Дерево может быть не только лёгким и прочным, но и электропроводящим. Именно таковы нанокристаллы целлюлозы (НКЦ), близкие по параметрам к углеродным нанотрубкам.

Правда, в отличие от большинства продуктов с приставкой «нано», своей ценой НКЦ, производимые из отходов деревообработки, предельно близки именно к дереву, и экономически это их самая сильная сторона.

Pioneer Electronics (Япония) намерена применить нанокристаллы целлюлозы для производства гибких дисплеев следующего поколения. IBM надеется использовать НКЦ в производстве электронных компонентов. Не смогла пройти мимо даже американская армия, поскольку новый материал обещает ей — впервые в истории — приемлемые по весу бронежилеты и бронеочки, неуязвимые для промежуточных патронов АКМ и АК-74 на любой дистанции.

И вот первая ласточка: 26 июня в США открыто промышленное предприятие по производству НКЦ.

До высушивания материал выглядит как беловатая кашица. (Здесь и ниже фото CelluForce.)

С чем связан ажиотаж? Во-первых, НКЦ регулируемо прозрачны. Во-вторых, их прочность на разрыв восьмикратно выше нержавеющей стали из-за тесного взаимодействия вытянутых тонких нанокристаллов между собой. Наконец (и это главное), при массовом производстве цена материала приблизится к стоимости ОСБ, а вовсе не к углеродным нанотрубкам — ближайшему аналогу по механическим свойствам. «Это натуральная, возобновляемая версия углеродных нанотрубок, по стоимости равная лишь малой доле цены самих нанотрубок», — объясняет Джефф Янгблад из Университета Пердью (США).

Кстати, хотите заработать, не особенно вкладываясь? Небольшая опытная фабрика, отрытая в США и принадлежащая Лесной службе США, обошлась всего в $1,7 млн. Сейчас она выпускает два типа НКЦ — нанокристаллы и волоконца диаметром до 1 нм. Производство НКЦ начинается здесь с обычной чистой древесины, из которой предварительно удаляются лигнин и гемицеллюлозы. Затем её перемалывают в древесную массу и гидролизуют в кислоте для удаления посторонних включений. После этого полученную целлюлозу концентрируют в виде кристаллов, вместе составляющих что-то вроде толстой макаронины, которую можно или нанести в качестве ламината на ту или иную поверхность, или подвергнуть дальнейшей переработке в пряжу, формируя нановолокна. При всей жёсткости и прочности материалу можно придать любую форму. После лиофилизации (мягкой сушки, при которой материал замораживается, а потом помещается в вакуумную камеру, где происходит возгонка жидкости) вещество становится очень лёгким. При этом оно годится не только как конструкционный материал, но и как утеплитель или абсорбент. В последнем случае для изготовления подойдёт любое древесное сырье: ветки, сучья, даже опилки.

Американское производство НКЦ не первое в мире. Его опередил открывшийся в ноябре 2011 года более масштабный завод CelluForce в Монреале (Канада), за день производящий тонну НКЦ (диаметром около 5 нм и длиной 100 нм). «Масштабный», впрочем, не значит дорогой: площадь предприятия — всего 315 м², а стоимость инвестиций — $33 млн. Но даже CelluForce скорее является демонстрационным объектом, нежели всамделишным: последний, по расчётам канадцев, должен иметь мощность в 25 тонн в день и планируется к запуску в ближайшие два–три года, как только продукты CelluForce найдут устойчивых покупателей, нуждающихся в бóльших объёмах.

Производственные мощности небольшого предприятия CelluForce скорее напоминают о химическом заводе, нежели о лесопилке. И тем не менее здесь производят всего лишь целлюлозу — зато какую!

По словам заместителя директора американского производства, в течение пары лет, по мере отработки технологии, цена конечного продукта упадёт до нескольких долларов за килограмм. По мнению ряда экспертов, материал вытеснит и металл, и пластики из автомобилестроения, и вообще может сделать искусственные пластмассы пережитком прошлого уже в ближайшее время.

Благодаря варьируемой толщине волокон его можно применять как для изготовления автомобильного кузова, так и для производства пластиковых пакетов, а также всего, что лежит между этими областями. Впрочем, материал может оказаться проблемой для экологии: в отличие от обычной древесины, он практически не может эффективно гнить (и даже гореть), то есть без дополнительных мероприятий его биодеградация будет затруднительна. Если же, как планируют канадцы, его начнут массово добавлять в существующие пластики (прежде всего полипропилен и полиэтилен), то говорить о его биодеградации просто не придётся: в лучшем случае она займёт века.

И всё же преимущества НКЦ перевешивают минусы. Настраиваемая прозрачность и отражающая способность, прочность, втрое уступающая углеродным нанотрубкам (рекордсменам среди известных материалов), но восьмикратно превосходящая сталь, — попробуйте-ка добиться такого от древесных материалов!