InventWood chuẩn bị sản xuất hàng loạt gỗ mạnh hơn thép
(techcrunch.com)- Công nghệ gỗ tăng cường từng được xem là thành quả trong phòng thí nghiệm năm 2018 nay dự kiến sẽ chuyển sang lô sản xuất Superwood đầu tiên vào mùa hè này thông qua InventWood
- Cốt lõi của quy trình là thay đổi cấu trúc phân tử của gỗ thông thường rồi nén lại để tăng số liên kết hydro giữa các phân tử cellulose
- Superwood được giới thiệu là vật liệu có độ bền kéo cao hơn thép 50%, tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt hơn 10 lần, đồng thời có khả năng chống cháy, chống mục và chống côn trùng
- Thị trường đầu tiên là vật liệu facade cho các tòa nhà thương mại và nhà ở cao cấp, đồng thời có thể mở rộng sang các ứng dụng ngoài trời như siding, decking và roofing bằng cách bơm polymer
- InventWood đã huy động khoảng 15 triệu USD ($15m) trong đợt chốt đầu tiên của vòng Series A để xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên, với mục tiêu dài hạn là cả dầm kết cấu
Từ công nghệ phòng thí nghiệm đến sản xuất thương mại đầu tiên
- Nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu tại University of Maryland đã nghĩ ra cách biến gỗ thông thường thành vật liệu mạnh hơn thép vào năm 2018
- Trong vài năm sau đó, ông đã rút ngắn thời gian sản xuất từ hơn 1 tuần xuống còn vài giờ, qua đó nâng cao khả năng thương mại hóa
- Khi đã sẵn sàng, Hu cấp phép công nghệ này cho InventWood
- Lô sản xuất Superwood đầu tiên dự kiến bắt đầu vào mùa hè này
- Nhà máy thương mại đầu tiên sẽ là một “first-of-a-kind commercial plant” quy mô nhỏ, ban đầu tập trung vào ứng dụng cho lớp vỏ ngoài công trình
- CEO Alex Lau cho biết về dài hạn, ông muốn áp dụng vật liệu này cho cả “bộ khung của tòa nhà”
- Ông nói thêm rằng 90% tác động carbon của một tòa nhà đến từ bê tông và thép trong quá trình xây dựng
Quy trình và hiệu năng của Superwood
- Superwood bắt đầu từ gỗ thông thường, với thành phần chính là cellulose và lignin
- Mục tiêu là làm cho lượng cellulose vốn đã có trong gỗ trở nên bền hơn
- Lau cho biết tinh thể nano cellulose còn mạnh hơn sợi carbon
- InventWood thay đổi cấu trúc phân tử của gỗ bằng hóa chất thuộc “ngành công nghiệp thực phẩm”, sau đó nén lại để tăng số liên kết hydro giữa các phân tử cellulose
- Theo Lau, khi làm vật liệu đặc hơn gấp 4 lần, hiệu quả không chỉ là có nhiều sợi hơn gấp 4 lần, mà nhờ các liên kết mới hình thành nên độ bền tăng khoảng 10 lần
- Các đặc tính của Superwood do InventWood công bố gồm:
- Độ bền kéo cao hơn thép 50%
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt hơn 10 lần
- Khả năng chống cháy cao với xếp hạng chống cháy Class A
- Có khả năng chống mục và chống côn trùng
- Khi bơm polymer, vật liệu có thể được ổn định cho các ứng dụng ngoài trời như siding, decking và roofing
Thị trường ban đầu và kế hoạch mở rộng
- Sản phẩm đầu tiên dự kiến sẽ là vật liệu facade cho các tòa nhà thương mại và nhà ở cao cấp
- Lau cho biết quá trình nén cũng làm màu sắc đậm hơn, tạo ra thành phẩm trông giống gỗ cứng nhiệt đới sẫm màu hơn
- Về lâu dài, InventWood có kế hoạch sử dụng dăm gỗ để tạo ra dầm kết cấu ở bất kỳ kích thước nào, đồng thời làm ra vật liệu không cần hoàn thiện bề mặt riêng
- Để tài trợ xây dựng nhà máy, công ty đã huy động 15 triệu USD trong đợt chốt đầu tiên của vòng Series A
- Grantham Foundation dẫn dắt vòng gọi vốn
- Baruch Future Ventures, Builders Vision và Muus Climate Partners tham gia
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Có vẻ nghiên cứu này là nền tảng: https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00...
