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Madera más resistente que el acero

Área: Tecnología — domingo, 11 de febrero de 2018

La madera tratada y densificada puede ser un buen material para reemplazar el acero en muchas aplicaciones.

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La madera es un material renovable de coste relativamente bajo que se obtiene de los árboles. El ser humano ha estado construyendo sus casas, muebles e incluso sus aviones en madera hasta hace poco. Para algunos usos la hemos empleado durante miles de años.

En los últimos tiempos hemos abandonado este material renovable por otros más resistentes y ajustables a nuestras necesidades que, a la vez, tienen una mayor durabilidad. Por ejemplo, raramente usamos madera en construcción de edificios altos porque es menos resistente que metales como el acero.

A veces se puede usar madera tratada, por ejemplo madera densificada. Pero esta puede volver a su forma y tamaño originales bajo ciertas condiciones, como la humedad. Esta falta de estabilidad puede hacer que la madera tratada sea peligrosa si se la usa para dar soporte estructural.

Pero esto podría empezar a cambiar gracias a un descubrimiento reciente. Liangbing Hu (University of Maryland) y sus colaboradores han modificado químicamente la madera hasta producir un material que es más resistente que el acero o incluso que aleaciones especiales de titanio. Esto podría significar la vuelta a usar este material en edificios e incluso vehículos. También se podría usar en sistemas antibalas.

Su producto consiste en un nuevo tipo de madera densificada que se obtiene en dos pasos.

En el primer paso se cuece largamente la madera en una disolución de hidróxido sódico y sulfato de sodio, un proceso común usado para obtener pulpa de celulosa con la que se fabrica el papel. Con ello se elimina parte de la lignina y hemicelulosa de la madera, pero deja la celulosa sin alterar.

En el segundo paso se parte de la celulosa obtenida en el primero, que no es más que un polímero orgánico, y se comprime hasta que las paredes de celulares, compuestas por celulosa, colapsan. La compresión se mantiene durante un tiempo a la vez que se calienta ligeramente a 100 grados centígrados. Esto permite la formación de enlaces entre átomos de hidrógeno (puentes de hidrógeno) y los átomos vecinos de fibras de celulosa adyacentes. El material así obtenido es tres veces más denso que la madera sin tratar de la que se parte, pero que puede ser moldeado a voluntad.

Al final se obtiene un material tan resistente como un metal. En concreto es diez más resistente que la madera de partida al desgarro, 50 veces más resistente a la comprensión y 20 veces más rígido.

Además es más resistente a los impactos. Un contrachapado de cinco capas de esta madera densificada de 3 mm de grosor total logró parar balas simuladas consistentes en proyectiles de 46 gramos viajando a 30 metros por segundo. La idea de este experimento era testar este material como sistema antibalas para vehículos militares. Aunque no es tan bueno como el kevlar en este aspecto, la madera así tratada cuesta sólo un 5% de lo que cuesta este. Pero esto al menos nos dice que sí sería un buen material para soportar choques en accidentes de tráfico, por lo que se podrían usar en automóviles.

Según Hu, las maderas ligeras que se obtiene de árboles de crecimiento rápido, que además pueden ser más ecológicos, pueden reemplazar a árboles de madera más dura como la teca usados para la confección de muebles y material de construcción si se usa este método de densificación.

Lo más interesante es que el producto es resistente a la humedad, pues en las pruebas de laboratorio se expuso una muestras a alta humedad durante cinco días y se hinchó menos de un 10%. Una capa de barniz eliminaba este pequeño porcentaje completamente.

El uso de este material en automoción tendría la ventaja de su ligereza y bajo precio, además de ser un material sostenible que podría ser reciclado más fácilmente que la fibra de carbono, aluminio y otros materiales ligeros, resistentes, pero caros.

Una dificultad podría residir en la dificultad de escalar el proceso y acelerarlo, pero Liu sugiere que no tiene que ser así necesariamente y que no ve razones por las que no se pueda hacer.

Otra pega parece ser la cantidad de lignina que queda tras el primer paso, pues una cantidad por debajo o por encima de un valor óptimo dado hace que las resistencia del material final disminuya.

Hu y sus colaboradores también han estado desarrollando un sistema para hacer transparente la madera.

Otros competidores también se han fijado en la madera como posible material transparente. Lars Berglund (Real Instituro de Tecnología de Estocolmo) y su equipo publicaron hace un tiempo sus resultados sobre madera transparente. Este material se podría usar para sustituir al vidrio de las ventanas.

En este caso se elimina lignina como en el primer paso ya descrito y luego se añade un polímero (metil metacrilato o MMA), que normalmente se usa para producir plexiglas.

Otros grupos trabajan en otras vías para densificar madera y alcanzan resultados similares, incluso sin eliminar lignina. Así, por ejemplo, Fred Kamke (Oregon State University) y su equipo lograron un contrachapado de madera densificada de 24 capa y 9 mm que logró parar balas reales disparadas por una pistola.

Puede que en un futuro podamos vivir en casas hechas casi enteramente con madera, uno de los materiales más abundantes y versátiles que podemos obtener de la Naturaleza.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5987

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: University of Maryland.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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5 Comentarios »

  1. tomás:

    Pues eso sería ideal para mi ilusión que es capturar el CO2 en madera y, así, inmovilizarlo, o “inmobilizarlo” en inmuebles, casas, coches, etc. Ese sería un gran paso, y dice el artículo, como yo, que partiendo de árboles de crecimiento rápido.

  2. JavierL:

    Si, partir de árboles de crecimiento rápido es una excelente noticia..

    Tanto empeño en buscar nuevos materiales 100 sintéticos y la naturaleza nos sigue ofreciendo excelente soluciones.

  3. tomás:

    Sin embargo, amigo JavierL, se necesitarán suelos fértiles para ese crecimiento y, aunque la hojarasca y las mismas yerbas aportan, nunca será suficiente puesto que se trata de retirar la madera tal como se vaya formando para inmovilizar su CO2. O sea que habrá de idear algo para suministrar los nutrientes necesarios.
    Un abrazo.

  4. JavierL:

    Si, sería bueno ver como van los avances de ingeniería genética o similares para que las plantas que nos interesen tomen nitrógeno del aire y reducir el uso de fertilizantes

  5. tomás:

    ¡Muy bien!
    Abrazos mil, querido Javier. (Si me permites me ahorro la L)

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