Vědci vyvinuli superdřevo. Je desetkrát pevnější než ocel

Více než před deseti lety si Hu, který je nyní profesorem na Yaleově univerzitě, stanovil za cíl znovuobjevit jeden z nejstarších stavebních materiálů. Během práce v Centru pro materiálové inovace na Marylandské univerzitě objevil inovativní způsoby, jak dřevo přepracovat. Dokonce ho učinil i průhledným, když odstranil část ligninu, což je klíčová složka, která dřevu dodává barvu a částečně i pevnost.

Jeho hlavním cílem však bylo zvýšit pevnost dřeva s využitím celulózy, hlavní složky rostlinných vláken a podle Hu „nejhojnějšího biopolymeru na planetě.“ Průlom nastal v roce 2017. Hu tehdy poprvé zpevnil běžné dřevo chemickým ošetřením, aby posílil jeho přírodní celulózu, čímž z něj učinil lepší stavební materiál.

Dřevo se nejprve vařilo ve vodní lázni s vybranými chemikáliemi a poté bylo lisováno za horka, aby se zhroutilo na buněčné úrovni, což výrazně zvýšilo jeho hustotu. Na konci týdenního procesu mělo výsledné dřevo poměr pevnosti k hmotnosti „vyšší než většina konstrukčních kovů a slitin,“ jak uvádí studie publikovaná v časopise Nature. Nyní, po letech zdokonalování procesu a podání více než 140 patentů, je Superdřevo uvedeno na komerční trh.

Alex Lau, generální ředitel společnosti InventWood, uvedl, že „z chemického a praktického hlediska je to dřevo.“ V budovách by to umožnilo konstrukce potenciálně až čtyřikrát lehčí než dnes, což by je činilo odolnějšími vůči zemětřesení a zároveň by snižovalo nároky na základy. To by vedlo k rychlejší a snadnější výstavbě. Lau dodal, že „vypadá přesně jako dřevo, a když ho testujete, chová se jako dřevo, jen je mnohem pevnější a lepší než dřevo ve všech aspektech, které jsme testovali.“

InventWood vyrábí Superdřevo ve svém závodě ve Fredericku v Marylandu. Ačkoliv se doba výroby nyní měří v hodinách místo dnů, bude nějakou dobu trvat, než dojde k masovému rozšíření výroby, uvedl Lau. Zpočátku se společnost zaměří na venkovní aplikace, jako je terasování a obklady, a v příštím roce přejde na vnitřní aplikace, jako je obložení stěn, podlahy a nábytek.

Lau vysvětlil, že lidé si často stěžují na nábytek, který se časem rozpadá, což je často způsobeno prohýbáním nebo lámáním ve spojích. Ty jsou v současnosti tvořeny kovem, protože dřevo není dostatečně pevné. Superdřevo by mohlo být použito k nahrazení těchto částí, stejně jako šroubů, hřebíků a dalších kovových spojovacích prvků. Lau předpokládá, že by nakonec mohla být z Superdřeva postavena celá budova, ačkoli to bude vyžadovat další testování.

Stejně jako v původním experimentu je dřevo zpevněno chemickým procesem, který mění základní strukturu celulózy, a je velmi pevně stlačeno bez zpětného pružení. Lau uvedl, že „teoreticky můžeme použít jakýkoli druh dřevěného materiálu.“ Prakticky ho testovali s devatenácti různými druhy dřevin, stejně jako s bambusem, a ve všech případech to fungovalo.

InventWood tvrdí, že Superdřevo je až dvacetkrát pevnější než běžné dřevo a až desetkrát odolnější vůči promáčknutí. Je to proto, že přirozená porézní struktura dřeva byla stlačena a zpevněna, což ho činí nepropustným pro houby a hmyz. V rámci standardních testů požární odolnosti získává také nejvyšší hodnocení.

Superdřevo je v současné době dražší než běžné dřevo a má také větší uhlíkovou stopu při výrobě. Lau však uvedl, že ve srovnání s výrobou oceli jsou emise uhlíku o devadesát procent nižší. Dále řekl, že cílem není být levnější než dřevo, ale být konkurenceschopný s ocelí, až se výroba rozšíří.

Jiná upravená dřeva se jako stavební materiály používají již dlouho, ale InventWood tvrdí, že se jedná pouze o přeskupené kusy dřeva držené pohromadě lepidly. To je v rozporu se Superdřevem, jehož struktura je změněna na molekulární úrovni. Trend dřevěné výstavby v posledních letech zažívá renesanci a dřevo se nyní používá k výstavbě mrakodrapů. Například město Milwaukee, které již hostí nejvyšší dřevěnou věž na světě (87 metrů), odhalilo plány na výstavbu ještě vyšší budovy, která by měla mít úctyhodných 183 metrů.

V současné době je beton zdaleka nejpoužívanějším stavebním materiálem na Zemi. I když jeho výroba v posledních letech stagnuje, generuje sedm procent celosvětových emisí uhlíku. Philip Oldfield, profesor architektury a vedoucí Školy zastavěného prostředí na Univerzitě Nového Jižního Walesu v Austrálii, který není s InventWood spojen, uvedl, že dřevo má environmentální výhody. Jeho výrobní procesy jsou méně náročné než u oceli a betonu a dřevo ukládá CO2 ve své dřevěné biomase prostřednictvím fotosyntézy. Dodal, že „dřevěné výrobky lze považovat za dlouhodobý systém ukládání uhlíku a výstavba ze dřeva by mohla vést k tomu, že by naše města ‚uzavřela‘ emise uhlíku v budovách na dlouhou dobu.“

Upozorňuje však, že stávající inženýrské dřevěné výrobky již konkurují oceli a betonu. Vysvětlil, že „překážkou pro více dřevěných budov není ve skutečnosti potřeba větší pevnosti,“ ale spíše to, že stavební průmysl je aversní k riziku a pomalu se mění. Oldfield je přesvědčen, že pro více dřevěných staveb potřebujeme lepší vzdělávání, pilotní projekty a vylepšené regulační rámce. „Pevnější dřevěné výrobky, jako je toto Superdřevo, by ale mohly architektům umožnit vytvářet větší rozpětí a odolnější povrchové úpravy ze dřeva, což by bylo jistě prospěšné a mohlo by podpořit větší využití dřeva,“ uzavřel.