Innovativt gennemsigtigt træ tilbyder bæredygtigt plastalternativ

Et af de vigtigste vedvarende og bæredygtige ressourcer er træ. Det er overalt omkring os og har fantastiske egenskaber. Dette holdbare og alsidige materiale er en naturlig isolator, der er ikke‑forurenende og bæredygtig.

Træ har en bred vifte af anvendelser, fra brænde, papir og byggeri til møbler, brændstof, smagsstoffer og dufte. Det har i århundreder været afgørende for menneskelig civilisation og økonomisk udvikling. 

Nu er vi alle bekendt med træ, dets anvendelsesområder og dets betydning i vores liv. Men træ kan endda gøres gennemsigtigt. Dette naturligt forekommende, solide materiale, der stammer fra træer, kan omdannes til gennemsigtigt træ ved at erstatte træets nøglekomponenter.

Træ har tre hovedkomponenter: cellulose, hemicellulose og lignin, og fjernelse af både lignin og hemicellulose gør træet gennemsigtigt. 

Ligninens mørke farve skyldes de komplekse kromoforer. Cellulose og hemicellulose er derimod farveløse.

Når disse komponenter fjernes, efterlades et porøst, papir‑lignende netværk af cellulose. Et farveløst materiale fylder derefter disse porer og genopretter noget stivhed. 

Denne fascinerende transformation af træ, som gør det gennemsigtigt samtidig med at det bevarer sin styrke, er ikke ny; den blev først opdaget for årtier siden, men har først for nylig fået gennemslag i forskning i bæredygtige materialer.

Gennemsigtigt træ: Et videnskabeligt gennembrud

Transformationen af træ til et gennemsigtigt materiale blev igangsat i 1992 af den tyske videnskabsmand Siegfried Fink.

Ideen var at se de interne mekanismer i træplanter uden at dissektere dem. Så blegede botanikeren pigmenterne væk og endte med at skabe gennemsigtigt træ.

I over et årti siden Fink først gjorde opdagelsen, blev området ikke undersøgt, indtil Lars Berglund, materialeforsker ved KTH Royal Institute of Technology i Sverige, begyndte at undersøge et alternativ til gennemsigtig plast.

Fem år efter den første udvikling af gennemsigtigt træ, testede de med succes¹ et miljøvenligt alternativ i 2021. Alternativet var limonenacrylat, som fremstilles af vedvarende citrus som skrællen.

“At erstatte de fossile polymerer har været en af de udfordringer, vi har haft i fremstillingen af bæredygtigt gennemsigtigt træ.”

– Berglund sagde på det tidspunkt

Det nye kompositmateriale leverede en optisk transmission på 90 % ved 1,2 mm tykkelse og ekstremt lav tåge på 30 %. Udviklet til strukturel brug udviste det tungt mekanisk ydeevne med en elasticitet på 17 GPa (ca. 2,5 Mpsi) og en styrke på 174 MPa (25,2 ksi).

Omkring samme tid som KTH Royal Institutes første forsøg med gennemsigtigt træ, var professor Liang Bing Hu ved University of Maryland (UMD) interesseret i at udnytte træets styrke. De fandt, at gennemsigtigt træ, når det tilsættes epoxyre, var ti gange mere robust end glas og tre gange stærkere end gennemsigtige plastmaterialer.

I 2019 udviklede UMD‑forskerne et strukturelt materiale² med en mekanisk styrke på 404,3 megapascal, over otte gange så høj som naturligt træ, gennem fuldstændig delignificering og densificering af træ. Ifølge forskerne kan deres kølende træ producere energibesparelser mellem 20 % og 60 %.

Gennemsigtigt træs stigende popularitet i forskningen

Med de løbende fremskridt i feltet de seneste år er gennemsigtigt træ ikke længere kun en videnskabelig nyhed. Det begynder endelig at få opmærksomhed, efterhånden som eksperimenterne bærer frugt og viser potentiale ud over laboratorierne.

De optiske, fysiske og mekaniske egenskaber ved gennemsigtigt træ, især, skaber stor interesse. For eksempel er gennemsigtigt træ meget stærkt og samtidig let.

Derudover er gennemsigtigt træ også meget bedre til isolering end glas, hvilket betyder enorme fordele inden for arkitektur. Dog er glas blevet fundet mere miljøvenligt på grund af dets ikke‑giftige karakter og lettere genanvendelighed.

