Glasfönster som dessa kan ersättas med transparent trä. Shutterstock / Visions-AD
Trä är ett gammalt material som människor har använt i miljontals år, för byggandet av bostäder, fartyg och som en källa till bränsle för förbränning. Det är också en förnybar källa och ett sätt att fånga överflödigt koldioxid från jordens atmosfär. Idag produceras huvudkomponenten i trä - cellulosa - årligen vid 20 gånger volymen stål.
En sak du inte skulle använda trä till är att skapa fönster. Istället förlitar vi oss på glas och plast, som är transparenta och, när de härdas, kan ge strukturellt stöd. Men byggnader tappar mycket värme genom glas, och även om ljus kan ge lite värme genom materialet är det inte en bra isolator. Det är därför vi behöver dubbla rutor. Trä är å andra sidan mycket isolerande men det är inte transparent. Vanligtvis.
Under de senaste åren har materialforskare experimenterat med att göra trä transparent. Att göra trä genomskinligt och bibehålla sina höga mekaniska egenskaper skulle ge ett bra alternativ till glas från en hållbar och förnybar källa. Tidigare metoder att göra detta var mycket energiintensiva och använda skadliga kemikalier, men en ny studie har visat ett sätt att göra trä transparent utan att använda enorma mängder energi i processen.
Att se genom trä
Woods brist på transparens kommer från kombinationen av dess två huvudkomponenter, cellulosa och lignin. Ligninet absorberar ljus och närvaron av kromoforer - ljusaktiverade föreningar - i materialet får träet att se brunt ut. Fibrerna i träet, som huvudsakligen består av cellulosa, är ihåliga rörliknande strukturer. Luften i dessa ihåliga rör sprider ljus, vilket ytterligare minskar materialets transparens.
Tidigare arbete med att göra trä transparent har involverat avlägsnande av ligninet helt från strukturen och ersätta den med ett hartsmaterial. Avlägsnandet av lignin kräver mycket miljöfarliga kemikalier, och det minskar också avsevärt de mekaniska egenskaperna av materialet. gör det svagare.
Den nya studien, av forskare vid University of Maryland, visar hur man gör trä transparent genom att använda en enkel kemikalie - väteperoxid - som vanligtvis används för att bleka hår. Denna kemikalie modifierar kromoforerna, ändrar deras struktur så att de inte längre agerar för att absorbera ljus och färga träet.
Att ta bort en träkomponent, kallad lignin, kan göra den genomskinlig. Shutterstock / Krasula
Kemikalien kan borstas på träet och sedan aktiveras med ljus för att producera ett briljant vitt material - blont trä om du vill. Den kemiska reaktionen av trä med väteperoxid är välkänd. Det är grunden för blekning av trämassa som används för papperstillverkning - en av anledningarna till att papper är strålande vitt.
Den andra anledningen till att papper är vitt är att porer eller hål i dess struktur sprider ljus, precis som de ihåliga cellulosafibrerna i trä. Att fylla dessa fibrer med harts minskar spridningen, vilket gör att ljuset kan passera genom träet och göra det transparent, samtidigt som de ursprungliga mekaniska egenskaperna bibehålls.
Träfönster
Detta är en mycket spännande utveckling som använder välkända kemiska reaktioner av väteperoxid med lignin. Tillvägagångssättet kan också tillämpas på stora materialbitar, vilket leder till produktion av transparenta byggmaterial som ger en verklig potential att ersätta glas.
Eftersom kemikalien borstas på träet kan det finnas möjligheter för dekorativa effekter att läggas till materialet. Detta kan göra materialpaneler populära för inomhusapplikationer och samtidigt erbjuda ytterligare isolering.
Ytterligare arbete måste göras för att optimera reaktionen med trä och införliva den i en industriellt automatiserad process. Men en dag i framtiden kanske du sitter i ett hem eller arbetar i en byggnad med träfönster.
Om författaren
Steve Eichhorn, professor i materialvetenskap, University of Bristol
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Relaterade böcker:
Framtiden vi väljer: överleva klimatkrisen
av Christiana Figueres och Tom Rivett-Carnac
Författarna, som spelade nyckelroller i Parisavtalet om klimatförändringar, erbjuder insikter och strategier för att hantera klimatkrisen, inklusive individuella och kollektiva åtgärder.
Klicka för mer info eller för att beställa
Den obebodliga jorden: livet efter uppvärmningen
av David Wallace-Wells
Den här boken utforskar de potentiella konsekvenserna av okontrollerade klimatförändringar, inklusive massutrotning, mat- och vattenbrist och politisk instabilitet.
Klicka för mer info eller för att beställa
Framtidsministeriet: En roman
av Kim Stanley Robinson
Den här romanen föreställer en nära framtidsvärld som brottas med effekterna av klimatförändringar och erbjuder en vision för hur samhället kan förändras för att hantera krisen.
Klicka för mer info eller för att beställa
Under a White Sky: The Nature of the Future
av Elizabeth Kolbert
Författaren utforskar den mänskliga påverkan på naturen, inklusive klimatförändringar, och potentialen för tekniska lösningar för att hantera miljöutmaningar.
Klicka för mer info eller för att beställa
Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning
redigerad av Paul Hawken
Den här boken presenterar en omfattande plan för att hantera klimatförändringar, inklusive lösningar från en rad sektorer som energi, jordbruk och transport.
