Tysiące zastosowań. Drewno i jego tajemnice

Szacuje się, że drewno ma ponad trzydzieści tysięcy zastosowań. Od tych najpopularniejszych, jak zapałki, deski czy płyty drewnopochodne, po wykorzystanie drewna konstrukcyjnego, szczególnie technologii drewna klejonego warstwowo. Ten typ surowca jest niezwykle cenny, jeśli weźmiemy pod uwagę skutki związane z nadmiernym wykorzystywaniem plastiku. W ciągu ostatniej dekady ludzkość wyprodukowała go więcej niż przez cały XX wiek.

Mimo że tańsze tworzywa syntetyczne opanowały świat, produkty z drewna i materiałów drewnopochodnych są obecne na każdym etapie naszego codziennego życia. Liczba zastosowań sięga nawet trzydziestu tysięcy, a naukowcy poszukują nowych możliwości wykorzystania surowca, np. w budownictwie czy przemyśle.

Drewniane drapacze chmur

Drewno jest materiałem o mniejszym negatywnym wpływie na środowisko niż beton i stal, które są masowo wykorzystywane przy standardowych konstrukcjach. Jak podaje portal Świat oze, sektor budowlany odpowiada za 39 proc. emisji CO2 do atmosfery, z czego 11 proc. wynika z produkcji materiałów i wyrobów budowlanych, takich jak stal, cement i szkło. Dlatego firmy z branży poszukują bardziej proekologicznych rozwiązań tj. betonu o obniżonym śladzie węglowym.

Drewno to surowiec wytrzymały, łatwy w obróbce, a na dodatek pozwala znacząco obniżyć emisję CO2 do atmosfery. Do tego jest doskonałym izolatorem termicznym. Trzyma temperaturę znacznie lepiej niż beton czy cegła, przez co pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania, stąd jego popularność np. w Skandynawii.

Drapacze chmur z drewna to futurystyczna wizja. Takie obiekty powstały już m.in. w Norwegii, Szwecji, Finlandii czy Austrii. Rekord wysokości dzierżą Norwedzy z ich wieżowcem Mjøstårnet w mieście Brumunddal. Budynek ma 85 metrów i 18 pięter. Został wykonany technologią drewna klejonego krzyżowo. Jednak Szwajcarzy już planują budowę wieżowca w Zurychu – Rocket&Tigerli, który osiągnie wysokość 100 metrów.

Polska może pochwalić się najwyższą europejską konstrukcją wykonaną z drewna. To mierząca 111 metrów wieża nadawcza Radiostacji Gliwickie. Władze III Rzeszy wykorzystały radiostację w 1939 roku do „prowokacji gliwickiej”, która według ówczesnej propagandy stała się przyczynkiem do wybuchu II wojny światowej. Obiekt należy do lokalnego muzeum. Obecnie służy celom edukacyjnym jako miejsce historyczne, w którym zachowało się niemal kompletne oprzyrządowanie techniczne dawnej stacji nadawczej. Radiostacja utrzymuje się z ponad 50 anten zainstalowanych na wieży m.in. przez telefonie komórkowe.

W październiku 2019 roku w Łukasiewicz – Poznańskim Instytucie Technologicznym rozpoczęła się realizacja projektu BASAJAUN. Jego głównym celem jest opracowanie strategii optymalizacji zasobów leśnych dla budowy wzorcowego domu (16 mieszkań umieszczonych na 4 piętrach). Budynek ma bazować głównie na materiałach drzewnych i drewnopochodnych. W projekcie uczestniczy 30 partnerów z 12 krajów, głównie europejskich (Hiszpania, Finlandia, Węgry, Francja, Szwecja, Holandia, Włochy, Portugalia, Niemcy, Polska, Belgia i Chile), a jego koordynatorem jest Fundacion Tecnalia Research & Innovation z Hiszpanii.

Sport na drewnie

Z drewna powstają nie tylko biura czy domy, ale także obiekty sportowe. Znamy już przykłady drewnianego stadionu piłkarskiego w Gloucestershire na Wyspach Brytyjskich czy planów wybudowania drewnianego lotniska. Z kolei zawody w kolarstwie torowym odbywają się na welodromie, czyli owalnym obiekcie sportowym z otaczającymi go trybunami i pomieszczeniami socjalnymi.

Dawniej budowano głównie tory betonowe, niezadaszone. Teraz z różnych względów stawia się na konstrukcje pod dachem. Nawierzchnia toru kolarskiego zbudowana jest z drewnianych desek. Najczęściej wykorzystywana jest sosna syberyjska. Większość torów posiada dwie proste i dwa zakręty – zwane wirażami, choć zdarzają się bardziej owalne konstrukcje, np. tor w belgijskiej Gandawie. Standardowy obiekt, czyli tzw. olimpijski tor ma 250 metrów długości, 11 metrów szerokości, a jego nachylenie w łukach wynosi 42 stopnie i 15 na prostych, co pozwala na poruszanie się z maksymalną prędkością.

Przy upadkach, które często następują przy wysokiej prędkości (nawet do 70 km/h), zawodnicy najczęściej wyłamują kawałki drewna z nawierzchni lub powodują w niej głębokie rysy. W rezultacie konieczna jest wymiana całego panelu.

Drewno jak szyba

Jednym z innowacyjnych rozwiązań jest stworzenie przezroczystego drewna. Nad tą technologią pracują m.in. badacze z Uniwersytetu w Maryland czy ze sztokholmskiego Centrum Nauki o Drewnie im. Wallenberga. Uzyskanie efektu przezroczystości odbywa się poprzez odciąganie bądź modyfikację poszczególnych pigmentów.