Alligevel har gennemsigtigt træ adskillige miljøfordele, ligesom andre materialer afledt af planter. For det første er det biologisk nedbrydeligt. Det kan også dyrkes ubegrænset, og denne nye vækst indfanger og lagrer CO₂, hvilket er gavnligt for miljøet.

En livscyklusvurderingsundersøgelse af gennemsigtigt træ³ konkluderede, at på grund af dets vedvarende og biologisk nedbrydelige egenskaber har gennemsigtigt træ potentialet til at erstatte traditionelle petroleumbaserede polymerer. Dets end‑of‑life‑analyse viste betydeligt reducerede økologiske påvirkninger (107‑gange) sammenlignet med polyethylen.

Undersøgelsen bemærkede yderligere, at cradle‑to‑gate‑analysen af TW indikerer, at delignificering med natriumsulfit, natriumhydroxid og hydrogenperoxid samt epoxyinfiltration giver de laveste miljøpåvirkninger. 

Når det gælder anvendelsesområder, kan gennemsigtigt træ bruges i lysarmaturer, smarte vinduer og endda i dine smartphones. Det forventes også at finde anvendelse i bilsektoren, hvor ingeniører arbejder på at integrere elektronik i berøringsfølsomt gennemsigtigt træ. 

Andre anvendelser for dette træ er også under udvikling, herunder træ‑baserede lys‑emitterende dioder (LED) og afskærmning mod elektromagnetisk interferens (EMI) ved tilsætning af magnetiske nanopartikler. 

Men naturligvis er den brede adoption af gennemsigtigt træ endnu ikke opnået på grund af manglen på en opskaleret fremstillingsteknik. Derudover arbejder forskerne på at forbedre bæredygtigheden i produktionen af gennemsigtigt træ.

Klik her for at lære, hvordan massivt træ baner vejen for træ‑skyskrabere.

Brug af naturlige materialer til at fremstille stærkt, gennemsigtigt træ 

Forskerne har faktisk udviklet halvgennemsigtigt træ ved hjælp af naturlige materialer som æggehvider og ris, hvilket resulterer i et robust, biologisk nedbrydeligt alternativ til plast.

Bharat Baruah, professor i kemi ved Kennesaw State University (KSU), præsenterede forskningen på et møde i American Chemical Society (ACS). Forskningsmålet er at skabe gennemsigtigt træ (TW) med egenskaber som elektrisk ledningsevne, optisk gennemsigtighed og fleksibilitet.

Med disse egenskaber kan træ bruges i energieffektive og elektriske enheder, som er uundværlige dele af vores liv.

For at bygge enheder som sensorer, fleksibel elektronik og energilagringsenheder har vi brug for billige og let tilgængelige materialer, der er nemme at fremstille. Traditionelt har plast udfyldt denne rolle, men disse ikke‑nedbrydelige materialer overlever i miljøet i hundreder af år og er også skadelige for økosystemet.

“I dag er plast overalt, også i de enheder vi bærer rundt. Og det er et problem, når vi når slutningen af enhedens livscyklus. Det er ikke nedbrydeligt. Så jeg spurgte, hvad hvis vi kan skabe noget, der er naturligt og biologisk nedbrydeligt i stedet?”

– Baruah

Med målet om at finde alternativer, der er billigere, let tilgængelige og nemme at fremstille til elektroniske enheder, kiggede forskerne naturligt på træ.

I den seneste undersøgelse impregnerede forskerne det delignificerede træ (DW) med en biokompatibel og biologisk nedbrydelig polymer for at skabe gennemsigtigt træ (TW). Disse naturlige polymerer tilføjede fleksibilitet til det gennemsigtige træ.

Samtidig introducerede indarbejdning af sølvnanotråde (AgNWs) elektrisk ledningsevne til TW. Det resulterende modificerede træ (MW) ville ifølge forskerne “have enormt potentiale inden for optoelektronik, energilagring og biomedicinske enheder.”

Dette innovative materiale kan potentielt revolutionere industrier ved at levere et miljøvenligt alternativ til plast i produkter som smartphoneskærme og energieffektive vinduer. Givet det lovende egenskaber, kan kommercielle anvendelser forventes at dukke op inden for de næste 3 til 5 år.​

Klik her for at lære, hvordan nye kemiske metoder hjælper med at omdanne gummi til højt værdifulde harpikser.

Udvidelse af gennemsigtigt træs anvendelser ved at muliggøre ledningsevne 

Gennemsigtige træer, selvom de allerede har været under udvikling i flere år, bruger stadig plast, en form for det (epoxy), til at styrke dem. Så måtte Baruah finde naturlige materialer for at holde træet robust og stabilt over tid.

