Abgeschlossene Projekte

Projektleiter: Prof. Dr. Dr. Bues

Laufzeit: 2018 - 2021

Sustainable Dendromass Production and Innovative Bio-based Materials from Poplar Plantations in European Rural Areas

Dendromass4Europe (D4E) aims at establishing sustainable, Short-Rotation Coppice (SRC)-based regional cropping systems for agricultural dendromass on marginal land that feed into bio-based value chains and create additional job opportunities in rural areas. For that purpose, 2,500 ha of short rotation poplar plantations are established, including marginal or currently unused land in rural areas of the Slovak Republic and Hungary. These plantations will provide the feedstock for the establishment of four new bio-based value chains based upon products from wood and bark from poplar trees: (1) a functionally adapted lightweight fibreboard, (2) eco-fungicidal moulded fibre parts, (3) a bark-enriched woodplastic composite and (4) a multi-purpose wood-plastic granulate.

Besides developing attractive business opportunities, the activities of the industrial partners in D4E will generate profit for the rural economy (income for farmers, employment opportunities). A large number of farmers and rural land owners will directly benefit from the diversification and increase of revenues through their involvement into D4E. The main responsible plantation owner IKEA Industries Malacky provides a framework for land acquisition. Based on the impact of D4E plantations for the farmers’ income, new primary agricultural jobs will be created. New green jobs in rural areas will also originate from the D4E at the production plants of the industrial partners. The consortium D4E unites expertise from industrial and academic partners in the relevant fields along the production, processing and utilization of products from short-rotation coppice.

Harvesting, debarking, field logistics, log storage

At the operation management level, a dedicated project team will focus on designing, testing and demonstrating alternative harvesting and supply chains for the efficient felling, processing, extraction and transportation of wood products from SRC. Supply chains will be designed for meeting the required quality specifications within the set cost threshold, while complying with all environmental, social and market constraints. A continuous supply with raw material is essential for the implementation of a new industrial processing line. The harvest of SRC dendromass can only take place when the trees are dormant during the winter months. The storage of the raw material is an important aspect for the successful implementation of the value chain, especially in the summer months, when no freshly harvested wood is available. Strategies and technologies for dendromass are manifold. The duration and type of storage greatly influence wood quality and with that the quality of the respective end product. The main risks associated with long-term wood storage are e.g.: formation of wood cracks after drying or seasoning the external log parts too close to fibre saturation point; discoloration; infestation with insects; and destruction of the wood by infestation with fungi. Depending on the duration of storage, a number of factors can contribute to a reduction in wood quality, demanding for various kinds of storage strategies.

The objective of log storage is to optimize the method for the storage of poplar trunks over a period of up to 8 months. Three different storage methods: a) Storage in compact pile; b) Log conservation under oxygen exclusion; c) Storage in compact pile with water sprinkling – will be evaluated regarding its impact to wood quality as well as ecological and economical aspects. Furthermore, the differences in wood quality and drying of logs stored with and without bark will be evaluated. All parameters of the storage principles will be evaluated and if necessary adapted to the specific industrial process requirement. Wood quality during the storage/conservation period will be monitored and controlled continuously. Finally, it is necessary to test whether the stored raw material undergoes changes in its anatomical, chemical, and physical composition, which may influence the wood processing technique and the characteristics of the end product. Based on the analysis results an operating procedure for the optimum storage method will be created.

https://www.dendromass4europe.eu

Project manager: Prof. Dr. dr Bues

Duration: 03.01.2017 to 05.31.2020

The search for CO2-neutral energy sources and the finite nature of certain resources mean that the demand for wood is constantly increasing. Wood is not only in greater demand from the energy sector (heating, power generation, biofuels), high growth rates are also forecast in the material-mechanical and chemical sectors. Wood is increasingly becoming a scarce commodity, as various wood supply forecasts for Europe and the Federal Republic of Germany show.

