Pagpapanatili
Inobatibong Transparent na Kahoy Nag-aalok ng Napapanatiling Kapalit ng Plastik
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Isa sa pinakamahalagang renewable at napapanatiling mapagkukunan ay kahoy. Ito ay nasa paligid natin at may kamangha-manghang katangian. Ang matibay at maraming gamit na materyal na ito ay natural na insulator na hindi nakakalason at napapanatili.
Ang kahoy ay may malawak na hanay ng gamit, mula sa panggatong, papel, at konstruksyon hanggang sa muwebles, panggatong, pampalasa, at pabango. Ito ay naging mahalaga sa sibilisasyon ng tao at pag-unlad ng ekonomiya sa loob ng maraming siglo.
Ngayon, pamilyar na tayo sa kahoy, ang mga gamit nito, at ang kahalagahan nito sa ating buhay. Ngunit ang kahoy ay maaari ring gawing transparent. Ang natural na solidong materyal na nagmula sa mga puno ay maaaring i-transform sa transparent na kahoy sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga pangunahing sangkap ng kahoy.
Ang kahoy ay may tatlong pangunahing sangkap: selulosa, hemiselulosa, at lignin, at ang pagtanggal ng lignin at hemiselulosa ay nagiging transparent ang kahoy.
Ang madilim na kulay ng lignin ay dahil sa kumplikadong mga kromoforo. Samantala, ang selulosa at hemiselulosa ay walang kulay.
Kapag natanggal ang mga sangkap na ito, isang porous na network na kahawig ng papel na binubuo ng selulosa ang natitira. Isang walang kulay na materyal ang pumupuno sa mga butas na iyon, na nagbabalik ng kaunting katigasan.
Ang kamangha-manghang transformasyong ito ng kahoy, na ginagawang transparent ito habang pinananatili ang lakas nito, ay hindi bago; unang natuklasan ito ilang dekada na ang nakalilipas, ngunit kamakailan lamang ito nakakuha ng pansin sa pananaliksik sa napapanatiling mga materyales.
Transparent na Kahoy: Isang Siyentipikong Pagsulong
Ang transformasyon ng kahoy tungo sa isang transparent na materyal ay sinimulan noong 1992 ng Germanong siyentipiko na si Siegfried Fink.
Ang ideya ay makita ang mga internal na mekanismo ng mga kahoy na halaman nang hindi ito dinidiskarte. Kaya, binurang ng botanista ang mga pigment at nakalikha ng transparent na kahoy.
Sa loob ng higit isang dekada mula nang unang matuklasan ito ni Fink, walang pananaliksik ang sumisid sa larangang ito, hanggang sa si Lars Berglund, isang material scientist sa KTH Royal Institute of Technology sa Sweden, ay nagsimulang mag-imbestiga ng alternatibo sa transparent na plastik.
Limang taon matapos unang makabuo ng transparent na kahoy, ang mga mananaliksik ay matagumpay na nasubukan1 ang isang eco-friendly na alternatibo noong 2021. Ang alternatibo ay limonene acrylate, na gawa mula sa renewable na citrus tulad ng balat ng prutas.
“Ang pagpapalit ng mga polymer na batay sa fossil ay isa sa mga hamon na aming hinarap sa paggawa ng napapanatiling transparent na kahoy.”
– Berglund sinabi noon
Ang bagong composite ay nagbigay ng optical transmittance na 90% sa kapal na 1.2 mm at napakababang haze na 30%. Dinisenyo para sa structural na paggamit, ito ay nagpakita ng matinding mekanikal na pagganap, na may elasticity na 17 GPa (o humigit-kumulang 2.5 Mpsi) at lakas na 174 MPa (25.2 ksi).
Sa halos parehong panahon ng unang pagsubok ng KTH Royal Institute sa transparent na kahoy, si Propesor Liang Bing Hu mula sa University of Maryland (UMD) ay interesado sa paggamit ng lakas ng kahoy. Natuklasan nila na ang transparent na kahoy, kapag dinagdagan ng epoxy resin, ay sampung beses na mas matibay kaysa sa salamin at tatlong beses na mas matibay kaysa sa transparent na plastik.