Finansieret af KSU og luftfiltreringsproducenten Purafil, brugte Baruah i den seneste undersøgelse balsatræ og fjernede dets lignin og hemicellulose. Fjernelsen foregik ved hjælp af et vakuumkammer og kemikalier, herunder fortyndet blegemiddel, natriumhydroxid (en form for lut) og natriumsulfit, som er et delignificerende middel.

For at fylde porerne igen, blev træet gennemblødt i en blanding af æggehvide og risekstrakt. Et hærdningsmiddel kaldet diethylenetriamin blev også anvendt for at sikre, at materialet forbliver gennemsigtigt.

Da disse reagenser kun blev brugt i små mængder, siger forskerne, udgør de kun minimal fare for miljøet. Nogle hærdningsmidler, især dem der bruges med epoxyharpikser, kan udgøre miljøtrusler på grund af deres toksicitet, og når de ikke bortskaffes korrekt, kan de forurene. I sidste ende var de fleksible og holdbare halvgennemsigtige træskiver det eneste, der var tilbage.

Det næste skridt var at udforske potentielle anvendelser for dette konstruerede træ. En af de undersøgt anvendelsesmuligheder var udskiftning af glasvinduer.

Til dette renoverede Baruah først et fuglehus til et lille, isoleret hjem med ét vindue. For at teste dets energieffektivitet blev fuglehuset placeret under en varmelampe med et temperaturmåler indeni. 

Ved brug af det gennemsigtige træ fandt holdet, at temperaturen inde i det lille hus var mellem 5 til 6 °C (eller 9 til 11 °F) køligere end når glas blev brugt. Dette tyder på, at det nye materiale kan anvendes som et energieffektivt alternativ til glas i vinduer.

Holdet tilsatte derefter sølvnanotråde i nogle prøver for at udvide TW’s potentielle anvendelser. Tilføjelsen af sølvnanotråde gjorde det muligt for træet, som er en dårlig leder af elektricitet, at lede elektricitet. Denne egenskab gør det modificerede træ nyttigt som belægning til solceller eller bærbare sensorer. 

Selvom sølvnanotråde ikke kan nedbrydes af levende organismer som bakterier, planlægger holdet at udføre yderligere eksperimenter med ledende materialer som grafen for at bevare den fulde naturlighed af deres gennemsigtige træer. 

Arbejdet er dog ikke færdigt, da der kræves mere forskning for at forbedre træernes gennemsigtighed. Holdet er dog begejstret for deres første resultat, som er brugen af naturlige og billige materialer. 

“Jeg vil sende en besked til mine bachelorstuderende om, at de kan lave interessant forskning uden at bruge tusindvis af kroner.” 

– Baruah

Nippon Paper Industries Co., Ltd.

Som en førende inden for udvikling af avancerede træbaserede materialer udforsker Nippon Paper bæredygtige alternativer til traditionel plast. 

Et af deres miljøvenlige produkter er Non‑Aluminum FUJIPAK, en drikkekarton, der kan opbevares i længere tid ved stuetemperatur. I stedet for at bruge aluminium som barriere‑lag anvendes fornybart biomasse‑materiale, såsom pap med en barrierefilm. Ved at følge den samme rute som mælkekartoner for indsamling forventes genanvendelsesgraden at stige. Desuden gør fjernelsen af aluminium det nemt at behandle polyethylen efter genvinding af cellulosefiberen.

Det andet produkt er School POP®, en strålfri karton, der reducerer engangsplast i hverdagen. Ifølge Nippon kan produktet hjælpe med at øge miljøbevidstheden fra en tidlig alder. Det blev udviklet til skolemælk og bidrager til forebyggelse af madspild. 

SPOPS® er endnu et produkt fra Nippon, der erstatter “påfyldning” af shampoo med “udskiftning”. Ifølge virksomheden reduceres påfyldningstiden med op til 75 % med SPOPS®, som indebærer fjernelse af pumpen, udskiftning af patronen og indsættelse af pumpen igen. 

Brugen af papir som hovedmateriale reducerer samtidig plastforbruget med 25 % til 40 %, hvilket gør det både “brugervenligt” og “miljøvenligt”. På trods af at det er et papprodukt, tilbyder det høj funktionalitet, da SPOPS® kan håndtere en række væsker som højkoncentreret alkohol og overfladeaktive stoffer.

