Древесина

Исследователи MIT научились выращивать и печатать древесину на 3D-принтере (нет)

Исследователи разработали новую технологию, которая в один прекрасный день может позволить 3D-печатать деревянные изделия непосредственно из растительной массы

Древесина является возобновляемым ресурсом, но мы потребляем ее гораздо быстрее, чем восполняем. Вырубка лесов оказывает серьезное влияние на дикую природу и усугубляет последствия изменения климата. И поскольку наш спрос на деревянные изделия вряд ли изменится в ближайшее время, придется менять наши методы их производства.

В последние годы исследователи обратились к выращиванию древесины в лабораторных условиях. Не деревья как таковые, а именно древесину, подобно тому, как в настоящее время ведется работа по культивированию клеток животных для получения лабораторного мяса. И вот теперь группа ученых Массачусетского технологического института продемонстрировала новую методику, позволяющую выращивать в лабораторных условиях растительный материал, похожий на дерево, что позволяет легко регулировать по мере необходимости такие свойства, как вес и прочность.

"Идея заключается в том, что вы можете выращивать эти растительные материалы именно в той форме, которая вам нужна, поэтому нет необходимости создавать субтрактивное производство, что значительно сокращает количество энергии и отходов", - говорит Эшли Беквит, ведущий автор исследования. "Существует большой потенциал для расширения этого процесса и выращивания трехмерных структур".

Команда начала работу с извлечения клеток из листьев растения, известного как Zinnia elegans. Затем эти клетки в течение двух дней культивировались в жидкой среде, после чего были перенесены в более густую гелеобразную смесь. Данная субстанция содержала питательные вещества и два вида растительных гормонов, уровень которых можно было регулировать для настройки физических и механических свойств материала.

Затем команда напечатала этот гель с клетками на 3D-принтере, придав ему определенную форму, (точно так же, как происходит классическая 3D-печать пластиковых предметов). После трех месяцев инкубации в условиях полной темноты материал был обезвожен. В итоге получился объект, из растительной массы по своей структуре напоминающий древесину. В одном из тестов, например, команда сформировала из материала модель дерева.

Экспериментируя с различными уровнями гормонов, команда обнаружила, что более низкие концентрации привели к получению материала меньшей плотности, с округлыми, открытыми ячейками. При более высоких концентрациях формировались мелкие, плотные структуры, которые были более жесткими, благодаря увеличению роста органического полимера лигнина. Это различие может быть использовано для создания как более мягких и легких, так и более прочных и жестких продуктов.

В конечном счете, цель состоит в том, чтобы развить технологию до такой степени, чтобы деревянные предметы можно было, по сути, печатать и выращивать в формате 3D, а не вырезать, формировать и соединять из больших кусков древесины, полученных при вырубке деревьев. Процесс может начаться с небольших деревянных предметов, таких как штифты или декоративные элементы, а затем перейти к мебели или доскам для строительства.

Следующим этапом, по словам команды, будет разработка способа применения этого метода к другим растениям. Цинния не является источником древесины, но адаптация процесса для работы с чем-то вроде сосны может стать большим прорывом.

Исследование было опубликовано в журнале Materials Today.

Источники: MIT, Journal Materials Today.
https://news.mit.edu/2022/lab-timber-wood-0525

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000451

Лянбин Ху делает дерево прочнее стали

сурс

Лянбин Ху держит в руках куски супердерева, изготовленного путем удаления лигнина и сжатия древесины. Супердерево по прочности не уступает стали, но при этом оно легкое, что делает его идеальным для использования в конструкциях.

В лаборатории Лянбинга Ху обычное дерево превращается в чудо-материал. Материаловед из Мэрилендского университета в Колледж-Парке и его коллеги сделали этот материал прозрачным, прочным, как сталь, упругим и упругим, как резина, а недавно он стал поддаваться формовке, как пластик.

Используя простые химические процессы, лаборатория Ху частично вымывает лигнин - полимер, который удерживает целлюлозные волокна в древесине вместе, и использует естественную сложность наноструктуры древесины. Ху лицензировал эту технологию компании InventWood, дочерней компании Университета Мэриленда, которая ищет коммерческое применение, например, экологически чистые материалы, которые могут заменить стекло, металл и пластик в зданиях и автомобилях.

