Υπερ-υλικό αλεξίσφαιρο, πυρίμαχο και ισχυρότερο από χάλυβα

Στην τεράστια αποθήκη μιας νεοσύστατης επιχείρησης που ονομάζεται InventWood, ένα νέο υλικό θα ξεκινήσει σύντομα τη μαζική παραγωγή: μαλακό ξύλο που μετασχηματίζεται σε μοριακό επίπεδο σε ένα υλικό που είναι ισχυρότερο από τον χάλυβα αλλά έξι φορές ελαφρύτερο.

Το Superwood - το όνομα αυτού του ειδικού υλικού - αναμένεται να είναι σε θέση να αντικαταστήσει τις χαλύβδινες δοκούς στον σκελετό ενός κτιρίου και είναι επίσης αρκετά ανθεκτικό στις κρούσεις για να κατασκευάσει αλεξίσφαιρες πόρτες.

Επιπλέον, το υλικό είναι πυρίμαχο. Το εξωτερικό στρώμα του Superwood θα ενανθράκεται επίσης με τρόπο που προστατεύει το εσωτερικό, εμποδίζοντάς το να καταρρεύσει σε περίπτωση φωτιάς όπως ο χάλυβας.

Τροποποιημένο ξύλο

Ο Λιανγκμπίνγκ Χου μπορεί να θεωρηθεί ο «εφευρέτης» του επεξεργασμένου ξύλου. Πριν διδάξει στο Γέιλ, ο Χου ήταν διευθυντής του Κέντρου Καινοτομίας Υλικών στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ.

Εκεί, εφηύρε μια ποικιλία από διαφορετικά ξύλα με ιδιότητες όπως η διαφάνεια, η δυνατότητα χύτευσης όπως το πλαστικό και η ελαστικότητα σαν λαστιχένια μπάλα. Όλες οι εφευρέσεις του Χου αφορούσαν τον χειρισμό του ξύλου σε μοριακό επίπεδο.

Αυτός ο τύπος ξύλου έχει συμπαγή δομή και είναι τόσο ανθεκτικός όσο ο χάλυβας. Φωτογραφία: InventWood.

Το 2018, ο Hu και οι συνάδελφοί του συνέχισαν να προκαλούν αίσθηση στον κόσμο της επιστήμης των υλικών, όταν παρουσίασαν την τεχνολογία για τη δημιουργία Superwood σε μια δημοσίευση στο Nature.

Για να δημιουργήσει το υλικό, η ομάδα ξεκίνησε μαγειρεύοντας και επεξεργάζοντας χημικά το ξύλο. Στη συνέχεια, το συμπιέσαν, φτιάχνοντας μια τυπική σανίδα έως και τέσσερις φορές ελαφρύτερη. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, ο Χου ανακάλυψε ότι το πείραμα ώθησε τις ίνες κυτταρίνης πιο κοντά μεταξύ τους και κατέρρευσε τα κανάλια που αποτελούν το κυκλοφορικό σύστημα του δέντρου.

Στην αρχή, το πείραμα φάνηκε σαν μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη που τελικά θα παρέμενε στην γκαλερί. Πολλοί άνθρωποι πλησίασαν τον Χου σχετικά με την επιχείρηση, αλλά τους είπε ότι ήταν απλώς ένας καθηγητής πανεπιστημίου και δεν είχε ιδέα τι να κάνει με το έργο.

Αλλά αντί να τα παρατήσει, ο Χου αφιέρωσε τα επόμενα χρόνια βελτιώνοντας την τεχνολογία, μειώνοντας τον χρόνο που χρειαζόταν για την παραγωγή του υλικού από περισσότερο από μία εβδομάδα σε λίγες μόνο ώρες.

Μετά την αρχική προσοχή, οι περισσότεροι θεώρησαν την Superwood κάπως περίεργη. Ωστόσο, ο Alex Lau, Διευθύνων Σύμβουλος της InventWood, επικοινώνησε με τον Hu και βοήθησε στην εμπορευματοποίηση της εταιρείας το 2021.

Η νεοσύστατη επιχείρηση έλαβε αργότερα επιχορήγηση 20 εκατομμυρίων δολαρίων από το Υπουργείο Ενέργειας το 2022 και έλαβε επιπλέον χρηματοδότηση 30 εκατομμυρίων δολαρίων από διάφορους επενδυτές.

