Projekt 08193/01

Förderschwerpunkt Holz: Schnellanalytische Verfahren zur Sortierung und Prüfung von Altholz I. SPAN – Schnelle Prüfung von Altholz mittels NIR-Spektroskopie

Projektdurchführung

Institut für Chemo- und Biosensorik (ICB) e. V.
Mendelstr. 7
48149 Münster

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Deponierung und Verbrennung stellen momentan die Hauptentsorgungswege für Alt- und Resthölzer dar. Um eine sinnvolle Weiterverwendung von Altholz zu ermöglichen, ist zunächst eine Trennung von schadstoffbelastetem und unbelastetem Altholz notwendig .
Für die automatische Erkennung der Oberflächenbehandlung von Althölzern (Imprägnierungen, Lasuren, Lackierungen, Polymerbeschichtungen, Folien etc.) wird die Entwicklung eines auf Nahinfrarotspektroskopie (NIR) basierenden Verfahrens angestrebt. Mögliche Einsatzfelder sind die Altholzsortierung auf zentralen Sammelplätzen oder die Eingangskontrolle in der Spanplattenindustrie.
Im ersten Projektjahr wurden die im Rahmen des Verbundprojektes der DBU (Schwerpunkt Holz / Bereich Schnellanalytik) zur Verfügung gestellten Holzproben (organisch behandelt / anorganisch behandelt / unbehandelt) anhand NIR-spektroskopischer Methoden untersucht, um eine verläßliche Aussage über die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst erfolgte die spektrale Vermessung von Holzschutzmitteln (HSM) und oberflächenbehandelten Holzproben mittels verschiedener NIR-Spektrometer, die insgesamt den Spektralbereich von 1 bis 4 µm abdeckten. Die Messungen sollten einerseits eine Aussage über die mit diesen Geräten an den betreffenden Proben erreichbare Spektrenqualität liefern und andererseits eine Datenbank als Grundlage für die Datenauswertung bereitstellen.

Durch eine Analyse der gewonnenen Daten mittels statistischer Methoden wurde der für die angestrebte Anwendung bestgeeignete Spektralbereich, beziehungsweise die bestgeeignete Hardwarekonfiguration ermittelt.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse haben im Labormaßstab die Eignung der Methode zum Nachweis anorganischer HSM gezeigt:
Einige der anorganischen Holzschutzmittel weisen elektronische Absorptionsbanden auf, die sich bis etwa 1.800 nm erstrecken. In den Spektren wurden außerdem holzschutzmittelspezifische Änderungen der OH-Oberschwingung zwischen 1.400 nm und 1.600 nm beobachtet. Diese ist sehr wahrscheinlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Salzionen und den OH-Gruppen der Cellulose (und eingelagerten Wassermolekülen) zurückzuführen.
Anorganisch behandelte Hölzer können durch die beiden beschriebenen Effekte von organisch behandelten bzw. unbehandelten Hölzern unterschieden werden. Darüber hinaus können die anorganischen Holzschutzmittel Al-HDO, As2O3, Betaine, B(OH)3, Cu-HDO, CuSO4 und KCr2O7 wirkstoffspezifisch identifiziert werden.

Der Nachweis organischer Holzschutzmittel ist nicht möglich. Dies liegt im wesentlichen daran, daß diese in einer gegenüber den anorganischen Wirkstoffen um etwa eine Größenordnung geringeren Konzentration vorliegen.

Eine gute Holzartenerkennung trotz unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und Alter ist möglich.

In den Spektren werden eindeutig Einflüsse von Feuchtigkeitsgrad, Oberflächenrauhigkeit und Holzalterung beobachtet. Es ist jedoch noch genau zu untersuchen, welche Auswirkungen diese auf den Nachweis der HSM haben. Es besteht prinzipiell die Möglichkeit, die entsprechenden Einflüsse auf die Spektren mit Hilfe chemometrischer Methoden zu kompensieren.

Die NIR-spektroskopische Erkennung von HSM an mit Kalk oder Lehm verschmutzten Stellen ist nicht möglich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

R. Feldhoff, T. Huth-Fehre, K. Cammann, Detection of Inorganic Wood Preservatives on Timber by NIR Spectroscopy, 8th International Conference on Near Infrared Spectroscopy, 15.-19.9.1997, Essen, (Konferenzband 1998).


Fazit

Zur Entwicklung eines vor Ort einsetzbaren Schnellerkennungsverfahren wäre es notwendig, die gesamte Spannbreite der vorkommenden Holzarten sowie deren Alterungsgrade zu untersuchen. Sämtliche Ergebnisse müssen in ein Kalibrationsmodell aufgenommen werden.
Der praktische Einsatz vor Ort verlangt die Befreiung der Hölzer von Oberflächenschmutz.