Phát minh của Mỹ làm rung chuyển cả 3 ngành xây dựng, giao thông, vũ trụ: Vật liệu bền ngang nhôm thép, chống ẩm chống cháy ‘ngon ơ’, giảm 90% phát thải carbon

Nhóm nghiên cứu của Đại học Maryland đã phát triển một vật liệu mới mang tên “siêu gỗ”, được tạo ra từ gỗ tự nhiên nhưng có độ bền sánh ngang thép và nhôm, trong khi nhẹ hơn đáng kể và thân thiện hơn với môi trường.

Điểm đáng chú ý của công nghệ này nằm ở quy trình sản xuất tương đối đơn giản, không cần nguyên liệu hiếm hay các công đoạn tiêu tốn nhiều năng lượng. Nhóm nghiên cứu sử dụng một quy trình hai bước để thay đổi căn bản cấu trúc bên trong của gỗ.

Trước hết, gỗ thông thường được xử lý hóa học bằng natri hydroxit và natri sunfit nhằm loại bỏ những thành phần khiến gỗ kém linh hoạt và hạn chế độ bền. Sau đó, vật liệu được ép nóng, khiến cấu trúc tế bào bị nén lại và sắp xếp theo dạng dày đặc, phân lớp.

Quy trình này giúp tạo ra một vật liệu có đặc tính cơ học vượt xa gỗ truyền thống. Trong nghiên cứu được bình duyệt và công bố trên tạp chí Nature, nhóm tác giả cho biết siêu gỗ đạt cường độ chịu nén trên 160 megapascal và cường độ chịu uốn vượt 330 megapascal. Ở một số trường hợp, độ bền kéo tăng tới 5 lần so với gỗ tự nhiên. Với gỗ sồi, độ bền kéo tăng từ khoảng 115 megapascal lên gần 584 megapascal sau khi xử lý.

Không chỉ bền, siêu gỗ còn khắc phục nhiều hạn chế vốn có của gỗ truyền thống. Vật liệu này thể hiện khả năng chống ẩm, chịu nhiệt và ổn định kích thước tốt hơn trong dài hạn. Các thử nghiệm với sự hỗ trợ của Bộ Nông nghiệp Mỹ cho thấy siêu gỗ giãn nở ít hơn nhiều so với gỗ chưa xử lý hoặc gỗ ép thông thường khi đặt trong môi trường có độ ẩm cao. Ngay cả sau hơn 120 giờ ở mức độ ẩm tương đối 95%, vật liệu vẫn giữ được phần lớn các đặc tính cơ học.

Khả năng chống cháy cũng được cải thiện rõ rệt. Theo InventWood, công ty đang thương mại hóa công nghệ này, sản phẩm siêu gỗ đạt xếp hạng chống cháy Class A. Đây là mức cao nhất theo các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành. Điều này đưa siêu gỗ vào nhóm vật liệu có khả năng chống cháy tương đương nhiều vật liệu xây dựng cao cấp, vốn trước đây ít khi gắn với gỗ.

Một lợi thế quan trọng khác của siêu gỗ là khả năng mở rộng sản xuất. Quy trình có thể áp dụng cho nhiều loại gỗ khác nhau, bao gồm cả các loại sinh trưởng nhanh và phổ biến như thông, dương và tuyết tùng. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương hoặc tái tạo, thay vì phụ thuộc vào kim loại khai thác từ mỏ hoặc các vật liệu composite có lượng phát thải carbon cao.

Xét trên góc độ khí hậu, tiềm năng của công nghệ này là rất đáng kể. Sản xuất thép đòi hỏi nhiệt độ cực cao và chiếm tỷ trọng lớn trong tổng phát thải carbon toàn cầu. Trong khi đó, quy trình sản xuất siêu gỗ vận hành ở mức nhiệt thấp hơn nhiều. Các phân tích vòng đời từ nhóm nghiên cứu cho thấy lượng phát thải carbon có thể giảm tới 90% so với thép.

Hiện công nghệ này đã vượt ra ngoài phòng thí nghiệm. InventWood đã bắt đầu sản xuất ở giai đoạn đầu và hợp tác với các đối tác trong lĩnh vực xây dựng, giao thông và quốc phòng. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm vật liệu xây dựng nhẹ, linh kiện phương tiện, mô-đun lắp ghép sẵn...

Siêu gỗ không thể thay thế hoàn toàn thép. Kim loại vẫn có ưu thế trong môi trường nhiệt độ cực cao và những ứng dụng đòi hỏi độ chính xác rất lớn. Tuy nhiên, với nhiều mục đích sử dụng, loại gỗ được nén này mang lại một lựa chọn thay thế đáng kể. Chúng có thể kết hợp hiệu năng, trọng lượng nhẹ và tính tái tạo, đồng thời mở ra hướng tiếp cận mới cho vật liệu xây dựng trong tương lai.

Theo Wonderful Engineering