01/04/2025
0Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів. Ми можемо отримати компенсацію, коли ви натискаєте посилання на продукти, які ми переглядаємо. Будь ласка, перегляньте нашу інформацію про партнерство. Торгівля передбачає ризик, який може призвести до втрати капіталу.
Одним із найважливіших відновлюваних і стійких ресурсів є деревина. Він присутній навколо нас і має дивовижні якості. Цей міцний і універсальний матеріал є природним ізолятором, який не забруднює довкілля та є екологічно чистим.
Деревина має широкий спектр використання: від дров, паперу та будівництва до меблів, палива, ароматизаторів та ароматизаторів. Століттями він мав вирішальне значення для людської цивілізації та економічного розвитку.
Тепер ми всі знайомі з деревиною, способами її використання та її значенням у нашому житті. Але деревину навіть можна зробити прозорою. Цей природний твердий матеріал, отриманий з дерев, можна перетворити на прозору деревину шляхом заміни ключових компонентів деревини.
Деревина складається з трьох основних компонентів: целюлози, геміцелюлози та лігніну, і видалення лігніну та геміцелюлози робить деревину прозорою.
Темний колір лігніну зумовлений складними хромофорами. Целюлоза і геміцелюлоза, тим часом, безбарвні.
Коли ці компоненти видаляються, залишається пориста, схожа на папір мережа целюлози. Потім безбарвний матеріал заповнює ці пори, відновлюючи певну жорсткість.
Однак це захоплююче перетворення деревини, яке робить її прозорою, зберігаючи її міцність, не нещодавнє; це було вперше виявлено десятиліття тому, але лише нещодавно воно набуло популярності в дослідженні екологічних матеріалів.
Прозора деревина: науковий прорив
Перетворення деревини на прозорий матеріал було розпочато в 1992 році німецьким ученим Зігфрідом Фінком.
Ідея полягала в тому, щоб побачити внутрішні механізми деревних рослин, але без їх розтину. Отже, ботанік вибілив пігменти і в результаті створив прозору деревину.
Понад десятиліття відтоді, як Фінк вперше зробив відкриття, жодне дослідження не вивчало цю сферу, аж доки Ларс Берглунд, науковець із матеріалів Королівського технологічного інституту KTH у Швеції, не задумався про створення альтернативи прозорому пластику.
П’ять років після першої розробки прозорої деревини дослідники успішно випробуваний1 екологічно чиста альтернатива у 2021 році. Альтернативою став лімоненакрилат, який виготовляється з відновлюваних цитрусових, як відходи шкірки.
«Заміна полімерів на основі копалин була однією з проблем, які постали перед нами під час створення екологічно чистої прозорої деревини».
– сказав тоді Берглунд
Новий композит запропонував оптичне пропускання 90% при товщині 1.2 мм і надзвичайно низьку матовість 30%. Розроблений для використання в конструкціях, він продемонстрував важкі механічні характеристики з пружністю 17 ГПа (або приблизно 2.5 Мпсі) і міцністю 174 МПа (25.2 ksi).
Приблизно в той самий час, коли Королівський інститут KTH здійснив перший набіг на прозору деревину, професор Лян Бін Ху з Університету Меріленда (UMD) зацікавився використанням міцності деревини. Вони виявили, що прозора деревина, додана епоксидною смолою, була в десять разів міцнішою, ніж скло, і втричі міцнішою, ніж прозорий пластик.
Ще у 2019 році Дослідники UMD розвиненою2 конструкційний матеріал із механічною міцністю 404.3 мегапаскалів, що у вісім разів перевищує міцність натуральної деревини, завдяки повній делігніфікації та ущільненню деревини. За словами дослідників, їхня охолоджувальна деревина може забезпечити економію енергії від 20% до 60%.
Зростаюча популярність Transparent Wood у дослідженнях
З постійним прогресом, що відбувається в цій галузі протягом останніх кількох років, прозора деревина більше не є просто науковою новинкою. Нарешті він стає центром уваги, оскільки експерименти починають приносити плоди та демонструють потенціал поза межами лабораторій.
Оптичні, фізичні та механічні властивості прозорої деревини, зокрема, викликають багато шуму. Наприклад, прозора деревина дуже міцна, а також легка.
Не кажучи вже про те, що прозора деревина також набагато краще ізолює, ніж скло, а це означає, що вона має величезні переваги в архітектурі. Проте скло виявилося більш екологічно чистим через те, що воно нетоксичне та легше переробляється.
