Wissenschaftler bringen Holz zum Leuchten

Es werde Licht! Materialforschern ist es erstmals gelungen, Holz mit der Hilfe biolumineszierender Pilze zum Leuchten zu bringen. Das so entstandene Hybridmaterial gibt helles, grünliches Licht ab. Es könnte künftig in Designermöbeln und Schmuck verarbeitet oder als nachhaltige Straßenbeleuchtung eingesetzt werden, wie das Team berichtet. Vorher gibt es allerdings noch ein paar Hürden zu überwinden.

Seit Jahrhunderten ist Holz einer unserer wichtigsten Rohstoffe. Doch auch was schon gut ist, kann trotzdem noch besser werden. Wissenschaftler arbeiten daher schon länger daran, aus Holz ein wahres High-Tech-Material mit neuen Funktionen zu machen – und zwar mit der der Hilfe von Mutter Natur. So können bestimmte Pilzenzyme Holz zum Beispiel vor Verwitterung schützen, während die Einlagerung von Kalziumkarbonat es sogar feuerfest machen kann.

Aristoteles und das leuchtende Holz

Nun haben Forschende um Francis Schwarze von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) einen weiteren Erfolg mithilfe der Natur erzielt: Ihnen ist es erstmals gelungen, Balsaholz zum Leuchten bringen. „Natürlich leuchtendes Holz wurde das erste Mal vor rund 2.400 Jahren durch den griechischen Philosophen Aristoteles beschrieben“, erklärt Schwarze.

Heute wissen wir, dass es sich dabei um biolumineszierende Pilze gehandelt haben muss, die sich von verfaulendem Holz ernähren. Beim Abbau des im Holz enthaltenen Lignins produzieren sie den Naturstoff Luciferin, der in einem zweistufigen enzymatischen Prozess zum Leuchten angeregt wird. Von Pilzfäden durchzogenes Holz strahlt daher ein grünes Licht aus.

Nachahmung im Labor geglückt

Schwarze und seinem Team ist es nun erstmals gelungen, diesen natürlichen Prozess künstlich nachzuahmen. Dafür weichten sie das Testholz zunächst ein und kultivierten es dann drei Monate lang zusammen mit einem Ringlosen Hallimasch (Desarmillaria tabescens). In dieser Zeit nahmen die Balsaholz-Proben das Achtfache ihres Gewichts an Feuchtigkeit auf und wurden von den feinen Hyphen des Pilzes durchdrungen.

Als das Holz beim erstmaligen Kontakt mit Luft nach diesen drei Monaten wieder Teile seiner Feuchtigkeit verlor, setzte dies nach vier Stunden die Enzymreaktion in Gang. Das Holz der Proben begann, Licht der Wellenlänge 560 Nanometer abzugeben – es leuchtete immer stärker grünlich. Seine ganze Pracht entfaltete das Leuchten schließlich nach zehn Stunden.

Obwohl der Pilz das Lignin des Holzes abbaut, um die leuchtenden Chemikalien zu erzeugen, sinkt dadurch aber überraschenderweise nicht die Stabilität des Holzes. Denn wie Röntgen-Diffraktionsanalysen zeigen, bleibt die Zellulose, die im Holz für Zugfestigkeit sorgt, weiterhin intakt. Allerdings hielt das Leuchtspiel nicht lange an: Nach maximal sieben bis zehn Tagen war es bereits wieder erloschen. „Jetzt optimieren wir die Labor-Parameter, um die Leuchtkraft künftig weiter zu steigern“, kündigt Seniorautorin Giorgia Giovannini an.

Bauen wir bald Möbel aus Leuchtholz?

Falls es gelingt, das Holz dauerhaft und heller zum Leuchten zu bringen, könnte es in den verschiedensten Bereichen zum Einsatz kommen. Den Entwicklern schwebt zum Beispiel eine Verarbeitung in Designermöbeln und Schmuck vor. Aber auch ein Einsatz als nachhaltige Lichtquelle wäre denkbar.

„Die Nutzung der Biolumineszenz zur Beleuchtung unserer Häuser und Gemeinden würde zu Energieeinsparungen und einer Verringerung der CO₂-Emissionen führen. Die alternative Lichtquelle würde auch die nächtliche Lichtverschmutzung verringern, die in Großstädten ein weltweites Problem darstellt“, schreibt das Team. (Advanced Science, 2024; doi: 10.1002/advs.202403215) 

Quelle: Empa