Nachhaltige Baustoffe

Biobasierte Klebstoffe

Klebstoffe sind essenzielle Bestandteile vieler moderner Bauprodukte und spielen eine zentrale Rolle bei der Verbindung von Materialien. Eine umweltfreundliche und wohngesunde Alternative zu konventionellen Klebstoffen bieten biogene Varianten. Sie können die Recyclingfähigkeit von Bauprodukten verbessern, Schadstoffemissionen in Innenräumen reduzieren und zudem Ressourcen schonen. Ihre Entwicklung gewinnt daher zunehmend an Bedeutung – sowohl in Forschung als auch Praxis.

March 18, 2025

Klebstoffe ermöglichen Verbindungen unterschiedlichster Materialien, verbessern die Stabilität von Bauelementen und gewährleisten eine effiziente Verarbeitung. Insbesondere im Holzbau, in der Herstellung von Verbundwerkstoffen und bei Dämmmaterialien spielen sie eine zentrale Rolle. Konventionelle Klebstoffe basieren überwiegend auf petrochemischen Rohstoffen wie Erdöl-, Erdgas- oder Kohlederivaten und enthalten häufig synthetische Polymere sowie gesundheitlich bedenkliche Additive. Zudem beeinträchtigen sie die Kreislauffähigkeit von Bauprodukten, da geklebte Verbindungen meist nicht zerstörungsfrei getrennt werden können, was eine stoffliche Wiederverwertung erschwert. Ein weiterer Punkt ist die Emission von Schadstoffen in die Innenraumluft, die häufig mit Klebstoffen assoziiert wird. Auch die Expert*innen um das natureplus Umweltzeichen verfolgen die Neuerungen mit großem Interesse. Finden sich hier neue umweltverträgliche Lösungen, die das nachhaltige Bauen voranbringen können?

Unterscheidung Klebstoffe - Die hier gewählte Einteilung ist eine pragmatische und orientiert sich u. a. an dem im Hochbau üblichen Sprachgebrauch (Quelle: vgl. Wecobis)

Nachhaltig verbinden: Eine Auswahl biogener Klebstoffe

‍Klebstoffe auf Basis von Lignin und Zuckeraldehyden

Forschende des Fraunhofer WKI entwickeln einen innovativen, formaldehydfreien Klebstoff auf Basis von Lignin und Zuckeraldehyden. Lignin, ein natürlicher Bestandteil von Holz und ein Nebenprodukt der Papier- und Zellstoffindustrie, bietet großes Potenzial als nachhaltige Alternative zu fossilen Bindemitteln. Ergänzend wird Hydroxymethylfurfural (HMF) als biogener Formaldehyd-Ersatz eingesetzt. Dieses Zuckerderivat kann aus Fruktose, Stärke oder Zellulose gewonnen werden und ermöglicht zusammen mit Lignin die Herstellung eines leistungsfähigen wässrigen Kondensationsharzes. Durch die Kombination mit Zuckeraldehyden entsteht ein leistungsfähiger Klebstoff, der ohne gesundheitlich bedenkliche Stoffe wie Formaldehyd auskommt. Dieser biobasierte Klebstoff soll insbesondere in der Herstellung von Holzwerkstoffen eingesetzt werden und die Umweltbilanz von verleimten Produkten verbessern. Da Lignin in großen Mengen als Nebenprodukt anfällt, bietet es nicht nur ökologische Vorteile, sondern kann auch wirtschaftlich attraktiv sein. Die Forschung zielt darauf ab, diesen Klebstoff weiter zu optimieren und ihn als umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Bindemitteln in der Bau- und Möbelindustrie zu etablieren.