Τεράστιες δυνατότητες

Η νεοσύστατη επιχείρηση παράγει τώρα τις πρώτες παρτίδες Superwood, ξεκινώντας αυτό το καλοκαίρι. Ο Lau λέει ότι η πρώτη εμπορική μονάδα του είδους της είναι μικρή. Τα αρχικά προϊόντα θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του «δέρματος» ενός κτιρίου, των μη φέροντων μερών που εξακολουθούν να απαιτούν αισθητική και ανθεκτικότητα.

Ένα δείγμα Superwood (σκουρότερο ξύλο) τοποθετημένο δίπλα σε κανονικό ξύλο, το οποίο υποβάλλεται σε μακροχρόνια δοκιμή κάμψης με αντοχή στο βάρος. Φωτογραφία: Wall Street Journal.

Μακροπρόθεσμα, θέλουν να προχωρήσουν στην αντικατάσταση της ραχοκοκαλιάς του κτιρίου από παραδοσιακά υλικά σε υπερ-σκληρό ξύλο. «Το 90% των εκπομπών άνθρακα από τα κτίρια προέρχεται από σκυρόδεμα και χάλυβα κατά την κατασκευή», δήλωσε ο κ. Λάου.

Για την κατασκευή αυτού του εργοστασίου, η InventWood συγκέντρωσε 15 εκατομμύρια δολάρια στον πρώτο γύρο Σειράς Α. Η διαδικασία διεξήχθη από το Grantham Fund, με τη συμμετοχή των Baruch Future Ventures, Builders VC και Muus Climate Partners, τριών εξέχοντων κεφαλαίων στον τομέα των επενδύσεων σε βιώσιμη τεχνολογία, κλίμα και καινοτομία υλικών.

Το Superwood ξεκινά με κανονικό ξύλο, το οποίο αποτελείται κυρίως από δύο ενώσεις: την κυτταρίνη και τη λιγνίνη. Στην πραγματικότητα, η νανοκρυσταλλική κυτταρίνη είναι στην πραγματικότητα ισχυρότερη από τις ίνες άνθρακα, επομένως ο στόχος είναι να ενισχυθεί η αντοχή αυτής της φυσικής ξυλείας.

Η εταιρεία χρησιμοποιεί χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων για να τροποποιήσει τη μοριακή δομή του ξύλου και στη συνέχεια συμπιέζει το υλικό για να αυξήσει τον αριθμό των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων κυτταρίνης.

Με την ικανότητα να συμπιέζει υλικό τέσσερις φορές, πολλοί άνθρωποι θα πίστευαν ότι το Superwood είναι ισχυρότερο κατά το ίδιο ποσοστό. «Αλλά στην πραγματικότητα είναι περίπου 10 φορές ισχυρότερο λόγω των επιπλέον δεσμών που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας», εξηγεί ο Lau.

Όταν τοποθετείται ανάμεσα σε ανοιχτόχρωμο συμβατικό ξύλο, το Superwood μπορεί να ενισχύσει εναλλακτικές λύσεις φέρουσας ικανότητας αντί για χαλύβδινες δοκούς σε σκελετό σπιτιών. Φωτογραφία: Wall Street Journal.

Το αποτέλεσμα είναι ένα υλικό με 50% υψηλότερη αντοχή σε θραύση από τον χάλυβα και 10 φορές καλύτερη αναλογία αντοχής προς βάρος, αναφέρει η εταιρεία. Επίσης, πληροί τα πρότυπα πυρκαγιάς Κλάσης Α, που σημαίνει ότι είναι δύσκολο να πιάσει φωτιά και ανθεκτικό στη σήψη και τα έντομα.

Στην πραγματικότητα, η ενσωμάτωση ή μη του Superwood σε δομικά στοιχεία κτιρίων εξακολουθεί να απαιτεί πιστοποίηση από τους συνεργάτες της εταιρείας, συμπεριλαμβανομένων των κατασκευαστών και των αρχιτεκτόνων. Επιπλέον, το Superwood απαιτεί επίσης νέες κατασκευαστικές διαδικασίες, καθώς το υλικό είναι αρκετά ισχυρό ώστε να εξαλείφει τις χαλύβδινες ενώσεις που είναι τυπικές στις κατασκευές από μηχανικό ξύλο.

Οι εφαρμογές του υλικού θα μπορούσαν επίσης να επεκταθούν πέρα από τις κατασκευές, σύμφωνα με την WSJ. Το Superwood είναι σαν τις ίνες άνθρακα, αλλά λιγότερο εύθραυστο. Χρησιμοποιείται ήδη σε όλα, από αθλητικό εξοπλισμό και παπούτσια τένις μέχρι αγωνιστικά αυτοκίνητα και αεροπλάνα.

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