Инженерная древесина становится прочнее, удерживая углекислый газ.
Ученые из Университета Райса нашли способ удерживать углекислый газ в древесине с помощью потенциально масштабируемого и энергоэффективного процесса, который также делает материал более прочным для использования в строительстве.
Конструкционные материалы, такие как сталь или цемент, обходятся дорого как в долларах, так и в выбросах углекислого газа; на строительство и использование зданий приходится около 40% выбросов. Разработка устойчивых альтернатив существующим материалам может помочь смягчить последствия изменения климата и сократить выбросы углекислого газа .
Согласно исследованию, опубликованному в Cell Reports Physical Science, работая над решением обеих проблем одновременно, материаловед Мухаммад Рахман и его сотрудники нашли способ включить молекулы кристаллического пористого материала, улавливающего углекислый газ, в древесину .
«Дерево — это устойчивый, возобновляемый конструкционный материал, который мы уже широко используем», — сказал Рахман. «Наша инженерная древесина показала большую прочность, чем обычная необработанная древесина».
Чтобы добиться этого, сеть целлюлозных волокон, которая придает древесине прочность, сначала очищается с помощью процесса, известного как делигнификация.
«Древесина состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина», — сказал Рахман. «Лигнин — это то, что придает древесине цвет, поэтому, когда вы удаляете лигнин, древесина становится бесцветной. Удаление лигнина — это довольно простой процесс, который включает двухэтапную химическую обработку с использованием экологически чистых веществ. После удаления лигнина мы используем отбеливатель. или перекись водорода для удаления гемицеллюлозы».
Далее делигнифицированную древесину замачивают в растворе, содержащем микрочастицы металлоорганического каркаса, или МОФ, известного как каркас Калгари 20 (CALF-20). MOF представляют собой сорбирующие материалы с большой площадью поверхности, используемые из-за их способности адсорбировать молекулы углекислого газа в свои поры. «Частицы MOF легко вписываются в целлюлозные каналы и прикрепляются к ним посредством благоприятных поверхностных взаимодействий», — сказал Сумьябрата Рой, научный сотрудник Райса и ведущий автор исследования.
MOF являются одними из нескольких зарождающихся технологий улавливания углерода, разработанных для решения проблемы антропогенного изменения климата . «В настоящее время нет биоразлагаемого устойчивого субстрата для использования материалов, поглощающих углекислый газ», — сказал Рахман. «Наша древесина , усиленная MOF, представляет собой адаптируемую опорную платформу для использования сорбента в различных приложениях с углекислым газом».
«Многие из существующих MOF не очень стабильны в различных условиях окружающей среды», — сказал Рой. «Некоторые очень восприимчивы к влаге, и вы не хотите этого в конструкционном материале».
Однако CALF-20, разработанный профессором Университета Калгари Джорджем Симидзу и его сотрудниками, выделяется как уровнем производительности, так и универсальностью в различных условиях окружающей среды, сказал Рой.
«Производство конструкционных материалов, таких как металлы или цемент, представляет собой значительный источник промышленных выбросов углерода », — сказал Рахман. «Наш процесс проще и «зеленее» как с точки зрения используемых веществ, так и побочных продуктов переработки.
«Следующим шагом будет определение процессов секвестрации, а также подробный экономический анализ, чтобы понять масштабируемость и коммерческую жизнеспособность этого материала», — добавил он.