Проте прозора деревина має численні екологічні переваги, як і будь-який інший матеріал, отриманий з рослин. Для початку, він біологічно розкладається. Його також можна вирощувати нескінченно довго, і цей новий ріст захоплює та поглинає CO2, роблячи його корисним для навколишнього середовища.
A дослідження оцінки життєвого циклу прозорої деревини3 виявили, що завдяки своїм властивостям, що відновлюються та біологічно розкладаються, прозора деревина має потенціал для заміни традиційних полімерів на основі нафти. Його аналіз наприкінці терміну експлуатації (EOL) показав значно менший вплив на навколишнє середовище (у 107 разів) порівняно з поліетиленом.
У дослідженні також зазначено, що аналіз TW від колиски до воріт показує, що делігніфікація з використанням сульфіту натрію, гідроксиду натрію та перекису водню разом з епоксидною інфільтрацією призводить до найменшого впливу на навколишнє середовище.
Що стосується випадків використання, прозоре дерево можна використовувати в освітлювальних приладах, розумних вікнах і навіть у ваших смартфонах. Також очікується, що він знайде застосування в автомобільному секторі, коли інженери працюють над інтеграцією електроніки в сенсорну прозору деревину.
Інші застосування цієї деревини також знаходяться в стадії розробки, включаючи світловипромінювальні діоди (світлодіоди) на деревній основі та захист від електромагнітних перешкод (EMI) шляхом додавання магнітних наночастинок.
Але, звісно, широке впровадження прозорої деревини ще не досягнуто через відсутність масштабної технології виготовлення. Крім того, дослідники працюють над підвищенням стійкості виробництва прозорої деревини.
Натисніть тут, щоб дізнатися, як масова деревина прокладає шлях до дерев’яних хмарочосів.
Використання натуральних матеріалів для виготовлення міцної прозорої деревини
Дослідники насправді розроблена напівпрозора деревина з використанням натуральних матеріалів, таких як яєчний білок і рис, що створює міцну, біорозкладану альтернативу пластмасі.
Бхарат Баруа, професор хімії в Університеті штату Кеннесо (KSU), представив дослідження на зустрічі Американського хімічного товариства (ACS). Дослідження спрямоване на створення прозорої деревини (TW) з такими властивостями, як електропровідність, оптична прозорість і гнучкість.
Завдяки цим властивостям деревину можна використовувати в енергоефективних та електричних пристроях, які є невід’ємною частиною нашого життя.
Для створення таких пристроїв, як датчики, гнучка електроніка та накопичувачі енергії, нам потрібні дешеві та легкодоступні матеріали, які легко виготовити. Традиційно пластик виконує цю роль, але ці матеріали, які не піддаються біологічному розкладанню, не тільки зберігаються в навколишньому середовищі протягом сотень років, але й є шкідливими для екосистеми.
“У наш час пластик всюди, включно з нашими пристроями, які ми носимо з собою. І це проблема, коли ми досягаємо кінця життя цього пристрою. Він не піддається біологічному розкладанню. Тож я запитав, що, якщо замість цього ми зможемо створити щось природне та біологічно розкладане?”
– Баруа
З метою пошуку альтернатив, які є дешевшими, доступними та легкими для виготовлення електронних пристроїв, дослідники, природно, звернули увагу на деревину.
В останньому дослідженні дослідники просочили делигнифицированную деревину (DW) біосумісним і біорозкладаним полімером для створення прозорої деревини (TW). Ці природні полімери додали гнучкості прозорій деревині.
Тим часом, введення в нього срібних нанодротів (AgNWs) додало електропровідності TW. Отримана модифікована деревина (MW), на думку дослідників, «матиме величезний потенціал в оптоелектроніці, накопичувачах енергії та біомедичних пристроях».
Цей інноваційний матеріал може потенційно революціонізувати промисловість, забезпечуючи екологічну заміну пластику в таких продуктах, як екрани смартфонів і енергоефективні вікна. Враховуючи його багатообіцяючі властивості, можна очікувати, що комерційне застосування з’явиться протягом наступних 3-5 років.
Розширення використання прозорої деревини за рахунок підвищення провідності
Прозора деревина, яка вже розробляється протягом багатьох років, все ще використовує пластик, його форму (епоксидні смоли) для їх зміцнення. Тож Баруа довелося знайти природні матеріали, щоб зберегти деревину міцною та стабільною з часом.