The increasing demand can only be covered to a limited extent by increased use of the growth potential. However, this "gap" could be covered to a considerable extent by high-performance breeding products, since the specific requirements for yield (volume and mass) as well as the qualities for the sawmill, wood-based materials and paper industries are met here. The results of forest plant breeding are an important starting point for improving the productivity of forests in the medium to long term.

© PeterSiebke.JPG

The use of reproductive material that has already been improved by breeding - such as aspen, Douglas fir and hybrid larch - enables shorter rotation times due to the up to 80% better growth (hybrid larch). As a result, site productivity can be increased and silvicultural strategies can be handled more flexibly.

When it comes to the material use , the question arises as to whether the changed growth rates also result in changed wood properties. In order to be able to use the existing breeding material economically, its properties must be extensively examined.

The research contribution of the professorship for forest use to the joint project "Wood for Industry" consists of creating a wood technology profile for the various tree species and hybrids, from which potential areas of application as solid wood, wood-based materials and as a raw material for the pulp and paper industry can be derived.

Project Partner

State enterprise Sachsenforst (project coordinator)

Department of Forest Genetics/Forest Plant Breeding

Institute for Wood Technology Dresden non-profit GmbH

Department of biology/wood protection

Technical University Dresden

Institute for plant and wood chemistry

Professorship for forest botany Professorship for Forest Utilization

The project is funded by the Agency for Renewable Resources FNR.

© Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

© Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

Projektleiter: Prof. Dr. Dr. Bues

Laufzeit: 01.06.2017 bis 31.05.2019

Der 3D-Druck ist ein Verfahren, bei dem dreidimensionale Objekte aus einer digitalen Datei erzeugt werden, indem computergesteuert Material schichtweise aufgebaut wird. Das Projekt „WOO-3D“ besteht aus zwei Teilen:

(1) Ein Kurs an der Bethlehem University zielt darauf ab, Wissenschaftler und Studenten mit grundlegenden technischen Abläufen vertraut zu machen, die die Erstellung 3D-druckfähiger Modelle und die Nutzung des 3D-Druckes als Möglichkeit der computergestützten Fertigung z.B. in den Bereichen Ingenieurswesen, Architektur und Konsumgüter betreffen.

(2) Die Materialentwicklung von 3D-Drucker-Filamenten mit speziellen Eigenschaften steht noch ganz am Anfang. Dieses Projekt möchte einen Beitrag zur Entwicklung von 3D-Drucker-Filamenten mit holzähnlichen Eigenschaften leisten. Materialbedingte und technologische Einflussgrößen sollen untersucht werden als Grundlage dafür, Verbesserungen der Materialzusammensetzung und des Fertigungsprozesses vorzuschlagen.

Nach Sturmschäden in Wäldern oder anderen Forstkalamitäten besteht die Notwendigkeit, Stammholz über längere Zeiträume zu lagern. Mit Hilfe dieser Rundholzlagerung soll ein Überangebot von Kalamitätsholz auf dem Rundholzmarkt und ein damit verbundener Preisverfall vermieden werden. Die gebräuchlichste und bisher sicherste Lagermethode für Rundholz ist die Beregnung von dicht gepolterten Stämmen. Die Erfahrungen nach den letzten Sturmwurfkatastrophen 1990 haben jedoch gezeigt, daß auch beregnetes Stammholz unter bestimmten Umständen durch Pilzbefall entwertet werden kann.

In Zusammenarbeit mit der FVA Baden-Württemberg war daher das Ziel der Forschungsarbeit die Entwicklung und Erprobung eines kostengünstigen neuen Lagerverfahrens für Rundholz, das die Eigenschaften und Qualität des gelagerten Holzes - wenn notwendig über mehrere Jahre - unverändert erhält und damit eine attraktive Alternative bzw. Ergänzung zur bisher üblichen Naßlagerung darstellt.

Als Ausgangsbasis für die Bearbeitung des Forschungsprojektes diente das Wissen, daß in Landwirtschaft, Lebensmittelindustrie und Obstanbau Güter durch Schutzgaslagerung dauerhaft haltbar gemacht werden.