Phần so sánh với thép chỉ là một phần nhỏ, chủ yếu tập trung vào việc nó khác gỗ thông thường như thế nào
Tóm lại, quy trình là luộc gỗ, ép lại là xong
Sửa: hóa ra là cùng một bài
“Đầu tiên, các khối gỗ tự nhiên được ngâm 7 giờ trong dung dịch nước sôi hỗn hợp 2,5 M NaOH và 0,4 M Na2SO3, rồi ngâm nhiều lần trong nước khử ion đang sôi để loại bỏ hóa chất. Tiếp theo, các khối gỗ được ép ở 100°C dưới áp suất khoảng 5MPa trong khoảng một ngày để thu được gỗ mật độ cao”
Đây là một quy trình khá đơn giản và trực tiếp
Cách nói hoa mỹ “mạnh hơn thép” thường chỉ có nghĩa là vừa chạm tới ngưỡng thấp nhất trong dải của thép
Trong các bài báo nghiên cứu về gốm cũng có chuyện tương tự: đôi khi họ so sánh độ dai phá hủy của một loại gốm rất dai với nhôm, và thường ý là nhôm nguyên chất chứ không phải hợp kim
Đọc lướt thì độ bền là 483–587 MPa, rõ ràng cao hơn giới hạn chảy 250MPa của thép kết cấu ASTM A36. Extended Data Figure 1c báo cáo mật độ 1,3g/cc, tức bằng 1/6 thép. Tất nhiên thép cường độ cao thì mạnh hơn nữa, nhưng không mạnh hơn tới 6 lần
Quy trình cũng không phải chỉ đơn giản là luộc: gỗ được luộc 7 giờ với xút ăn da 2,5M và natri sulfit 0,4M, rồi được làm đặc dưới 5MPa trong “khoảng một ngày”, tối ưu là loại bỏ 45% lignin. Cách này giống quy trình nghiền bột sulfit trước quy trình Kraft, nhưng là cách không đi đến hoàn tất ở pH cao. Theo nghĩa đó, cũng có thể xem nó giống Masonite, tức ván sợi cellulose được liên kết bằng lignin tự nhiên của gỗ
Vấn đề môi trường có thể là rào cản. Nghiền bột sulfit là một quy trình bẩn. Muốn sản xuất hàng loạt thì có lẽ cũng phải tìm cách rút ngắn thời gian chu kỳ, mà có thể họ đã tìm ra rồi
Điều tôi tò mò nhất là vì sao 135 năm trước, vào năm 1890, không ai làm việc này. Khi đó nghiền bột sulfit đang phát triển mạnh, thị trường vật liệu xây dựng cũng đang tăng trưởng, gần như không có lo ngại môi trường, và còn có cơn sốt với những thứ mới mẻ, hiện đại, “khoa học”. Cơ học vật liệu cần để tính toán lợi ích cũng đã phát triển tốt. Mason đã sản xuất hàng loạt Masonite năm 1929 bằng quy trình nồi hấp 2800kPa. Vậy điều gì đã ngăn ai đó bán Superwood vào thời đó? Chẳng lẽ không ai từng thử nghiền bột sulfit kiềm một phần rồi ép lại sao
Ông nói dùng ngoài trời thì không xuống cấp dù không phủ lớp bảo vệ. Tuy nhiên không nhắc gì đến độ cứng, và cũng không ép nén
“Cuối cùng, InventWood dự định tạo ra các dầm kết cấu với kích thước tùy ý từ dăm gỗ mà không cần hoàn thiện bề mặt. Lau cầm một mẫu Superwood lên và nói: ‘Hãy tưởng tượng dầm chữ I trông như thế này. Nó đẹp như gỗ óc chó, như ipe. Đây là màu tự nhiên. Chúng tôi không nhuộm’”
Không thể không muốn nói: cho xem ảnh đi
Tệ hơn nữa là họ hoàn toàn dựa vào hình ảnh do AI tạo không gắn nhãn
Khó mà tưởng tượng cách nào tốt hơn để nói “rất có thể mọi thứ chúng tôi hứa hẹn đều là tin giả”. Nói cách khác, khi xem lời quảng cáo thì nên nheo mắt lại mà nhìn
Có vẻ một tấm siêu ván cùng kích thước chứa lượng sợi gỗ tương đương nhiều tấm ván, nên mới có độ bền. Tôi chưa đọc đủ kỹ, nhưng tò mò liệu điều này có thực sự làm giảm độ bền theo trọng lượng hay không. Lý do hiện nay các tòa nhà cao tầng cần thép là vì có một giới hạn về chiều cao mà gỗ chịu được trước khi bị oằn. Không có cây gỗ cao 300m mà
Ban đầu tôi tưởng đây là một cải tiến về keo dán để biến dăm gỗ và mùn cưa thành MDF, OSB, ván dăm. Các vật liệu này thường yếu hơn gỗ xẻ cùng kích thước, vì keo không mạnh bằng các sợi cellulose chạy dọc theo chiều dài dầm. Dù vậy, chúng ngày càng được dùng nhiều hơn ở công trường Mỹ, vì tìm được cây đủ lớn để làm dầm dày dài 40 feet thì cực kỳ đắt, còn mùn cưa thì có thể gom đủ để làm các tấm MDF dày hơn và cắt sẵn. Nhưng tôi từng nghĩ rằng nếu có thể tạo ra loại keo mạnh hơn cellulose thì chẳng có lý do gì phải dùng gỗ nữa
https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00...
