WEBMOJI

Bên trong một nhà kho rộng lớn, giữa một khu công nghiệp đang được xây dựng dở dang, những cánh tay robot có kích thước to như những chiếc xe SUV đang tập luyện các động tác cho một quy trình sản xuất được phối hợp chặt chẽ, dự kiến sẽ bắt đầu vào mùa hè này. Một loại vật liệu mới lạ sắp sửa được tạo ra từ dây chuyền sản xuất: Gỗ mềm đã được biến đổi ở cấp độ phân tử, trở thành vật liệu siêu bền, chắc hơn cả thép nhưng trọng lượng chỉ bằng 1/6.

Nó được đặt cho một cái tên đơn giản: Superwood.

Startup mang tên InventWood cho biết, loại vật liệu Superwood mà họ phát triển có thể thay thế các dầm thép trong kết cấu của một tòa nhà, đồng thời đủ khả năng chống va đập để làm cửa chống đạn. Nó cũng chịu được nhiệt, khi lớp ngoài cùng bị cháy xém bảo vệ phần lõi bên trong và không bị võng khi có hỏa hoạn như thép. Nếu công ty có thể thay thế một lượng đáng kể thép xây dựng và bê tông bằng gỗ vụn, loại gỗ thường bị bỏ đi, đó sẽ là một thành tựu lớn.

Quá trình gia cố độ đặc của Superwood làm màu sắc vân gỗ đậm hơn và nổi bật hơn. Alex Lau, CEO của InventWood, đã trình diễn những tấm ván kỳ lạ, sáng bóng và cứng bất thường tại phòng thí nghiệm và nhà máy đang xây dựng của công ty ở trung tâm Maryland.

Superwood trong tay mọi người tạo ra cảm giác như một vật thể đến từ thế giới khác. Nó cực kỳ chắc chắn nhưng lại rất nhẹ. Những người có sức khỏe có thể dễ dàng bẻ gãy một tấm ván thông dày cỡ 0.3 cm, nhưng một tấm Superwood cùng kích thước chỉ bị cong nhẹ. Một thanh gỗ dài 30cm, dày 1.2 cm, cứng đến mức không thể uốn được.

Gỗ được tùy chỉnh kỹ thuật là loại vật liệu đang rất phổ biến hiện nay. Ngành công nghiệp đã lâu sử dụng phế liệu để sản xuất những tấm ván dăm định hướng (OSB – Oriented strand board) quen thuộc, khác với ván ép nhưng vẫn được làm từ các lớp gỗ dán lại bằng keo. Hiện tại, các nhà nghiên cứu và kỹ sư đang phát triển khái niệm này.

Một tập đoàn lớn trong ngành vật liệu gỗ, Weyerhaeuser vừa khởi công một nhà máy trị giá 500 triệu USD ở Arkansas để sản xuất TimberStrand, những tấm ván được làm từ phế liệu nhưng có thể chắc hơn gỗ thông thường. Và InventWood cũng đang dựa vào kinh nghiệm của ngành: Người quản lý nhà máy của công ty là một người chuyển sang làm việc từ Weyerhaeuser.

Một số thợ xây đang thử nghiệm với gỗ dán nhiều lớp (cross-laminated timber) để thay thế các kết cấu bằng thép hoặc bê tông nhỏ hơn. Điều này đã dẫn đến những tòa nhà chọc trời làm bằng gỗ và nhà ga sân bay trị giá 2 tỷ USD, tạo cảm giác ấm cúng hơn cho các vị khách ở Portland, Oregon.

Sự chuyển dịch sang các tòa nhà gỗ ngày càng lớn này phụ thuộc vào việc cập nhật mã xây dựng và thuyết phục mọi người rằng chúng sẽ không bị sụp đổ vì cháy, Caitlin Mueller, giám đốc chương trình Công nghệ Xây dựng tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết. Các tòa nhà bằng gỗ được thiết kế và chế tạo đúng cách rất an toàn trong trường hợp hỏa hoạn, bà thêm vào.

Xây dựng truyền thống bằng gỗ dán mỏng và dễ tiếp xúc với oxy thì không an toàn. “Bạn đang tạo ra một đống lửa nhỏ,” bà nói.