Ху изучал углеродные нанотрубки для своей докторской диссертации. Его внимание привлекло дерево, когда он обнаружил, что структура и способность целлюлозных нановолокон переносить ионы схожи с углеродными нанотрубками, при этом они устойчивы и недороги.

Ху говорит: "Используя супердревесину нашей лаборатории, которая действительно использует преимущества механических свойств нановолокон и имеет прочность материала, сходную с некоторыми металлами, мы хотим заменить сталь и алюминий, чтобы сократить выбросы углекислого газа. При производстве этих металлов используется много тепла и электроэнергии и выделяется много углекислого газа. Но при выращивании древесины углекислый газ удаляется, а наш метод обработки древесины при комнатной температуре с использованием воды, сульфита натрия и гидроксида натрия является более энергоэффективным.

И теперь мы впервые можем придать древесине форму, подобную той, которую можно придать пластику и металлу. Когда вы думаете о пластике, вы можете расплавить его и изменить его форму, но когда вы пытаетесь согнуть дерево, вы можете сломать его. Наш материал является экологически чистым по сравнению с пластиковыми композитами, потому что этот материал, в конечном счете, биоразлагаем, но при этом сохраняет прочность для структурного применения."

Дайсуги

В XIV веке в Японии зародилась техника заготовки древесины без вырубки деревьев под названием дайсуги. Технику изобрели в регионе Китаяма, для этого японцы берут особый сорт кедрового дерева и подрезают его так, чтобы его ветки вырастали в виде длинных и ровных стволов. Их можно спокойно срезать, не вырубая само дерево. Кедровые деревья при этом выглядели очень элегантно, поэтому когда спрос на древесину упал, их стали выращивать таким методом и чисто в декоративных целях.

Жилой дом, галерейного типа, для молодежи в Копенгагене

Жилой дом Bavnehøj Allé использует новые и выразительные стандарты древесины в доступном жилье для молодежи. Дом Bavnehøj Allé состоит из 40 однокомнатных квартир площадью 38-45 м2 с впечатляющей высотой потолка 3 метра. Все квартиры имеют большой балкон или террасу. Квартиры отделаны чистыми материалами, такими как натуральное дерево и необработанный бетон (несущая конструкция). Здание представляет собой простую композицию из двух диагональных блоков, соединенных, расположенной в центре, галереей на всех этажах.

Изготовленная на заказ кассетная система последовательно размещается в горизонтальной или вертикальной решетке поверх металлической рамы, состоящей из 8 балконных кассет с индивидуальным дизайном, каждая из которых имеет свой уникальный состав. Кассеты составлены в ритмичном расположении, которое в целом придает однородность. На первый взгляд фасад выглядит как непрерывный и ритмичный рисунок, но при ближайшем рассмотрении, он имеет сложную вариацию, которая нигде не оставляет двух одинаковых углов.  

На фасадах применена натуральная модифицированная сосна Radiata, которая делает древесину исключительно устойчивой к гниению и грибкам без использования химикатов. Древесина является легкой, стабильной и устойчивой к ультрафиолетовому излучению и обладает долговечностью класса 1 с гарантией 50 лет эксплуатации.
Молодежное жилье в доме галерейного типа Bavnehøj Allé состоит из двух многоквартирных домов, расположенных прямо по оси движения Север-Юг и Восток-Вест. Стратегическое расположение всех практических функций, таких как парковка, вывоз мусора, лестницы, галереи и входы на северо-востоке, позволяет расположить балконы и внутренние жилые помещения, чтобы в полной мере воспользоваться солнечным светом и потрясающим видом на близлежащий парк и историческое кладбище. Минималистичное планировочное решение однокомнатных открытых студий естественным образом интегрирует внешнее окружение через экструдированный фасад с большими балконами 5-6 м2. Внутри квартир торцевые стены, выходящие на балконы, представляют собой одно большое окно от пола до потолка, а его 3-метровая высота добавляет плавный переход к внешнему виду - объединяя балкон в качестве второй комнаты в каждой квартире. Фасад из деревянных панелей выполняет такую ​​важную функцию, как защита от солнца. Здесь естественным образом фильтруется солнечный свет, пропуская части его в квартиры, защищая их от перегрева. 

Молодежное жилье галерейного типа Bavnehøj Allé расположено на границе между городом и парком, отличается выразительным деревянным фасадом от окружающих зданий, создавая естественный переход к парку и кладбищу.