В останньому дослідженні, фінансованому KSU і виробником повітряних фільтрів Purafil, Baruah використовував бальзову деревину та вилучив її лігнін і геміцелюлозу. Видалення проводилося за допомогою вакуумної камери та хімікатів, включаючи розбавлений відбілювач, гідроксид натрію (версія лугу) і сульфіт натрію, який є делігніфікуючим агентом.
Тепер, щоб заповнити пори, його змочили сумішшю яєчного білка та екстракту рису. Затверджувач під назвою діетилентріамін також використовувався, щоб переконатися, що матеріал залишається прозорим.
Оскільки ці реагенти тут використовувалися в невеликих кількостях, кажуть дослідники, вони становлять невелику небезпеку для навколишнього середовища. Деякі затверджувачі, особливо ті, що використовуються з епоксидними смолами, можуть становити загрозу навколишньому середовищу через свою токсичність, і якщо їх не утилізувати належним чином, вони можуть забруднювати навколишнє середовище. Зрештою, залишилися гнучкі та міцні напівпрозорі скиби деревини.
Наступним кроком було вивчення потенційних застосувань цієї обробленої деревини. Одним із досліджених випадків використання була заміна скляних вікон.
Для цього Баруа спочатку переробив шпаківню в крихітний ізольований будинок з одним вікном. Тепер, щоб перевірити його енергоефективність, шпаківню поставили під нагрівальну лампу з датчиком температури всередині.
Після використання прозорого дерева команда виявила, що температура всередині крихітного будинку була на 5-6 градусів Цельсія (або 9-11 градусів Фаренгейта) нижчою, ніж у випадку використання скла. Це свідчить про можливість використання нового матеріалу як енергоефективної альтернативи склу у вікнах.
Потім команда включила срібні нанодроти в деякі зразки, щоб розширити потенційне застосування TW. Додавання срібних нанодротів дозволило деревині, поганому провіднику електрики, проводити електрику. Ця властивість робить модифіковану деревину корисною для покриттів для сонячних елементів або носимих датчиків.
Хоча срібні нанодроти не здатні розкладатися живими організмами, такими як бактерії, команда планує провести подальші експерименти з використанням провідних матеріалів, таких як графен, щоб зберегти повну природність їхньої прозорої деревини.
Однак робота тут не закінчена, оскільки потрібні додаткові дослідження для підвищення прозорості лісу. Однак команда в захваті від свого початкового досягнення, яке полягає у використанні натуральних і недорогих матеріалів.
«Я хочу повідомити своїм студентам, що ви можете проводити цікаві дослідження, не витрачаючи тисячі доларів».
– Баруа
Nippon Paper Industries Co., Ltd.
Компанія Nippon Paper, лідер у розробці передових матеріалів на основі деревини, досліджує стійкі альтернативи традиційним пластикам.
Одним із екологічно чистих продуктів компанії є неалюмінієва упаковка FUJIPAK для напоїв, яку можна зберігати протягом тривалого часу при кімнатній температурі. Замість використання алюмінію для бар’єрного шару, тут використовується відновлюваний матеріал біомаси, такий як картон, покритий бар’єрною плівкою. Передбачається, що за допомогою того ж маршруту, що й коробки для збору молочних напоїв, швидкість переробки буде покращена. Крім того, видалення алюмінію з рівняння полегшує обробку поліетилену після відновлення целюлозного волокна.
Іншим продуктом є School POP®, картонна упаковка без соломинки, яка зменшує кількість одноразового пластику в повсякденному житті. За словами Nippon, продукт може сприяти підвищенню екологічної обізнаності з раннього віку. Він був розроблений для шкільного молока та сприяє запобіганню втрати їжі.
SPOPS® — це ще один продукт від Nippon, який замінює «доповнення» шампуню «заміною». За словами компанії, час заправки скорочується на цілих 75% за допомогою SPOPS®, що передбачає видалення помпи, заміну картриджа та вставлення помпи.
Тим часом використання паперу як основного матеріалу зменшує використання пластику на 25%–40%, що робить його «зручним для користувача» та «екологічним». Незважаючи на те, що це паперовий продукт, він пропонує високу функціональність, оскільки SPOPS® може працювати з різноманітними рідинами, такими як спирт високої концентрації та поверхнево-активні речовини.
Кілька місяців тому Nippon оголошений розширення бізнесу SPOPS на південнокорейський ринок у партнерстві з лайфстайл-брендом NOTRAC Inc. під брендом «ECOJE».