https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2025/05/SUPERWOOD-...
Nếu chỉ đọc bài mà không có kiến thức liên quan, tôi lo rằng liệu chúng ta có đang biến gỗ “vô hại” thành một siêu sản phẩm khó tái chế về sau hay không.
Cũng giống như tưởng rằng mình đã chuyển tốt từ xốp Styrofoam sang cốc giấy, rồi lại phát hiện lớp lót nhựa khiến việc tái chế giấy trở nên khó hoặc bất khả thi. Tôi cũng từng thắc mắc khi đem tủ bếp “gỗ” bị phủ kín hoàn toàn bằng lớp hoàn thiện nhựa đến điểm tái chế của thành phố thì họ sẽ xử lý nó thế nào.
Tất nhiên gỗ có thể cháy, nhưng lớp than hóa hình thành bên ngoài bảo vệ phần bên trong, nhờ đó tạo thêm thời gian khi có hỏa hoạn; đây cũng là một đặc tính an toàn. Gỗ cũng là vật liệu cách nhiệt rất tốt.
Gỗ ghép lớp cũng thân thiện với thi công. Có thể gia công bằng dụng cụ đơn giản, và dùng máy CNC để gửi các cấu kiện tiền chế đến công trường rồi lắp ráp nhanh chóng.
Cũng có kế hoạch dùng vật liệu này cho nhà cao tầng. Chẳng hạn ở Tokyo có kế hoạch xây một tòa nhà chọc trời cao 350 m, 70 tầng.
Keo dùng trong gỗ ghép lớp không hoàn hảo. Về tính toàn vẹn kết cấu, ưu điểm là rất bền, nhưng điều đó cũng có nghĩa là nếu vì lý do nào đó không tái chế mà đem chôn lấp, nó sẽ phân hủy chậm hơn. Tuy vậy, các loại keo hiện đại đang dùng hiện nay ít độc hơn và cũng không quá có hại trong bãi chôn lấp. Điều quan trọng là phần lớn vật liệu không phải keo mà chỉ là gỗ.
Tôi không biết điều đó có ý nghĩa gì đối với khả năng tái chế, nhưng không thấy nhắc đến việc bơm thêm vật liệu khác, nên có thể nó sẽ phân hủy tương tự gỗ thông thường.
[1] https://www.nature.com/articles/nature25476
Họ nén gỗ rồi bơm nhựa để ổn định. Sản phẩm thu được thực chất chỉ có một phần rất nhỏ là gỗ, còn phần lớn gần giống nhựa hơn.
Kiểm tra lại thì video này cũng tham chiếu bài báo khoa học được nêu trong bài viết, nên đúng là cùng một quy trình 100%.
Nile Red đã làm việc này trên YouTube rồi.
https://m.youtube.com/watch?v=CglNRNrMFGM
Nhìn độ sâu thấm vào thì về cơ bản chỉ là làm cứng bề mặt. Trong thử nghiệm đạn, có thể thấy các lớp bên trong dày hơn nhiều so với lớp bên ngoài.
Đây không phải lần đầu tôi đọc bài về chủ đề này. Nhưng lần nào cũng có một câu hỏi cốt lõi mà tôi chưa tìm được câu trả lời: mạnh hơn loại thép nào? HSLA, thép carbon, hay thép cốt bê tông?
Ngoài điểm đó thì tôi ủng hộ. Tôi đang cải tạo nhà và có thay đổi kết cấu; nếu có thể thay một số dầm thép chịu lực bằng dầm gỗ thì để lộ chúng như một yếu tố thiết kế cũng sẽ rất đẹp.
Ví dụ nếu cả cường độ kéo cũng tốt hơn thì đó thật sự là điều đáng kinh ngạc.