Noong 2019, ang mga mananaliksik ng UMD ay nag-develop2 ng isang structural na materyal na may mekanikal na lakas na 404.3 megapascals, higit walong beses kaysa sa natural na kahoy, sa pamamagitan ng ganap na delignification at densification ng kahoy. Ayon sa mga mananaliksik, ang kanilang cooling wood ay maaaring magdala ng pagtitipid sa enerhiya mula 20% hanggang 60%.
Ang Lumalawak na Kasikatan ng Transparent na Kahoy sa Pananaliksik
Sa patuloy na pag-unlad sa larangan nitong mga nakaraang taon, ang transparent na kahoy ay hindi na lamang isang siyentipikong novelty. Ito ay sa wakas nakikita na sa liwanag ng entablado habang nagsisimula nang magbunga ang mga eksperimento at magpakita ng potensyal lampas sa mga laboratoryo.
Ang mga optical, pisikal, at mekanikal na katangian ng transparent na kahoy, partikular, ay nagdudulot ng maraming ingay. Halimbawa, ang transparent na kahoy ay napakalakas at magaan din.
Hindi pa nababanggit, ang transparent na kahoy ay mas mahusay din sa pag-insulate kaysa sa salamin, na nangangahulugang may napakalaking benepisyo ito sa arkitektura. Gayunpaman, natuklasan na ang salamin ay mas environment-friendly dahil hindi ito nakakalason at mas madaling i-recycle.
Gayunpaman, ang transparent na kahoy ay may maraming kalamangan sa kapaligiran, tulad ng anumang ibang materyal na nagmula sa halaman. Una, ito ay biodegradable. Maaari rin itong patuloy na itanim nang walang hanggan, at ang bagong paglago ay sumasalo at nagse-sequester ng CO2, na nakakatulong sa kapaligiran.
Isang life cycle assessment study ng transparent na kahoy3 ang natuklasan na, dahil sa mga renewable at biodegradable na katangian nito, ang transparent na kahoy ay may potensyal na palitan ang tradisyunal na petroleum-based polymers. Ipinakita ng pagsusuri ng end-of-life (EOL) nito ang makabuluhang nabawasang ecological impacts (107 beses) kumpara sa polyethylene.
Dagdag pa ng pag-aaral na ang cradle-to-gate analysis ng TW ay nagpapakita na ang delignification gamit ang sodium sulfite, sodium hydroxide, at hydrogen peroxide, kasama ang epoxy infiltration, ay nagdudulot ng pinakamababang environmental impacts.
Pagdating sa mga kaso ng paggamit, ang transparent na kahoy ay maaaring gamitin sa mga ilaw, smart windows, at kahit sa iyong mga smartphone. Inaasahan din itong magamit sa sektor ng automotive kung saan ang mga inhinyero ay nagtatrabaho sa pag-integrate ng electronics sa touch-sensitive na transparent na kahoy.
Ang iba pang mga aplikasyon para sa kahoy na ito ay kasalukuyang binubuo, kabilang ang wood-based na light-emitting diodes (LEDs) at proteksyon laban sa electromagnetic interference (EMI) sa pamamagitan ng pagdaragdag ng magnetic nanoparticles.
Ngunit siyempre, ang malawak na pag-aampon ng transparent na kahoy ay hindi pa natutupad dahil sa kakulangan ng scaled-up na teknik sa paggawa. Dagdag pa, ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho sa pagpapabuti ng sustainability ng produksyon ng transparent na kahoy.
Paggamit ng mga Natural na Materyales upang Lumikha ng Matibay, Transparent na Kahoy
Ang mga mananaliksik ay talagang nakabuo ng semi-transparent na kahoy gamit ang mga natural na materyales tulad ng puti ng itlog at bigas, na nagreresulta sa isang matibay, biodegradable na alternatibo sa plastik.
Si Bharat Baruah, isang propesor ng kimika sa Kennesaw State University (KSU), ay nagpresenta ng pananaliksik sa isang pulong ng American Chemical Society (ACS). Ang pananaliksik ay naglalayong lumikha ng transparent na kahoy (TW) na may mga katangian tulad ng electrical conductivity, optical transparency, at flexibility.
Sa mga katangiang ito, ang kahoy ay maaaring magamit sa mga energy-efficient at electrical na aparato, na mahalagang bahagi ng ating buhay.
