Leichter und nachhaltiger: Holz als Trumpf im Maschinenbau

Das Startup Ligenium hat es geschafft, Holz vorwiegend als Ladungsträger in der Intralogistik und dem Automobilbau sowie im Maschinenbau zu etablieren – und bereits ein profitables Unternehmen in Deutschland zu sein. „Produktion“ sprach mit dem Geschäftsführer Christoph Alt über die Entstehungsgeschichte, die Erfolge und über Verblüffendes.

Christoph Alt erklärt, dass seine Mitstreiter und er aus der Forschung mit fast 15-jähriger Erfahrung kommen. So habe es an der Universität Chemnitz im Bereich Maschinenbau, Professur Fördertechnik, den Schwerpunkt Anwendungstechnik erneuerbarer Werkstoffe gegeben. Dabei sei die Aufgabe gewesen, wie man nachwachsende Rohstoffe im Kontext zur Anlagentechnik und Fördertechnik wieder salonfähig machen könne.

Holzbauteile mit chemischer Beständigkeit

„Im Wesentlichen ging das aus dem Thema der chemischen Beständigkeit hervor, also Bergbau, fördertechnische Anlagen und Salzbergwerkbau. Dort korrodierte sogar Edelstahl. Deswegen haben wir angefangen, den Werkstoff Holz in Betracht zu ziehen. Dabei haben wir nicht nur die chemische Beständigkeit herausgefunden, sondern auch die Eignung für den Leichtbau“, stellt Alt dar.

Im Anschluss habe das Team dann Berechnungsmodelle erstellt, Dimensionierungsgrundlagen, Konstruktionsmethodiken und generelle Bauweisen, wie man mit Holz im Maschinenbau überhaupt baut. Auch Fertigungsverfahren und Verbindungstechnologie sei dabei ein Thema gewesen.

„2015 hatten wir im Rahmen der TU Chemnitz den ersten Serienpiloten im Werk Wolfsburg im Einsatz. Dort gab es die erste 250 Meter lange Skidförderstrecke aus Holz – die bis heute noch in Wolfsburg steht“, freut sich der Geschäftsführer.

Sorge vor Brandlast und Feuchtigkeit unbegründet

Doch ausgerechnet, weil das laut Alt so gut funktioniert hat, hatten die Wissenschaftler viel Gegenwind bekommen. „Denn wenn man mit diesem Werkstoff in die Produktion geht, kommt die Sorge vor Brandlast und Feuchtigkeit auf. Da heißt es oftmals, das Holz brennt und aufquillt“, erläutert Alt.

Das seien aber Themen, die man im Griff haben könne. „Man muss sie bloß gut vorbereiten und dann entsprechend mit den Fachabteilungen abklären“, betont Alt. Bis in die 50er Jahre habe es sogar Holzforschung im Maschinenbau gegeben. Diese Thematik sei dann aber schnell durch Stahl, Aluminium und Kunststoffe abgelöst worden.

Doch Alt zeigt den Gamechanger auf, wie sie Holz aller Widerstände zum Trotz im Maschinenbau salonfähig gemacht haben: „Wir haben unser Wissen mit dem heutigen Stand der Technik aus anderen Bereichen - zum Beispiel den Leichtbaufaserverbunden - in unsere nachwachsende Rohstoffbereiche hineininterpretiert. Daraus haben wir neue Grundlagen geschaffen. Das hat uns so überzeugt, dass wir Ligenium gegründet haben“, blickt Alt zurück.

Holz lässt sich nicht auf Kennzahlen festnageln

„Wir kommen aus dem Maschinenbau und sind dementsprechend ausgebildet. Holz spielt in diesem Ausbildungsbereich keine Rolle mehr. Und wenn man sich jahrelang mit Kunststoffen, Metallen und sonstigen klassischen Werkstoffen beschäftigt, dann hat man einen ganz besonderen Mindset, wie man mit den Werkstoffen umgeht. Holz braucht aber ein ganz anderes Mindset, weil Holz ein lebendes Material ist“, unterstreicht Alt.

So könne man Holz nicht auf Kennzahlen festnageln. „Zumindest nicht in so einem engen Raster, wie das üblicherweise bei Materialien der Fall ist, wenn sie genormt sind, sondern man hat mit Holz eine relativ große Bandbreite“, beschreibt Alt. Vor allen Dingen aber verändere sich der Werkstoff auch im klimatischen Kontext zur Luftfeuchte. „Wenn man das nicht berücksichtigt, kommt es zu Schwierigkeiten mit dem Werkstoff“, warnt Alt.

Holz punktet bei Nachhaltigkeit und Leichtbau

Auch die Themen Nässe und allgemeine Feuchtigkeit, je nachdem, wenn das Holz auch direkt im Wasser steht, gelte es ganz genau zu berücksichtigen. „Wir haben dazu sehr viel Forschung betrieben. Die ist aber immer idealisiert betrachtet. Am Ende muss man das in der Praxis beweisen und die Praxis bringt oftmals unsachgemäße Anwendungsszenarien mit sich“, weiß Alt. Diese seien sehr schwer einzukalkulieren.

