Mixed Tropical Hardwood
Nachweis von Tropenholz in Papier - Chemotaxonomie und Anatomie zur Identifizierung von Mixed Tropical Hardwood (MTH) - Kontrollen zum Schutz der Wälder
Wie erkennt man die verwendeten Holzarten in Papierprodukten?
Die fortschreitende Entwaldung unseres Planeten reduziert die biologische Vielfalt und beschleunigt die Erderwärmung. Um dem Handel mit illegal eingeschlagenen Hölzern zu begegnen, müssen die verwendeten Hölzer identifiziert werden. Für Massivholz und Sperrholz funktioniert dies bereits sehr gut, aber wie bestimmt man, welche Hölzer für die Herstellung von Papier eingesetzt wurden? In diesen Materialien versteckt sich ein Großteil der weltweiten Holznutzung. Sowohl in diesem Projekt als auch in den zwei vorherigen von der DBU geförderten Projekten werden in einer Kooperation zwischen der Universität Hamburg (UHH) und dem Thünen-Institut für Holzforschung Methoden zur Identifizierung der Holzarten entwickelt und etabliert. Dabei verfolgt die UHH den chemotaxonomischen Ansatz, während das TI den Ansatz über morphologische Merkmale verfolgt.
Hintergrund
Papierwaren unterliegen der Europäischen Holzhandelsverordnung (EUTR) – die Importeure müssen im Rahmen ihrer Sorgfaltspflicht die verwendeten Holzarten und deren legale Herkunft benennen können. Für die Überprüfung der Herstellerangaben werden die im Papier enthaltenen Hölzer über die charakteristischen Strukturmerkmale bestimmt. Bei Laubhölzern vergleicht man die anatomischen Referenzen der besonders markanten Gefäßelemente. Die hierfür erforderlichen detaillierten Beschreibungen dieses Zelltyps gab es bislang fast ausschließlich für Hölzer Europas und Nordamerikas. Im Rahmen des von der DBU geförderten Projekts wurden erstmals Referenzen für eine Vielzahl asiatischer Hölzer erfasst und in Form eines Atlas veröffentlicht. Prüflabore auf der ganzen Welt können damit jetzt auch wichtige Wirtschaftshölzer und artgeschützte Hölzer Asiens nachweisen.
Zeitraum
01.08.2018 - 31.01.2021
Woche der Umwelt beim Bundespräsidenten in Berlin
Förderung
Das Projekt wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.
Förderkennzeichen: 34295/01
Projektgliederung
Chemotaxonomie
Die allgemeine Chemotaxonomie klassifiziert Pflanzen über ihre sekundären Pflanzenstoffe. In diesem Projektteil sind wir den im Papier verwendeten Hölzern über geringste Reste ihrer charakteristischen chemischen Inhaltsstoffe (biochemische Zusammensetzung) auf der Spur. Zur Identifizierung von Holzarten in Papier wurde eine ganz neue Methode entwickelt. Bei dem chemotaxonomischen Ansatz werden endgebleichte Faserstoffe extrahiert und mittels GC/MS charakterisiert.
Im Labormaßstab werden dafür zuerst sortenreine Zellstoffe als Referenzen industrienah hergestellt: Das anatomisch zweifelsfrei identifizierte Vollholz wird zu Hackschnitzeln zerkleinert. Im Sulfat-Verfahren und in mehreren Bleichstufen wird das Lignin, unter Erhalt der Kohlenhydrate, weitestgehend aus dem Holz entfernt. Zwischen den Herstellungsschritten erfolgt eine Aufbereitung, wobei der Zellstoff mit Wasser gewaschen wird. Diese Prozessschritte verfolgen das Ziel, möglichst weiße Zellstofffasern zu erzeugen. Bei der Herstellung von Zellstoff gehen viele Holzbestandteile, vor allem wasserlösliche Holzinhaltsstoffe, verloren.
Abbildung 1: Vom Holz zum Papier durchläuft das Material viele Prozessschritte. Dennoch weisen die Chromatogramme der Extrakte eine hohe Informationsdichte auf
Obwohl bei der Herstellung ein Großteil der Extraktstoffe ausgewaschen wird, bleiben noch etwas weniger als 0,1 % im Zellstoff enthalten. Das können verschiedene Substanzen wie beispielsweise Fette, Harze, Sterine oder Gerbsäuren sein. Diese Stoffe werden, wie schematisch in Abbildung 2 dargestellt, aus dem Zellstoff extrahiert. Durch eine sukzessive Extraktion mit Lösungsmitteln unterschiedlicher Polarität sollen möglichst alle verbliebenen Inhaltsstoffe herausgelöst werden. Die so gewonnenen Extrakte werden mittels Gaschromatographie - Massenspektrometrie analysiert.
Abbildung 2: Extraktion: Lösungsmittel verdampft, kondensiert in der Kühlfalle, tropft in die Probe und fließt ab
Die Abbildung 3 stellt die Chromatogramme der Extrakte von Bangkirai- und White Meranti-Zellstoff invertiert gegenüber. Der Chromatogrammausschnitt in Abbildung 3 (RT 48-120 min) verdeutlicht beispielhaft sowohl die Ähnlichkeiten als auch die Unterschiede der Chromatogramme. Beide Spezies gehören zur Gattung Shorea. Aus den Messdaten der Referenzen wird eine Datenbank zum Abgleich von unbekannten Proben erstellt.
Abbildung 3: Chromatogramme der Extrakte von Bangkirai- und White Meranti-Zellstoff (invertierte Darstellung) im Vergleich - Ähnlichkeiten und Unterschiede
Anatomie
Der morphologische Ansatz zur Identifizierung der Holzgattungen wird am Thünen-Institut für Holzforschung verfolgt. Dabei werden die Hölzer anhand ihrer anatomischen Merkmale unter dem Mikroskop identifiziert.
Für mehr Informationen, siehe Thünen Institut.
Abbildung 4: Vermessung eines Gefäßelements. Aus: ATLAS OF VESSEL ELEMENTS, Helmling S. et al., 2018, Iawa Journal 39
