Trä kan verka mer hemma i timmerstugor än modern arkitektur, men ett specialbehandlat träslag kan vara morgondagens trendiga byggmaterial. I dag, forskare rapporterar om en ny sorts transparent trä som inte bara överför ljus, men också absorberar och avger värme, potentiellt spara energikostnader. Materialet tål tunga belastningar och är biologiskt nedbrytbart, öppna dörren för dess eventuella användning i miljövänliga hem och andra byggnader.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

"Tillbaka 2016, vi visade att transparent trä har utmärkta värmeisolerande egenskaper jämfört med glas, kombinerat med hög optisk transmittans, säger Céline Montanari, en Ph.D. student som presenterar forskningen på mötet. "I det här arbetet, vi försökte minska byggnadens energiförbrukning ännu mer genom att inkludera ett material som kan absorbera, lagra och avge värme."

När den ekonomiska utvecklingen fortskrider över hela världen, energiförbrukningen har skjutit i höjden. Mycket av denna energi används för att tända, värma och kyla hem, kontor och andra byggnader. Glasfönster kan sända ljus, hjälper till att ljusa upp och värma hem, men de lagrar inte energi för användning när solen går ner.

Tre år sedan, chefsutredare Lars Berglund, Ph.D., och kollegor vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, Sverige, rapporterade ett optiskt transparent trä i ACS-journalen Biomakromolekyler . Forskarna tillverkade materialet genom att ta bort en ljusabsorberande komponent som kallas lignin från cellväggarna i balsaträ. För att minska ljusspridningen, de inkorporerade akryl i den porösa träställningen. Teamet kunde se igenom materialet, men det var tillräckligt disigt för att ge avskildhet om det användes som ett viktigt byggmaterial. Det genomskinliga träet hade också gynnsamma mekaniska egenskaper, gör att den kan bära tunga belastningar.

Att bygga vidare på detta arbete, Montanari och Berglund lade till en polymer som kallas polyetylenglykol (PEG) till det avlignifierade träet. "Vi valde PEG på grund av dess förmåga att lagra värme, men också på grund av dess höga affinitet för trä, " säger Montanari. "I Stockholm, det är ett riktigt gammalt skepp som heter Vasa , och forskarna använde PEG för att stabilisera träet. Så vi visste att PEG kan gå riktigt djupt in i träcellerna."

Känt som ett "fasförändringsmaterial, "PEG är ett fast ämne som smälter vid en temperatur av 80 F, lagra energi i processen. Smälttemperaturen kan justeras genom att använda olika typer av PEG. "Under en solig dag, materialet kommer att absorbera värme innan det når inomhusutrymmet, och inomhus kommer att vara svalare än utanför, " Montanari förklarar. "Och på natten, det omvända inträffar – PEG blir solid och avger värme inomhus så att du kan hålla en konstant temperatur i huset."

Teamet kapslade in PEG i den avlignifierade träställningen, vilket förhindrade läckage av polymeren under fasövergångar. De inkorporerade också akryl i materialet för att skydda det från fukt. Liksom deras tidigare version, det modifierade träet var genomskinligt, om än lite disigt, och stark, men hade den extra bonusen att lagra värme.

Forskarna påpekar att det transparenta träet har potential att vara mer miljövänligt än andra byggmaterial som plast, betong och glas. Förutom dess termiska lagringsmöjligheter, det genomskinliga träet kan vara lättare att kassera efter att det har tjänat sitt syfte. "PEG och trä är både biobaserade och biologiskt nedbrytbara, ", konstaterar Berglund. "Den enda delen som inte är biologiskt nedbrytbar är akrylen, men detta kan ersättas av en annan biobaserad polymer."

Nu, fokus läggs på att skala upp produktionsprocessen för att vara industriellt genomförbar. Forskarna uppskattar att genomskinligt trä kan vara tillgängligt för nischapplikationer inom inredning om så lite som fem år. De försöker också öka lagringskapaciteten för materialet för att göra det ännu mer energieffektivt.