Upang makagawa ng mga aparato tulad ng sensors, flexible electronics, at energy storage devices, kailangan natin ng murang at madaling makuhang mga materyales na madaling gawin. Tradisyonal na ginamit ang plastik para sa layuning ito, ngunit ang mga non-biodegradable na materyales ay hindi lamang nananatili sa kapaligiran ng daan-daang taon kundi nakasasama rin sa ekosistema.
“Sa makabagong panahon, ang plastik ay nasa lahat ng dako, kasama na ang mga aparato na ating dala-dala. At ito ay problema kapag naabot na ang katapusan ng buhay ng aparato. Hindi ito biodegradable. Kaya, nagtanong ako, paano kung makalikha tayo ng isang bagay na natural at biodegradable?”
– Baruah
Sa layuning makahanap ng mga alternatibo na mas mura, madaling makuha, at madaling gawin para sa mga elektronikong aparato, natural na tiningnan ng mga mananaliksik ang kahoy.
Sa pinakabagong pag-aaral, ang mga mananaliksik ay nag-impregnate ng delignified wood (DW) gamit ang isang biocompatible at biodegradable na polymer upang lumikha ng transparent na kahoy (TW). Ang mga natural na polymer na ito ay nagdagdag ng flexibility sa transparent na kahoy.
Samantala, ang pag-incorporate ng silver nanowires (AgNWs) dito ay nagdala ng electrical conductivity sa TW. Ang nabuo na modified wood (MW), ayon sa mga mananaliksik, “ay magkakaroon ng napakalaking potensyal sa optoelectronics, energy storage, at biomedical na mga aparato.”
Ang makabagong materyal na ito ay maaaring mag-rebolusyon sa mga industriya sa pamamagitan ng pagbibigay ng eco-friendly na kapalit ng plastik sa mga produkto tulad ng mga screen ng smartphone at energy-efficient na mga bintana. Dahil sa mga pangakong katangian nito, inaasahan na ang mga komersyal na aplikasyon ay maaaring lumitaw sa loob ng susunod na 3 hanggang 5 taon.
Pagpapalawak ng mga Gamit ng Transparent na Kahoy sa Pamamagitan ng Pagpapagana ng Conductivity
Ang mga transparent na kahoy, bagaman nasa pag-unlad na sa loob ng maraming taon, ay patuloy na gumagamit ng plastik, isang anyo nito (epoxy) upang palakasin ang mga ito. Kaya, kinailangan ni Baruah na humanap ng mga natural na materyales upang mapanatiling matibay at matatag ang kahoy sa paglipas ng panahon.
Pinondohan ng KSU at ng isang air filtration manufacturer na Purafil, sa pinakabagong pag-aaral, ginamit ni Baruah ang kahoy na balsa at inalis ang lignin at hemicellulose nito. Ang pagtanggal ay ginawa gamit ang vacuum chamber at mga kemikal, kabilang ang diluted bleach, sodium hydroxide (isang anyo ng lye), at sodium sulfite, na isang delignifying agent.
Ngayon, upang punan muli ang mga butas, ito ay ibinabad sa isang timpla ng puti ng itlog at rice extract. Isang curing agent na tinatawag na diethylenetriamine ay ginamit din upang matiyak na mananatiling transparent ang materyal.
Dahil ang mga reagent na ito ay ginamit sa maliit na dami dito, ayon sa mga mananaliksik, kaunti lamang ang panganib nito sa kapaligiran. Ang ilang curing agents, lalo na yaong ginagamit sa epoxy resins, ay maaaring magdulot ng panganib sa kapaligiran dahil sa kanilang toxicity, at kapag hindi maayos na itinatapon, may potensyal silang magdulot ng polusyon. Sa huli, ang flexible at matibay na semi-transparent na hiwa ng kahoy ay ang natira.
Ang susunod na hakbang ay ang pagsisiyasat ng mga potensyal na aplikasyon para sa inhenyering kahoy na ito. Isa sa mga kaso ng paggamit na sinuri ay ang pagpapalit ng glass window.
Para dito, unang inayos ni Baruah ang isang birdhouse upang gawing isang maliit, insulated na tahanan na may isang bintana. Ngayon, upang subukan ang kahusayan sa enerhiya, inilagay ang birdhouse sa ilalim ng heat lamp na may temperature gauge sa loob.
