Chế tạo “siêu gỗ' cứng hơn thép gấp 10 lần

VHO - Một công ty Mỹ gần đây đã chế tạo ra loại gỗ mới, có tỷ lệ sức bền gấp 10 lần thép, nhưng nhẹ hơn thép tới 6 lần.

“Siêu gỗ” (Superwood) - một loại vật liệu xây dựng mới được ra mắt dưới dạng sản phẩm thương mại do công ty InventWood sản xuất.

Cách đây hơn một thập kỷ, nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu đã bắt đầu hành trình tái tạo một trong những vật liệu xây dựng lâu đời nhất mà loài người từng biết đến. 

Trong thời gian làm việc tại Trung tâm Đổi mới Vật liệu của Đại học Maryland, nhà khoa học Liangbing Hu, hiện là Giáo sư tại Đại học Yale, đã tìm ra những phương pháp sáng tạo để tái tạo gỗ. 

Ông Hu đã làm cho gỗ trở nên trong suốt bằng cách loại bỏ một phần lignin, một trong những thành phần chính tạo nên màu sắc và độ bền của gỗ.

Sau đó ông đặt mục tiêu làm cho gỗ cứng hơn, sử dụng cellulose, thành phần chính của sợi thực vật và là "loại polymer sinh học dồi dào nhất hành tinh”.

Bước đột phá bắt đầu vào năm 2017, khi ông Hu lần đầu tiên gia cố gỗ thông thường bằng cách xử lý hóa học để tăng cường cellulose tự nhiên, tạo ra vật liệu xây dựng tốt hơn.

Đầu tiên, gỗ được đun sôi trong bồn nước và các hóa chất chọn lọc, sau đó được ép nóng để làm co lại ở cấp độ tế bào, khiến vật liệu trở nên đặc hơn đáng kể.

Sau một tuần xử lý, gỗ thu được có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng "cao hơn hầu hết các kim loại và hợp kim kết cấu", theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.

Giờ đây, sau nhiều năm, nhà khoa học Hu đã hoàn thiện quy trình và nộp hơn 140 bằng sáng chế. Loại siêu gỗ cũng đã được bán trên thị trường.

“Xét về mặt hóa học và thực tiễn, đó là gỗ”, ông Alex Lau, Giám đốc điều hành của InventWood, người đã gia nhập công ty vào năm 2021, giải thích. 

Trong các tòa nhà, vật liệu này đã giúp các công trình xây dựng nhẹ hơn gấp bốn lần so với hiện nay, có khả năng chống động đất tốt hơn, và giảm áp lực lên nền móng, giúp việc xây dựng trở nên nhanh chóng và dễ dàng.

“Vật liệu trông giống hệt gỗ, và sử dụng giống như gỗ. Tuy nhiên, chất liệu chắc chắn hơn và tốt hơn gỗ ở hầu hết mọi khía cạnh mà chúng tôi đã thử nghiệm”, ông Alex Lau chia sẻ.

"Cạnh tranh với thép"

InventWood hiện đang sản xuất siêu gỗ tại nhà máy ở Frederick (Maryland). Mặc dù thời gian sản xuất được tính bằng giờ thay vì ngày, nhưng ông Lau cho biết sẽ cần thêm thời gian để mở rộng quy mô.

Ban đầu, công ty dự định tập trung vào các ứng dụng bên ngoài như sàn gỗ và tấm ốp, trước khi chuyển sang các ứng dụng bên trong như ốp tường, sàn nhà và đồ nội thất gia đình vào năm tới.

“Đồ nội thất có xu hướng bị hỏng theo thời gian. Điều đó thường là do chúng bị võng hoặc hỏng ở các khớp nối, vốn hiện được làm bằng kim loại vì gỗ không đủ chắc chắn”, ông Lau nói. 

Vì vậy, theo ông Lau, siêu gỗ có thể được sử dụng để thay thế. Toàn bộ tòa nhà có thể được xây dựng bằng siêu gỗ, mặc dù điều đó sẽ cần thêm nhiều thử nghiệm trong thời gian tới.

Giống như trong thí nghiệm ban đầu của nhà khoa học Hu, gỗ được gia cố thông qua quá trình hóa học làm thay đổi cấu trúc cơ bản của cellulose và được nén rất chặt mà không bị bật lại.

InventWood cho biết siêu gỗ bền hơn gỗ thông thường tới 20 lần và có khả năng chống móp méo gấp 10 lần, bởi vì cấu trúc xốp tự nhiên của gỗ đã bị phá vỡ và tôi luyện. 

Nhờ đó sẽ không bị nấm mốc và côn trùng xâm nhập, có khả năng chống cháy tiêu chuẩn.

Siêu gỗ hiện có giá thành cao hơn gỗ thông thường và cũng có lượng khí thải carbon sản xuất lớn hơn, nhưng so với sản xuất thép, lượng khí thải carbon thấp hơn 90%.

“Mục tiêu không phải là rẻ hơn gỗ, mà là cạnh tranh với thép khi quy mô sản xuất được mở rộng”, ông Lau nói thêm.

Philip Oldfield, Giáo sư kiến trúc và là trưởng khoa Môi trường Xây dựng tại Đại học New South Wales (Australai), người không tham gia vào InventWood, cho biết gỗ có lợi ích về môi trường hơn nhiều vật liệu xây dựng khác vì quy trình sản xuất ít tốn kém hơn thép và bê tông.

“Các sản phẩm gỗ có thể được coi là hệ thống lưu trữ carbon lâu dài. Việc xây dựng bằng gỗ có thể giúp các thành phố khóa lượng khí thải carbon trong các tòa nhà trong thời gian dài”, Giáo sư Philip Oldfield chia sẻ.