Was ist verdichtetes Holz, dessen Festigkeit mit der von Stahl, Titanlegierungen und Kohlefasern vergleichbar ist?

Lemnul a fost folosit din cele mai vechi timpuri pentru fabricarea mobilierului, la construcția caselor, a ambarcațiunilor, a fuzelajelor primelor avioane și a multor altor obiecte. Materialele moderne precum oțelul, betonul sau plasticul au determinat înlocuirea lui deoarece acestea erau mult mai performante din punct de vedere al rezistenței și durității. Acum însă performanțele unui material sunt judecate și din perspectiva impactului asupra mediului, iar din acest punct de vedere lemnul este net câștigător. Astfel că a revenit în atenție, iar oamenii de știință descoperă noi modalități de a-i crește performanțele. Este și cazul unui grup de cercetători de la Universitatea din Maryland care a reușit obținerea unui lemn cu proprietăți remarcabile, fiind de 12 ori mai rezistent și de 10 ori mai dur decât înainte de tratare, comparabil cu oțelul, aliajele de titan sau fibra de carbon.

Îndepărtarea unei părți din lignină și presarea lemnului încălzit

Tratare poate nu este cel mai potrivit termen pentru că lemnul nu este tratat cu nicio altă substanță ci doar prelucrat într-un anumit mod. Spre deosebire de Accoya oder Kebony, unde lemnul a fost tratat cu diferite rășini pentru a-i crește rezistența la exterior, Superholz – cum a fost denumit – a fost supus unui tratament de delignificare parțială urmat de presare.

Materialele principale din care este format lemnul sunt celuloza, hemicelulozele și lignina. Ele sunt cele care creează celula lemnoasă. Celuloză și hemicelulozele sunt cele care formează matrița, lignina impregnând această matriță ceea ce dă lemnului rigiditate, greutate și culoare. Cercetătorii de la Universitatea din Maryland, care au reușit în trecut să obțină și transparentes Holz, au supus lemnul unei delignificări parțiale cu substanțe chimice după care l-au presat 24 de ore, timp în care lemnul a fost încălzit permanent la 65°C.

Îndepărtarea parțială a ligninei a făcut ca lemnul să fie mai ușor și să capete un aspect spongios. Presiunea exercitată ulterior a prăbușit pereții celulari, fibrele de celuloză compactându-se și formând legături noi de hidrogen, foarte puternice. Presarea a eliminat și defecte precum goluri, fibră răsucită sau noduri, proprietățile lemnului uniformizându-se.

Trebuie menționat faptul că cercetătorii au reușit să găsească aceea limită a delignificării care să ducă la performanțe remarcabile ale materialului obținut. Un procent mai mare sau mai mic de lignină eliminată duce la rezultate foarte diferite, lemnul rezultat având performanțe mult scăzute. Totul este pus pe seama legăturilor de hidrogen formate atunci când procentul de lignină rămas în structura lemnului este cel optim.

Un lemn cu proprietăți noi, mult mai rezistent și mai dur

Lemnul astfel obținut este de 5 ori mai subțire decât era inițial, dar de 12 ori mai rezistent și de 10 ori mai dur. Din astfel de material au fost făcute cuie care au fost bătute în lemn trecând cu ușurință prin 3 plăci sau cuțite care au tăiat bucăți groase de carne de vită. De asemenea, materialul a fost supus unui tir cu proiectile asemănătoare gloanțelor, acestea trecând cu ușurință prin lemnul normal, dar nereușind să traverseze lemnul densificat. Testul poate fi văzut hier.

Când este folosit în construcții, lemnului i se reproșează că, deși este foarte rezistent în lungul fibrei, cedează când forța este aplicată perpendicular pe ea. În cazul lemnului densificat, este nevoie de o forță de 10 ori mai mare pentru a-l face să cedeze. Lemnul densificat este la fel de rezistent la oțelul, dar de 6 ori mai ușor. Cercetătorii sunt de părere că noul material ar putea fi folosit la fabricarea mașinilor și avioanelor, în construcții, practic oriunde se folosește oțel.

Aplicarea metodei la nivel industrial ar permite folosirea unor specii repede crescătoare, cu rezistențe și duritate foarte scăzute pentru a obține un material foarte rezistent care este în același timp biodegradabil și are amprentă de carbon scăzută. Astfel ar fi protejate specii cu calități foarte bune, dar creștere foarte înceată. Combinată cu reîmpădurire permanentă și exploatare sustenabilă ar fi un foarte bun mod de a folosi materiale performante fără a fi afectat mediul și sănătatea locuitorilor planetei.

Deși foarte rezistent, apa reprezintă în continuare o vulnerabilitate

Cum nu există material perfect și Superholz are slăbiciunea lui și anume, vulnerabilitatea la apă. Noul material nu-și pierde afinitatea recunoscută a lemnului pentru apă, iar odată cu creșterea umidității, îi scad proprietățile fizice și mecanice. Astfel că lemnul densificat trebuie protejat de apă și umiditate pentru a putea beneficia de proprietățile lui deosebite. O metodă de a ține apa la distanță este acoperirea sau impregnarea parțială cu uleiuri. Este o metodă inspirată din trecut când protejarea ambarcațiunilor era făcută cu ulei sau gudron obținut din încălzirea lemnului la temperaturi înalte. 

Afinitatea pentru apă este însă folositoare în ceea ce privește  biodegradarea lemnului. Cerințele actuale sunt de a folosi tot mai mult produse biodegradabile care să nu afecteze mediul pe termen lung. Or lemnul este un astfel de material, dar pentru a se degrada are nevoie de apă. De aceea trebuie găsit acel echilibru fin între rezistența la umiditate și afinitatea pentru ea.

Im 21. Jahrhundert scheint es um Holz zu gehen

Deși primul lemn densificat a fost obținut de mai bine de 5 ani, rezultatele cercetărilor nu au ajuns însă le nivel industrial. Este însă un proces care cere timp și investiții, iar grupul de cercetători au stabilit deja unele contacte. Mai mult ca sigur se va ajunge și la acel nivel pentru că secolul 21 pare a fi al lemnului. Apariția de noi și noi produse industrializate care fac ca domeniul construcțiilor să-l folosească tot mai mult arată dorința de a face din lemn un material cât mai performant. Iar super lemnul este un astfel de material.

Pentru a ne bucura în continuare de lemn și calitățile lui deosebite este nevoie însă de exploatare sustenabilă a pădurilor, de împăduriri permanente și de găsirea unor soluții pentru folosirea speciilor considerate inferioare, dar care sunt mult mai repede crescătoare.