Wenn man dann im Vorfeld solche unsachgemäßen Szenarien laut Alt nicht berücksichtigt, weil sie auch rechnerisch gar nicht abdeckbar sind, dann neigt man dazu, wieder in alte Muster zu verfallen. „Vor allen Dingen in dem Bereich, wo man sich auskennt - also Stahl oder Aluminium“, so Alt.

Vor ein paar Jahren sei der Nachhaltigkeitsaspekt auch noch nicht so präsent gewesen, wie es heute der Fall ist. „Das war aber nicht unsere grundlegende Intention, denn die war immer technischer Natur. Interessanterweise ist das technische Portfolio des Holzes unter vielen Gesichtspunkten immer wieder nachhaltig. So auch beispielsweise beim Leichtbau“, verdeutlicht Alt.

Holzwerkstoffe als günstige Alternative gegenüber Alu und Stahl

Leichtbau sei aber oftmals sehr teuer. „Da braucht man nur die Kohlefaserbereiche betrachten oder komplizierte Aluminiumstrukturen sowie konstruktiven Leichtbau im Stahl. Das ist alles nicht günstig. Mit Holz ist das hingegen einfach umsetzbar“, berichtet Alt.

Ligenium verwende auch kein rein natives Holz. „Unsere Holzwerkstoffe sind unter den größtmöglichen Aspekten der Nachhaltigkeit so modifiziert, dass die Themen Feuchtigkeit und Temperatur in unserem konstruktiven Einsatz einen geringeren Einfluss haben. Es sei denn, es fängt an zu brennen, da haben wir immer ein Problem, aber die Feuchtigkeit haben wir im Griff“, gibt sich Alt überzeugt.

Das Holz bleibe formstabil – und zwar formstabiler, als es ein natives Material tun würde. „Das hat damit zu tun, weil wir Sperrholz verwenden. Die Sperrhölzer sind rechtwinklig zueinander verklebt, sperren sich ab und sind damit formstabiler“, klärt Alt auf.

Wissen über Holzbauweise macht fehlende Normung wett

„So gesehen sind die Werkstoffe, die wir verwenden, recht gut genormt. Zudem können wir mit dem Wissen, dass sie mehr können, als der Hersteller angibt, in technologische Anwendungen reingehen, die stärker beanspruchbar sind, als das jemand machen würde, der sich mit dem Werkstoff nicht auskennt“, unterstreicht Alt.

„Denn wir haben diese lange Expertise von circa 15 Jahren auf dem Kerbholz. Tatsächlich ist das aus meiner Sicht fast schon uneinholbar, denn diese Erfahrung braucht man, weil man Holz nicht einfach in eine Formel zwingen kann. Wobei wir auch daran arbeiten“, grinst Alt.

Einsatzbereiche in der Fördertechnik und als Roboterzelle

„Somit lassen sich Einsatzbereiche von der Fördertechnik bis hin zu modernen Roboterzellen abbilden, die eine Tragstruktur im Maschinenbau-Kontext darstellen. Das sind beides dauergebrauchsfeste Strukturen, die in der Industrie nach unserem Verständnis eingesetzt werden können“, betont Alt.

Die Fördertechnik sei zusammen mit einem Partner entstanden, der Fördertechnik entwickle sowie Flughafenfördertechnik vertreibe. „Wir sehen uns aber nicht nur als Logistik-Ladungsträger-Hersteller, sondern als Anwender eines neuen Materials - als Grundtechnologie, wo heutzutage Stahl, Aluminium oder auch Kunststoff verwendet werden.“

Einsatz in der Automobilindustrie: Gewicht deutlich reduziert

Der Weg für Ligenium in die Automobilindustrie habe letztlich auch ein wenig mit Glück zu tun gehabt. „Ich hatte ein-, zweimal Glück, als ich auf verschiedenen Logistikveranstaltungen war, wo auch Automobilisten vor Ort waren. Da hatte ich Kontakt zu einem deutschen Autobauer bekommen - und einen sehr großen Holzfan gefunden“, blickt Alt zurück.

Der Autobauer habe schwere Stahlkommissionierwagen im Einsatz gehabt - mit 140 Kilogramm verzinkter Stahlschweißstruktur. „Der Autobauer war im Zusammenhang mit seiner damaligen Green Logistics-Strategie an einem Pilotprojekt mit uns  interessiert. Dieses war sehr erfolgreich, denn wir haben das Gewicht des Trägers um die Hälfte reduziert“, freut sich Alt.

Pro Transportwagen habe auch eine halbe Tonne CO2 eingespart werden können - rein bilanziell lediglich durch die Materialsubstitution. Denn auf eine Tonne verzinkten Stahl kommen etwa drei Tonnen CO2-Ausstoß.

Gravierende Gewichtsersparnis bei Transportwagen

„Bei einem Transportwagen in der gläsernen Manufaktur in Dresden war die Gewichtsersparnis noch gravierender. Den 400 Kilogramm schweren Transportwagen aus Stahl, Aluminium und Kunststoff konnten wir mit 145 Kilogramm aus Holz substituieren“, rechnet Alt vor. Durch den klassischen Transportwagen geraten laut Alt circa zwei Tonnen CO2 in die Umwelt, während die CO₂-Bilanz des Holzträgers sogar klimapositiv ist. „In dem Transportwagen aus Holz ist mehr CO2 gebunden, als in der Produktion des Materials angefallen ist“, betont Alt.