Tôi vẫn tiếp tục kỳ vọng vào sự phát triển của gỗ nuôi cấy trong phòng thí nghiệm kể từ những tin tức được đưa vài năm trước. Điều tôi mơ đến là những tấm ván ép khổng lồ có nhiều lớp sợi được căn chỉnh theo hướng lý tưởng.
Chúng được nuôi trên sà lan ngoài biển, hấp thụ dinh dưỡng để tăng trưởng và chẳng hạn các khoáng chất chống cháy từ nước biển. Sà lan có thể di chuyển qua lại theo mùa quanh xích đạo để tối đa hóa ánh nắng.
Đọc lướt thì có vẻ nó đang nói đến cùng quy trình mà NileRed dùng trong video làm gỗ chống đạn: https://youtu.be/CglNRNrMFGM
Nếu sản phẩm được bán ra thì có lẽ sẽ rất thú vị để thử nghịch đủ thứ với nó.
Nếu cứng hơn thép thì có lẽ không thể đóng đinh được. Có vẻ sẽ phải chế tạo sẵn các bộ phận, và nếu cần khoan lỗ tại công trường thì không phải dùng máy khoan từ như với thép, mà phải dùng thứ như dao phay ngón carbide
Trên thực tế, thay vì cách thợ thi công thường cắm thẳng mũi khoan 1/2 inch vào gỗ thông rồi ép mạnh, có thể phải bắt đầu bằng lỗ mồi nhỏ hơn rồi tăng dần lên các mũi lớn hơn. Nhưng ai hay khoan lỗ đều biết rằng với vật liệu đặc hoặc cứng thì nên tăng kích thước mũi khoan từng bước
Thứ nhất, nó rất đặc. Thứ hai, lỗ đầu tiên thường khá dễ, nhưng càng khoan liên tiếp thì càng khó dần. Thứ ba, điều này chịu ảnh hưởng của hàm lượng silica nhiều hơn hẳn so với mật độ. Silica mài mòn kim loại. Mũi carbide và cobalt giúp ích rất nhiều, nhưng cuối cùng silica vẫn thắng
Điểm quan trọng là bụi gỗ hàm lượng silica cao như ipe có thể xem là còn tệ hơn amiăng. Đó là thứ kinh khủng và cuối cùng sẽ phá hỏng dụng cụ lẫn phổi
Tôi không biết hàm lượng silica của loại gỗ có độ cứng Janka khoảng gấp đôi ipe, nhưng nhìn chung những loại gỗ như vậy cũng có vẻ khoan được tùy theo mũi khoan. Ví dụ có Lignum Vitae và Quebracho. Loại sau có lẽ nghĩa là “đồ phá rìu”, và cái tên đó rất hợp
Đóng đinh vào những loại gỗ đã nêu cũng phi thực tế như đóng đinh vào chính cái búa của mình. Đinh sẽ cong mà không để lại nổi vết, hoặc gỗ sẽ nứt ra
Nghe rất hợp với kiểu phóng đại marketing, nhưng lịch trình thì ghi là mùa hè này. Không biết có ai biết nhược điểm của vật liệu này là gì không.
“Thành phẩm có độ bền kéo cao hơn thép 50%, và tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt hơn 10 lần…”
Biết đâu độ bền xoắn, nén, uốn, v.v. lại không tốt lắm?
Nếu không phải vậy thì tại sao họ lại tập trung vào ngành xây dựng? Còn máy bay, ô tô, xe tải thì sao?
