Holz als Ausgangsmaterial – Holzverkohlung

UIllmanns Enzyklopädie der Chemischen Technik 1930

Das Holz als Ausgangsmaterial

Über den anatomischen Bau des Holzes und seine chemische Zusammensetzung s. Holz (Bd. VI, 141). Vom technischen Standpunkt aus werden die Holzarten in 2 Gruppen geteilt: Nadel- und Laubholz.

Die Gefäße des Nadelholzes (Tracheiden) sind anatomisch charakterisiert durch ihre sog. Ringtüpfel, kleine Blasen zwischen den Gefäßen, dadurch entstanden, daß die sekundären inneren Ablagerungen auf der primären Zel.inembran -weggefallen sind. Sie sind im allgemeinen verhältnismäßig dünnwandig mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm und etwa 4 mm Länge.

Die Gefäße des Laubholzes (Tracheen) sind im allgemeinen dickwandiger, kürzer, mit einem Durchmesser von etwa 4/3 desjenigen des Nadelholzes. Sie haben rohrförmige Kanäle zwischen den Gefäßen. Das Nadelholz ist deswegen im allgemeinen weich und leicht, das Laubholz hart und schwer. Außerdem haben die Nadelhölzer Harzkanäle sowohl in vertikaler wie horizontaler Richtung. Diese Kanäle sind umgeben von dünnwandigen, protoplasmaführenden Zellen.

Bei den Nadelhölzern kann man schon mit dem bloßen Auge unterscheiden zwischen dem hellen Frühlingsholz und dem dunkleren und dichteren Herbstholz. Das erste ist von verschiedener Größe, je nach dem Wachstum. Das letzte ist von mehr konstanter Größe. Beim älteren Nadelholz unterscheidet man einen inneren, dunkel gefärbten und harten Teil, das Kernholz, dessen Leitungsvermögen lür Wasser und Luft durch Verstopfung aufgehoben und das deswegen gegen Atmosphärilien viel beständiger ist, und einen äußeren, lichteren und weicheren Teil, den Splint, der fortwährend das Leitvermögen behält. Der Splint enthält mehr Wasser als das Kernholz. In der Ruheperiode November, Dezember und Januar ist der Wassergellalt am geringsten. In der Vegetationsperiode werden durch erhöhte Wasserzufuhr im Bast 2 verschiedene Säfte gebildet, nämlich der Frühlingssaft, der die Knospen entwickelt, und der Sommersaft, der den Jahresring b:ldet. Der Frühlingssaft tritt besonders stark hervor, z. B. bei der Birke. Man kann den Wassergehalt im lebenden Bauine auf etwa 50»„ schätzen.

Der Gehalt des Holzes an Cellulose ist durchgängig etwa 50»«, es enthält ferner 20 % Hemicellulose und 30% Lignin (s. auch Cellulose, Bd. III, 144 ff.). Das Lignin steht den Gerbstoffen nahe und ist wie diese wahrscheinlich ein Glucosid. Sämtliche aromatischen Bestandteile des Nadelholzteers haben die Seitenketten in der Stellung 1, 3, 4, d. i. derjenigen der Protocatechusäure, die daher als Typ des Nadelholzlignins dienen kann. Diese Säure wird auch durch die Alkalischmelze aus dem Lignin erhalten. Wahrscheinlich ist es die Zimtgruppe, die, verbreitet im ganzen Pflanzentum, im Lignin dominiert, u.zw. sowohl als

Alkohol: R – CH : CH CH2 OH

wie als Aldehyd: R – CH : CH  CHO

Die sog. Ligninreaktionen, von welchen die wichtigsten die rote Färbung mit Phloroglucin und die gelbe Färbung mit aromatischen Aminen sind, erfolgen durch Kondensation in saurer Lösung, und die in der Ablauge der Sulfitcellulosekochung als Calciumsalze befindlichen Ligninhydrosulfosäuren entstehen durch Addition von saurem Sulfit an die doppelte Bindung der Zimtgruppe und an die Aldehydgruppen. Der im Holzessig in kleinen Mengen befindliche Allylalkohol und die Säuren der Acrylsäurereihe entstammen wahrscheinlich obigen Seitenketten. Das Phenolhydroxyl der Verbindungen ist mehr oder weniger in Mcthoxyl, OCH3, übergegangen.

