Super materiaal kogelvrij, brandwerend en sterker dan staal

In het enorme magazijn van de startup InventWood zal binnenkort een nieuw materiaal in massaproductie gaan: zachthout dat op moleculair niveau wordt omgezet in een materiaal dat sterker is dan staal, maar zes keer lichter.

Superwood, de naam van dit bijzondere materiaal, kan naar verwachting stalen balken in het skelet van een gebouw vervangen en is bovendien slagvast genoeg om er kogelwerende deuren van te maken.

Bovendien is het materiaal brandwerend. De buitenste laag van Superwood zal ook carboniseren op een manier die de binnenkant beschermt en voorkomt dat het in brand bezwijkt zoals staal.

Gemodificeerd hout

Liangbing Hu kan worden beschouwd als de "uitvinder" van bewerkt hout. Voordat hij aan Yale ging doceren, was Hu directeur van het Center for Materials Innovation aan de Universiteit van Maryland.

Daar vond hij een verscheidenheid aan houtsoorten uit, met eigenschappen zoals transparantie, kneedbaarheid als plastic en veerkracht als een rubberen bal. Al Hu's uitvindingen betroffen het manipuleren van hout op moleculair niveau.

Deze houtsoort heeft een compacte structuur en is net zo duurzaam als staal. Foto: InventWood.

In 2018 zorgden Hu en zijn collega's opnieuw voor opschudding in de wereld van de materiaalkunde toen ze de technologie voor het creëren van Superwood presenteerden in een artikel in Nature.

Om het materiaal te maken, begon het team met het koken en chemisch behandelen van het hout. Vervolgens persten ze het samen, waardoor een typische plank tot vier keer lichter werd. Hu ontdekte dat het experiment de cellulosevezels dichter bij elkaar duwde en de kanalen waaruit de bloedsomloop van de boom bestaat, deed instorten.

In eerste instantie leek het experiment een opmerkelijke ontdekking die uiteindelijk in de galerie zou blijven hangen. Veel mensen benaderden Hu over het project, maar hij vertelde hen dat hij slechts een universitair docent was en geen idee had wat hij met het project aan moest.

Maar in plaats van op te geven, besteedde Hu de daaropvolgende jaren aan het verfijnen van de technologie. Daarmee wist hij de productietijd van het materiaal terug te brengen van meer dan een week tot slechts een paar uur.

Na de eerste aandacht vonden de meesten Superwood verrassend genoeg een beetje vreemd. Alex Lau, CEO van InventWood, nam echter contact op met Hu en hielp het bedrijf in 2021 op de markt te brengen.

In 2022 ontving de startup een subsidie van 20 miljoen dollar van het Amerikaanse ministerie van Energie en nog eens 30 miljoen dollar aan financiering van verschillende investeerders.

Enorm potentieel

De startup produceert nu de eerste partijen Superwood, vanaf deze zomer. Lau zegt dat de eerste commerciële fabriek in zijn soort klein is. De eerste producten zullen worden gebruikt voor de bouw van de 'schil' van een gebouw, de niet-dragende delen die nog steeds esthetiek en duurzaamheid vereisen.

Een monster van Superwood (donkerder hout) wordt naast normaal hout gelegd en ondergaat een langdurige buigtest. Foto: Wall Street Journal.

Op de lange termijn willen ze de ruggengraat van het gebouw vervangen door traditioneel hardhout. "90% van de CO2-uitstoot van gebouwen is afkomstig van beton en staal tijdens de bouw", aldus de heer Lau.

Om deze fabriek te bouwen, haalde InventWood $ 15 miljoen op in de eerste Series A-ronde. Het proces werd geleid door Grantham Fund, met deelname van Baruch Future Ventures, Builders VC en Muus Climate Partners, drie vooraanstaande fondsen die investeren in duurzame technologie, klimaat- en materiaalinnovatie.

Superwood begint met gewoon hout, dat voornamelijk bestaat uit twee verbindingen: cellulose en lignine. Nanokristallijne cellulose is zelfs sterker dan koolstofvezel, dus het doel is om de sterkte van deze natuurlijke houtsubstantie te verbeteren.

Het bedrijf gebruikt chemicaliën die in de voedingsmiddelenindustrie worden gebruikt om de moleculaire structuur van hout te veranderen. Vervolgens comprimeert het materiaal om het aantal waterstofbruggen tussen de cellulosemoleculen te vergroten.

Omdat Superwood materiaal vier keer kan comprimeren, zouden veel mensen denken dat het even sterk is. "Maar het is in werkelijkheid ongeveer tien keer sterker dankzij de extra verbindingen die tijdens dit proces ontstaan", legt Lau uit.

Wanneer Superwood tussen lichter gekleurd conventioneel hout wordt geplaatst, kan het dragende alternatieven voor stalen balken in de woningconstructie versterken. Foto: Wall Street Journal.

Het resultaat is een materiaal met een 50 procent hogere breeksterkte dan staal en een tien keer betere sterkte-gewichtsverhouding, aldus het bedrijf. Het voldoet ook aan de brandveiligheidsnormen van klasse A, wat betekent dat het moeilijk vlam vat en bestand is tegen rot en insecten.

Sterker nog, of Superwood al dan niet in constructie-elementen van gebouwen mag worden verwerkt, vereist nog steeds certificering door de partners van het bedrijf, waaronder aannemers en architecten. Bovendien vereist Superwood ook nieuwe bouwprocessen, omdat het materiaal sterk genoeg is om de stalen verbindingen die kenmerkend zijn voor technisch hout te elimineren.

Volgens de WSJ zouden de toepassingen van het materiaal ook verder kunnen reiken dan alleen de bouw. Superwood lijkt op koolstofvezel, maar is minder broos. Het wordt al gebruikt in alles, van sportuitrusting en tennisschoenen tot raceauto's en vliegtuigen.

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