Expandiertes Polystyrol (oder „Styropor“) ist ein ausgezeichneter Isolator. Deshalb ist es ein beliebtes Material zum Isolieren von Gebäuden - und warum diese billigen kleinen Tassen Delikatessenkaffee auch nach 30 Minuten noch Ihre Zunge verbrennen. Doch die Umweltbilanz lässt zu wünschen übrig. Es ist nicht biologisch abbaubar, schädlich für Tiere, die es versehentlich essen, und wird aus potenziellen Karzinogenen hergestellt.
Forscher der University of Maryland haben ein superleichtes Isoliermaterial entwickelt, das sich als bessere und umweltfreundlichere Alternative erweisen könnte. Das Material aus winzigen Holzfasern heißt Nanoholz. Es blockiert die Wärme um mindestens 10 Grad besser als Styropor oder Silica-Aerogel, ein üblicher Isolator, und es kann mindestens 30-mal mehr Druck aushalten als Styropor oder Silica-Aerogel, bevor es zerkleinert wird.
Der Postdoktorand Tian Li, der im Labor des Materialwissenschaftlers Liangbing Hu arbeitet, ist der Hauptautor der Studie, die diesen Monat in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde .
„Nach unserem besten Wissen stellt die Festigkeit unseres Nanoholzes den höchsten Wert unter den verfügbaren superisolierenden Materialien dar“, schrieben die Autoren der Studie.
Tian Li, links, und Liangbing Hu halten Nanoholzstücke in der Hand. (Hua Xie / Universität von Maryland) Hu und sein Team hatten an Nanocellulose gearbeitet, der nanoskaligen Version des Fasermaterials, das Pflanzen und Bäume steif macht. Nanocellulose hat ein beeindruckendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das etwa achtmal höher ist als das von Stahl.
Für das Nanoholz entfernte das Team das Lignin, das Polymer, das die Zellulose des Holzes zusammenhält. Das Entfernen des Lignins, eines Wärmeleiters, verlieh dem resultierenden Produkt starke Isolationsfähigkeiten. Außerdem wurde das Produkt weiß, was bedeutet, dass es Licht reflektiert.
Nach Ansicht der Forscher hat Nanoholz ein enormes Potenzial als umweltfreundlicher Baustoff. Die Nutzung könnte laut Li potenziell „Milliarden einsparen“ bei den Energiekosten. Neben der Verwendung von herkömmlichen Isolatoren wie Styropor können auch dünne Streifen aus Nanoholz gerollt und geformt werden, um die Innenseiten von Rohren oder anderen gekrümmten Räumen zu isolieren. Und im Gegensatz zu Glas- oder Wollisolatoren reizt Nanoholz die Lunge nicht und löst keine allergischen Reaktionen aus.
„Was mich an Nanowood beeindruckt, ist, wie in dem Artikel beschrieben, dass die von den Autoren entwickelten Behandlungsverfahren es ihnen ermöglichen, Schlüsselmerkmale von Holz beizubehalten, insbesondere die hierarchische Struktur über die Längenskalen von Nano bis Makro, während andere Schlüsseleigenschaften dramatisch verändert werden Dies gilt insbesondere für die Wärmeleitfähigkeit und das optische Reflexionsvermögen “, sagt Mark Swihart, Professor für chemische und biologische Verfahrenstechnik an der Universität in Buffalo, der Nanomaterialien untersucht.
Laut Swihart ist es äußerst schwierig, die hierarchischen Strukturen natürlicher Materialien wie Holz synthetisch nachzubilden. Der Prozess an der University of Maryland scheint jedoch einfacher und skalierbarer zu sein als die meisten Methoden zur Herstellung nanostrukturierter Materialien.
Swihart glaubt, dass Nanoholz eines Tages ein nützliches Material auf dem kommerziellen Markt sein könnte, aber es könnte eine Weile dauern. „Auf absehbare Zeit wird das Material von Natur aus teurer sein als Alternativen, die bereits in großem Maßstab hergestellt werden, beispielsweise verschiedene Arten von Schaumstoffplatten“, sagt er. "Auch wenn es diese Alternativen übertrifft, wird der Markteintritt eine große Herausforderung sein, wenn es dieselbe Grundfunktion erfüllt."
Das Team der University of Maryland ist optimistischer in Bezug auf das kurzfristige Potenzial von Nanowood. Sie sagen, dass das Material mit schnell wachsenden Bäumen wie Balsa relativ billig und schnell hergestellt werden kann. Das Team arbeitet derzeit an kommerziellen Anwendungen und erwartet, dass ein Produkt in etwa einem Jahr verfügbar sein wird.
