چوبی که ۱۰ برابر قوی‌تر از فولاد است

خبرآنلاین: یک شرکت آمریکایی اخیراً موفق به تولید نوع جدیدی از چوب شده که طبق ادعای این شرکت، گرچه نسبت استحکام آن به وزنش حدود ۱۰ برابر فولاد است، ولی حدود شش برابر سبک‌تر از نمونه مشابه فولادی‌اش وزن دارد.

شرکت InventWood این ابرچوب را تولید و به‌عنوان یک محصول تجاری به بازار عرضه کرده است.

حدود ده سال پیش، لیانجبینگ هو، دانشمند مواد و یکی از بنیان‌گذاران این شرکت، مأمور شد تا یکی از قدیمی‌ترین مصالح ساختمانی بشر را بازآفرینی کند. او زمانی که در مرکز نوآوری مواد دانشگاه مریلند کار می‌کرد، به روش‌های نوآورانه‌ای برای مهندسی مجدد چوب دست یافت و با حذف بخشی از لیگنین (ترکیبی پلیمری که عامل رنگ و بخشی از قدرت چوب است) موفق شد تا چوب شفاف بسازد.

البته هدف اصلی او از این آزمایش‌ها این بود که به چوب مقاوم‌تری برسد و به گفته خودش، با استفاده از سلولز به‌عنوان اصلی‌ترین مؤلفهٔ فیبر گیاهی و متداول‌ترین بیوپلیمر روی زمین به دنبال تحقق این هدف بود.

اولین گام بزرگ

اولین دستاورد بزرگ هو در سال ۲۰۱۷ رقم خورد؛ در آن سال، او چوب معمولی را با فرآوری شیمیایی تقویت کرد و موفق شد تا با ارتقای ساختار سلولزی چوب، آن را به ماده بهتری برای ساخت‌وساز تبدیل کند.

در این فرآیند، ابتدا چوب در محلول آبی و مواد شیمیایی انتخاب‌شده جوشانده و در ادامه به‌صورت گرمایی پرس شد تا در سطح سلولی فشرده شود. در پایان این فرآیند هفت‌روزه، نسبت استحکام به وزن چوب بیشتر از اکثر فلزات و آلیاژهای سازه‌ای شده بود.

اما حالا، هو و همکارانش بعد از سال‌ها بهینه‌سازی فرآیند، موفق شده‌اند تا علاوه بر حق ثبت بیش از ۱۴۰ اختراع، این ابرچوب را به مرحلهٔ تجاری برسانند.

الکس لاو، مدیرعامل InventWood درباره این ابرچوب توضیح داد: «از نظر شیمیایی و عملی، این یک چوب است؛ اما با به‌کارگیری آن در ساختمان‌ها، این امکان فراهم می‌شود که سازه تا چهار برابر سبک‌تر از یک سازه امروزی باشد؛ یعنی بدین ترتیب مقاومت سازه‌ها در برابر زلزله‌ بهتر شده، بار بر پی‌ها کمتر می‌شود و ساخت‌وساز سریع‌تر و ساده‌تر خواهد شد. ظاهر این ابرچوب، دقیقاً مثل چوب است و زمانی که آن را آزمایش می‌کنید، رفتاری دقیقاً مشابه با چوب دارد؛ فقط در تمام جنبه‌هایی که ما آزمایش کرده‌ایم بسیار قوی‌تر و بهتر است.»

رقابت با فولاد؟

طبق گفته لاو، تولید این ابرچوب در کارخانه‌ای در مریلند آمریکا انجام می‌شود و زمان تولید آن به‌مراتب کمتر از قبل شده است؛ هرچند که طبیعتاً زمان خواهد برد تا مقیاس‌پذیری آن به سطح صنعتی برسد.

تمرکز فعلی مسئولان این شرکت بر روی تولید ابرچوب برای استفاده‌های بیرونی ازجمله روکش و پوشش خارجی است و از سال آینده برای تولید این ابرچوب به منظور استفاده در کاربردهای داخلی مثل دیوارپوش، کف‌پوش و مبلمان دست‌به‌کار خواهند شد.

لاو در این باره ادامه داد: «مردم همیشه از اینکه در گذر زمان، مبلمانشان می‌شکند، شکایت دارند؛ اغلب این شکستگی‌ها به خاطر فرو رفتن یا شکست اتصالات است. در حال حاضر بیشتر اتصالات فلزی هستند؛ چون چوب به‌تنهایی نمی‌تواند اتصالات مقاومی ایجاد کند؛ اما ابرچوب می‌تواند جایگزین این قطعات فلزی و حتی پیچ، میخ و سایر اتصال‌دهنده‌های فلزی شود.»

او پیش‌بینی می‌کند که دیر یا زود ممکن است شاهد ساختن یک ساختمان کامل با ابرچوب باشیم؛ هرچند که تحقق این رؤیا، نیازمند آزمایش‌های بیشتری است.

