Супертвердая древесина, ученые надеются, может заменить сталь в ряде производств и в строительной индустрии.
Эту древесину изготавливают путем изменения химического состава дерева. Пористая структура древесины уплотняется с помощью химической ванны и горячего пресса.
Первый этап
Древесина состоит из клеток трех химических веществ: целлюлозы (50%), лигнина (около 20%, в зависимости от типа древесины) и гемицеллюлозы.
Кипячение различных типов древесины в гидроокиси натрия и растворе сульфита натрия в течение семи часов не повредило крахмалистую целлюлозу, зато полностью удалило лигнин – полимер, который связывает целлюлозу. Этот процесс создал в древесине большое количество пустого пространства.
Второй этап
Затем исследователи поставили лист вываренной древесины под пресс и держали его под давлением пяти мегапаскалей при температуре 100 °C в течение одного дня.
Этот процесс сжал древесину и заставил клетки целлюлозы сцепиться между собой даже в отсутствие лигнина. Нановолокна целлюлозы были крепко прижаты и образовали чрезвычайно крепкий материал.
Усиленный материал
По словам ученых, это – новый класс материалов, который обладает большим потенциалом.
В результате этого сложного процесса ученые получили легкий материал, в пять раз тоньше первоначального листа древесины и в три раза плотнее и более чем в десять раз крепче. Эта плотная, легкая древесина так же крепка, как сталь. Ученые проверили ее тем же способом, каким они проверяют сталь военных транспортных средств. Дробью из нержавеющей стали ученые выстреливали в лист древесины из пневматического оружия. Дробь летела со скоростью 30 метров в секунду. Пули легко прошли сквозь обычную древесину, а в укрепленной застряли.
Конечно, эта древесина не выдержит артобстрела и не защитит от пуль, но ее прекрасно можно использовать в строительстве и производстве транспортных средств.
Вред для экологии
В 2010 году вредные выбросы от производства стали составили два с половиной миллиона тонн. Этот показатель, по предположениям специалистов, к 2050 году увеличится до 2800 миллионов тонн.
Планы и проекты сократить эти выбросы уже разрабатываются полным ходом. Китай – крупнейший производитель стали в мире – намеревается уменьшить производство стали к 2020 году на 150 миллионов тонн. Однако, несмотря на эти проекты, производство сырья для стали в прошлом году увеличилось на пять процентов.
Другие методы
Эксперты говорят, что выбросы, вызванные производством стали, можно сократить посредством создания новых, более чистых и разнообразных строительных материалов.
Усилия по уплотнению и укреплению древесины и попытки повысить ее твердость начались еще в первой половине ХХ века. Некоторые ученые даже утверждают, что новый процесс химического воздействия на древесину не должен приводить в особенный восторг.
Фред Камк из Университета штата Орегон говорит, что и другие методы, такие как выпаривание дерева и обработка его смолами, достигают примерно такого же эффекта, но без использования тяжелых химикатов, а потому дешевле. Однако исследователи утверждают, что использованные в процессе кипячения химикаты не выпускают в атмосферу вредные пары, что делает укрепленную древесину более экологически чистой альтернативой стали.
