New Super Wood Beats Metals in Feats of Strength

Door hout te weken in een mix van chemicaliën en het vervolgens te comprimeren en te verhitten, hebben onderzoekers een materiaal gecreëerd dat sterker is dan staal, schrijft Sid Perkins voor Scientific American.

Materiaalwetenschappers zijn al tientallen jaren bezig – hout persen, afkoelen en door walsen halen, behandelen met ammoniak of stoom – allemaal in de naam van het creëren van een sterk, taai materiaal gemaakt van een relatief hernieuwbare bron. Het nieuwe hout is drie keer zo dicht als natuurlijk hout en 12 keer sterker, melden de onderzoekers in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

“Zachte houtsoorten zoals grenen of balsa, die snel groeien en milieuvriendelijker zijn, zouden langzamer groeiende maar dichtere houtsoorten zoals teak kunnen vervangen, in meubels of gebouwen,” zegt Liangbing Hu, een materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Maryland, College Park en een van de auteurs van de studie, volgens een persbericht.

Andere methoden om hout te “verdichten” produceren materiaal dat de neiging heeft om weer uit te zetten naar zijn oorspronkelijke grootte en vorm wanneer de vochtigheid toeslaat, vertelt Perkins. De nieuwe aanpak verbetert hout op een manier die vochtbestendig is door een meer uniform dicht eindresultaat te creëren.

“Dit soort hout zou kunnen worden gebruikt in auto’s, vliegtuigen, gebouwen – elke toepassing waar staal wordt gebruikt,” vertelt Hu aan David Grossman, rapporterend voor Popular Mechanics. Wolkenkrabbers van de toekomst zouden zelfs van hout kunnen worden gebouwd.

Het proces begint met het weken van hout in een bad van natriumhydroxide en natriumsulfaat. Deze twee chemicaliën werken samen om lignine en hemicellulose, twee polymeren die de celwanden van planten stijf maken, gedeeltelijk te verwijderen. Belangrijk is dat de chemicaliën een groot deel van de cellulose, een derde polymeer, intact laten. De celwanden van het hout worden minder stijf en meer poreus. Vervolgens perste de onderzoeker het hout terwijl hij het verhitte tot ongeveer 100 graden Celsius. Hout heeft veel natuurlijke kanalen, lumina genaamd, die in de loop van de groeirichting lopen. Deze kanalen en celwanden storten in tijdens het hitte- en drukgedeelte van het proces van de onderzoekers en er vormen zich nieuwe waterstofbruggen tussen cellulosemoleculen, waardoor het materiaal harder wordt.

Het eindresultaat, gezien onder een microscoop, zijn dicht opeengepakte lagen hout, melden de onderzoekers in hun paper. Het uiteindelijke materiaal is ongeveer een vijfde van de dikte van zijn oorspronkelijke grootte, maar drie keer de dichtheid.

De onderzoekers onderwierpen hun verdichte hout vervolgens aan een batterij tests om de mechanische eigenschappen ervan te meten. Zij testten zijn capaciteit om een lading te dragen. Zij testten de stijfheid, de treksterkte (hoe goed het hout bestand is tegen trekkrachten), en hoe goed het kon buigen. Het resultaat was een ruw en onhandelbaar stuk hout. In een vochtigheidstest zwol het hout slechts ongeveer 8,4 procent op, terwijl het toch taai bleef.

Ze vuurden ook een stalen projectiel op het hout af met een ballistisch luchtpistool. Vijf lagen van het materiaal samen hielden een slak tegen die bewoog met de snelheid die een auto zou kunnen hebben voor een botsing, rapporteert Mark Zastrow voor Nature.

De resultaten waren indrukwekkend, maar niet genoeg om sommige deskundigen te overtuigen. Zastrow sprak met Fred Kamke van de Oregon State University die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. Kamke wees erop dat 24 lagen verdicht populierenhout in staat waren om een snelle 9mm kogel afgevuurd op 25 voet te stoppen zonder chemische behandeling te vereisen. “Deze andere methoden zijn waarschijnlijk veel minder duur dan een zeven uur durende kookbeurt in een bijtende oplossing,” zegt hij.

Maar Hu en zijn collega’s gaan verder met hun “superhout,” rapporteert Stu Borman voor Chemical & Engineering News. Een spin-off bedrijf genaamd Inventwood hoopt de technologie op de markt te brengen en een toekomst te zien van voertuigen, vliegtuigen, zeecontainers, vloeren, bepantsering en meer gebouwd met gekookt, behandeld en samengeperst hout dat sterker is dan staal.