Příroda je nevyčerpatelným zdrojem inspirace a své o tom vědí i inženýři z Univerzity v Marylandu. Rozhodli se vzít „to nejlepší“ ze struktury dřeva a aplikovat to v nano-skopickém měřítku. Výsledkem je tepelná izolace, která funguje lépe než běžné komerční izolační materiály, a navíc je šetrná vůči přírodě.

Psal se rok 1940 a chemička Dow Chemicals tehdy zazářila s první extrudovanou pěnou Styrofoam. Jistě, hned první aplikace byla určena pro americkou armádu: pěna se totiž stala základem záchranných vest námořníků. A teprve když válka skončila, hledalo se uplatnění produktu mimo sféru vojenství.

Pro Styrofoam hovořil vysoký a trvalý tepelný odpor, minimální nasákavost a nulová kapilarita, vysoká odolnost vůči výkyvům vnějšího prostředí (střídání teplot) a nízká propustnost vodních par. V roce 1963 tak zamířila „pěna“ na trh jako univerzální izolační materiál.

Problém s konvenční izolací

Styrofoam sice proměnil pohled světa na tepelnou izolaci a učinil z ní nezbytnou součást každé výstavby, ale také razantně navýšil podíl produkovaných odpadů. Izolační pěna byla bezpochyby užitečná po dobu své životnosti, ale když dosloužila, stal se z ní nemalý problém. Recyklovat se moc nedá.

Proto se prakticky od šedesátých let hledá tepelná izolace, která by byla stejně efektivní, ale přitom šetrnější vůči přírodě. A s velmi slibným příspěvkem nyní přišel tým vedený Tian Li. Jejich izolační pěna vychází z přesného designu anizotropické nanostruktury dřeva.

Jak nanodřevo pracuje s teplem

„Izoluje mnohem lépe, než konvenční izolace,“ říká Li. „Trumfne i Styrofoam, a proto má velmi dobré předpoklady prosadit se na trhu s energeticky-efektivními stavebními materiály.“ 

Jak to ale funguje? Dřevo „vede“ teplo podél kanálů, které rozváděly živiny a vodu od kořenů k listoví. Přesto se však nedostane ven, mimo vlastní jádro „potrubí“. Stačí tedy vhodně orientovat zmíněné kanálky podle toho, jestli chceme teplo rozvádět nebo blokovat jeho přenos. Pěna z nano-dřeva tedy principiálně vychází z optimální orientace takových kanálků uvnitř izolačního materiálu.

Hrátky s nanocelulózou

Pokud jde o mechanismus výroby, je to o něco složitější: pro uzpůsobení nanostruktury dřeva bylo zapotřebí odstranit lignin (a část hemi-celulózy), který dodává dřevu potřebnou barvu a strukturu „Dřevo zbavené ligninu pozbylo svou barvu, stalo se bílé. Tudíž bude snižovat svůj příjem tepla tím, že bude sluneční paprsky spíše odrážet,“ vysvětluje Li.

Dále bylo zapotřebí pracovat s jednotlivými vlákny a jejich orientací, aby bylo při výstavbě vnitřní struktury dosaženo potřebné mechanické síly. To vše v měřítkách laboratorní chemie. A výsledek?

Silná, efektivní, bez-odpadová izolace

V laboratorních testech překonává produkt z marylandských laboratoří silikátové aerogely i konvenční izolační pěny. A také efektivně odráží sluneční paprsky, čímž snižuje přehřívání. Jako příjemný bonus pak slouží informace, že izolace z nano-dřeva je 30x odolnější než jiné komerční izolační produkty (snese tlak 13 MPa).

Jistě také potěší, že vlákna nano-dřeva v izolaci nezpůsobují alergické reakce a rovněž nedráždí plíce,což byl častý problém u vlněných nebo textilních izolací, potažmo u skelné vaty. Díky tomu se izolační pěně z nanodřeva nabízí bezpočet praktických aplikací.

Levné řešení pro průmysl

„Pěna může být využita k ochraně na teplo citlivé elektroniky, k izolacím domů, nebo k pokrytí potrubí a rozvodných systémů,“ vysvětluje Li. „Ze své podstaty je bio-degradabilní, poté, co přesáhne dobu své životnosti, se sama rozloží. Na skládkách se tedy hromadit nikdy nebude.“

A cena? V současnosti se pohybuje kolem 7,5 dolarů (cca 150 korun) za metr čtvereční. V případě nastartování průmyslové produkce by náklady a cena mohly ještě klesat.

Autor: Mgr.Radomír Dohnal

Photocredit: Hua Xie/ University of Maryland
Zdroj: https://www.drevostavitel.cz/clanek/izolace-z-nanodreva-muze-nastartovat-revoluci-ve-stavebnictvi