木頭創(chuàng)造新時代

摩天大樓、汽車、飛機(jī)、電池甚至激光，所有這一切未來都可用木材制造，而且這樣做的同時，還減少了碳排放。

你聽說過木制汽車嗎？輪子、底盤和發(fā)動機(jī)都是木頭制造的？你或許懷疑這是在開玩笑，但最近日本工程師就設(shè)計(jì)出了一款木制概念車，并計(jì)劃于2020年在東京奧運(yùn)會上亮相呢。

而汽車只是未來可用木材制造的物品之一，木材的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。在世界各地的材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和設(shè)計(jì)工作室里，人們正在研究用木頭重建整個文明！在未來，鋼鐵、混凝土、塑料甚至電子產(chǎn)品都可能被木頭取代。木制的汽車開在街上，兩邊是木制的高樓大廈，甚至連它們的窗“玻璃”都是木制的。由木制的電池提供動力的木制飛機(jī)，在頭頂飛翔。人們穿著木制的衣服，使用木制的手機(jī)……這聽起來仿佛置身于玩具世界，但我們這樣說是認(rèn)真的，不是開玩笑。

21世紀(jì)將是木材的時代

人類文明的各個階段是用物質(zhì)進(jìn)步來衡量的。石器時代被青銅時代取代，青銅時代又被鐵器時代取代。今天，我們生活在以煤、石油和天然氣為原料的化石材料時代，其他常用的材料還有鋼筋、混凝土和塑料等等。

但這個時代必須結(jié)束了。為了減少塑料污染和溫室氣體排放，我們必須盡可能減少使用化石材料，而木材正是化石材料的理想替代品。今天所有由化石材料制成的東西，明天都可用木材來制造。

當(dāng)然，人類一直都在使用木材建造房屋、制造家具和燒飯取暖。但在即將來臨的木材時代，木材并非你原先熟知的那一種。未經(jīng)任何處理的原木材固然有許多優(yōu)點(diǎn)：它很結(jié)實(shí)，又輕又柔韌，而且便宜，樹木經(jīng)過粗略的加工即可得到。但它也有一些嚴(yán)重的缺陷：它的屬性是不可預(yù)測的;它容易燃燒、斷裂和腐爛;它塊頭大，且不透明。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致它后來被其他材料超越。

但這些缺陷并非不可克服。木材只要經(jīng)過特殊處理，就會超越其他材料。所以對于建筑業(yè)，如果說17世紀(jì)是石頭的時代，18世紀(jì)是磚的時代，19世紀(jì)是鋼鐵的時代，20世紀(jì)是混凝土的時代，那么21世紀(jì)將是木材的時代。

改變建筑業(yè)的游戲規(guī)則

木材作為一種建筑材料有著悠久的歷史，后來被鋼筋混凝土取代。

但建筑中使用鋼筋混凝土是不可持續(xù)的。目前，鋼鐵生產(chǎn)中排放的二氧化碳約占全球溫室氣體排放量的3%，混凝土生產(chǎn)約占5%。根據(jù)最新報(bào)告，要將氣溫上升控制在1.5℃以下，未來20年，建筑行業(yè)必須達(dá)到零排放。這意味著要徹底削減鋼鐵和混凝土產(chǎn)量。

這看起來似乎是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。但幸運(yùn)的是，得益于一種叫“交叉層壓木材（CLT）”的木質(zhì)材料，這項(xiàng)任務(wù)有望實(shí)現(xiàn)。屆時，鋼鐵和混凝土都可由CLT取代。

CLT類似大尺寸的膠合板，但其使用的每一層都是厚實(shí)的木板，而非膠合板那種通過機(jī)器旋切得到的薄木板。每一塊CLT的層數(shù)可以有3片到7片不等;一塊CLT的厚度從10到40.5厘米不等。

CLT制造過程大致是這樣：將在窯中烘干的杉木（通常是云杉或冷杉）切割成木板，兩面刨光，涂上高強(qiáng)度膠，然后讓相鄰木板的紋理保持垂直疊放，再用壓力機(jī)擠壓，使這些木板緊緊粘合在一起。這樣就制造出了CLT的標(biāo)準(zhǔn)件。當(dāng)建造房屋時，只需將這些CLT切割成不同形狀，像搭積木一樣堆疊起來就可以。所以，未來建造房屋跟搭積木差不多。

與原木材不同，建筑師可以通過對CLT的材料特性來設(shè)計(jì)房屋。它有著鋼鐵般的強(qiáng)度，很長的壽命，驚人的耐火特性和良好的抗震性能。為了進(jìn)一步提高它的防火和防腐性能，還可在露在外面的部分噴上防火防腐涂料。