Es liegt ein einfaches stöchiometrisches Verhältnis vor zwischen Pentosen und Dioxyzimtalkohol:

2 C5H12O5 = C9H10O3 + 5 H2O + CO2

Da nun das Lignin aus den Kohlenhydraten entstehen muß, so ist es wahrscheinlich aus den Pentosen aufgebaut worden, die in allen Pflanzen vorhanden sind. Da ferner nach Curtius’ und Franzens’ (A. 404, 101 [1914)) wichtiger Beobachtung Formaldehyd wirklich in den Blättern entsteht, wodurch Baeyers Formel für die Kohleiiliydratbildung, CO2 + H2O = CH2O + O2 , eine höhere Aktualität bekommen hat, könnte man sich denken, daß dieser Formaldehyd unter Umständen in Methylalkohol übergehen könnte:

C3H10O + C5H9O3 – CH3 = C10H12O3 + CO2 + 5 H2O

eine Reaktion, die experimentell durchgeführt werden kann. Damit wären die Bedingungen für die Methylierung eines Kohlenhydrates gegeben. Da nun alles Lignin Metlioxylgruppen enthält, wäre die Formel für die Bildung eines methylierten Dioxyzimtalkohols:

C5H10O + C5H9O3 – CH3 = C10H12O3 + CO2 + 5 H2O

Dieser methylierte Dioxyzimtalkohol ist Coniferylalkohol. Durch Autooxydation geht er größtenteils in Coniferylaldeliyd über, welcher sich zu Coniferylparaldehyd kondensiert, dem Hauptprodukt des Coniferenlignins.

Die Ligninbildung aus den Pentosen ist ein exothermischer Prozeß, und da sich dabei sowohl Wasser wie Kohlensäure bildet, könnte man sagen, daß die Ligninbildung als ein Atmungsprozeli anzusehen wäre.

Der Gehalt an Eiweißstoffen ist sehr gering, kaum mehr als 0,5%. Der größte Teil des Stickstoffs bleibt in den Holzkohlen.

Die Nadelhölzer sind charakterisiert durch ihren Gehalt an Coniferenharzen, Terpenen und Fetten.

Harz und Fett Terpentinöl
Kiefer etwa 6 % 0,35 %
Fichte etwa 2,3  % 0,05%

Die jüngeren Teile enthalten mehr „Fett”, die älteren mehr Harz. Es scheint daher, als ob Fett allmählich in Harz übergeht. Das Laubholz hält kein Harz, wohl aber Stärke.

Die Menge der Asche beträgt im Durchschnitt 0,5—1,5%. Der Gehalt der Asche an Phosphor ist am geringsten bei den Nadelhölzern. Daher ist die Kohle der Nadelhölzer zur Darstellung von Qualitätseisen besonders geeignet.

Die chemische Zusammensetzung der Borken scheint wesentlich anders als die des eigentlichen Holzes zu sein. Oftmals ist die Borke reich an Gerbstoffen, wie bei der Eiche und Fichte. Der Aschengehalt der Rinde ist größer als der des entrindeten Holzes

Die Verbrennungswärme der organischen Substanz im eigentlichen Holz beträgt etwa 4.800 Cal.

Das spezifische Gewicht des Holzes ist im allgemeinen kleiner als 1, das der eigentlichen Holzsubstanz ist etwa 1,5. Je langsamer der jährliche Zuwachs des Baumes ist, desto größer ist das spezifische Gewicht des Holzes. Das Nadelholz ist immer leichter als Birken- und Buchenholz. Man kann annehmen, daß das Gewicht in Kilogramm eines Festmeters absolut trockenen Holzes ist: von Buchen 600. Birken 570, Kiefern 450, Fichten 420.

Um Festmeter in Raummeter umzurechnen, wird mit einem Faktor multipliziert, der für Rundholz von 20 cm Durchmesser etwa 0,8, für Scheitholz etwa 0,66 ist Je geringer der Durchmesser des Holzes ist, desto niedriger ist dieser Faktor.

Download PDF:

Kommentar hinterlassen

E-Mail Adresse wird nicht veröffentlicht.


*