Diese Pressemitteilung wurde von der Universität des Baskenlandes herausgegeben und enthält eine Zusammenfassung eines wissenschaftlichen Artikels, der in der Zeitschrift „Science Advances“ unter DOI: 10.1126/sciadv.ady0183 veröffentlicht wurde.
Ein Forscherteam unter der Leitung der Universität des Baskenlandes (EHU) hat sich gemeinsam mit der Universität Wuhan und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (China) von natürlich vorkommenden Prozessen inspirieren lassen, die zur Entstehung von versteinertem Holz führen (auch bekannt als altes vergrabenes Holz), um ein Holzmaterial zu entwickeln, das eine bemerkenswerte strukturelle Leistung aufweist (von den Autoren als „BioStrong Wood“ bezeichnet). Durch eine geeignete Kombination mechanischer, chemischer und biologischer Behandlungen ist es gelungen, die innere Struktur des Holzes so zu verändern, dass die mechanische Widerstandsfähigkeit die von rostfreiem Stahl übertrifft.
Das Forschungsteam hat gezeigt, dass das entwickelte Verfahren auf mehrere Holzarten angewendet werden kann. Auf diese Weise bilden die erzielten Ergebnisse die Grundlage für die Entwicklung biologischer Materialien mit sehr hoher Leistungsfähigkeit, die in naher Zukunft Materialien fossilen Ursprungs (wie duroplastische Harze oder Hochleistungsthermoplaste) ersetzen könnten, die sich in ökologischer und sozialer Hinsicht als so problematisch erweisen.
„Holz ist eines der am leichtesten zugänglichen biologischen Materialien, aber außerhalb seiner konventionellen Verwendung wird es kaum für Hochleistungsanwendungen erforscht“, sagte Erlantz Lizundia, außerordentlicher Professor am Department of Graphic Design and Engineering Projects und Forscher in der Life Cycle Thinking Group der EHU, und einer der Hauptautoren der Studie, zusammen mit Professor Chaoji Chen(Wuhan University). „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, Materialien mit einer sehr hohen mechanischen Leistung zu erhalten, die wiederum wirtschaftlich tragfähig sind und die Möglichkeit der Kohlenstoffbindung bieten.“
Das Team setzte holzfressende Pilze in Kombination mit mechanischen und chemischen Behandlungen ein und schaffte es, die molekulare Struktur der holzbildenden Komponenten zu rekonfigurieren und so dem Material eine hohe mechanische Festigkeit zu verleihen. Es war auch möglich, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit, hohen Temperaturen und extremen Temperaturschocks (z. B. von -196 ºC auf 120 ºC) zu erhöhen. Bei der Analyse der Zugfestigkeit, d.h. der maximalen Belastung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht, stellten sie außerdem fest, dass diese sogar höher ist als die von rostfreiem Stahl(SAE 304), einer Legierung, die sehr seltene, teure und potenziell giftige Materialien (Chrom, Nickel) enthält.
Ein weiterer Beitrag der Studie ist die Anwendung von Methoden (Lebenszyklusanalyse, techno-ökonomische Analyse) zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen und der wirtschaftlichen Kosten der entwickelten Materialien. So konnte nicht nur die Skalierbarkeit und Machbarkeit des Prozesses nachgewiesen werden, sondern auch die Tatsache, dass BioStrong Wood eine hohe Kapazität als Kohlenstoffbindungsmaterial besitzt, bestätigt werden.
Obwohl weitere Studien erforderlich sind, um die Prozesse zu erweitern, die auf andere Arten von natürlich vorkommenden Materialien angewendet werden können, stellt diese Arbeit einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung kreislauffähiger, nachhaltiger Materialien dar, die mittelfristig die nicht erneuerbaren und stark verschmutzenden Materialien ersetzen können, auf denen unsere Wirtschaft basiert.
Zusätzliche Informationen
Zusammen mit Erlantz Lizundia, Dozent in der Abteilung für Grafikdesign und Ingenieurprojekte und Forscher in der Life Cycle Thinking Group der EHU, waren auch Forscher der Universität Wuhan und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften an dieser Arbeit beteiligt.