft oder aus Biermaische zu entfernen. Die Textilindustrie verwendet Laccasen zum Färben von Jeans oder um glattere Textiloberflächen zu schaffen. In der Kosmetikindustrie nutzt man Laccasen zur Herstellung von Aromen und Düften.

Für die Industrie sind diese Biokatalysatoren interessant, weil sie robust sind, keine besonderen Zusätze benötigen und in größeren Mengen und zu bezahlbaren Preisen erhältlich sind. Zudem arbeiten Enzyme unter normalen Bedingungen, in wässriger Lösung, bei Raumtemperatur und unter Normaldruck.

Empa-Forscher Schubert bei der Behandlung von Holz mit der Iodlösung. © Empa

Gebundenes Iod als Schutz

Die Idee der Forscher: In einer künstlichen Umgebung soll die aus Weißfäulepilzen gewonnene Laccase dafür sorgen, dass Iod auf eine Holzoberfläche kovalent – also chemisch fest – gebunden wird. In einer wässrigen Lösung oxidiert das Enzym Iodionen zu hochreaktivem Iod, das eine Bindung mit dem Lignin an der Fichtenholzoberfläche eingeht. „Der Vorteil ist, dass das chemisch gebundene Iod auswaschungsresistent und damit dauerhaft ist“, erklärt Schubert.“

Die Forscher haben diese ökofreundliche, einfache und günstige Anwendung bereits patentieren lassen. Sie sind nun mit verschiedenen Partnern aus der Möbel-, Bau- und Papierindustrie im Gespräch, die das Verfahren für ihre Zwecke nutzen wollen. Sei es, um Möbel mit antiseptischer Oberfläche für Krankenhäusern zu produzieren, Holzfassaden anzubieten, die Bakterien- und Pilzbefall gegenüber immun sind, oder um toxische Bindemittel für Fasern bei der Papierherstellung zu ersetzen.

Gerade starten zwei Langzeitversuche mit iodisiertem Holz. Dabei wird für die Fassade einheimisches Tannen und Fichtenholz verwendet, im Innenbereich kommen Türklinken aus Eichenholz zum Einsatz. Das Holz wird zunächst mit Hilfe der Laccase aus dem Pilz Trametes versicolor iodisiert. Dann sollen die behandelten Hölzer während mehrerer Jahre den Alltagsbedingungen ausgesetzt werden, damit die Forscher eine Vorstellung davon bekommen, wie sich Bakterien- und Pilzbefall in der Praxis reduzieren oder gar verhindern lassen.

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Martina Peter / Empa
Stand: 29.04.2016

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Alleskönner Holz
Ein Biomaterial als vielseitiger Baustoff der Zukunft

Durch und durch wasserfest
Einlagerung verhindert das Quellen des Holzes

Schutz vor Verwitterung
Pilzenzym schützt Holz gegen zerstörerische Keime

Holz, das dem Feuer trotzt
Mineralisierung macht Holz feuerfest

Der Bio-Magnet
Holz mit anziehender Wirkung

Hochhäuser aus Grasbeton
Bambus als Baustoff der Zukunft

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