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Myzel-basierte Klebstoffe

Pilzmyzel bietet eine vielversprechende Alternative als Ersatz für synthetische Klebstoffe und wird unter anderem als natürliches Bindemittel zur Herstellung nachhaltiger Dämmstoffe erforscht. Myzel, das Wurzelsystem von Pilzen, wächst organisch und kann pflanzliche Reststoffe wie beispielsweise Holzfasern, Hanfschäben oder Stroh miteinander verbinden. Dabei bildet es ein stabiles Netzwerk aus feinen Hyphen, das die Materialien strukturell festigt. Dieser selbstwachsende Klebstoff hat mehrere Vorteile: Er ist biologisch abbaubar und benötigt für die Herstellung weniger Energie als konventionelle Bindemittel. Myzelbasierte Dämmstoffe bieten gute wärme- und schalldämmende Eigenschaften und sind frei von gesundheitskritischen Chemikalien. Forschende arbeiten daran, das Wachstum und die mechanischen Eigenschaften von Myzel so zu optimieren, dass es als ökologische Klebstofflösung für Baumaterialien breit eingesetzt werden kann. Langfristig könnte dies eine kreislauffähige Alternative für den Bausektor darstellen und den Einsatz fossiler Klebstoffe weiter reduzieren.

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Huminbasierte Klebstoffe

Forschende des Fraunhofer WKI haben in Zusammenarbeit mit Industriepartnern das Potenzial von Huminen als Bindemittel für Holzwerkstoffe untersucht. Humine entstehen als Nebenprodukt bei der Herstellung von Polyethylenfuranoat, einem biobasierten Ersatz für PET-Kunststoffe und fallen jährlich in großen Mengen an. Im Forschungsprojekt gelang es, Humine erfolgreich zur Herstellung von Span- und Sperrholzplatten einzusetzen. Zusätzlich bieten Humine interessante Eigenschaften für die Holzmodifikation. Sie verbessern die Widerstandsfähigkeit gegenüber Pilzbefall, verringern das Quell- und Schwindverhalten und tragen zur Wasserabweisung bei. Erste Prüfungen zeigen zudem eine gute Umweltverträglichkeit. Langfristig könnten huminbasierte Klebstoffe dazu beitragen, den Anteil biogener Bindemittel in der Holzwerkstoffproduktion zu erhöhen und eine nachhaltige Alternative zu konventionellen Klebstoffen zu bieten. Um eine breite industrielle Nutzung zu ermöglichen, sind jedoch noch weitere Optimierungen notwendig.

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Tanninbasierte Klebstoffe

Im Forschungsverbund TANIPU wird an einem 100 % biobasierten, emissionsfreien Klebstoff für tragende Holzwerkstoffe gearbeitet. Ziel ist es, eine umweltfreundliche Alternative zu entwickeln, die frei von VOCs und Isocyanaten ist. Dafür setzen die Forschenden auf Tannine, pflanzliche Gerbstoffe, die bereits seit den 1970er-Jahren als Klebstoffbestandteil genutzt werden. Tanninbasierte Klebstoffe überzeugen durch ihre hohe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, starke Haftung auf Holz sowie natürliche biozide und schwer entflammbare Eigenschaften. Der Rohstoff ist industriell verfügbar, wird aus Quebracho- und Mimosabäumen gewonnen und kann zudem aus Rinden, als Nebenprodukt der Zellstoff- und Sägeindustrie, extrahiert werden. Das TANIPU-Team verfolgt den Ansatz, Non-Isocyanate Polyurethane (NIPU) zu synthetisieren, indem Tannine mit biobasierten Carbonaten und Diaminen kombiniert werden. Im bis 2025 laufenden Projekt planen die Forschenden nach den Grundlagenarbeiten im Labor eine schrittweise Skalierung: zunächst auf Pilotmaßstab, gefolgt vom Demonstrationsmaßstab. die entwickelten Harzrezepturen werden dabei getestet. Begleitend werden die Marktpotenziale der Klebstoffe analysiert und eine Cradle-to-Gate-Ökobilanz des Herstellungsprozesses erstellt.