Materiał przypominający szkło nie tylko lepiej izoluje, ale również jest mocniejszy i mniej podatny na stłuczenie. Proces przygotowywania przezroczystego surowca polega na wyciągnięciu z niego ligniny, która wpływa na jego barwę – podobnie dzieje się w przypadku produkcji papieru. W kolejnym kroku drewno wypełnia się syntetyczną żywicą, która wpływa na zwiększenie twardości materiału. Minusem tego rozwiązania jest wykorzystanie do jego produkcji dużej ilości środków chemicznych.

Badacze z Marylandu skupili się na innej metodzie. Wzięli pod lupę wartości nadtlenku wodoru, czyli substancji służącej do rozjaśniania włosów. Po zastosowaniu tego związku chemicznego, w kolejnym kroku poddali materiał działaniu promieni UV, a następnie wykorzystali etanol i epoksyd, które pozwoliły na oczyszczenie i wypełnienie drewna. W rezultacie udało się im uzyskać strukturę dużo mocniejszą niż szkło i przepuszczającą około 90 proc. światła. O wynikach prac amerykańskich badaczy można przeczytać m.in. na łamach Science Advances.

Butelki z drewna

Przedsiębiorstwa na całym świecie poszukują możliwości zastąpienia plastiku materiałami biodegradowalnymi. Prym w tym proekologicznym podejściu wiedzie Finlandia, gdzie powstały projekty, które w przyszłości mogą zrewolucjonizować przemysł.

Firma Sulapac przygotowała substancję składającą się w 88 proc. z odpadów drewnianych oraz trzciny cukrowej. Obecnie produkowane są jedynie małe buteleczki do kosmetyków, ale w planach jest zastąpienie nimi plastikowych butelek typu PET używanych m.in. do wody. Poza opakowaniami testy przeprowadzane są także w kierunku plastikowych sztućców, długopisów, grzebieni, szczotek do zębów czy futerałów na telefony, a więc przedmiotów codziennego użytku.

Z kolei marka Paptic pracuje nad materiałem opartym na drewnianych włóknach, który pozwoli zastąpić plastikowe torebki. To właśnie one, używane do codziennych zakupów, są jedną z przyczyn globalnego zaśmiecenia środowiska.

Globalny problem

Szacuje się, że około dziesięć milionów ton plastiku rocznie trafia do oceanów. Na Pacyfiku od wielu lat pływa ogromna wyspa odpadów – tzw. Wielka Pacyficzna Plama Śmieci może zajmować nawet 1,6 km2. To największe wysypisko na Ziemi. Według badaczy za tę sytuację odpowiedzialne są m.in. największe światowe gospodarki: Chiny, Japonia, USA, Korea i Tajwan.

W ciągu ostatniej dekady ludzkość wyprodukowała więcej plastiku niż w przez cały XX wiek. Półki największych sieci handlowych zapełniają przedmioty wykonane z tworzyw sztucznych. Taka sytuacja stanowi ogromne zagrożenie dla wszystkich istot żywych oraz całego ekosystemu na planecie, ponieważ tworzywa sztuczne mogą rozkładać się od 100 do nawet 1000 lat (np. reklamówka plastikowa rozkłada się 400 lat). Realne skutki naszych obecnych działań poznają dopiero kolejne pokolenia.

Warto spojrzeć także na drugą stronę medalu. Zastosowanie materiałów syntetycznych ma również swój pozytywny kontekst. Drukarki 3D pozwalają wydrukować już prawie wszystko, od przedmiotów codziennego użytku po specjalistyczne części używane w sprzętach medycznych, protezy czy nawet broń palną. Przy okazji Letnich Igrzysk Olimpijskich w Tokio, brytyjska federacja we współpracy z dwiema firmami – motoryzacyjną Lotus oraz inżynierską Hope Technology – wydrukowała prototyp roweru dla kolarzy torowych. Model Lotus x Hope HB.T. zaprojektowano z myślą o maksymalnej poprawie aerodynamiki, dlatego m.in. poszerzono widelec, a także wykorzystano ultralekkie włókno węglowe, co miało przynieść efekty w postaci medali. Ostatecznie Brytyjczycy z welodromu w Izu przywieźli aż 7 medali (3 złote, 3 srebrne i 2 brązowe), zostając najskuteczniejszą reprezentacją.

Fot. Hope / Lotus British Cycling

Jednym ze sposobów na rozwiązanie problemów z nadmiernym wykorzystywaniem plastiku jest częstsze używanie drewna i materiałów drewnopochodnych przy wyrobie rozmaitych produktów w przemyśle czy budowie domów. Oczywiście nie do przesady, ponieważ drzewa potrzebują kilkadziesiąt lat, aby nadawały się do ścinki, a ich masowy wyrąb także doprowadzi do negatywnych skutków dla przyszłych pokoleń.

W Łukasiewicz – PIT projektujemy strategie rozwoju sektora leśno-drzewnego, głównie na poziomie makro- i mezoekonomicznym. Interdyscyplinarny charakter badań powoduje, że mieszczą się one w nurcie takich koncepcji rozwoju społeczno-gospodarczego, jak: gospodarka zrównoważona, gospodarka cyrkulacyjna/bezodpadowa, gospodarka zielona/niskoemisyjna, a zwłaszcza biogospodarka. Szczegóły znajdziesz tutaj.