For et par måneder siden annoncerede udvidelsen af deres SPOPS‑forretning til det sydkoreanske marked i partnerskab med livsstilsbrandet NOTRAC Inc. under mærket “ECOJE”.

Derudover findes der miljøvenlige emballagematerialer som SHIELDPLUS®, der bruger en “papir‑fremstillings vandbaseret belægningsteknologi” til et 100 % træbaseret materiale, cellulose‑nanofiber (CNF) kaldet Cellenpia®, som skabes ved at nedbryde cellulosefiberen til ekstremt små (nano) niveauer, MinerPa® med unik pulp‑formbarhed og forskellige uorganiske funktioner, varmesmeltbart papir Lamina® som kan bruges til emballage uden laminering, samt deres multifunktionelle pap‑basis papir Waterproof Liner.

Nippon er også en ligninproducent, der udvikler produkter ved at udnytte dets fremragende egenskaber. Ligninprodukter har god dispersibilitet, klumpnings‑ og chelaterings‑egenskaber, hvilket gør dem bredt anvendelige i industrielle felter.

Udover disse bæredygtige initiativer fremstiller og sælger Nippon Paper Industries, som har hovedsæde i Japan, papirprodukter gennem forskellige segmenter, herunder papir og pulp, papir‑relateret, træprodukter, bygge‑relateret og andre.

På nuværende tidspunkt handles virksomhedens aktier til $7,96, med en P/E‑ratio på 3,75 og en pris‑til‑omsætning‑ratio på 0,10. Den betaler et udbytte på 0,95 %.

For tredje kvartal af regnskabsåret 2025 rapporterede en stigning på 1,3 % i nettoomsætning til 886,3 milliarder yen ($5,9 milliarder) på trods af et fald i efterspørgslen efter grafisk papir. Dette skyldtes vækst i salg af husholdningspapir, sundhedsprodukter og kemikalier. Driftsresultatet steg også med 9,2 % år‑til‑år til 11,1 milliarder yen ($74,2 millioner) på grund af stærk præstation i Energy Business. 

Nippons indenlandske salg af papir‑ og papprodukter faldt på grund af svag efterspørgsel, ligesom overskuddet, på trods af stabile priser på brændstoffer som kul. Dette skyldtes en stigning i løn‑ og logistikomkostninger.

Virksomheden rapporterede også, at den styrkede konkurrencedygtigheden af sine biomasseprodukter ved at reducere drivhusgas‑emissioner (GHG) på Ishinomaki‑møllen. Den betydelige reduktion var resultatet af nedlukning af kulkedlen og installation af en højeffektiv sort‑væske‑genvindingskedel.

Konklusion

I verden af energilagring og elektronik er der behov for billige og bæredygtige materialer. Plast, som vi alle ved, er meget værdifuldt på grund af dets letvægt, formbarhed og gode isolering, men er ikke biologisk nedbrydeligt og udgør betydelige miljø‑ og sundhedsproblemer.

Her tilbyder træ en naturlig, billig, bæredygtig og kulstof‑fiksende løsning. Forskere har gjort det endnu bedre ved at modificere det. Det resulterende gennemsigtige træ markerer et stort skridt mod bæredygtige materialer til elektronik og energilagring. Den seneste forskning tager det endnu længere ved at bruge naturlige materialer som æggehvider og risekstrakt, hvilket demonstrerer en banebrydende innovation, der lover dagligdags anvendelse uden at gå på kompromis med miljøet. 

Efterhånden som forskningen omkring gennemsigtigt træ skrider frem og ser reel implementering i den virkelige verden, kan det redefinere fremtiden for elektronik og energilagring ved at gøre den højteknologisk og miljøansvarlig.

Referencer til studier:

1. Montanari, C., Ogawa, Y., Olsén, P., & Berglund, L. A. (2021). High performance, fully bio-based, and optically transparent wood biocomposites. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202100559

2. Li, T., Zhai, Y., He, S., Gan, W., Wei, Z., Heidarinejad, M., Dalgo, D., Mi, R., Zhao, X., Song, J., Dai, J., Chen, C., Aili, A., Vellore, A., Martini, A., Yang, R., Srebric, J., Yin, X., & Hu, L. (2019). A radiative cooling structural material. Science, 364(6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101

3. Rai, R., Ranjan, R., & Dhar, P. (2022, July 22). Life cycle assessment of transparent wood production using emerging technologies and strategic scale-up framework. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301