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Proteinbasierte Klebstoffe

Sie werden aus nachwachsenden Rohstoffen wie Soja-, Milch-, Blut- oder tierischen Proteinen gewonnen und haben eine lange Tradition in der Holzverarbeitung. Aktuelle Forschungsarbeiten zielen darauf ab, ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu optimieren und sie unter anderem für den Einsatz im konstruktiven Holzbau nutzbar zu machen.

Ein Beispiel für proteinbasierte Klebstoffe ist Glutinleim, der aus tierischen Proteinen gewonnen wird. Im Projekt „Oekostab“ wurde untersucht, ob Glutinleime als nachhaltiges Bindemittel für den Holzbau geeignet sind. Dabei wurden Laubholzstäbe mit Glutinleim in Fichtenholz verklebt, um die üblicherweise in Nadelholz eingeklebten Stahlstäbe in tragenden Konstruktionen zu ersetzen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit Glutinleim verklebte Stäbe in Fichtenkanteln eine Klebkraft erreichen, die mit petrochemischen Klebstoffen vergleichbar ist, und stabile Verbindungen für den konstruktiven Holzbau ermöglichen. Für eine breite industrielle Anwendung sind jedoch weitere Optimierungen erforderlich, insbesondere in Bezug auf die Feuchtebeständigkeit, Dauerhaftigkeit und die Skalierbarkeit der Herstellung.

Ein weiteres vielversprechendes Beispiel für proteinbasierte Klebstoffe ist Keratin, das Hauptbestandteil von Federn. Im Projekt "KERAbond" haben Forschende ein Verfahren entwickelt, um Keratin aus Hühnerfedern enzymatisch aufzubereiten und als Basis für biobasierte Klebstoffe zu nutzen. Federn fallen in großen Mengen als Nebenprodukt der Geflügelverarbeitung an und werden bislang kaum stofflich verwertet. Keratin ist für Baustoffe besonders interessant, da es ein hochfestes, faseriges Strukturprotein ist, das den Klebstoffen Stabilität und Widerstandsfähigkeit verleiht. Die daraus entstehenden Klebstoffe könnten als nachhaltige Alternative für die Holzwerkstoffindustrie und andere Anwendungen dienen. Erste Untersuchungen zeigen, dass keratinbasierte Bindemittel mit synthetischen Klebstoffen in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften konkurrenzfähig sein könnten.

Die Zukunft biogener Klebstoffe in der Bauindustrie

Die Forschung im Bereich biobasierter Klebstoffe zeigt vielversprechende Fortschritte und eröffnet Potenzial für die Bauindustrie. Neue biobasierte Materialien könnten eine Alternative zu konventionellen, fossilen Klebstoffen bieten sowie einen einen Beitrag zu Klimaschutz, Ressourcenschonung und Wohngesundheit leisten.

Allerdings bleibt die Frage: Sind diese neuen Klebstoffe wirklich so nachhaltig und leistungsfähig, wie es die Forschung verspricht? Viele Entwicklungen befinden sich noch im experimentellen Stadium, und erst die Marktreife wird zeigen, ob sie sich auch in der Praxis bewähren. Entscheidend wird sein, ob sie nicht nur ökologische Vorteile bieten, sondern auch technisch mit konventionellen Alternativen mithalten können – sowohl in der Anwendung als auch in der Wirtschaftlichkeit.

Hier wird eine kritische Prüfung unverzichtbar sein. Insbesondere die ökologischen Eigenschaften, das Emissionsverhalten sowie die tatsächlichen Umweltwirkungen müssen unabhängig verifiziert werden. Natureplus wird diese Produkte daher gemäß seinem strengen Standard prüfen und bewerten, sobald sie für den Markt relevant werden. Denn nur durch fundierte Analysen und transparente Ökobilanzen kann sichergestellt werden, dass biobasierte Klebstoffe nicht nur ein spannendes Zukunftskonzept bleiben, sondern tatsächlich eine nachhaltige Alternative im Bauwesen darstellen.

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