Supermaterial, kugelsicher, feuerfest und stärker als Stahl

Aus einem auf molekularer Ebene umgewandelten Weichholz ist ein Material geworden, das stärker als Stahl, aber sechsmal leichter und gleichzeitig kugelsicher und feuerfest ist.

In der riesigen Lagerhalle eines Startups namens InventWood wird bald die Massenproduktion eines seltsamen neuen Materials beginnen: Weichholz, das auf molekularer Ebene in ein Material umgewandelt wird, das stärker als Stahl, aber sechsmal leichter ist.

Superwood – so der Name dieses besonderen Materials – soll Stahlträger im Skelett eines Gebäudes ersetzen können und ist zudem schlagfest genug, um daraus kugelsichere Türen herzustellen.

Darüber hinaus ist das Material feuerbeständig. Die äußere Schicht von Superwood verkohlt außerdem so, dass das Innere geschützt ist und nicht wie Stahl bei einem Feuer zusammenbricht.

Modifiziertes Holz

Liangbing Hu kann als der „Erfinder“ des Holzwerkstoffs gelten. Bevor er in Yale lehrte, war Hu Direktor des Center for Materials Innovation an der University of Maryland.

Dort erfand er eine Vielzahl einzigartiger Hölzer, die Eigenschaften wie Transparenz, Formbarkeit wie Plastik und Sprungkraft wie ein Gummiball aufwiesen. Bei allen Erfindungen von Hu ging es um die Manipulation von Holz auf molekularer Ebene.

Holz hat eine kompakte Struktur und ist so langlebig wie Stahl. Foto: InventWood.

Im Jahr 2018 sorgten Hu und seine Kollegen erneut für Aufsehen in der Welt der Materialwissenschaften, als sie die Technologie hinter Superwood in einem Artikel in Nature vorstellten.

Um das Material herzustellen, kochte und behandelte das Team das Holz zunächst chemisch. Anschließend komprimierten sie es, wodurch ein typisches Brett bis zu viermal leichter wurde. Dabei entdeckte Hu, dass die Zellulosefasern durch das Experiment dichter zusammengedrückt wurden und die Kanäle, die das Blutkreislaufsystem des Baumes bilden, kollabierten.

Zunächst schien das Experiment eine bemerkenswerte Entdeckung zu sein, die schließlich in der Galerie bleiben würde. Viele Leute sprachen Hu wegen des Geschäfts an, aber er sagte ihnen, er sei nur ein Universitätsprofessor und wisse nicht, was er mit dem Projekt anfangen solle.

Doch anstatt aufzugeben, verbrachte Hu die nächsten Jahre damit, die Technologie zu verfeinern und die Produktionszeit des Materials von über einer Woche auf nur wenige Stunden zu reduzieren.

Nach anfänglicher Aufmerksamkeit galt Superwood überraschenderweise als Neuheit. Alex Lau, CEO von InventWood, nahm jedoch Kontakt zu Hu auf und half bei der Kommerzialisierung des Unternehmens im Jahr 2021.

Das Startup erhielt später im Jahr 2022 einen Zuschuss von 20 Millionen US-Dollar vom Energieministerium und weitere 30 Millionen US-Dollar an Finanzierung von verschiedenen Investoren.

Riesiges Potenzial

Das Startup produziert ab Sommer die ersten Chargen Superwood. Laut Lau ist die erste kommerzielle Anlage dieser Art klein. Die ersten Produkte werden für die „Haut“ eines Gebäudes verwendet, also für die nichttragenden Teile, die dennoch ästhetisch und langlebig sein müssen.

Eine Probe von Superwood (dunkleres Holz) neben normalem Holz wird einem Langzeit-Biegetest unter Belastung unterzogen. Foto: Wall Street Journal.

Langfristig wollen sie das Rückgrat des Gebäudes von traditionellen Materialien durch Superhartholz ersetzen. „90 Prozent der Kohlenstoffemissionen von Gebäuden entstehen durch Beton und Stahl, die während des Baus entstehen“, sagte Herr Lau.

Für den Bau der Anlage sammelte InventWood in seiner ersten Finanzierungsrunde der Serie A 15 Millionen US-Dollar ein. Angeführt wurde die Runde vom Grantham Fund unter Beteiligung von Baruch Future Ventures, Builders VC und Muus Climate Partners, drei namhaften Fonds, die in nachhaltige Technologien, Klima- und Materialinnovationen investieren.

Superwood basiert auf normalem Holz, das hauptsächlich aus zwei Komponenten besteht: Zellulose und Lignin. Nanokristalline Zellulose ist sogar stärker als Kohlefaser. Das Hauptziel besteht daher darin, die Festigkeit dieser Holzessenz zu erhöhen.

Das Unternehmen verwendet Chemikalien aus der Lebensmittelindustrie, um die Molekularstruktur des Holzes zu verändern, und komprimiert das Material anschließend, um die Anzahl der Wasserstoffbrücken zwischen den Zellulosemolekülen zu erhöhen.

Da Superwood das Material viermal komprimieren kann, würden viele Leute annehmen, dass es um den gleichen Betrag stärker ist. „Tatsächlich ist es jedoch etwa zehnmal stärker, da bei diesem Prozess zusätzliche Bindungen entstehen“, erklärt Lau.

Zwischen helleren Holzarten kann Superwood tragende Alternativen zu Stahlträgern im Hausbau verstärken. Foto: Wall Street Journal.

Das Ergebnis ist ein Material mit einer um 50 Prozent höheren Bruchfestigkeit als Stahl und einem zehnmal besseren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, so das Unternehmen. Es erfüllt zudem die Brandschutznormen der Klasse A, ist also äußerst feuerbeständig und resistent gegen Fäulnis und Insektenbefall.

Ob Superwood in Strukturelemente von Gebäuden integriert werden darf oder nicht, bedarf noch immer der Zertifizierung durch die Partner des Unternehmens, darunter Bauunternehmen und Architekten. Darüber hinaus erfordert Superwood auch neue Konstruktionsverfahren, da das Material stabil genug ist, um auf die für Holzkonstruktionen typischen Stahlverbindungen zu verzichten.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Materials könnten laut WSJ auch über den Baubereich hinausgehen. Superwood ähnelt Kohlefaser, ist aber weniger spröde. Es wird bereits in vielen Bereichen eingesetzt, von Sportgeräten und Tennisschuhen bis hin zu Rennwagen und Flugzeugen.

Quelle: https://znews.vn/sieu-vat-lieu-chong-dan-chong-chay-va-ben-hon-ca-thep-post1565040.html