Gỗ trong suốt: Giải pháp thay thế kính, thân thiện với môi trường?

Kính là một vật liệu quan trọng trong xây dựng nhưng cũng là một trong những yếu tố gây hại lớn đối với môi trường. Không thể tự phân hủy sinh học, khó tái chế và đôi khi còn gây ô nhiễm nhiều hơn cả nhựa, kính đặt ra thách thức lớn trong việc phát triển vật liệu bền vững.

Trong khi các nhà khoa học đã cố gắng cải tiến quá trình sản xuất kính, một số nhà nghiên cứu lại tìm hướng đi mới: thay thế kính hoàn toàn bằng vật liệu trong suốt khác, trong đó có gỗ biến đổi hóa học.

Gỗ có thể thay thế kính như thế nào?

Ý tưởng về gỗ trong suốt được khởi nguồn từ nghiên cứu của giáo sư hóa học Bharat Baruah tại Đại học Kennesaw State. Là một người đam mê làm đồ gỗ, Baruah đặt câu hỏi liệu vật liệu truyền thống này có thể trở thành một lựa chọn thay thế kính hay không. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của gỗ là nó không trong suốt.

Để giải quyết điều này, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào cấu trúc của gỗ. Gỗ bao gồm ba thành phần chính: cellulose, hemicellulose và lignin. Lignin chính là yếu tố làm gỗ có màu đục và cứng. Khi loại bỏ lignin và hemicellulose khỏi tấm gỗ, phần còn lại là một mạng lưới cellulose xốp, gần giống như giấy.

Quá trình xử lý này được thực hiện bằng cách ngâm gỗ balsa vào dung dịch hóa học bao gồm sodium sulfite, dung dịch kiềm và một lượng nhỏ thuốc tẩy loãng. Sau khi lignin bị loại bỏ, tấm gỗ trở nên gần như trong suốt nhưng vẫn chưa đủ bền để sử dụng trong xây dựng.

Lấy cảm hứng từ công trình kiến trúc cổ

Điểm đặc biệt trong nghiên cứu của Baruah là ông đã áp dụng kỹ thuật xây dựng truyền thống từ vùng đông bắc Ấn Độ, nơi ông sinh ra. Các tòa nhà ở đây đã đứng vững hàng thế kỷ nhờ một loại xi măng làm từ hỗn hợp cát, gạo nếp và lòng trắng trứng. Baruah đã thử nghiệm công thức này trên gỗ biến đổi và thu được kết quả khả quan: tấm gỗ vừa trong suốt hơn, vừa có độ bền cao hơn.

Để kiểm tra hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã thay thế kính trong một ngôi nhà chim bằng tấm gỗ trong suốt này. Khi đặt dưới đèn nhiệt, nhiệt độ bên trong ngôi nhà chim giảm từ 9-11 độ F (tương đương 5-6 độ C) so với khi sử dụng kính thông thường. Điều này cho thấy vật liệu mới có khả năng cách nhiệt tốt hơn, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các công trình tiết kiệm năng lượng.

Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Không chỉ dừng lại ở xây dựng, nhóm nghiên cứu còn thử nghiệm đưa các sợi nano bạc vào gỗ trong suốt để đánh giá khả năng ứng dụng trong tế bào năng lượng mặt trời, cảm biến đeo trên người và lớp phủ bảo vệ. Mặc dù sợi nano bạc không phân hủy sinh học, nhưng có thể thay thế bằng graphene – một vật liệu thân thiện với môi trường hơn.

Thách thức và tiềm năng trong tương lai

Dù có nhiều ưu điểm, gỗ trong suốt vẫn cần được cải tiến để đạt độ trong suốt cao hơn và mở rộng quy mô sản xuất. Quá trình loại bỏ lignin hiện tại sử dụng lượng nhỏ hóa chất nên vẫn đảm bảo an toàn môi trường, nhưng khi áp dụng trên diện rộng, chi phí và tính khả thi có thể là rào cản.

Tuy nhiên, với những tiến bộ hiện tại, gỗ trong suốt đang mở ra một hướng đi mới trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực từ kính truyền thống. Nếu có thể hoàn thiện, loại vật liệu này có thể là bước tiến quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường.