JAK HARTOWAŁO SIĘ DREWNO
Stołowe noże wykonuje się ze stali i ceramiki, czyli materiałów, które wytwarza się w piecach w bardzo wysokiej temperaturze. Naukowcy z Uniwersytetu Marylandu w USA opracowali bardziej ekologiczny materiał: utwardzone drewno.
Metodę hartowania drewna opisali w publikacji, która ukazała się wczoraj w czasopiśmie „Matter”. Dzięki tej metodzie drewno staje się aż 23 razy twardsze. Nóż wykonany z takiego materiału jest prawie trzykrotnie ostrzejszy od noża stołowego ze stali nierdzewnej. – Nasz drewniany nóż z łatwością kroi średnio wysmażony stek, jest podobnie skuteczny jak stalowe ostrze – mówi Teng Li, główny autor publikacji, profesor materiałoznawstwa na Uniwersytecie Marylandu.
Na dowód pokazuje wideo, na którym rzeczywiście nożem z hartowanego drewna bez problemu odcina kawałek steka.
– Noże z hartowanego drewna można myć, ostrzyć i wielokrotnie używać, co czyni je obiecującą alternatywą dla noży stalowych, ceramicznych czy jednorazowych plastikowych – dodaje naukowiec. Drewniane noże mogłyby dołączyć do innych drewnianych sprzętów w naszych kuchniach – takich jak deska do krojenia, pałeczki do jedzenia czy wałek do ciasta.
Teng Li i jego zespół wykazali również, że nowy materiał może być wykorzystany do produkcji drewnianych gwoździ, równie ostrych jak zwykłe gwoździe stalowe. Przy tym w przeciwieństwie do gwoździ stalowych te drewniane są odporne na rdzę.
Li ma także nadzieję, że poza nożami i gwoździami hartowane drewno w przyszłości będzie mieć dużo więcej zastosowań. Jego zdaniem z tego materiału będzie można m.in. wytwarzać deski podłogowe bardzo odporne na zarysowania i zużycie.
– Celuloza, główny składnik drewna, ma wyższy stosunek wytrzymałości do gęstości niż większość materiałów inżynieryjnych, takich jak ceramika, metale czy tworzywa sztuczne, ale nasza dotychczasowa obróbka i wykorzystanie drewna nie wykorzystuje jego pełnego potencjału – mówi amerykański badacz. Wytrzymałość obecnie używanego w budownictwie drewna jest sporo mniejsza od wytrzymałości samej celulozy, bo drewno składa się tylko w 40-50 proc. z celulozy, reszta to hemicelulozy i lignina, która jest spoiwem (lepiszczem).
HARTOWANE DREWNO POD MIKROSKOPEM
Metoda hartowania drewna polega na tym, aby usunąć słabsze elementy bez niszczenia jego celulozowego szkieletu.
– To proces dwuetapowy – tłumaczy Li. – W pierwszym kroku chemicznie usuwamy ligninę. Drewno, które jest zazwyczaj bardzo sztywne, po usunięciu ligniny staje się miękkie, elastyczne i nieco gąbczaste. W drugim kroku prasujemy uzyskany materiał na gorąco w celu zagęszczenia i usunięcia wody.
Po takiej obróbce materiał jest gotowy. Można mu teraz nadać pożądany kształt, np. noża czy gwoździ, a potem jeszcze trzeba pokryć go olejem mineralnym w celu przedłużenia jego żywotności. Celuloza ma tendencję do wchłaniania wody, ale po zabezpieczeniu olejem hartowane drewno zachowuje swoje cechy w czasie używania czy mycia.
Za pomocą mikroskopów o wysokiej rozdzielczości naukowcy zbadali mikrostrukturę utwardzonego drewna. – Wytrzymałość materiałów jest wrażliwa na rozmiar i gęstość defektów, takich jak puste wnęki czy kanały – mówi Li. – Skany z mikroskopu potwierdziły, że dwuetapowy proces, którego używamy do obróbki naturalnego drewna, znacznie zmniejsza lub zupełnie usuwa takie wady z naturalnego drewna.
Co istotne, proces utwardzania drewna jest bardziej energooszczędny i ma mniejszy wpływ na środowisko niż produkcja stali, ceramiki czy tworzyw sztucznych – twierdzą amerykańscy naukowcy. Pierwszy etap – usuwania ligniny – wymaga gotowania drewna w temperaturze 100 st. C w kąpieli chemicznej, ale używane do niej chemiczne odczynniki mogą być odzyskiwane i ponownie wykorzystywane w kolejnych kąpielach. Dla porównania: proces wytwarzania ceramiki wymaga podgrzania materiału do kilku tysięcy stopni Celsjusza.
W zakończeniu swojej pracy naukowcy podkreślają, że proces utwardzania drewna jest dużo tańszy i mniej energochłonny niż wytwarzanie stali, ceramiki czy nawet tworzyw sztucznych, co czyni ten materiał kandydatem do zastąpienia stali i tworzyw sztucznych w szerokim zakresie zastosowań.
CZY HARTOWANE DREWNO RZECZYWIŚCIE JEST LEPSZE DLA ŚRODOWISKA?
Amerykańskie radio publiczne NPR poprosiło o komentarz znanego brytyjskiego materiałoznawcę, prof. Marka Miodownika z College London:
– Ludzie uwielbiają takie historie jak ta, w której drewno może zastąpić stal. Sądzą, że to musi być wygrana dla natury, ale wcale tak być nie musi – mówi prof. Miodownik.
Jego zdaniem stal jest bardziej przyjazna dla środowiska, niż mogłoby się wydawać.
– Cały sens używania rzeczy ze stali polega na tym, że są one bardzo trwałe i używane bardzo długo. Choć wytworzenie materiału kosztuje dużo energii i emisji CO2, to jeśli się to rozłoży na 100 lat, wynik nie będzie szokował. Poza tym ciągłe wycinanie drzew, oczywiście, także nie jest pożądane – komentuje naukowiec.
Być może więc w najbliższym czasie nie zobaczymy na stołach drewnianych sztućców, ale prof. Miodownik uważa, że hartowane drewno ma potencjał, choć jeszcze nie wiadomo, do czego najlepiej się nada.
– Gdy tworzymy nowe materiały, często nie mamy pojęcia, do czego one będą służyć. Może dopiero za 20 lat przekonamy się, jakie jest najlepsze zastosowanie dla tej innowacji materiałowej – mówi w NPR. l
Proces utwardzania drewna jest bardziej energooszczędny i ma mniejszy wpływ na środowisko niż produkcja stali, ceramiki czy tworzyw sztucznych