Экологичное стекло: прозрачная древесина как стройматериал будущего

Казалось бы, что необычного может быть в обычном коттедже, сложенном из досок, балок или даже CLT-панелей? А то, что вместо привычного стеклопакета здесь используется всё та же древесина, только прозрачная, как настоящее стекло. 

Когда-то это показалось бы простой выдумкой, однако в XXI веке, столетии продвинутых технологий и экологичных стройматериалов, и дома из прозрачного, как родниковая вода, дерева вполне могут стать реальностью. 

Здания из натуральных и экологически безопасных строительных материалов в последние годы набирают популярность во всём мире. Например, с 2022 года во Франции общественные сооружения будут строить как минимум на 50% из древесины.

В 2013 году во Франции был построен современный учебный комплекс «Пастер», который включил в себя сразу 3 детских сада и 2 общеобразовательные школы. Общая площадь деревянной школы для детей всех возрастов составила 9500 квадратных метров. 

Не секрет, что в Финляндии существуют целые жилые кварталы, целиком построенные из древесины. Не удивить жителей этой страны и социальными объектами из экологичных стройматериалов: в 2020 году в стране была построена одна из самых крупных в Европе деревянных школ площадью 11 000 квадратных метров.

Не обошла волна интереса к деревянному зодчеству и Россию. Не даром в нашей стране деревянный дом считается символом уюта и семейного тепла. В течение нескольких последних лет в России был создан ряд общественных сооружений из древесины, среди которых были как объекты спортивного и туристического назначения, так и амбулаторного. Отдельно стоит упомянуть пока ещё не воплощённый, но очень интересный проект компании Holz House по строительству деревянной школы в Кировской области. 

Высокий интерес к дереву как к современному строительному материалу во всём мире подвигнул учёных к исследованию новых способов его применения. Одним из таких способов и является прозрачная древесина, ставшая настоящим открытием для архитектурных бюро и строительных компаний.

Проливаем свет на правду: откуда взялась прозрачная древесина? 

Руки к разработке экологичного и безопасного строительного материала приложили сразу две команды исследователей — из Мэрилендского университета (США) и из Швеции. Интересно то, что учёные почти одновременно смогли «обесцветить» материал и довести его практически до прозрачности: результатами своих экспериментов они поделились в 2019 году на выставке Американского химического общества. Впервые появление прозрачной древесины осветил журнал ACS Biomacromolecules.

Доктор Ларс Берглунд, исследователь из Швеции, рассказал, что для получения прозрачного материала из древесины сначала был извлечён лигнин — данный компонент поглощал свет. На его место учёные поместили акрил, однако он лишь уменьшил рассеивание света, а не прекратил его полностью. Объясняется это тем, что акрил — вещество достаточно плотное и непрозрачное.  

Для справки: попытки создания аналогичного материала предпринимались и раньше, однако используемые методы едва ли можно назвать экологически безопасными. Так, для извлечения лигнина исследователи использовали опасные химические вещества. Дорогостоящий процесс требовал применения высоких температур и большого количества времени. Конечный продукт получался хрупким и не годился для использования в строительных целях.

Однако начало череде экспериментов было положено: в ходе новых исследований в поры древесины вместо извлечённого лигнина учёные поместили полиэтиленгликоль, известный также как полимер ПЭГ. Он глубоко внедряется в пористый материал и обладает свойством сохранения энергии при нагреве. Такая прозрачная древесина днём поглощает тепло, а ночью его возвращает, что позволяет поддерживать комфортный температурный режим в здании, построенном с использованием данного стройматериала. 

Чтобы полиэтиленгликоль оставался внутри древесных пор, создатели инновационной древесины внедрили его в виде специальных капсул. Не обошлось и без добавления всё того же акрила, из-за чего конечный продукт нельзя охарактеризовать как стопроцентно прозрачный, но прогресс не стоит на месте. Вполне вероятно, что совсем скоро на рынке экологичных строительных материалов появится кристаллически-прозрачная натуральная древесина. 

В целом процесс изготовления прозрачной древесины не выглядит особенно сложным. На первом этапе происходит «вымывание» лигнина. Для этого древесные бруски «проваривают» в специальном «бульоне», состоящем их гидроксида натрия, воды и прочих химических веществ на протяжении пары часов. Второй этап — насыщение материала полиэтиленгликолем, акрилом и другими необходимыми компонентами. После этого бруски обрабатывают эпоксидной смолой в целях повышения их прочности. 

В настоящее время размеры брусков строго ограничены: 12,5*12,5 см и толщина около 1 см. Однако в будущем разработчики надеются получить более крупные плиты, что позволит расширить сферу применения изделий. 

Прозрачная древесина как инновационный стройматериал

Дерево достаточно давно снискало себе славу наиболее экологичного строительного материала на рынке. Прозрачная древесина, хоть в её составе и присутствуют некоторые химические вещества, также считается безопасной: все её компоненты биоразлагаемы в отличие от бетона или злополучного пластика, который, как известно, наносит окружающей среде много вреда. 

Одно из последних интересных открытий, связанных с прозрачной древесиной заключается в обнаружении необычных свойств апельсиновой кожуры, которая, как выяснили исследователи Королевского технологического Института, может сделать инновационный стройматериал полностью возобновляемым. 

Кожура цитрусовых перерабатывается таким образом, чтобы в процессе из неё был получен экстракт, необходимый для создания специального полимера, восстанавливающего прочность древесины и пропускную способность света. Разработка обеспечивает оптическое пропускание 90% света при толщине материала в 1,2 мм.

Ещё одно важное свойство прозрачной древесины заключается в её влагостойкости — благодаря имеющемуся в составе материала акрилу, он не подвержен воздействию влаги. К слову, и механические нагрузки такое дерево выдерживает куда лучше, чем стекло или пластик. 

А ещё инновационный стройматериал характеризуется высоким коэффициентом пропускания света и неплохими теплоизолирующими свойствами, что положительно сказывается на обеспечении комнаты естественным освещением, энергопотреблении и кошельке условного владельца современного экологичного дома. 

Учёные считают, что прозрачная древесина имеет все шансы вскоре покорить рынок строительных материалов и существенно изменить используемые технологии строительства. По оценкам экспертов, разработка может войти в массовое производство примерно через 5 лет, что сделает возможным её использование не только в области строительства, но также и в изготовлении мебели, предметов интерьера, окон и т. д. 

К слову, исследователи из Поднебесной тоже не обошли новинку вниманием: они уже рассматривают возможность применения плит из прозрачной древесины для строительства теплиц.