Sa paggamit ng transparent na kahoy, natuklasan ng koponan na ang temperatura sa loob ng maliit na bahay ay 5 hanggang 6 degrees Celsius (o 9 hanggang 11 degrees Fahrenheit) na mas malamig kaysa kung salamin ang ginamit. Ipinapahiwatig nito ang potensyal ng bagong materyal bilang isang energy-efficient na alternatibo sa salamin sa mga bintana.
Pagkatapos, nagdagdag ang koponan ng silver nanowires sa ilang mga sample upang palawakin ang potensyal na aplikasyon ng TW. Ang pagdaragdag ng silver nanowires ay nagbigay-daan sa kahoy, na dati ay mahina sa pagdaloy ng kuryente, na mag-conduct ng kuryente. Ang katangiang ito ay ginagawang kapaki-pakinabang ang binagong kahoy para sa mga coating ng solar cells o wearable sensors.
Bagaman ang silver nanowires ay hindi nabubulok ng mga organismo tulad ng bakterya, plano ng koponan na magsagawa ng karagdagang eksperimento gamit ang mga conductive na materyales tulad ng graphene upang mapanatili ang buong natural na katangian ng kanilang transparent na kahoy.
Hindi pa tapos ang trabaho dito, dahil kailangan pa ng karagdagang pananaliksik upang mapabuti ang transparency ng mga kahoy. Gayunpaman, nasasabik ang koponan sa kanilang unang tagumpay, na gumagamit ng natural at murang mga materyales.
“Nais kong iparating sa aking mga undergraduate na mag-aaral na maaari kayong magsagawa ng kawili-wiling pananaliksik nang hindi gumagastos ng libu-libong dolyar.”
– Baruah
Nippon Paper Industries Co., Ltd.
Isang lider sa pag-develop ng advanced na wood-based na mga materyales, ang Nippon Paper ay nag-eexplore ng napapanatiling alternatibo sa tradisyunal na plastik.
Isa sa mga environmentally friendly na produkto nito ay ang Non-Aluminum FUJIPAK, isang beverage carton na maaaring itago nang matagal sa room temperature. Sa halip na gumamit ng aluminum para sa barrier layer, ito ay gumagamit ng renewable biomass material, tulad ng paperboard na may coating na barrier film. Sa pagsunod sa parehong ruta tulad ng milk beverage cartons para sa koleksyon, inaasahang mapapabuti ang recycling rate nito. Bukod pa rito, ang pagtanggal ng aluminum ay nagpapadali sa pagproseso ng polyethylene pagkatapos makuha ang cellulose fiber.
Ang isa pang produkto ay ang School POP®, isang straw-less na karton na nagbabawas ng single-use plastics sa pang-araw-araw na buhay. Ayon sa Nippon, ang produkto ay makakatulong na itaas ang kamalayan sa kapaligiran mula sa murang edad. Ito ay dinisenyo para sa school milk at tumutulong sa pag-iwas sa pagkalugi ng pagkain.
Ang SPOPS® ay isa pang produkto mula sa Nippon na pumapalit sa “refilling” ng shampoo ng “replacing.” Ayon sa kumpanya, ang oras ng pag-replace ay nababawasan ng hanggang 75% gamit ang SPOPS®, na kinabibilangan ng pag-alis ng pump, pagpapalit ng cartridge, at pagpasok muli ng pump.
Ang paggamit ng papel bilang pangunahing materyal ay nagbabawas ng paggamit ng plastik ng 25% hanggang 40%, na ginagawa itong parehong “user friendly” at “environmentally friendly.” Sa kabila ng pagiging produktong papel, ito ay nag-aalok ng mataas na functionality dahil ang SPOPS® ay maaaring hawakan ang iba’t ibang likido tulad ng high-concentration alcohol at surfactants.
Ilang buwan na ang nakalipas, ang Nippon ay nag-anunsyo ng pagpapalawak ng kanilang SPOPS business sa South Korean market sa pakikipagtulungan sa lifestyle brand na NOTRAC Inc. sa ilalim ng “ECOJE” brand.
