Verankerde cellulosevezels

Wat er gebeurt tijdens het verduurzamen van hout door gecontroleerde verhitting is niet helemaal duidelijk. Daarnaar wordt onder meer in Wageningen onderzoek gedaan, bij de Stichting Hout Research. Duidelijk is wel dat de belangrijkste verandering optreedt in de dikke celwanden van de vezelige vaatcellen, waaruit het hout voornamelijk bestaat.

Die celwand geeft het hout zijn sterkte. Het belangrijkste bestanddeel is cellulose, ongeveer de helft van het hout bestaat daaruit. Cellulose, het meest voorkomende koolhydraat op aarde, is een lange polymeerketen van duizenden glucose-eenheden (druivensuiker) en ligt in bundels als een gevlochten matje rond de cellen. Het is heel sterk, maar niet hard: ook de celwanden van een grasstengel en een slablaadje bestaan grotendeels uit cellulose.

Twee andere bestanddelen in het hout zorgen voor de stevigheid. Lignine of houtstof (17 tot 35 procent van het hout) is een ingewikkelde verbinding opgebouwd uit aromatische koolstofringen. Het vult de ruimte tussen de cellulosevezels op „als de wapening van beton”, zegt onderzoeker ir. B. F. Tjeerdsma van de Stichting Hout Research. Verder zit er nog tot 30 procent hemicellulose in het hout, een kortere polymeer van suikers die zich waarschijnlijk op het grensvlak tussen lignine en cellulose bevindt.

Directeur Groeneveld van Plato Hout, een Wagenings bedrijf dat hout verduurzaamt, legt uit dat de eerste stap bestaat uit een natte verhitting tot 165 à 180 graden. Tjeerdsma verwacht dat al vanaf 140 graden azijnzuur zich afsplitst van het hemicellulose. Dat zuur tast de polymeerketens aan, eerst het hemicellulose, bij hogere temperaturen ook het cellulose. Daarbij ontstaan aldehyden. Tegelijkertijd breekt het lignine af; daaruit ontstaan opnieuw aldehyden, maar ook reactieve fenolringen.

De aldehyden en fenolen zijn de bouwstenen voor de volgende fase, de droge verhitting bij 180 graden. Door een condensatiereactie plakken de fenolringen aaneen tot lange structuren, met de aldehyden ertussen. Uit de afbraakproducten ontstaat dus een natuurlijke fenolische hars, gebaseerd op het harde lignine. Deze hars is minder elastisch dan het oude lignine. De hars verankert de cellulosevezels, die nu nauwelijks bewegingsvrijheid meer hebben. Daardoor ontstaat de belangrijkste eigenschap van het duurzame hout: er passen geen watermoleculen meer tussen de cellulosevezels. Daardoor kan de celwand niet meer opzwellen. Bovendien is het hemicellulose grotendeels verdwenen, terwijl dit de voornaamste voedingsbron voor schimmels is.

Tjeerdsma heeft veel onderzoek verricht aan Plato-hout, maar kent het StellacWood niet. De uitvinder van het Finse hout, Lallukka, wil niet veel kwijt over het procédé. Tjeerdsma: „Als je naar hogere temperaturen gaat, zal het azijnzuur ook het cellulose aantasten en dan neemt de sterkte af.” Lallukka beweert echter dat zijn eindproduct beter is dan dat van Plato, omdat hij de vorming van azijnzuur tijdens de verhitting weet te onderdrukken.