Ученые создали дерево, которое в десять раз прочнее стали

Американская компания разработала новый тип древесины, который, по ее словам, имеет соотношение прочности к весу в десять раз больше, чем сталь, и в то же время в шесть раз легче, пишет CNN.

Superwood недавно был запущен в качестве коммерческого продукта компанией InventWood, соучредителем которой является исследователь материалов Лианбин Ху.

Более десяти лет назад Ху отправился с миссией заново открыть один из старейших строительных материалов, известных человечеству. Работая в Центре инноваций материалов при Университете Мэриленда, Ху, ныне профессор Йельского университета, открыл инновационные способы обработки древесины. Он даже сделал его прозрачным, удалив часть одного из его основных компонентов — лигнина, который придает дереву цвет и часть прочности.

Но его настоящей целью было сделать древесину прочнее с помощью целлюлозы, основного компонента растительных волокон и «самого распространенного биополимера в мире», говорит Ху.

Прорыв произошел в 2017 году, когда Ху впервые укрепил обычную древесину путем химической обработки, чтобы улучшить ее естественную целлюлозу, сделав ее лучшим строительным материалом.

Древесину сначала кипятят в ванне с водой и выбранными химикатами, а затем подвергают горячему прессованию, чтобы разрушить ее на клеточном уровне и сделать ее значительно плотнее. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, в конце недельного процесса полученная древесина имеет соотношение прочности к весу, которое «выше, чем у большинства конструкционных металлов и сплавов».

Теперь, после многих лет совершенствования процесса и подачи более 140 патентов, Superwood вышла на рынок.

«С химической и практической точки зрения это древесина», — объясняет генеральный директор InventWood Алекс Лау, который присоединится к компании в 2021 году. В зданиях это позволит создавать конструкции, которые будут в четыре раза легче, чем сегодня, говорит Лау. Это означает, что они будут более устойчивы к землетрясениям, а также легче воздействуют на фундамент, что сделает строительство быстрее и проще.

«Он выглядит точно так же, как дерево, и когда вы его тестируете, он ведет себя как дерево», — добавляет Лау, — «за исключением того, что он намного прочнее и лучше дерева почти во всех аспектах, которые мы тестировали».

Конкурентоспособен по стали?

InventWood производит Superwood на своем предприятии во Фредерике, штат Мэриленд, и хотя время производства теперь измеряется часами, а не днями, масштабирование займет некоторое время, отмечает Лау.

Первоначально компания планирует сосредоточиться на наружных применениях, таких как настилы и облицовка, а затем в следующем году перейти к внутренним применениям, таким как стеновые панели, полы и предметы интерьера.

«Люди всегда жалуются на то, что мебель со временем разваливается, и часто это происходит потому, что соединения, которые теперь сделаны из металла, провисают или ломаются, потому что дерево недостаточно прочное», — говорит Лау. Superwood можно использовать для замены этих деталей, а также шурупов, гвоздей и других металлических креплений.

В конечном счете, Лау предсказывает, что из Superwood можно построить целое здание, хотя для этого потребуются дополнительные испытания.

Как и в оригинальном эксперименте Ху, древесина укрепляется с помощью химического процесса, который изменяет базовую структуру целлюлозы и очень плотно сжимает ее, не возвращая в исходное состояние. «Теоретически мы можем использовать любую древесину. На практике мы протестировали 19 различных пород древесины, а также бамбук, и метод сработал на всех из них», — говорит Лау.

InventWood сообщает, что Superwood до 20 раз прочнее обычной древесины и до десяти раз более устойчив к вмятинам, поскольку естественная пористая структура древесины разрушается и укрепляется. Это делает его неуязвимым для грибков и насекомых. Он также получил высшую оценку в стандартных испытаниях на огнестойкость.

В настоящее время супервуд стоит дороже, чем обычная древесина, а также имеет больший углеродный след при производстве, но Лау говорит, что по сравнению с производством стали выбросы углерода на 90% ниже.

Он добавляет, что цель состоит в том, чтобы «не быть дешевле древесины, а быть конкурентоспособным по сравнению со сталью», когда производство нарастит.

Деревянные тенденции

Другие виды искусственной древесины уже давно используются в качестве строительных материалов, но InventWood утверждает, что это просто переработанные куски древесины, скрепленные клеем, а не древесина, измененная на молекулярном уровне, как Superwood.

В последние годы деревянное строительство переживает период возрождения, и теперь древесину используют для строительства небоскребов. Город Милуоки, где уже находится самая высокая деревянная башня в мире, 87-метровая Ascent MKE, объявил о планах построить еще более высокую 183-метровую башню.

Бетон в настоящее время является наиболее используемым строительным материалом в мире, и хотя его производство в последние годы вышло на плато, производство бетона генерирует 7% мировых выбросов углерода.

Филип Олдфилд, преподаватель архитектуры и декан факультета гражданского строительства Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), не связанный с InventWood, говорит, что древесина имеет экологические преимущества перед многими другими строительными материалами, поскольку ее производственные процессы не так интенсивны, как процессы производства стали и бетона, а древесина накапливает углекислый газ в древесине. биомасса посредством фотосинтеза. «Деревянные изделия можно рассматривать как долгосрочную систему хранения углерода, а строительство из дерева может привести к «запиранию» выбросов углерода в зданиях на долгое время», — добавляет он.

Но Олдфилд отмечает, что существующие изделия из древесины уже конкурируют со сталью и бетоном. «Препятствием для более широкого использования древесины в зданиях является не столько потребность в большей прочности, сколько то, что строительный сектор склонен избегать риска и медленно меняться», — добавляет он.

По его словам, чтобы увидеть больше древесины в зданиях, нам потребуется лучшее образование, пилотные проекты и усовершенствованная нормативно-правовая база. «Но более прочные изделия из древесины, такие как Superwood, позволят архитекторам создавать более длинные пролеты и более прочную деревянную отделку, что, безусловно, будет полезно и может способствовать более широкому использованию древесины», — говорит Олдфилд.