Teilprojekt 3.1
"Verwendungsrelevante Eigenschaften von Traubeneichen-Schwachholz aus Mischbeständen"

Teilthema: "Untersuchung der Zellbildung mit Hilfe von Mikroproben": Eine besonders baumschonende Methode zur Untersuchung der Zellbildung im Phloem und in den äußeren Xylemjahrringen stellt die Entnahme von Mikroproben dar. Mit Hilfe von medizinischen Spritzenkanülen werden Mikroproben entnommen und für die lichtmikroskopische Untersuchung der Zellbildung innerhalb des Jahrringes präpariert. Die sehr kleinen Verwundungen werden durch die Reaktion des Baumes sicher abgeschottet und verschlossen. Häufige und am Baum sehr nahe beieinanderliegende Probenahmen sind möglich und gestatten durch eine zeitlich exakte Zuordnung der Zellbildung eine aktuelle Bestimmung der Vitalität von Nadel- und Laubbäumen. 

Teilthema: "Nährelementausstattung ausgewählter Gewebe von Nadeln der Fichten des Austrocknungsversuches sowie von einer Vergleichsfichte": Mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse wurden Elementgehalte in den Vakuolen der Nadelgewebe Endodermis, Mesophyll und orientierend im Kambium des Leitbündels untersucht. In die Messungen einbezogen wurden Nadeln zweier Fichten des Trockenstreßversuches und der Vergleichsfichte. Im Ergebnis der Untersuchungen wurden in der Trockenstreßvariante signifikant geringere Konzentrationen von Kalium und Magnesium besonders in der Endodermis, aber auch im Mesophyll und im kambialen Bereich des Leitbündels gefunden. Gepaart mit dem Trockenstreß scheinen die Versuchsfichten einem extremen Nährstoffmangel ausgesetzt gewesen zu sein.  
 

Die Zielstellung des Landesinnovationskollegs "Wärmedämmsysteme" an der TUD bestand in der Untersuchung neuartiger Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hinsichtlich ihrer Eignung zur Wärme- und Schallisolierung im Trockenbau sowie ihrem Verhalten im Bauwerk.  
Wichtige Ergebnisse des vom Lehrstuhl Forstnutzung bearbeiteten Teilvorhabens (Fördersumme über die Gesamtlaufzeit DM 420.203 (214.846 Euro)) bestanden in der reproduzierbaren Herstellung wasserglasgebundener Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen und Recyclingprodukten, ihrem Einbau und der Prüfung von wichtigen Eigenschaften im Langzeitversuch.

Die Verfahrensentwicklung wurde bis zur Fertigungsplanung der Begasungs- und Trocknungsanlage zur kontinuierlichen Herstellung von Dämmstoffen getrieben.

Die Entwicklungsergebnisse wurden 1999 von einem Unternehmen der Dämmstoffbranche bis zur kleintechnischen Anlage umgesetzt. Ziel ist die Großproduktion wasserglasgebundener Dämmstoffe.

Aufgabenstellung

Die Fortführung des Waldumbaues in der Region erweitert den Anteil von Traubeneichen-Kiefern-Mischbeständen. Die nachhaltige Bewirtschaftung dieser Bestände erfordert eine Nutzung zwangsläufig anfallenden Eichenschwachholzes mit möglichst hoher Wertschöpfung. Daher erfolgte eine Erarbeitung von gesicherten Aussagen zu der Verteilung der Rohholzqualitäten in Traubeneichen-Kiefern-Mischbeständen auf den ausgewählten Standorten.

Forschungsziele

Auswahl repräsentativer Untersuchungsbestände entlang eines Kontinentalitätsgradienten, eines Altersgradienten und nach Varianten von waldbaulichen Verfahren.

Gewinnung von Aussagen zur Holzqualität für eine repräsentative Anzahl von Beständen.