Pagkatapos ay may eco-friendly packaging material na tinatawag na SHIELDPLUS® na gumagamit ng “paper-making water-based coating technology” para sa 100% woody material, cellulose nanofiber (CNF) na tinatawag na Cellenpia® na nilikha gamit ang teknolohiya na nagbabawas ng cellulose fiber sa napakaliit (nano) na antas, MinerPa® na may natatanging pulp moldability at iba’t ibang inorganic functions, heat-sealable paper Lamina® na maaaring gamitin para sa packaging nang walang lamination, at ang multifunctional cardboard base paper Waterproof Liner.
Ang Nippon ay isa ring tagagawa ng lignin na nagde-develop ng mga produkto gamit ang kahanga-hangang katangian nito. Ang dispersibility, caking, at chelating properties ng mga lignin product ay ginagawa itong malawakang magagamit sa mga industriyal na larangan.
Bukod sa mga napapanatiling pagsisikap na ito, ang Nippon Paper Industries na nakabase sa Japan ay gumagawa at nagbebenta ng mga produktong papel sa iba’t ibang segment, kabilang ang Paper and Pulp, Paper-related, Wood Products, Construction-related, at iba pa.
Sa pagsulat nito, ang presyo ng shares ng kumpanya ay $7.96, na may P/E ratio na 3.75 at Price-to-Sales ratio na 0.10. Nagbabayad ito ng dividend yield na 0.95%.
Para sa ikatlong quarter ng financial year 2025, ang Nippon ay nag-ulat ng pagtaas na 1.3% sa net sales na 886.3 bilyong yen ($5.9 bilyon) sa kabila ng pagbaba ng demand para sa graphic paper. Ito ay dahil sa pagtaas ng benta ng household paper, healthcare products, at chemicals. Ang operating income ay tumaas din ng 9.2% taon-taon sa 11.1 bilyong yen ($74.2 milyon) dahil sa malakas na performance sa Energy Business.
Ang domestic sales volume ng Nippon para sa mga produktong papel at paperboard ay bumaba dahil sa mabagal na demand, gayundin ang kita, sa kabila ng matatag na presyo ng mga fuel tulad ng coal. Ito ay dahil sa pagtaas ng gastos sa labor at logistics.
Iniulat din ng kumpanya na pinapalakas ang kompetisyon ng kanilang biomass products sa pamamagitan ng pagbawas ng greenhouse gas (GHG) emissions sa Ishinomaki Mill. Ang makabuluhang pagbawas ay resulta ng pagsasara ng coal boiler at pag-install ng high-efficiency black liquor recovery boiler.
Konklusyon
Sa mundo ng energy storage at electronics, kailangan ng murang at napapanatiling mga materyales. Ang plastik, tulad ng alam natin lahat, habang napakahalaga dahil magaan, madaling hubugin, at mahusay na insulator, ay hindi biodegradable at nagdudulot ng malalaking problema sa kapaligiran at kalusugan.
Dito, ang kahoy ay nag-aalok ng natural, mura, napapanatiling, at carbon-fixing na solusyon. Ang mga mananaliksik ay pinahusay pa ito sa pamamagitan ng paggawa ng mga pagbabago. Ang resulta, ang transparent na kahoy, ay isang malaking hakbang patungo sa napapanatiling mga materyales para sa electronics at energy storage. Ang pinakabagong pananaliksik ay nagdadala pa nito nang mas malayo sa pamamagitan ng paggamit ng mga natural na materyales tulad ng puti ng itlog at rice extract, na nagpapakita ng isang makabagong inobasyon na nangangako ng pang-araw-araw na aplikasyon nang hindi sinasakripisyo ang ating kapaligiran.
Habang umuusad ang pananaliksik sa transparent na kahoy at nakikita ang implementasyon sa totoong mundo, maaari nitong baguhin ang hinaharap ng electronics at energy storage sa pamamagitan ng pagiging high-tech at environmentally responsible.
Mga Sanggunian:
1. Montanari, C., Ogawa, Y., Olsén, P., & Berglund, L. A. (2021). Mataas na pagganap, ganap na bio-based, at optically transparent na kahoy na 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). Isang radiative cooling na structural na materyal. Science, 364(6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101
3. Rai, R., Ranjan, R., & Dhar, P. (2022, July 22). Pagsusuri ng life cycle ng produksyon ng transparent na kahoy gamit ang mga umuusbong na teknolohiya at strategic scale-up framework. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301
