'Siêu gỗ' cứng hơn kim loại được bán ra thị trường

Loại gỗ SuperWood có độ bền siêu cao. Ảnh: InventWood.

Công ty InventWood của Mỹ đã chế tạo ra một loại gỗ mới có tỷ lệ độ bền trên khối lượng cao gấp 10 lần, nhưng nhẹ hơn đến 6 lần thép. Loại gỗ được đặt tên Superwood, là ý tưởng của nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu.

Sau nhiều năm Hu hoàn thiện quy trình và nộp hơn 140 bằng sáng chế, Superwood đã được đưa ra thị trường. Sản phẩm này sẽ thay thế bê tông và thép trong xây dựng, giúp giảm thiểu lượng lớn khí thải carbon ra môi trường.

Kết quả bất ngờ từ ý tưởng hóa học

Hơn một thập kỷ trước, Hu, khi làm việc tại Trung tâm Đổi mới Vật liệu của Đại học Maryland, đã tìm ra những cách sáng tạo để tái cấu trúc gỗ. Ông thậm chí còn khiến vật liệu này trở nên trong suốt bằng cách loại bỏ một phần lignin, thành phần quan trọng tạo nên màu sắc và một phần độ bền của chúng.

Mục tiêu thực sự của Hu là làm cho gỗ trở nên bền chắc hơn. Đến năm 2017, ông lần đầu làm được điều này bằng cách xử lý hóa học để cải thiện cellulose tự nhiên, thành phần chính của sợi thực vật, để biến gỗ thành một vật liệu xây dựng ưu việt hơn.

Trước tiên, gỗ được đun sôi trong một dung dịch gồm nước và các hóa chất được chọn lọc, sau đó được ép nóng để làm sụp cấu trúc ở cấp độ tế bào. Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature, quy trình kéo dài một tuần, cho ra loại gỗ có tỷ lệ độ bền trên khối lượng “cao hơn hầu hết kim loại và hợp kim kết cấu”.

Quy trình sản xuất SuperWood. Ảnh: InventWood.

Trong thực tế, đó vẫn là gỗ, và có thể giúp tạo ra các công trình nhẹ hơn gấp 4 lần so với hiện nay, theo ông Alex Lau, CEO của InventWood. Vật liệu này cũng giúp tăng khả năng chống động đất và giảm tải cho nền móng, đẩy nhanh và đơn giản hóa quá trình thi công.

Quy trình thay đổi cấu trúc cơ bản của cellulose có thể được áp dụng lên bất kỳ loại gỗ nào. “Trên thực tế, chúng tôi đã thử nghiệm với 19 loại gỗ khác nhau cũng như tre, và đều nhận được hiệu quả với tất cả”, Lau nói.

Superwood có độ bền gấp tới 20 lần gỗ thông thường và khả năng chống móp cao hơn đến 10 lần. Nhờ cấu trúc xốp tự nhiên được nén chặt, vật liệu này cũng không bị nấm mốc hay côn trùng xâm hại, đồng thời đạt mức đánh giá cao nhất trong các bài kiểm tra tiêu chuẩn về khả năng chống cháy.

Xu hướng dùng gỗ trong xây dựng

Gỗ đã có mặt từ rất lâu trong xây dựng, nhưng trước đây chỉ được đặt lên nhau và dán lại bằng keo. Trong những năm gần đây, gỗ đang được sử dụng rộng rãi, kể cả dùng để xây các tòa nhà chọc trời. Thành phố Milwaukee, nơi đang sở hữu tòa tháp gỗ cao nhất thế giới (87 m), vừa công bố kế hoạch xây dựng một tòa tháp còn cao hơn gấp đôi như thế.

Hiện nay, sản lượng bê tông đã giảm, nhưng vẫn là vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều nhất. Quá trình sản xuất nguyên liệu này tạo ra tới 7% lượng khí thải carbon toàn cầu.

SuperWood có độ bền gấp 20 lần gỗ thông thường. Ảnh: InventWood.

Philip Oldfield, giáo sư kiến trúc kiêm Trưởng khoa Môi trường Xây dựng tại Đại học New South Wales, cho biết gỗ có quy trình sản xuất ít tốn năng lượng hơn. Đồng thời, bên trong khối sinh học còn lưu trữ CO2 thông qua quang hợp. “Việc xây dựng bằng gỗ có thể giúp các thành phố giam giữ lượng khí thải carbon trong các công trình suốt một thời gian dài”, ông Oldfield nói.

Dù có độ bền cạnh tranh với thép và bê tông, các doanh nghiệp vẫn chưa sử dụng gỗ chủ yếu trong xây dựng. Ông Oldfield giải thích rằng ngành này vốn thận trọng với rủi ro và thay đổi rất chậm.

Theo ông, cần có sự cải thiện trong giáo dục, các dự án thử nghiệm và khung quy định để gỗ được ứng dụng nhiều hơn trong các công trình. Những loại gỗ có độ bền cao hơn như Superwood có thể mang lại lợi ích và có thể thúc đẩy việc sử dụng gỗ nhiều hơn trong tương lai.

Nhà máy của InventWood tại bang Maryland đã giảm thời gian sản xuất tính theo ngày xuống còn vài giờ. Tuy nhiên, Lau cho biết việc mở rộng quy mô vẫn sẽ cần thêm thời gian. Ban đầu, công ty dự định tập trung vào các ứng dụng ngoài trời như sàn gỗ và ốp tường, trước khi mở rộng sang trong nhà như ốp tường nội thất, lát sàn và đồ nội thất vào khoảng năm sau.