BioStrongWood: Lemnul care întrece oțelul în rezistență și are amprentă de carbon negativă

O echipă internațională de cercetători a dezvoltat o tehnologie revoluționară care transformă lemnul obișnuit într-un material cu rezistență mecanică superioară oțelului inoxidabil, deschizând porți către un viitor mai sustenabil. Această invenție, denumită BioStrongWood, a fost detaliată într-un studiu publicat în prestigioasa revistă Science Advances pe 25 iulie 2025.

De la material tradițional la supermaterial

Lemnul a fost un pilon al civilizației umane timp de milenii. Cu toate acestea, limitele sale naturale – precum porozitatea, tendința de a absorbi umezeala și variațiile în structură – l-au restrâns în principal la aplicații structurale de bază (grinzi, scânduri) sau decorative. În schimb, inginerie modernă se bazează puternic pe materiale precum oțelul, aluminiul sau plasticurile derivate din petrol, care, deși performante, vin cu costuri mari de mediu: consum intens de energie, emisii masive de gaze cu efect de seră și dependență de resurse finite.

„Lemnul este unul dintre cele mai accesibile materiale biologice, dar în afara utilizării sale convenționale, abia este explorat pentru aplicații de înaltă performanță”, remarcă profesorul Erlantz Lizundia de la Universitatea din Țara Bascilor (EHU), co-autor al studiului. Tocmai această oportunitate neexploatată a motivat colaborarea dintre EHU, Universitatea din Wuhan și Academia Chineză de Științe.

Secretele rezistenței BioStrongWood

Procesul de creare a BioStrongWood combină tratamente termice cu biotehnologie. În esență, lemnul este supus unui tratament termic controlat și este impregnat sau asociat cu miceliu fungic (rețeaua de "rădăcini" ale ciupercilor) selectat. Acest proces dublu declanșează transformări profunde în structura intimă a lemnului:

1. Eliminarea porilor: Microscopia electronică cu scanare a demonstrat o eliminare aproape completă a porilor naturali, care sunt puncte slabe în structura lemnului.
2. Creșterea cristalinității: Difracția cu raze X a evidențiat o creștere semnificativă a cristalinității celulozei, componenta cheie care conferă rezistență, în special în timpul etapei de presare intensă a procesului. Aceasta înseamnă că moleculele sunt mult mai bine aliniate și compactate.
3. Întărirea fungică: Hifele ciupercilor (firele microscopice ale miceliului) acționează ca un adeziv și agent de întărire natural, umplând golurile microscopice rămase și consolidând matricea lemnoasă.

Performanțe care uimesc

Rezultatele testelor mecanice sunt impresionante și explică entuziasmul cercetătorilor:

• Rezistență la tracțiune: BioStrongWood atinge peste 530 MPa (MegaPascali), depășind rezistența tipică a oțelului inoxidabil obișnuit SAE304 (520 MPa).
• Tenacitate (Rezistență la fractură): Materialul poate absorbi de peste 11 ori mai multă energie înainte de a se rupe decât lemnul natural.
• Rezistență la încovoiere: Testele de încovoiere arată o rezistență de trei ori mai mare.
• Stabilitate termică: Materialul își păstrează rigiditatea și integritatea chiar și după cicluri termice extreme, de la temperaturi criogenice (-196°C, temperatura azotului lichid) până la 120°C.
• Rezistență la umiditate: Unghiurile de contact cu apa, apropiate de 140°, îl fac puternic hidrofob, respingând eficient umezeala. Testele în camere de intemperii accelerate au confirmat o rezistență excelentă la umflare și formare de mucegai.

Sustenabilitate: Nu doar rezistență, ci și inovație verde

Performanțele mecanice uluitoare sunt doar o parte a poveștii. Adevărata revoluție a BioStrongWood constă în profilul său ecologic:

• Captor de carbon: Folosind metode standard de evaluare a ciclului de viață (LCA), cercetătorii au calculat că fiecare kilogram de BioStrongWood produs are un efect net negativ de carbon, captând aproximativ 1 kg de CO₂. Acest lucru include toate etapele: energia consumată, substanțele chimice utilizate (dacă sunt necesare) și cultivarea componentelor fungice.
• Contrast puternic: Această amprentă de carbon negativă contrastează dramatic cu materialele pe care le dorește să înlocuiască:
  • Producția de oțel emite în medie 1,8 kg de CO₂ pe kilogram de oțel.
  • Compozitele din fibră de sticlă emit ~5,3 kg de CO₂ pe kilogram produs.
• Cost competitiv: Analizele tehnico-economice preliminare indică costuri potențiale de producție în jurul valorii de 0,30 USD pe kilogram. Acest lucru îl face mult mai ieftin decât polimerii avansați folosiți în industrie aerospațială și competitiv cu costul placajului de calitate.

„Rezultatele noastre demonstrează clar că este posibil să obții materiale cu performanțe mecanice excepționale care sunt, în același timp, viabile economic și oferă beneficii clare pentru mediu prin captarea activă a carbonului”, a subliniat profesorul Lizundia.

Orizonturi largi de aplicare

Versatilitatea și proprietățile unice ale BioStrongWood deschid posibilități într-o multitudine de industrii:

• Transport: Panouri ușoare și ultra-rezistente pentru interiorul și exteriorul vehiculelor (autoturisme, autobuze, trenuri), reducând greutatea totală și deci consumul de combustibil/energie.
• Echipamente sportive: Miezuri pentru schiuri, snowboarduri, palete de tenis, coarde de arcuri sau cadrul bicicletelor, oferind o combinație unică de rezistență, ușurință și capacitate de a absorbi șocurile.
• Electronice: Huse și carcase rezistente la șocuri pentru telefoane, laptopuri și alte dispozitive.
• Construcții și design: Grinzi structurale expuse cu o estetică naturală de lemn "fosilizat" sau tratat, plăci de fațadă durabile, mobilier de înaltă performanță.
• Aplicații criogenice: Datorită rezistenței sale excepționale la șocuri termice extreme, BioStrongWood este un candidat ideal pentru suporturi de izolație în containere pentru gaze lichefiate (azot, oxigen) sau în cercetarea criogenică.
• Înlocuire materiale poluante: Potențial de a înlocui oțelul, plasticul sau compozitele din fibră de sticlă în numeroase aplicații unde greutatea și sustenabilitatea sunt critice.

BioStrongWood nu este doar un compozit mai puternic; este un simbol al potențialului materialelor biologice reproiectate. Reprezintă un pas semnificativ către o economie circulară, în care materialele nu doar îndeplinesc funcții avansate, ci o fac reparând activ mediul prin captarea carbonului și reducerea dependenței de resursele finite ale Pământului. Viitorul materialelor ar putea fi, în mod paradoxal, întoarcerea la unul dintre cele mai vechi materiale ale umanității – lemnul – dar într-o formă radical transformată și îmbogățită de știință.