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Holzchemie: Zellulose, Hemizellulose und Lignin

Holz
Das im Holz eingelagerte Lignin lässt sich nur schwer abbauen. Deshalb ist es nicht verwun-
derlich, dass der Holzabbau Jahrzehnte dauert.
Foto: Ulrich Wasem (WSL)

Holz besteht vor allem aus den Stütz- und Gerüstsubstanzen Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Daneben enthält Holz so genannte Extraktstoffe (Gerbstoffe, Harze, Wachse, Farbstoffe, u.a.) und Mineralien (Aschegehalt).  Diese Bestandteile kommen in folgender Zusammensetzung vor, wobei sie je nach Baumart variieren:

Zellulose: 42 - 51%
Hemizellulose: 24 - 40%
Lignin: 18 - 30%
Extraktstoffe: 1 - 10%
Asche: 0,2 - 0,8%

Zellulose und Hemizellulose

Zellulose ist das Polysaccharid, das in der Natur am häufigsten vorkommt. Polysaccharide sind Vielfachzucker und gehören zu den Kohlenhydraten. Zellulose ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden. Baumwolle, Flachs, Hanf bestehen aus nahezu reiner Zellulose. Der Zelluloseanteil von Holz beträgt zirka 50%, derjenige von Schilf und Stroh etwa 30%. Hemizellulose ist der Sammelbegriff für die übrigen in der Pflanzenzellwand vorkommenden Polysaccharide.

Lignin

Lignin ist ein organischer Stoff, der in die pflanzliche Zellwand eingelagert wird und dadurch die Verholzung der Zelle bewirkt (Lignifizierung; lateinisch lignum = Holz). Lignin ist nach Zellulose nicht nur das zweithäufigste organische Material auf der Erde, es zählt auch zu den mechanisch und chemisch widerstandsfähigsten Verbindungen. Nur wenige Lebewesen können Lignin abbauen. Dazu gehören die Holz zerstörenden Weissfäulepilze. Lignin ist sehr fest, spröde und braun gefärbt. Bei der Papierherstellung ist Lignin unerwünscht, weil es zur Vergilbung beiträgt. Es muss mit hohem chemischem Aufwand aus dem Holz herausgelöst werden. Bei der Braunfäule wird Zellulose abgebaut, wodurch das übrig bleibende Lignin dem Holz eine typisch braune Färbung verleiht. Nadelhölzer besitzen meist mehr Lignin als Laubhölzer.

Vereinfachend kann man sagen, dass die Zellulose dem Pflanzengewebe Zugfestigkeit verleiht, die Hemizellulose die Quervernetzung der Zellulose-Kettenmoleküle bildet, während das Lignin die Struktur wie ein Zement härtet und für die Druck- und Bruchfestigkeit verantwortlich ist.