木建筑減少了碳排放

CLT發(fā)明于1990年代，此后隨著建造世界上最高木質(zhì)摩天大樓的競賽不斷，它的知名度不斷提高。木質(zhì)摩天大樓現(xiàn)在的冠軍是加拿大溫哥華的一座18層學(xué)生公寓，該公寓于2017年竣工。今年，紀(jì)錄將被挪威布魯蒙達(dá)的另一座木頭公寓刷新。此外，還有更多的建筑在設(shè)計(jì)之中，包括計(jì)劃建在倫敦巴比肯中心廣場的一座80層高的木制塔樓。

用CLT建造房屋，雖然成本比鋼和混凝土略高，但施工起來更快。CLT板材在工廠預(yù)制，就連墻上的插頭、凹槽都已經(jīng)在工廠做好，工人無須特殊技能，只要把板材組裝起來即可，而且它的重量比鋼筋混凝土輕很多，無須很深的地基，這也加快了工程進(jìn)度。一棟8層的木結(jié)構(gòu)建筑，幾天內(nèi)就能組裝出來。

我們前面提到，在生產(chǎn)混凝土和鋼的過程中，碳排放是不可避免的。CLT雖然不能徹底替代舊材料，比如建筑物的地基還是離不開混凝土的，但能將其減少最高達(dá)80%。此外，一座木質(zhì)建筑的重量大約只是一座鋼筋混凝土建筑的三分之一。這意味著地基不用打太深，從而大大減少了鋼混凝土的使用量。而木材良好的隔熱性能，可以減少室內(nèi)暖氣和空調(diào)的使用，這進(jìn)一步減少了碳排放。

在不久的將來，木材甚至可用來代替窗戶上的玻璃。幾年前，瑞典科學(xué)家發(fā)明了一種從木材中提取色素的方法。色素清除后，木材就變成了一種透明材料，可以像玻璃一樣使用，而且比玻璃具有更好的隔熱性能。

木材全身都是寶

木材中的主要成分如果經(jīng)過適當(dāng)?shù)拈_發(fā)，還可以取代當(dāng)今主導(dǎo)化學(xué)材料市場的許多化合物。

木材是好幾種有機(jī)物質(zhì)的混合物。其中大約40%是納米纖維素，它們是一束束長而結(jié)實(shí)的纖維。另外30%是木質(zhì)素，這是一種富含多種有機(jī)化合物的混合物。其余的是一種淀粉狀物質(zhì)，叫做半纖維素。這三種成分共同作用，塑造了我們所看到的木材的特性，而它們各自都可以被提取并加工成有價值的東西，取代石化產(chǎn)品。

最快找到用途的是納米纖維素。納米纖維素已被用作油漆、膠水、化妝品、尿布、包裝和電子產(chǎn)品的全部或部分材料的替代品。汽車工業(yè)正在探索將其作為車窗玻璃纖維的替代品。以后它會有更多的用途，包括生產(chǎn)服裝。

接下來是木質(zhì)素。今天，木漿和紙張加工過程中產(chǎn)生的木質(zhì)素通常被當(dāng)作廢物焚燒或用作混凝土的添加劑。但這些都是浪費(fèi)，事實(shí)上，木質(zhì)素有極高的應(yīng)用價值。很多人試圖用它來取代石油產(chǎn)品，合成涂料、粘合劑和樹脂。

稍落在后頭的是半纖維素。這種含淀粉的物質(zhì)很難加工，但科學(xué)家沒有放棄，還在鍥而不舍地進(jìn)行開發(fā)研究。

具有無限的開發(fā)潛力

在美國馬里蘭大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們將木材轉(zhuǎn)變成比高性能鋼甚至航空航天工程中使用的鈦合金更堅(jiān)固、更堅(jiān)韌的材料。

這種“超級木材”是通過化學(xué)方法除去大約一半的木質(zhì)素，然后在高溫下高強(qiáng)度擠壓剩余的木質(zhì)素而制成的。在擠壓過程中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)崩潰，木材中的納米纖維被迫整齊排列并結(jié)合在一起。這種材料的厚度是原來木材的五分之一，但強(qiáng)度是木材的12倍，韌性是木材的3倍。它是強(qiáng)度和韌性的理想組合。它看起來像木頭，但更輕，如果你把它扔在地板上，聽起來像鋼。

可以說，木材有潛力在任何只要求強(qiáng)度不要求重量的地方替換鋼材?？茖W(xué)家打算將這種材料開發(fā)成汽車中的鋼材，甚至輪胎的替代品。

德國瓦倫堡木材科學(xué)中心的科學(xué)家甚至用一種有機(jī)染料在透明木材的纖維束管道中制作了一個木制激光器。它雖然不是一個很好的激光器，但它便宜和可再生。這個發(fā)明雖然一時還沒有明顯的應(yīng)用價值，但再次證明了木材具有無限的開發(fā)潛力。