Entwicklung von spezifischen Untersuchungsmethoden für die Qualitätsansprache von Eichenschwachholz für Mischbestände.

Erarbeitung eines Sortiermerkblattes für Eichenschwachholz als Arbeitsgrundlage für Holzabnehmer und Waldbauer.

Fortführung des Waldumbaus mit einem hohen Anteil an Traubeneichen-Kiefern-Mischbeständen befriedigender Qualität für spezielle Verwendungszwecke.

Methoden

Auswahl repräsentativer Untersuchungsbestände entlang eines Kontinentalitätsgradienten, eines Altersgradienten und nach Varianten von waldbaulichen Verfahren. Die Untersuchungen erfolgten für Bestände repräsentativer Standorte der Region und unterschiedlicher waldbaulicher Begründungs- und Behandlungsvarianten.

Durch Beurteilung der Rohholzqualität anhand von äußeren Sortiermerkmalen (Verwendungssortenanteile, Güteklassen) und ergänzende Untersuchung innerer Holzeigenschaften konnten Aussagen über die Verwendbarkeit des bei der Bestandespflege anfallenden Holzes gewonnen werden.

Begrenzende Qualitätskriterien (Sortiermerkmale) für die Verwendung von Eichenschwachholz als Sägeholz wurden ermittelt.

Die Ableitung der Verwendbarkeit erfolgte durch Ansprache von sortierentscheidenden Dimensions- und Qualitätsmerkmalen am stehenden und liegenden Stamm. Ergänzend wurden an Stichproben Stammanalysen durchgeführt und innere Holzmerkmale untersucht.

Begrenzende Qualitätskriterien wurden in Zusammenarbeit mit Holzverarbeitern und anhand technologischer Parameter in Abhängigkeit von der Verwendungsart erarbeitet.

Veröffentlichungen: .

Bäucker, E.; Bues, C.T. (2009): Holzqualität von Traubeneichen-Kiefer-Mischbeständen. Forst und Holz 64 (3): 25 - 30 . Elmer, M.; Kätzel, R.; Bens, O.; Bues, C.T.; Sonntag, H.; Hüttl, R. (Hrsg.) (2009): Nachhaltige Bewirtschaftung von Eichen-Kiefern-Mischbeständen im Spannungsfeld von Klimawandel, Waldumbau und internationalem Holzmarkt. oekom Verlag München, 160 Seiten.

Bäucker, E.; Bues, C.T. (2009): Holzeigenschaften von Traubeneichen-Schwachholz. In: Elmer, M.; Kätzel, R.; Bens, O.; Bues, C.T.; Sonntag, H.; Hüttl, R. (Hrsg.) (2009):
Nachhaltige Bewirtschaftung von Eichen-Kiefern-Mischbeständen im Spannungsfeld von Klimawandel, Waldumbau und internationalem Holzmarkt. oekom Verlag München: 67 - 85 .

Suckow, F; Schröder, J.; Bäucker, E.; Elmer, M.; Frommhold, H.; Lange, M. (2009): Grundlagen und Forschungsfragen. In: Elmer, M.; Kätzel, R.; Bens, O.; Bues, C.T.; Sonntag, H.; Hüttl, R. (Hrsg.) (2009). Nachhaltige Bewirtschaftung von Eichen-Kiefern-Mischbeständen im Spannungsfeld von Klimawandel, Waldumbau und internationalem Holzmarkt. oekom Verlag München: 18 - 29 .

Elmer, M.; Schröder, J.; Bäucker, E.; Lange, M.; Clauder, L.; Bens, O.; Suckow, F.; Kätzel, R.; Bues, C.T.; Frommhold, H.; Sonntag, H.; Fischer, T.; Hüttl, R. (2009): OakChain: Eichen-Kiefern-Mischbestände im Spannungsfeld von Klimawandel, Waldumbau und internationalem Holzmarkt. Forst und Holz 64 (7/8): 26 - 29