Met dit simpele proces kun je hout omtoveren tot een materiaal dat kan concurreren met staal en zelfs in staat is een kogel te stoppen.

We bouwen al duizenden jaren met hout: van tafels en stoelen tot complete huizen en andere gebouwen. Toch haalt hout het bij lange na niet bij de sterkte en weerbaarheid van staal. Maar dat moet veranderen, want materiaaldeskundigen van onder meer de University of Maryland komen met een simpele methode om van hout ‘superhout’ te maken.

Koken van hout

Wetenschappers proberen al langer hout te verstevigen door het te behandelen, bijvoorbeeld door het samen te drukken of door versterkende stoffen toe te voegen. Maar het behandelde hout verzwakt snel en ‘veert’ terug in oorspronkelijke grootte en vorm, vooral in vochtige omstandigheden. De nieuwe methode, door Liangbing Hu en collega’s beschreven in Nature, moet wél succes gaan opleveren.

Het gaat om een vrij eenvoudig proces dat bestaat uit twee stappen. Het begint met het koken van hout in een oplossing van waterstofhydroxide en natriumsulfiet, heel vergelijkbaar met de chemische reactie waarmee je het houtpulp verkrijgt voor papierproductie.

Onder druk

De reactie die daarbij ontstaat, verwijdert het grootste deel van de lignine en hemicellulose uit het hout. Deze twee natuurlijke polymeren versterken de plantcelwanden. Klinkt gek om juist deze versterkende polymeren te verwijderen als je superhout wilt maken, maar de onderzoekers geven aan dat het breken van de plantcelwanden nodig is om dit materiaal te realiseren. Het proces laat de cellulose, wél belangrijk voor de stevigheid van het latere product, grotendeels ongemoeid.

In de tweede stap wordt de verkregen houtpulp zodanig samengedrukt dat de celwanden knappen. De aanhoudende druk in combinatie met het verhitten van het materiaal, zorgt ervoor dat een groot aantal waterstofatomen gaat binden met buuratomen in de cellulose. Dat maakt het materiaal als geheel steviger.

Bestand tegen vocht

De resultaten zijn indrukwekkend. Het verstevigde hout heeft een driemaal hogere dichtheid dan onbehandeld hout. Verder is het hout 50 maal resistenter tegen externe druk, 20 maal stijver en een flink stuk harder, krasbestendiger en impactresistenter dan gewoon hout. Je kunt de behandelde houtpulp in bijna elke denkbare vorm gieten.

Verder is het hout ook goed bestand tegen vocht. In het lab hebben de onderzoekers het hout ruim vijf dagen blootgesteld aan een extreem hoge vochtigheidsgraad en het hout kromp slechts 5 procent. Door het hout een likje verf te geven, bleef zelfs dat achterwege.

Kogelvrije vesten

En last but not least: door van het behandelde hout een vijf-laags-multiplex te maken, was het volgens laboratoriumtesten zelfs in staat kogels tegen te houden. Daardoor denken Hu en zijn team er zelfs aan dat hun versterkte hout kan worden gebruikt in kogelvrije vesten. Het haalt het nog niet bij de kogelbestendigheid van bijvoorbeeld Kevlar, maar het scheelt wel 5 procent in productiekosten.

Verder denken de wetenschappers dat het een haalbare kaart moet zijn om het hout te gebruiken bij de constructie van gebouwen, vliegtuigen en auto’s. Eigenlijk overal waar nu staal voor wordt gebruikt. Heeft staal er daarmee een serieuze concurrent bij? Dat is nog even afwachten, maar veelbelovend is de houtbehandeling wel.

Bronnen: Nature, University of Maryland via Phys.org, Scientific American

Beeld: University of Maryland

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!