Supermaterial, kugelsicher, feuerfest und stärker als Stahl

Aus einer auf molekularer Ebene umgewandelten Weichholz ist ein Material geworden, das stärker als Stahl, aber sechsmal leichter und gleichzeitig kugelsicher und feuerfest ist.

In der riesigen Lagerhalle eines Startups namens InventWood wird bald die Massenproduktion eines seltsamen Materials beginnen: Weichholz, das auf molekularer Ebene in ein Material umgewandelt wird, das stärker als Stahl, aber sechsmal neuen leichter ist.

Superwood – so der Name dieses besonderen Materials – soll Stahlträger im Skelett eines Gebäudes ersetzen können und ist außerdem schlagfest genug, um daraus kugelsichere Türen herzustellen.

Darüber hinaus ist das Material feuerbeständig. Die äußere Schicht von Superwood verkohlt zudem so, dass das Innere geschützt ist und nicht wie Stahl im Feuer zerfällt.

Holzmodifizierung

Liangbing Hu gilt als der „Erfinder“ des Holzwerkstoffs. Bevor er in Yale lehrte, war Hu Direktor des Center for Materials Innovation an der University of Maryland.

Dort erfand er eine Vielzahl einzigartiger Hölzer, die Eigenschaften wie Transparenz, Formbarkeit wie Kunststoff und Sprungkraft wie ein Gummiball besaßen. Bei allen seinen Erfindungen ging es um die Manipulation von Holz auf molekularer Ebene.

Holz hat eine kompakte Struktur und ist so langlebig wie Stahl. Foto: InventWood.

Im Jahr 2018 sorgen Hu und seine Kollegen erneut für Aufsehen in der Welt der Materialwissenschaften, also stellen sie die Technologie hinter Superwood in einem Artikel in Nature vor.

Um das Material herzustellen, zu kochen und zu behandeln, behandelte das Team das Holz zunächst chemisch. Anschließend komprimierten sie es, wodurch ein typisches Brett bis zu viermal leichter wurde. Dabei entdeckte Hu, dass die Zellulosefasern durch das Experiment dichter zusammenrückten und die Kanäle, die das Blutkreislaufsystem des Baumes bilden, kollabierten.

Zunächst schien das Experiment eine bemerkenswerte Entdeckung zu sein, die schließlich in der Galerie bleiben sollte. Viele Leute sprachen Hu wegen des Geschäfts an, aber er sagte ihnen, er sei nur ein Universitätsprofessor und wisse nicht, was er mit dem Projekt anfangen solle.

Doch statt aufzugeben, verbrachte Hu die nächsten Jahre damit, die Technologie zu verfeinern und die Produktionszeit des Materials von über einer Woche auf nur wenige Stunden zu reduzieren.

Nach anfänglicher Aufmerksamkeit galt Superwood überraschenderweise als Neuheit. Alex Lau, CEO von InventWood, nahm jedoch Kontakt zu Hu auf und half ihm, das Unternehmen 2021 zu kommerzialisieren.

Das Startup erhielt später im Jahr 2022 einen Zuschuss von 20 Millionen US-Dollar vom Energieministerium und weitere 30 Millionen US-Dollar an eine Finanzierung von verschiedenen Investoren.

Potentiometer Riesiges

Das Startup produzierte ab Sommer die ersten Chargen Superwood. Laut Lau ist die erste kommerzielle Anlage dieser Art klein. Die ersten Produkte werden für den Bau der „Haut“ eines Gebäudes verwendet – der nichttragenden Teile, die dennoch ästhetisch und langlebig sein müssen.

Eine Probe von Superwood (dunkleres Holz) neben normalem Holz wird einem Langzeit-Biegetest unter reduzierter Belastung unterzogen. Foto: Wall Street Journal.

Langfristig möchten Sie den Rückgrat des Gebäudes aus traditionellen Materialien durch Superhartholz ersetzen. „90 Prozent der Kohlenstoffemissionen von Gebäuden entstehen durch Beton und Stahl, die während des Baus entstehen“, sagte Herr Lau.

Für den Bau der Anlage sammelte InventWood in seiner ersten Finanzierungsrunde der Serie A 15 Millionen US-Dollar ein. Angeführt wurde die Runde vom Grantham Fund unter Beteiligung von Baruch Future Ventures, Builders VC und Muus Climate Partners, drei namenhaften Fonds, die in nachhaltige Technologien, Klimaschutz und Materialinnovationen investieren.

Superwood basiert auf normalem Holz, das hauptsächlich aus zwei Komponenten besteht: Zellulose und Lignin. Nanokristalline Zellulose ist sogar stärker als Kohlefaser. Daher besteht das Hauptziel darin, die Festigkeit dieses Holzbestandteils zu erhöhen.

Das Unternehmen verwendet Chemikalien aus der Lebensmittelindustrie, um die Molekularstruktur des Holzes zu verändern, und komprimiert das Material anschließend, um die Anzahl der Wasserstoffbrücken zwischen den Zellulosemolekülen zu erhöhen.

Da Superwood Material viermal komprimieren kann, würden viele Leute annehmen, dass es um den gleichen Betrag fester ist. „Tatsächlich ist es jedoch etwa zehnmal fester, da bei diesem Prozess zusätzliche Bindungen entstehen“, erklärt Lau.

Zwischen hellen Holzarten können Superwood tragende Alternativen zu Stahlträgern im Hausbau verstärken. Foto: Wall Street Journal.

Das Ergebnis ist ein Material mit einer um 50 Prozent höheren Bruchfestigkeit als Stahl und einem zehnmal besseren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, also das Unternehmen. Es erfüllt außerdem die Brandschutznormen der Klasse A, ist zudem äußerst feuerbeständig und resistent gegen Fäulnis und Insektenbefall.

Die Integration von Superwood in Bauelemente bedarf noch der Zertifizierung durch die Partner des Unternehmens, darunter Bauunternehmen und Architekten. Darüber hinaus erfordert Superwood neue Bauprozesse, das Material stabil genug ist, um auf die für Holzkonstruktionen typischen Stahlverbindungen zu verzichten.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Materials könnten laut WSJ auch über den Baubereich hinausgehen. Superwood ähnelt Kohlefaser, ist aber weniger spröde. Es wird bereits in vielen Bereichen eingesetzt, von Sportgeräten und Tennisschuhen bis hin zu Rennwagen und Flugzeugen.

Quelle: https://znews.vn/sieu-vat-lieu-chong-dan-chong-chay-va-ben-hon-ca-thep-post1565040.html