Крім того, є екологічно чистий пакувальний матеріал під назвою SHIELDPLUS®, який використовує «технологію покриття на водній основі для виробництва паперу» для 100% деревного матеріалу, целюлозне нановолокно (CNF) під назвою Cellenpia®, створене за допомогою технології, яка розщеплює целюлозне волокно до надзвичайно малих (нано) рівнів, MinerPa® з унікальною формовкою целюлози та різними неорганічними функціями, термозварювальний папір Lamina®, який може використовуватися для упаковки без ламінування, а його багатофункціональна картонна основа – папір Waterproof Liner.
Nippon також є виробником лігніну, який розробляє продукти, використовуючи його чудові властивості. Продукти лігніну здатні до диспергування, злежування та хелатних властивостей роблять їх широко використовуваними в промислових галузях.
Крім цих стабільних зусиль, Nippon Paper Industries зі штаб-квартирою в Японії виробляє та продає паперову продукцію в різних сегментах, включаючи папір і целюлозу, паперову продукцію, вироби з деревини, будівництво та інші.
На момент написання цієї статті акції компанії торгуються за 7.96 дол. США з коефіцієнтом P/E 3.75 і співвідношенням ціна-продаж 0.10. Він виплачує дивідендну дохідність 0.95%.
За третій квартал 2025 фінансового року Nippon повідомляє збільшення чистих продажів на 1.3% до 886.3 мільярдів ієн (5.9 мільярдів доларів США), незважаючи на зниження попиту на графічний папір. Це відбулося за рахунок зростання продажів побутового паперу, товарів для здоров’я та хімікатів. Операційний прибуток також збільшився на 9.2% порівняно з минулим роком до 11.1 мільярда ієн ($74.2 мільйона) завдяки високим показникам енергетичного бізнесу.
Обсяг внутрішніх продажів продукції з паперу та картону Nippon зменшився через низький попит, як і прибутки, незважаючи на стабільну ціну на паливо, як-от вугілля. Це сталося через збільшення витрат на оплату праці та логістику.
Компанія також повідомила про підвищення конкурентоспроможності своєї продукції з біомаси за рахунок скорочення викидів парникових газів (ПГ) на заводі Ісіномакі. Значне скорочення відбулося в результаті зупинки вугільного котла та встановлення високоефективного котла-утилізатора чорного щелоку.
Висновок
У світі зберігання енергії та електроніки існує потреба в дешевих і екологічно чистих матеріалах. Як ми всі знаємо, пластик, незважаючи на те, що він дуже цінний завдяки своїй легкості, формуванню та хорошому ізолятору, не піддається біологічному розкладанню та створює значні проблеми для навколишнього середовища та здоров’я.
Тут деревина пропонує природне, дешеве, довговічне рішення, яке фіксує вуглець. Дослідники зробили його ще кращим, змінивши його. Отримана прозора деревина знаменує собою великий крок до стійких матеріалів для електроніки та зберігання енергії. Останні дослідження пішли ще далі, використовуючи такі природні матеріали, як яєчний білок і екстракт рису, демонструючи передову інновацію, яка обіцяє щоденне застосування, але не за рахунок навколишнього середовища.
У міру того, як дослідження навколо прозорої деревини прогресують і бачать реалізацію в реальному світі, це може змінити майбутнє електроніки та зберігання енергії, зробивши їх високотехнологічними та екологічно відповідальними.
Посилання на дослідження:
1. Монтанарі, К., Огава, Ю., Олсен, П., і Берглунд, Луїзіана (2021). Високоефективні, повністю біологічні та оптично прозорі деревні біокомпозити. Передова наука. https://doi.org/10.1002/advs.202100559
2. Лі, Т., Чжай, Ю., Хе, С., Ган, В., Вей, З., Хейдарінеджад, М., Далго, Д., Мі, Р., Чжао, X., Сонг, Дж., Дай, Дж., Чень, Ч., Айлі, А., Веллор, А., Мартіні, А., Ян, Р., Сребрік, Дж., Інь, X. та Ху, Л. (2019). Конструкційний матеріал радіаційного охолодження. Наука, 364 (6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101
3. Рай Р., Ранджан Р. та Дхар П. (2022 р., 22 липня). Оцінка життєвого циклу прозорого виробництва деревини з використанням новітніх технологій і стратегічної структури масштабування. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301