روند انجام این فرآیند، شبیه آزمایش اولیهٔ هو است؛ بدین ترتیب که تقویت چوب با فرآیندی شیمیایی انجام می‌شود که این فرآیند، منجر به تغییر ساختار سلولز خواهد شد و در مرحله بعد، چوب بدون آنکه به حالت اولیه بازگردد، به‌شدت فشرده می‌شود.

لاو در پاسخ به این سؤال که در این فرآیند از چه نوع چوبی می‌توان استفاده کرد، گفت: «بر روی کاغذ، ما می‌توانیم از هر نوع چوبی استفاده کنیم؛ در عمل، ما ۱۹ نوع گونه مختلف چوب و بامبو را آزمایش کردیم و نتیجه همه این آزمایش‌ها رضایت‌بخش بوده است.»

طبق اعلام این شرکت، ابرچوب تولیدی آن‌ها تا ۲۰ برابر قوی‌تر از چوب معمولی و تا ۱۰ برابر مقاوم‌تر در برابر فرورفتگی است؛ چراکه آن‌ها ساختار متخلخل طبیعی چوب را فشرده و سخت‌تر کرده‌اند و همین امر، ابرچوب را در برابر قارچ و حشرات مقاوم‌تر می‌کند و درعین‌حال در آزمون‌های استاندارد مقاومت در برابر حریق، بالاترین رتبه را ممکن را به دست آورده‌اند. در حال حاضر، قیمت ابرچوب بالاتر از چوب معمولی است و درعین‌حال ردپای کربنی تولید آن بیشتر است؛ اما طبق گفته لاو، میزان انتشار کربن ابرچوب، حدود ۹۰% کمتر از تولید فولاد است.

لاو در بخش دیگری از صحبت‌هایش به این نکته اشاره کرد که هدف شرکتش این نیست که قیمت ابرچوب ارزان‌تر از چوب باشد، بلکه آن‌ها در نظر دارند تا با مقیاس‌پذیر شدن تولید، بتوانند با فولاد به رقابت بپردازند.

استفاده از چوب مهندسی‌شده در ساخت و ساز

گرچه در دنیای مصالح ساخت‌وساز، می‌توان انواع دیگری از چوب‌های مهندسی‌شده را مشاهده کرد؛ اما شرکت InventWood بر این موضوع تاکید دارد که این چوب‌های مهندسی‌شده، صرفاً قطعات چوبی هستند که با چسب به هم چسبانده شده‌اند، نه مثل ابرچوب که در حقیقت چوبی است که در مقیاس مولکولی تغییریافته است.

در سال‌های اخیر ساخت سازه‌های چوبی در سراسر دنیا رونق گرفته و حتی برای ساخت آسمان‌خراش‌ها نیز از چوب استفاده می‌شود. در حال حاضر Ascent MKE با ارتفاع ۸۷ متر در شهر میلواکی عنوان بلندترین برج چوبی جهان را در اختیار دارد و قرار بر این است که به‌زودی ساخت برج بلندتری به ارتفاع ۱۸۳ متر در این شهر آغاز شود.

البته نباید فراموش کرد که بتن همچنان پرمصرف‌ترین ماده ساخت‌وساز در جهان به شمار می‌رود. گرچه تولید بتن در سال‌های اخیر به ثبات رسیده، اما تقریباً ۷٪ از انتشار کربن جهانی را به خود اختصاص داده است.

فیلیپ اولدفیلد، پروفسور معماری و رئیس دانشکده محیط ساخت دانشگاه نیو ساوت ولز، با اشاره به مزایای استفاده از چوب در ساخت‌وساز توضیح داد: «چوب مزایای زیست‌محیطی بیشتری نسبت به بسیاری دیگر از مصالح دارد؛ چراکه فرآیند تولید آن کمتر فشرده است و چوب از طریق زیست‌توده‌اش، CO₂ را ذخیره می‌کند. درعین‌حال می‌توان محصولات چوبی را به‌عنوان سیستم ذخیرهٔ بلندمدت کربن در نظر گرفت و ساخت‌وساز با چوب ممکن است باعث شود شهرهای ما انتشار کربن در ساختمان‌ها را برای دوره‌های طولانی قفل کنند.»

او در ادامه صحبت‌هایش گفت: «در حال حاضر محصولات چوب مهندسی‌شده موجود، با فولاد و بتن رقابت می‌کنند. آنچه مانع پیشروی ساخت‌وساز بیشتر ساختمان‌های چوبی می‌شود، نبود استحکام و قدرت بیشتر نیست؛ بلکه صنعت ساخت‌وساز، محافظه‌کار است و تغییر در آن با سرعت پایینی اعمال می‌شود. برای آنکه بتوان بیشتر از چوب در سازه‌ها بهره برد، به آموزش بهتر، پروژه‌های آزمایشی و چارچوب‌های نظارتی بهبود یافته نیاز داریم؛ اما محصولات چوبی قوی مثل ابرچوب این امکان را برای معماران فراهم خواهد کرد تا بتوانند دهانه‌های بزرگ‌تر و پوشش‌های بادوام‌تری با چوب خلق کنند که قطعاً سودمند خواهد بود و همین کار باعث بالا رفتن میزان پذیرش در بین افراد خواهد شد.»