Supermateriale skuddsikkert, brannsikkert og sterkere enn stål

Et bartre som har blitt modifisert på molekylært nivå har blitt et materiale som er sterkere enn stål, men seks ganger lettere, samtidig som det er skuddsikkert og brannsikkert.

I det enorme lageret til en oppstartsbedrift kalt InventWood skal et nytt materiale snart starte masseproduksjon: bartre omdannet på molekylært nivå til et materiale som er sterkere enn stål, men seks ganger lettere.

Superwood – navnet på dette spesielle materialet, forventes å kunne erstatte stålbjelker i skjelettet til en bygning, og er også slagfast nok til å lage skuddsikre dører.

I tillegg er materialet brannsikkert. Det ytre laget av Superwood vil også karbonisere på en måte som beskytter innsiden, og hindrer det i å kollapse i en brann slik stål ville gjort.

Modifisert treverk

Liangbing Hu kan betraktes som «oppfinneren» av konstruert tre. Før han underviste ved Yale, var Hu direktør for Center for Materials Innovation ved University of Maryland.

Der oppfant han en rekke forskjellige tresorter med egenskaper som å være gjennomsiktige, formbare som plast og sprettende som en gummiball. Alle Hus oppfinnelser involverte manipulering av tre på molekylært nivå.

Denne tresorten har en kompakt struktur og er like slitesterk som stål. Foto: InventWood.

I 2018 fortsatte Hu og kollegene hans å skape bølger i materialvitenskapens verden da de presenterte teknologien for å lage Superwood i en artikkel i Nature.

For å lage materialet startet teamet med å koke og kjemisk behandle treverket. Deretter komprimerte de det, noe som gjorde et typisk treverk opptil fire ganger lettere. I prosessen oppdaget Hu at eksperimentet presset cellulosefibrene tettere sammen og kollapset kanalene som utgjør treets sirkulasjonssystem.

Til å begynne med virket eksperimentet som en bemerkelsesverdig oppdagelse som til slutt ville bli værende i galleriet. Mange henvendte seg til Hu om virksomheten, men han fortalte dem at han bare var universitetsprofessor og ikke ante hva han skulle gjøre med prosjektet.

Men i stedet for å gi opp, brukte Hu de neste årene på å forbedre teknologien, og reduserte tiden det tok å produsere materialet fra over en uke til bare noen få timer.

Etter den første oppmerksomheten ble Superwood, overraskende nok, ansett som litt kuriøst. Alex Lau, administrerende direktør i InventWood, kontaktet imidlertid Hu og hjalp til med å kommersialisere selskapet i 2021.

Oppstartsbedriften mottok senere et tilskudd på 20 millioner dollar fra energidepartementet i 2022, og mottok ytterligere 30 millioner dollar i finansiering fra forskjellige investorer.

Stort potensial

Oppstartsbedriften produserer nå sine første partier med Superwood, med oppstart i sommer. Lau sier at det første kommersielle anlegget av sitt slag er lite. De første produktene vil bli brukt til å bygge «huden» til en bygning, de ikke-bærende delene som fortsatt krever estetikk og holdbarhet.

En prøve av Superwood (mørkere treverk) plassert ved siden av vanlig treverk, som gjennomgår en langvarig vektbærende bøyetest. Foto: Wall Street Journal.

På lang sikt ønsker de å gå over til å erstatte bygningens ryggrad fra tradisjonelle materialer til superhardt treverk. «90 % av karbonutslippene fra bygninger kommer fra betong og stål under bygging», sa Lau.

For å bygge denne fabrikken samlet InventWood inn 15 millioner dollar i sin første Serie A-runde. Prosessen ble ledet av Grantham Fund, med deltakelse fra Baruch Future Ventures, Builders VC og Muus Climate Partners, tre fremtredende fond innen investering i bærekraftig teknologi, klima- og materialinnovasjon.

Superwood starter med vanlig trevirke, som hovedsakelig består av to forbindelser: cellulose og lignin. Faktisk er nanokrystallinsk cellulose sterkere enn karbonfiber, så målet er å forbedre styrken til dette naturlige trestoffet.

Selskapet bruker kjemikalier som brukes i næringsmiddelindustrien for å modifisere den molekylære strukturen til tre, og komprimerer deretter materialet for å øke antallet hydrogenbindinger mellom cellulosemolekylene.

Med evnen til å komprimere materiale fire ganger, ville mange tro at Superwood er like sterkt. «Men det er faktisk omtrent ti ganger sterkere på grunn av de ekstra bindingene som skapes under denne prosessen», forklarer Lau.

Når det plasseres mellom lysere konvensjonelt treverk, kan Superwood forsterke bærende alternativer til stålbjelker i huskonstruksjon. Foto: Wall Street Journal.

Resultatet er et materiale med 50 prosent høyere bruddstyrke enn stål og et styrke-til-vekt-forhold som er 10 ganger bedre, sier selskapet. Det oppfyller også brannstandarder i klasse A, som betyr at det er vanskelig å antenne og motstandsdyktig mot råte og insekter.

Faktisk krever det fortsatt sertifisering fra selskapets partnere, inkludert utbyggere og arkitekter, om Superwood skal innlemmes i strukturelle elementer i bygninger. I tillegg krever Superwood også nye byggeprosesser, ettersom materialet er sterkt nok til å eliminere stålfugene som er typiske i konstruerte trekonstruksjoner.

Materialets bruksområder kan også strekke seg utover konstruksjon, ifølge WSJ. Superwood er som karbonfiber, men mindre sprøtt. Det brukes allerede i alt fra sportsutstyr og tennissko til racerbiler og fly.

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