O echipă internațională de oameni de știință a reușit să creeze un tip de lemn mai rezistent decât oțelul, inspirându-se din transformările naturale ale lemnului îngropat timp îndelungat în mlaștini sau pe fundul râurilor. În astfel de condiții, trunchiurile de copaci se degradează lent, într-un proces favorizat de lipsa oxigenului și de activitatea microbiană. Rezultatul, după zeci sau sute de ani, este un lemn dens, închis la culoare, rezistent la putrezire și cu un luciu care amintește de marmură – cunoscut drept „lemn îngropat antic”, scrie earth.com.
Pornind de la acest model natural, cercetătorii de la University of the Basque Country (EHU), Universitatea Wuhan și Academia Chineză de Științe au încercat să recreeze artificial acest proces – rapid, curat și la scară industrială. Așa a luat naștere BioStrong Wood: un lemn tratat cu ciuperci și presiune termică, care are o rezistență la tracțiune mai mare decât oțelul inoxidabil de tip SAE 304, dar este semnificativ mai ușor.
Lemnul are un potențial insuficient explorat
Deși lemnul este un material utilizat de milenii, el este rareori folosit în aplicații inginerești de înaltă performanță, unde domină oțelul, aluminiul sau materialele plastice derivate din petrol. Limitările naturale ale lemnului – porozitate, absorbția de umiditate și variații structurale – îl fac mai puțin potrivit pentru componente de precizie. Cu toate acestea, profesorul Erlantz Lizundia, coautor al studiului, susține că lemnul are un potențial insuficient explorat și că, prin eliminarea acestor defecte, ar putea deveni o alternativă viabilă și ecologică la materialele tradiționale intens poluante.
BioStrong Wood este rezultatul unui proces în trei pași, inspirat din procesele geologice și biologice naturale. În primul rând, cercetătorii au expus plăci din lemn de plop și pin radiata unor ciuperci din specia white-rot, care au digerat selectiv anumite legături, fără a deteriora rețeaua de celuloză – cea care conferă rezistență. Apoi, lemnul a fost spălat cu o soluție alcalină blândă pentru a opri dezvoltarea ciupercilor și a elimina resturile cu masă moleculară scăzută, pregătind materialul pentru formarea de noi legături. În final, plăcile au fost presate la temperaturi de peste 180°C, sub presiune înaltă. În urma acestui tratament, pereții celulari ai lemnului s-au prăbușit, golurile au dispărut, iar lignina fragmentată s-a reformat în noi legături carbon-carbon, creând o structură densă, asemănătoare cu cornul.
Poate rezista la solicitări extreme
Comparativ cu alte tipuri de „super lemn” tratat chimic, această metodă reușește să păstreze până la 85% din masa lemnului original și are un consum energetic redus, limitat în principal la procesul de presare.
Testele mecanice au arătat că BioStrong Wood poate rezista la solicitări extreme. Rezistența la tracțiune a depășit 530 MPa – mai mare decât oțelul inoxidabil standard – iar energia absorbită înainte de rupere este de peste 11 ori mai mare decât în cazul lemnului netratat. Testele de îndoire au arătat o triplare a rezistenței, iar ciclurile termice extreme (de la -196°C la +120°C) nu i-au afectat rigiditatea. De asemenea, unghiul de contact cu apa a ajuns la aproximativ 140°, ceea ce îl face foarte rezistent la umezeală, iar testele de îmbătrânire accelerată au arătat o rezistență bună la umflare sau mucegai.
Fiecare kilogram de BioStrong Wood poate capta și stoca aproximativ 1,2 kilograme de CO₂
La baza acestor performanțe stă o restructurare internă a lemnului. Analizele de difracție cu raze X au arătat o creștere a cristalinității celulozei, iar imaginile microscopice au evidențiat o eliminare aproape completă a porilor. Lignina reformată funcționează ca un fel de adeziv molecular, care leagă straturile de celuloză și blochează pătrunderea apei sau a oxigenului.
Însă rezistența nu este singurul avantaj. Evaluările de tip „life-cycle” au arătat că fiecare kilogram de BioStrong Wood poate capta și stoca aproximativ 1,2 kilograme de CO₂, chiar și după ce se ține cont de energia, substanțele chimice și cultivarea ciupercilor implicate în proces. Acest lucru îl face net superior materialelor convenționale precum oțelul (care emite 1,9 kg CO₂ pentru fiecare kg produs) sau compozitele din fibră de sticlă (cu o amprentă de ~5 kg CO₂/kg).
Doar 0,30 dolari per kilogram
În plus, costurile estimate pentru producerea BioStrong Wood sunt de aproximativ 0,30 dolari americani per kilogram – semnificativ mai ieftin decât materialele utilizate în industria aerospațială și comparabil cu placajul convențional.
Aplicațiile potențiale sunt multiple: de la panouri auto și carcase rezistente pentru telefoane, la echipamente sportive și grinzi decorative. Datorită capacității de a lucra cu mai multe tipuri de lemn, procesul ar putea valorifica resturile forestiere locale, reducând dependența de importuri scumpe sau materiale poluante.
Pentru ca această tehnologie să devină industrială, va fi nevoie de prese continue, bioreactoare rapide pentru cultivarea ciupercilor și un control strict al calității. De asemenea, cercetătorii vor trebui să testeze comportamentul acestui material la foc – un criteriu esențial pentru aplicarea în construcții – și să dezvolte soluții pentru reciclarea sa la finalul ciclului de viață, posibil prin piroliză controlată în biochar.
Plăcile BioStrong ar putea fi folosite în zgârie-nori, capsule spațiale sau construcții de înaltă performanță
Profesorul Lizundia subliniază că această cercetare este parte a unei mișcări mai largi care explorează utilizarea materialelor biologice în ingineria structurală. Pe lângă spumele de miceliu sau foliile de celuloză bacteriană, lemnul întărit cu ciuperci arată că natura poate oferi soluții reale și sustenabile pentru a înlocui materialele poluante cu alternative regenerabile.
Dacă testele industriale vor avea succes, e posibil ca în viitor plăcile BioStrong să fie folosite în zgârie-nori, capsule spațiale sau construcții de înaltă performanță – dovedind că lemnul, bine prelucrat, poate concura cu metalul chiar și în cele mai exigente domenii.
Studiul a fost publicat în revista Science Advances.
Ştiri video recomandate
