Cellulose ist ein lineares Polysaccharid aus β-1,4-glycosidisch verknüpften D-Glucoseeinheiten und der mengenmäßig wichtigste biobasierte Strukturwerkstoff. In pflanzlichen Zellwänden bildet Cellulose hochgeordnete Mikro- und Nanofibrillen, deren mechanische Eigenschaften (hohes E-Modul, hohe Zugfestigkeit) aus dem hohen Kristallinitätsgrad und der ausgeprägten Wasserstoffbrückenbindung resultieren.

Werkstofftechnisch relevant sind verschiedene hierarchische Organisationsformen: von Mikrofibrillen über Mikrokristalline Cellulose bis zu Nanokristalliner Cellulose bzw. Kristalliner Nanocellulose. Letztere zeigt aufgrund hoher spezifischer Oberfläche und Steifigkeit ein großes Potenzial als Verstärkungsphase in Polymerverbundwerkstoffen, Filmen und Aerogelen.

Neben pflanzlicher Cellulose gewinnen bakterielle Cellulose und tunikat-abgeleitete Cellulose an Bedeutung. Bakterielle Cellulose zeichnet sich durch hohe chemische Reinheit, definierte Nanofibrillennetzwerke und ausgezeichnete Formbarkeit aus, was sie für Membranen, biomedizinische Scaffolds und flexible Substrate attraktiv macht.

Durch chemische Modifikation entstehen Zellulosederivate (z.B. Ether, Ester) und funktionalisierte Formen wie pEtN-Cellulose, die gezielt Oberflächenladung, Löslichkeit und Wechselwirkungen mit Ionen und Biomolekülen einstellen. Solche zellulosebasierten Materialien ermöglichen Anwendungen von Barriereschichten über Ionentauscher bis zu bioaktiven Oberflächen.

Die zentrale Herausforderung bleibt, Struktur–Eigenschafts-Beziehungen über alle Skalen hinweg zu verstehen und nachhaltige, reproduzierbare Prozessketten von der Faser über Nanopartikel bis zum Bauteil zu etablieren.