Liangbing Hu hiện là giáo sư tại Đại học Yale. Trước đây ông từng là giám đốc Trung tâm Đổi mới Vật liệu tại Đại học Maryland. Tại đó, ông đã phát minh ra gỗ trong suốt, gỗ có thể uốn cong như nhựa, và một chất liệu gỗ khác, nảy như cao su. Tất cả các phát minh của ông đều liên quan đến việc can thiệp vào cấu trúc phân tử của gỗ. Năm 2018, Hu và các đồng nghiệp đã gây tiếng vang trong giới khoa học vật liệu khi trình bày công nghệ nền tảng của Superwood trong một bài báo trên tạp chí khoa học tự nhiên Nature.

Để tạo ra Superwood, họ bắt đầu bằng cách nấu và xử lý hóa học những tấm gỗ. Sau đó, họ nén nó lại, khiến cho một tấm ván trở có độ dày chỉ còn 75% so với kích thước gốc. Hu nhận thấy rằng quá trình này đẩy các sợi cellulose lại gần nhau hơn và phá vỡ các kênh tạo thành hệ thống tuần hoàn của cây.

Một thách thức đối với Superwood: Mặc dù nó cứng hơn nhiều so với gỗ thông thường, nhưng nó vẫn không cứng bằng thép hoặc bê tông, vì vậy các tòa nhà phải được thiết kế để tránh bị uốn cong quá mức, Mueller từ MIT cho biết.

Sau khi tạo ra sự chú ý ban đầu, hầu hết mọi người đều coi Superwood là một thứ kỳ quặc và không có giá trị, chỉ là một đột phá khoa học đơn thuần. Lau thì không nghĩ vậy. Ông đã liên hệ với Hu và giúp thương mại hóa InventWood vào năm 2021. Starrtup này đã nhận được khoản tài trợ mở rộng quy mô trị giá 20 triệu USD từ Bộ Năng lượng vào năm sau đó, đồng thời cũng đã nhận được 30 triệu đô la trong các khoản tài trợ từ nhiều nhà đầu tư khác nhau.

Ngày nay, InventWood đang đưa Superwood ra thị trường với một cơ sở sản xuất rộng hơn 8000 mét vuông, và công ty này đã lên kế hoạch xây dựng một cơ sở mới, rộng hơn gấp ba lần.

InventWood cho biết sẽ ban đầu tiếp thị Superwood như một vật liệu ốp nội ngoại thất, vốn đòi hỏi ít chứng nhận độ bền hơn, Lau cho biết. Nó cũng có thể được sử dụng làm sàn ngoài trời, vì nó có độ bền và khả năng chống chịu thời tiết tương tự như gỗ cứng vùng nhiệt đới. Một giải pháp khác là dùng nó để làm hàng rào và khuôn cửa sổ.

Để thiết lập rằng Superwood có thể được sử dụng làm các yếu tố cấu trúc trong tòa nhà đòi hỏi phải có chứng nhận từ các đối tác của công ty, bao gồm thợ xây và kiến trúc sư. Nó cũng đòi hỏi các quy trình xây dựng mới, vì vật liệu này đủ cứng cáp để thay thế cho các mối nối bằng thép thường thấy trong các cấu trúc gỗ. Các tòa nhà trong tương lai có thể được xây dựng với các kỹ thuật cổ xưa, ví dụ như chốt làm từ Superwood đóng vào các dầm trụ trong xây dựng, ông Lau cho biết.

Đương nhiên, InventWood không tiết lộ chi tiết về cách họ sản xuất Superwood vì lo ngại các công ty ở nước ngoài. Ông Lau không nói rõ là ở đâu nhưng rõ ràng là ông sợ Trung Quốc sẽ sao chép quy trình sản xuất của họ.

Ứng dụng vượt xa ngành xây dựng. Superwood giống như sợi carbon, nhưng ít giòn hơn, và sợi carbon đã được sử dụng trong mọi thứ từ đồ thể thao và giày tennis đến ô tô đua và máy bay. Chiếc máy bay có kết cấu sử dụng chất liệu gỗ đáng chú ý gần đây nhất là De Havilland Mosquito của Anh Quốc, hiện diện ở thời Thế chiến II, nhưng trong tương lai của những phương tiện eVTOL, những chiếc ô tô bay, vật liệu như Superwood có thể sẽ được ưa chuộng.

Mà cũng có khi, chiếc laptop hay smartphone của chục năm nữa sẽ có lớp vỏ làm bằng gỗ tái chế?