Учени създадоха дърво, което е десет пъти по-здраво от стоманата

Американска компания е разработила нов вид дърво, което според нея има до десет пъти по-високо съотношение на здравина към тегло от стоманата, като в същото време е до шест пъти по-леко, пише CNN.

Superwood наскоро е било пуснато на пазара като търговски продукт, произведен от InventWood, компания, съоснована от изследователя в областта на материалите Лианбин Ху.

Преди повече от десетилетие Ху се заел с мисията да преоткрие един от най-старите строителни материали, известни на човечеството. Докато работел в Центъра за иновации в областта на материалите към Университета на Мериленд, Ху, който сега е преподавател в Йейлския университет, открил иновативни начини за преработване на дървесината. Той дори я направил прозрачна, като премахнал част от един от основните ѝ компоненти – лигнина, който придава на дървесината нейния цвят и част от здравината ѝ.

Но истинската му цел била да направи дървото по-здраво, като използва целулозата, основния компонент на растителните влакна и „най-разпространения биополимер в света“, казва Ху.

Пробивът дошъл през 2017 г., когато Ху за първи път укрепил обикновено дърво чрез химическа обработка, за да подобри естествената му целулоза, превръщайки го в по-добър строителен материал.

Дървото първо се вари в баня с вода и подбрани химикали, след това се подлага на горещо пресоване, за да се разруши на клетъчно ниво, което го прави значително по-плътно. В края на едноседмичния процес полученото дърво има съотношение между здравина и тегло, което е „по-високо от това на повечето структурни метали и сплави“, сочи изследването, публикувано в списание Nature.

Сега, след години на усъвършенстване на процеса и подаване на заявки за над 140 патента, Superwood е пуснат на пазара.

„От химическа и практическа гледна точка, това е дърво“, обяснява изпълнителният директор на InventWood Алекс Лау, който се присъединил към компанията през 2021 г. В сградите това би позволило конструкции, които са до четири пъти по-леки от днешните, казва Лау. Това означава, че те биха били по-устойчиви на земетресения, както и по-леки за основите, което би ускорило и улеснило строителството.

„Изглежда досущ като дърво и когато го изпробвате, се държи като дърво“, допълва Лау, „с изключение на това, че е много по-здраво и добро от дървото в почти всеки аспект, който сме тествали“.

Конкурентно на стоманата?

InventWood произвежда Superwood в завода си във Фредерик, щата Мериленд, и въпреки че производственото време вече се измерва в часове, а не в дни, за увеличаване на мащаба ще е нужно известно време, отбелязва Лау.

Първоначално компанията планира да се съсредоточи върху външни приложения като тераси и облицовки, преди да премине към вътрешни приложения като стенни панели, подови настилки и мебели за дома през следващата година.

„Хората винаги се оплакват, че мебелите се разпадат с времета, а това често се дължи на провисване или счупване на съединенията, които сега се изработват от метал, тъй като дървото не е достатъчно здраво“, казва Лау. Superwood може да се използва за замяна на тези части, както и на винтове, пирони и други метални крепежни елементи.

В крайна сметка Лау прогнозира, че цяла сграда може да бъде построена със Superwood, въпреки че това ще изисква повече тестове.

Подобно на първоначалния експеримент на Ху, дървото се укрепва чрез химически процес, който променя основната структура на целулозата и се компресира много плътно без да се връща в първоначалното си състояние. „Теоретично можем да използваме всякакъв вид дървен материал. На практика сме тествали 19 различни вида дървесина, както и бамбук, и методът е проработил при всички тях“, казва Лау.

InventWood съобщава, че Superwood е до 20 пъти по-здрав от обикновената дървесина и до десет пъти по-устойчив на вдлъбнатини, тъй като естествената пореста структура на дървото е разрушена и укрепена. Това го прави неуязвим за гъбички и насекоми. Той получава и най-високата оценка в стандартните тестове за пожароустойчивост.

Към момента Superwood струва повече от обикновената дървесина и също така има по-голям въглероден отпечатък при производството, но Лау казва, че в сравнение с производството на стомана въглеродните емисии са с 90% по-ниски.

Той допълва, че целта е „не да бъде по-евтин от дървесината, а да бъде конкурентен на стоманата“, когато производството се увеличи.

Тенденции при дървесината

Други видове инженерно дърво съществуват отдавна като строителни материали, но InventWood казва, че те са просто пренаредени парчета дърво, които се закрепват с лепила, а не са дърво, което е променено на молекулярно ниво като Superwood.

Дървеното строителство преживява възраждане през последните години, а дървото вече се използва за изграждането на небостъргачи. Град Милуоки, в който вече се намира най-високата дървена кула в света – 87-метровата Ascent MKE, обяви планове да изгради още по-висока кула с височина 183 метра.

В момента бетонът е най-използваният строителен материал в света и въпреки че производството му достигна плато през последните години, производството на бетон генерира 7% от въглеродните емисии в света.

Филип Олдфийлд, преподавател по архитекттура и декан на Факултета по строителство към университета в Нов Южен Уелс, Австралия, който не е свързан с InventWood, казва, че дървеният материал има екологични предимства пред много други строителни материали, тъй като производствените му процеси не са толкова интензивни като тези на стоманата и бетона, а дървеният материал съхранява въглероден диоксид в своята дървесна биомаса чрез фотосинтеза. „Дървените продукти могат да се считат за система за дългосрочно съхранение на въглерод, а строителството с дърво би могло да доведе до „заключване“ на въглеродните емисии в сградите за дълго време“, допълва той.

Но Олдфийлд посочва, че съществуващите продукти от инженерно дърво вече се конкурират със стоманата и бетона. „Препятствието пред по-голямото използване на дърво в сградите не е толкова необходимостта от по-голяма здравина, колкото това, че строителният сектор е склонен да избягва риска и е бавен към промените“, допълва той.

Според него, за да видим повече дървен материал в сградите, ще се нуждаем от по-добро образование, пилотни проекти и подобрена регулаторна рамка. „Но по-здравите дървени продукти като Superwood биха позволили на архитектите да създават по-големи разстояния и по-трайни покрития с дървен материал, което със сигурност би било от полза и би могло да насърчи по-широкото използване на дървен материал“, казва Олдфийлд.