Nyt supertræ slår metaller i styrkepræstationer

Der har forskere skabt et materiale, der er stærkere end stål, ved at lægge træ i blød i en blanding af kemikalier og derefter komprimere og opvarme det, skriver Sid Perkins i Scientific American.

Materialeforskere har arbejdet i årtier – de har presset træ, afkølet det og sendt det gennem valser , behandlet det med ammoniak eller damp – alt sammen for at skabe et stærkt, sejt materiale fremstillet af en relativt fornyelig ressource. Det nye træ er tre gange så tæt som naturligt træ og 12 gange stærkere, rapporterer forskerne i en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature.

“Blødt træ som fyr eller balsa, der vokser hurtigt og er mere miljøvenligt, kan erstatte langsommere voksende, men tættere træ som teak i møbler eller bygninger,” siger Liangbing Hu, der er materialeforsker ved University of Maryland, College Park og en af forfatterne til undersøgelsen, ifølge en pressemeddelelse.

Andre metoder til “fortætning” af træ producerer materiale, der har en tendens til at udvide sig tilbage til sin oprindelige størrelse og form, når fugtigheden slår til, fortæller Perkins. Den nye metode forbedrer træet på en måde, der er fugtbestandig ved at skabe et mere ensartet tæt slutresultat.

“Denne form for træ kunne bruges i biler, fly, bygninger – alle anvendelser, hvor der bruges stål”, siger Hu til David Grossman, der rapporterer for Popular Mechanics. Fremtidens skyskrabere kunne endda bygges af træ.

Processen starter med at lægge træet i blød i et bad af natriumhydroxid og natriumsulfat. Disse to kemikalier arbejder sammen for delvist at fjerne lignin og hemicellulose, to polymerer, der gør planternes cellevægge stive. Det afgørende er, at kemikalierne efterlader en stor del af cellulosen, en tredje polymer, intakt. Træets cellevægge bliver mindre stive og mere porøse. Derefter pressede forskeren træet, mens det blev opvarmet til omkring 100 grader Celsius. Træ har mange naturlige kanaler kaldet lumina, der løber langs vækstretningen. Disse kanaler og cellevægge falder sammen under opvarmnings- og pressedelen af forskernes proces, og der dannes nye hydrogenbindinger mellem cellulosemolekylerne, hvilket gør materialet hårdere.

Det endelige resultat, som det ses i et mikroskop, er lag af træ, der er tæt pakket sammen, rapporterer forskerne i deres artikel. Det endelige materiale er ca. en femtedel så tykt som det oprindelige, men tre gange så tæt.

Forskerne udsatte derefter deres fortættede træ for et batteri af tests for at måle dets mekaniske egenskaber. De testede dets evne til at bære en belastning. De testede dets stivhed, dets trækstyrke (hvor godt det holder til trækkræfter), og hvor godt det kunne bøjes. Alt i alt var resultatet et hårdt og ustabilt stykke træ. I en fugtighedstest svulmede træet kun op med ca. 8,4 %, samtidig med at det stadig var sejt.

Der blev også affyret et stålprojektil mod træet med en ballistisk luftpistol. Fem lag af materialet stoppede tilsammen en kugle, der bevægede sig med den hastighed, som en bil kan have før en kollision, rapporterer Mark Zastrow for Nature.

Resultaterne var imponerende, men ikke nok til at overbevise nogle eksperter. Zastrow talte med Fred Kamke fra Oregon State University, som ikke var involveret i den nye forskning. Kamke påpegede, at 24 lag af fortættet poppeltræ var i stand til at standse en 9 mm-kugle, der blev affyret med en hastighed på 25 fod, uden at det krævede kemisk behandling. “Disse andre metoder er sandsynligvis meget billigere end en syv timers kogning i en kaustisk opløsning,” siger han.

Men Hu og hans kolleger går videre med deres “supertræ”, rapporterer Stu Borman for Chemical & Engineering News. Et spin-off-firma ved navn Inventwood håber at kunne markedsføre teknologien og se en fremtid med køretøjer, fly, skibscontainere, gulvbelægninger, panser og meget mere bygget af kogt, behandlet og komprimeret træ, der er stærkere end stål.