Gennemsigtigt træ:fremtidens byggemateriale?

Da Timothée Boitouzet studerede arkitektur i Japan, hvor bygninger skal overleve jordskælv, han indså, at det næste smarte materiale kunne være et, som mennesker har brugt i tusinder af år - træ.

"I Frankrig, vi bygger mere med beton og sten end træ, "sagde han." Da jeg blev udsat for japansk bygningskultur, Jeg indså, hvordan man kunne bygge fantastiske strukturer med træ. Dette materiale, som vi betragtede som et gammelt materiale, uden innovation, var faktisk super smart. Dette fik mig begejstret for træ."

I 2016 Boitouzet grundlagde materialevidenskabeligt firma Woodoo i Paris, Frankrig, som eftermonterer træ for at give det nye egenskaber. Hans fokus er på at transformere byggebranchen ved at erstatte stål med træ, for eksempel. I modsætning til andre byggematerialer, såsom sten eller beton, der indeholder sand, træ er en vedvarende ressource, gør det til et attraktivt bæredygtigt byggemateriale, sagde Boitouzet.

At bygge mere med træer kan også hjælpe med at bremse byggeindustriens store CO2 -fodaftryk, som accelererer klimaændringerne. En nylig rapport fra World Green Building Council anslår, at 11 % af de globale kulstofemissioner kommer fra materialer og byggeprocesser gennem hele bygningens livscyklus. Da træer indeholder kulstof, at bruge træ i bygninger er en måde at lagre kulstof på.

Træ, imidlertid, kan bruges til mere end støttesøjler. Ved selektivt at udvinde træets lignin - stoffet, der udgør dets cellevægge - og erstatte det med en bestemt type polymer, det bliver et nyt materiale. '(Dette træ) er vejrbestandigt, mere brandsikker, tre til fem gange stærkere, og gennemsigtig, " sagde Boitouzet.

Polymerens optiske egenskaber er afstemt med træets, så lyset ikke bøjes, når det bevæger sig gennem det forstærkede træ. I stedet, det går igennem. Denne gennemsigtighed åbner op for en bred vifte af muligheder.

Forstærket

Indtil nu, bilfirmaer er dem, der har vist størst interesse for hans forstærkede træ.

I øjeblikket, gennem et projekt kaldet Woodoo Augmented Wood, virksomheden arbejder på at integrere elektronik i sit berøringsfølsomme træ, gennem samarbejde med branchepartnere. Materialet, som sender lys, bliver til træpaneler til 'taktile instrumentbrætter' i biler, Siger Boitouzet.

Woodoo ser bilindustrien som en gateway til at få sine produkter på markedet, samtidig med at der introduceres træprodukter, der er lettere og producerer færre emissioner end traditionelle paneler.

Boitouzet er ikke den eneste, der er begejstret for de muligheder, som træ giver. Lars Berglund, professor i træ og trækompositter ved KTH Kungliga Tekniska Högskolan i Sverige, har opdaget, at der er mange anvendelsesmuligheder for gennemsigtig, stærkt træ.

"Det er et svært område at være original i, fordi folk har arbejdet med træteknologi i hundreder af år, sagde Prof. Berglund, der står i spidsen for WoodNanoTech-projektet. Mens anden forskning hovedsageligt har forsøgt at adressere dens mangler, såsom dens følsomhed over for vand, han og hans team har fokuseret på andre egenskaber ved træ.

"Vi har været i stand til at frigøre os fra den begrænsning og se på nye muligheder, som hidtil ikke er blevet overvejet, " sagde han. Deres fokus er på at bruge gennemsigtigt træ til tekniske applikationer.

Prof. Berglund bruger træ som skabelon for nanoteknologi ved - ligesom Boitouzet - at fjerne ligninet, introduktion af en optisk kompatibel polymer, og tilføjelse af anden teknologi for at udvide dens funktionalitet.

Den applikation, der begejstrer prof. Berglund mest, er at indlejre kvanteprikker i træ for at skabe lysdioder (LED'er), fordi han har mistanke om, at det kan være applikationen, der vil give holdet mulighed for at bryde ind på det kommercielle marked. "Ideen er, at dit loft skulle være et træpanel, og træpanelet ville have denne LED-funktion, så du kan have indendørs belysning direkte fra loftet, " han sagde.

I modsætning til et punktkildelys, det gennemsigtige træs lys er diffust, gør det mere naturligt og let for øjet, Siger Berglund. Kvanteprikker er en samling af halvlederatomer, nogle få nanometer bred, som fluorescerer, når de udsættes for UV-lys. Disse paneler er blot en af ​​de mange applikationer, som WoodNanoTech har udtænkt til deres gennemsigtige træ.

Træet kan også danne grundlag for elektrokrome vinduer. Disse 'smarte vinduer, ' som er malet med et tyndt lag polymer, kan blokere lys, når der køres elektricitet gennem dem.

Energi

Professor Berglund mener, at dette næste generations træ også har en plads i energisektoren. "Vi kan forbedre effektiviteten (af solceller), fordi spredningen af ​​lyset (inde i træet) betyder, at (lysets) vej er længere, så du kan optage mere energi, " han sagde.

Og ved at bruge et faseskiftende materiale i stedet for en polymer til at erstatte ligninet, omdanner træet til en energilagringsenhed. I løbet af dagen, dette infunderede træ kan absorbere varme, men om natten, når temperaturen afkøles, faseændringsmaterialet krystalliserer, frigiver varme.

"Vi starter med træet, gøre det bærende, og derefter integrere (nano) teknologi med andre funktioner, " sagde prof. Berglund.

Den største udfordring for nye teknologier er skalerbarhed, og næste generations træ er ingen undtagelse. "Hvordan skalerer du fra laboratoriebehandling, hvor du har tæt kontrol over din nanostruktur, til noget, der kan gøres i industriel skala?" spurgte Prof. Berglund, tilføjer, at de leder efter kommercielle partnere. Dette kan være svært for akademiske forskningsprojekter.

Til Woodoo's Boitouzet, det faktum, at deres virksomhed allerede har branchepartnere, giver dem mulighed for at øge produktionen. I øjeblikket, de producerer 5, 000 kvadratmeter forstærket træ om året-hvilket er cirka tre fjerdedele af en fodboldbane-og nu sigter mod 300, 000 kvadratmeter om året.

Heldigvis, træ til forstærket træ er let at skaffe.

Der er allerede mange steder, hvor de kan købe træ, siger Boitouzet. Woodoo bruger bøg, fyrretræ, og poppel, blandt andre, mens professor Berglunds forskerhold eftermonterer balsa og retter opmærksomheden mod birk.

Næste skridt for prof. Berglund er at gøre sit modificerede træ mere miljøvenligt. En måde at gøre dette på ville være at tilbageholde så meget af ligninet som muligt, i stedet for at kassere den. "Hvis du fjerner det, du tilføjer et kemisk trin, der kommer til at koste energi, kræver opløsningsmidler, " sagde han. At bruge mere lignin betyder også at holde mere kulstof tilbage i bygninger.

Lige nu, hans team fokuserer på at bruge en grønnere polymer i materialerne. "Indtil nu, vi har brugt petroleumsbaserede polymerer til at imprægnere træet, men vi arbejder meget intenst nu på at bruge en bio-baseret polymer, " sagde han. Det ville sikre næste generations træs position som fremtidens byggemateriale.