Houtvezels sterker dan staal

In de toekomst zullen we houtvezels net zo sterk kunnen maken als staal, of zo zacht als katoen. Deze houtvezels zijn biologisch afbreekbaar, maar sterker dan staal of aluminium per kilo. De technologie werd ontwikkeld door KTH Koninklijk Instituut voor Technologie, in samenwerking met Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg.

Frederik Lundell
Frederik Lundell

Scheiding en recombinatie van houtvezels

De techniek grijpt aan bij de cellulosevezels waaruit bomen bestaan. Elke vezel bestaat uit tot 40 miljoen kleinere vezels, of ‘fibrillen’. Al eerder hadden onderzoekers deze fibrillen gescheiden, maar nu zijn ze er ook in geslaagd ze weer bij elkaar te brengen in draden zo sterk als de oorspronkelijke houtvezels. De draden kunnen  op vele manieren worden toegepast, van bouwmateriaal tot kleding.

‘We hebben de fibrillen uit de natuurlijke houtvezels gehaald,’ zegt Fredrik Lundell, onderzoeker in vloeistofmechanica aan KTH. ‘Daarna hebben we de vezels weer bijeengebracht tot een zeer sterke streng. Deze is ongeveer 10 tot 20 micron dik, net als een haar. Het onderzoek geeft zicht op toepassingen van het maken van natuurlijk kledingtextiel uit hout in plaats van katoen, tot het vervangen van glasvezel in auto’s, vrachtwagens en boten. Lundell zegt dat dit productieproces milieuvriendelijk is, anders dan de bestaande processen om cellulosedraden te maken zoals rayon. De enige stof die wordt gebruikt is natriumchloride, ook bekend als keukenzout, om de fibrillen aan elkaar te verbinden.

Cellulose gesponnen uit fibrillen

‘We kunnen nu precies bepalen hoe de fibrillen in de draad aan elkaar verbonden zijn,’ zegt Lundell. ‘Als ze allemaal dezelfde kant op staan, is het materiaal stijf en sterk. Als ze meer willekeurige richtingen hebben, is het materiaal buigbaarder.’ Lundell zegt dat deze variaties ook in de natuur voorkomen. Een boom is afwisselend stijf en flexibel, om het hoofd te kunnen bieden aan de krachten van zijn eigen gewicht en van de wind. Bij de groei verandert de richting van de fibrillen in verschillende delen van de stam zodat de boom elke druk kan weerstaan.

Cellulose gesponnen uit fibrillen
Cellulose gesponnen uit fibrillen

Met de nieuwe technologie kunnen we niet alleen biologisch afbreekbare bouwmaterialen maken uit houtvezels, maar ook zachte natuurlijke stoffen die katoen kunnen vervangen; men denkt algemeen dat de katoenproductie niet verder kan groeien. ‘Bij het telen van katoen is heel veel water nodig,’ zegt Lundell. ‘Het Aralmeer is bijvoorbeeld grotendeels verdwenen door de katoenaanplant in Azië. Een 100 procent duurzame samenleving heeft materialen nodig met een natuurlijke plek in de kringloop.’ Volgens Lundell is de bedoeling van verder werk aan de houtvezels onder meer om de fibrillen zó aan elkaar te verbinden dat er een alternatief voor glasvezel uit voortkomt.

‘Wij moeten nu proberen het productieproces op de schalen,’ zegt hij. ‘We moeten lange strengen kunnen maken van vele parallelle draden – en bovendien veel sneller dan nu. Maar wij hebben de technologie ervoor al gedemonstreerd, dus we hebben al veel werk gedaan.’ En door de nanostructuur te beïnvloeden en toevoeging van andere componenten in de draad zoals nanobuisjes van koolstof, worden weer nieuwe toepassingen mogelijk, zoals kleren met ingebouwde elektronica.

Interdisciplinaire samenwerking

Door uit te gaan van fibrillen behouden de onderzoekers de natuurlijke structuur van cellulose. Het materiaal past daardoor voor 100% in de natuurlijke cyclus. Koeien eten cellulose. Dode bomen en planten worden afgebroken door natuurlijke processen.

Het werk is voornamelijk verricht aan het Wallenberg Wood Science Centre aan KTH, in samenwerking met Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg, Duitsland. Veel van de huidige voortgang in onderzoek naar houtvezels is het gevolg van interdisciplinaire samenwerking. In dit geval bestond het team van het Wallenberg Wood Science Centre uit onderzoekers op de terreinen van vloeistoffysica en vezel- en polymeertechnologie, onder leiding van professor Lars Wågberg. Stephan Roth van DESY was er ook bij betrokken. De beschikbaarheid van slimme meettechnieken in het synchrotron van DESY speelde een belangrijke rol.

Eerder verschenen op de website van KTH.

(Visited 4 times, 1 visits today)

Plaats een reactie