Interessant sei dabei, dass der Ladungsträger aus Holz auch eine ESD-Ableitfähigkeit habe, was der Wagen in Stahlbauweise nicht habe. Deshalb müsse dieser mit ableitfähigem Kunststoff modifiziert werden. „Holz ist mit der jeweiligen Beschichtung als ableitfähige Struktur zu verwenden. Entweder als isolierende, wo gar keine Ableitfähigkeit möglich ist, aber eben auch keine Antistatik entsteht. Oder es ist ein ableitfähiger Ladungsträger. Das ist auch für die Elektromobilität sehr interessant, weil überall Steuerteile integriert sind, selbst in der Stoßstange“, erklärt Alt.

Bauteile aus Holz mit positiver CO₂-Bilanz

Alt verweist darauf, dass Ligenium Holzwerkstoffe mit komplettem Herkunftsnachweis verwendet. „Vom Herstellungsverfahren des Materials bis hin in die Nutzungsphase und bis in die Kreislaufwirtschaft. Denn alles muss stofflich wieder in den Kreislauf kommen. Denn mit nachwachsenden Rohstoffen könne man zirkulär arbeiten und am Ende immer noch die Energie entziehen oder zum Beispiel auch Biokohlenstoff (Pflanzenkohle) herstellen.“

„Wenn man bedenkt, dass sieben Prozent der weltweiten Emissionen bei der Metallproduktion entstehen, so wäre es doch gar nicht schlecht, mit Holz im Maschinenbau ein Prozent davon zu reduzieren“, denkt Alt laut nach. Demzufolge wäre ein Prozent der globalen Emissionen durch nachwachsende Rohstoffe unter technisch anspruchsvollen Bedingungen substituiert. „Wir allein werden das nicht schaffen, aber das Potenzial liegt zumindest darin“, unterstreicht Alt.

Digitalisierung der Ladungsträger

Der Geschäftsführer geht aber noch einen Schritt weiter, denn er will die Ladungsträger digitalisieren. „Wir haben zum einen die Vision der Kreislaufwirtschaft und wir haben die Vision, die Kreislaufwirtschaft beziehungsweise die nachwachsenden Rohstoffe digitalisiert und klimaneutral im Kreislauf darzustellen. Dazu benötigt es für die unterschiedlichen Lebenszyklen entsprechend viel Intelligenz, egal ob das jetzt physisch oder digital ist“, klärt Alt auf.

Denn es gehe um leichte, nachhaltige und ökologische Ladungsträger. In diese soll Sensorik eingebettet werden, um am Ende die Logistikkette zu digitalisieren. „Werden Ladungsträger aus Holz in der Logistik eingesetzt, sind das vielleicht fünf bis zehn Prozent des Lebenszyklusses, die das ausmacht. Doch der weitaus größere Teil kommt aus der Nutzungsphase“, betont Alt. Denn in der Automobilindustrie werde ein Ladungsträger am Tag zehnmal, manchmal über 30 Kilometer bewegt - und das über sieben Jahre im Dreischichtsystem. Das sei rollierend.

„Der Ladungsträger ist manchmal nur eine halbe Stunde am Band und geht dann wieder zurück. Hier greift das Thema Leichtbau, der dann natürlich einen Effekt auf die Transportkosten hat“, bilanziert Alt. Das ließe sich mit dem digitalen Zwilling ebenso aufnehmen wie das Thema Füllgrad, sodass sich die Logistikaufwände reduzieren ließen.

Digitaler Zwilling des Ladungsträgers aus Holz

„Das kann ich alles in den digitalen Zwilling des Ladungsträgers aufnehmen und ich kenne somit seine Position und welche Wege er fährt. Damit kann ich die ganze Logistik unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten entwickeln, woraus sich wiederum Prozessvorteile ergeben“, sagt Alt.

Diesbezüglich baue Ligenium mit der SAP und weiteren Partnern einen Sustainable Financial Asset. „Damit wollen wir alle Nachhaltigkeitskennzahlen digital aufbereiten, die physisch über den Lebenszyklus entstehen. Somit sind sie unter EU-taxonomischen Bedingungen reportingfähig, Lieferketten sind zurückzuverfolgen und zu Verpackungsregularien lassen sich Kennzahlen liefern“, beschreibt Alt.

Demnach ließe sich mit Blick auf die Refinanzierungskosten diese Wirksamkeit darstellen. „Dann denkt man nicht nur, dass Holz nachhaltig ist, sondern ich kann es auch nachweisen. Wenn die geringeren Kosten nachweisbar sind, dann wird es auch häufiger gekauft und die Nachhaltigkeit setzt sich stärker durch. Denn aus der EU-Taxonomie geht hervor, dass nachhaltiges Handeln finanziell belohnt wird“, bilanziert Alt.

Im November 2023 hat Ligenium am Start-up-Award des Maschinenbaugipfels in Berlin teilgenommen.