Quy trình gốc được ghi lại trong bài báo trên Nature: https://www.nature.com/articles/nature25476
Vấn đề với các ứng dụng khác mà bạn nhắc đến có lẽ là vật liệu này rất cứng. Nó hoàn toàn không phải là vật liệu dẻo hoặc có thể uốn cong như thép. Trong quá trình chế tạo, có lẽ phải ép ngay thành hình dạng cần thiết, hoặc ép thành một khối nguyên liệu lớn rồi gia công cắt gọt để có được hình dạng cần dùng
Với các hình dạng tiêu chuẩn như dầm, ép có thể kinh tế, nhưng với các bộ phận như khung gầm ô tô thì có lẽ không
Ở đây “ép” không chỉ có nghĩa là dùng máy ép thủy lực thông thường. Máy ép phải được gia nhiệt, và gỗ phải được giữ dưới áp suất trong một thời gian. Không thể cứ dập ra như tấm thép được
Sản phẩm này sẽ rất đắt và không thể cạnh tranh với gỗ kỹ thuật hiện có
Tôi không rành khoa học vật liệu lắm, nhưng từng học vài môn liên quan
Loại gỗ này có vẻ có độ bền kéo cực hạn khoảng 550 MPa. Vật liệu trông giống vật liệu giòn, nên nó sẽ ứng xử như lò xo cho đến khi gãy, vì vậy sẽ cần hệ số an toàn. Nghĩa là nó đứt gãy ở 550 MPa. Đơn vị là lực/diện tích, nên có thể so sánh các vật liệu có cùng tiết diện
Khi chịu nén, họ nói khoảng 160 MPa theo tải dọc trục. Ở các hướng khác có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Do có thớ gỗ, gỗ không giống nhau theo ba hướng; ở đây họ nén vuông góc với thớ, nên một hướng mạnh hơn dọc trục và một hướng khác yếu hơn. Tuy vậy với dầm thì nhìn chung độ bền dọc trục có vẻ quan trọng
Xoắn và uốn phụ thuộc trực tiếp vào nén, cắt và kéo. Tôi không tìm thấy số liệu về cắt. Tôi không chắc chính xác phải áp dụng thế nào khi vật liệu không đồng nhất theo ba hướng như thép
Thép thì tùy loại, nhưng tra nhanh ở https://www.steelconstruction.info/Steel_material_properties và https://eurocodeapplied.com/design/en1993/steel-design-prope... cho thấy giới hạn chảy kéo khoảng 200~400 MPa; từ điểm đó nó bắt đầu không còn ứng xử như lò xo mà bắt đầu biến dạng. Độ bền là 350~550 MPa và tại điểm đó nó đứt gãy. Tôi nghĩ trong nhiều ứng dụng người ta cũng tác dụng lực để kim loại hơi cong và thích nghi với mục đích sử dụng, nhưng không chắc. Dù sao, xét theo kéo thì loại gỗ này ngang với thép rất bền, có lẽ là thép rất đắt
Về nén, thép có vẻ khoảng 170~370 MPa: https://blog.redguard.com/compressive-strength-of-steel Tôi không dễ tìm được nguồn khác vì các con số khá lạ. Vì vậy về nén có vẻ thép sẽ thắng
Tuy nhiên đây là so sánh độ bền của nguyên liệu thô. Trong bê tông cốt thép, kim loại được đưa vào để chịu kéo, còn bê tông chịu nén, nên có thể không phải vấn đề lớn. Với dầm, hình dạng được tối ưu để chống lại lực theo hướng cần thiết. Ví dụ, tiết diện chữ H chống uốn theo một hướng. Nhưng có thể khó tạo những hình dạng như vậy bằng loại gỗ này. Bài báo cũng nói hình dạng hiện tại bị hạn chế, nên sẽ cần nhiều vật liệu hơn, và khi dùng nhiều vật liệu hơn thì tổng thể có thể mạnh hơn. Cuối cùng vấn đề là phải dùng bao nhiêu vật liệu so với thép, đặc biệt theo trọng lượng, và chi phí ra sao. Bài báo nói dùng ít hơn 10 lần, nhưng có lẽ chưa tính đến hiệu ứng hình dạng
Về sau có lẽ cũng có thể làm dầm composite không chỉ từ gỗ mà còn gồm các vật liệu khác
Trong các ứng dụng cơ khí, những yếu tố khác cũng có thể tác động. Trong bài báo, họ phải phủ gỗ để không bị nở do ẩm. Nó không phù hợp với các ứng dụng có ma sát. Cũng không có gì ngạc nhiên nếu nó nhạy với ma sát hơn kim loại
Các con số là từ năm 2018, nên quy trình có thể đã được cải thiện
Công nghệ này thật tuyệt. Mặt khác, sẽ hay nếu ai đó làm một công cụ theo dõi các công bố công nghệ kiểu này và kết quả thực tế sau vài năm. Pin cũng là một lĩnh vực thú vị
Có một nguồn dữ liệu ở đây: https://hn.algolia.com/?q=stronger+than+steel
Tôi không thích các lời hứa về tương lai, không thích đặt trước, cũng không thích các công bố sản phẩm phải vài tháng đến vài năm sau mới ra mắt. Tôi cũng không muốn những tiến bộ khoa học chưa dẫn đến sản phẩm nào và có thể sẽ không bao giờ dẫn đến sản phẩm nào[0]. Tôi chỉ muốn thấy những thứ có thể dùng ngay bây giờ
Nghe chuyện tương lai lúc nào cũng chỉ khiến tôi thấy tệ hơn. Tôi muốn hoàn toàn ngừng nghe về tương lai. Giá như những lời hứa, công bố trước, v.v. không tồn tại
[0]: https://xkcd.com/678