12 آگوست 2024 -توسط دانشگاه مریلند-رویکرد پردازش و عملکرد مکانیکی چوب متراکم شده اعتبار: Matter (2024). DOI:
محققان دانشگاه مریلند درختان صنوبر را اصلاح ژنتیکی کردند تا بدون استفاده از مواد شیمیایی یا پردازش انرژی بر، چوب ساختاری با کارایی بالا تولید کنند. ساخته شده از چوب سنتی، چوب مهندسی شده اغلب به عنوان جایگزینی تجدیدپذیر برای مصالح ساختمانی سنتی مانند فولاد، سیمان، شیشه و پلاستیک دیده می شود. همچنین این پتانسیل را دارد که کربن را برای مدت طولانی تری نسبت به چوب سنتی ذخیره کند، زیرا می تواند در برابر خرابی مقاومت کند و در تلاش برای کاهش انتشار کربن مفید باشد.
اما مانع پایداری واقعی در چوب های مهندسی شده این است که نیاز به پردازش با مواد شیمیایی فرار و مقدار قابل توجهی انرژی دارد و ضایعات قابل توجهی تولید می کند. محققان یک ژن را در درختان صنوبر زنده ویرایش کردند، که سپس چوب آماده برای مهندسی را بدون پردازش رشد داد.
این تحقیق در 12 آگوست 2024 به صورت آنلاین در مجله Matter منتشر شد.
ییپینگ چی، پروفسور دپارتمان علوم گیاهی و معماری منظر در UMD و می‌گوید: «ما بسیار هیجان‌زده هستیم که رویکردی نوآورانه را نشان دهیم که مهندسی ژنتیک و مهندسی چوب را با هم ترکیب می‌کند تا کربن را به شکلی فوق‌العاده چوب ارتجاعی جدا و ذخیره کند. نویسنده مرتبط این مطالعه ترسیب کربن در مبارزه ما با تغییرات آب و هوایی حیاتی است و چنین چوب مهندسی شده ممکن است در اقتصاد زیستی آینده کاربردهای زیادی پیدا کند.
قبل از اینکه بتوان چوب را برای ایجاد خواص ساختاری مانند افزایش استحکام یا مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش که به آن اجازه می‌دهد جایگزین فولاد یا بتن شود، از یکی از اجزای اصلی آن به نام لیگنین جدا شود.
پیش از این، محققان UMD با موفقیت روش هایی را برای حذف لیگنین با استفاده از مواد شیمیایی مختلف توسعه دادند و دیگران استفاده از آنزیم ها و فناوری مایکروویو را مورد بررسی قرار دادند. با این تحقیقات جدید، Qi و همکارانش به دنبال توسعه روشی بودند که بر مواد شیمیایی متکی نباشد، ضایعات شیمیایی تولید نکند یا به مقادیر زیادی انرژی متکی نباشد.
با استفاده از فناوری به نام ویرایش پایه برای از بین بردن ژن کلیدی به نام 4CL1، محققان توانستند صنوبرهایی را با 12.8 درصد محتوای لیگنین کمتر از درختان صنوبر نوع وحشی پرورش دهند. این با تیمارهای شیمیایی مورد استفاده در فرآوری محصولات چوبی مهندسی شده قابل مقایسه است.
چی و همکارانش درختان نوک آوت خود را در کنار درختان اصلاح نشده در گلخانه ای به مدت شش ماه رشد دادند. آنها تفاوتی در سرعت رشد و تفاوت معنی داری در ساختار بین درختان اصلاح شده و اصلاح نشده مشاهده نکردند.
برای آزمایش قابلیت زنده ماندن صنوبر اصلاح شده ژنتیکی خود، تیم به رهبری پروفسور علم و مهندسی مواد، لیانگ بینگ هو، از آن برای تولید نمونه های کوچکی از چوب فشرده با استحکام بالا مشابه تخته خرده چوب استفاده کردند که اغلب در مبلمان ساختمانی استفاده می شود.
چوب فشرده با خیساندن چوب در آب و تحت خلاء و سپس فشار دادن گرم آن تا زمانی که تقریباً 1/5 ضخامت اولیه خود را بدست آورد، ساخته می شود. این فرآیند باعث افزایش تراکم الیاف چوب می شود. در چوب طبیعی، لیگنین به سلول ها کمک می کند تا ساختار خود را حفظ کنند و از فشرده شدن آنها جلوگیری می کند. مقدار کمتر لیگنین چوب اصلاح شده یا اصلاح شده ژنتیکی به سلول ها اجازه می دهد تا به تراکم بالاتری فشرده شوند و استحکام محصول نهایی را افزایش دهند.
برای ارزیابی عملکرد درختان ویرایش شده ژنتیکی خود، این تیم همچنین چوب فشرده شده از صنوبر طبیعی را با استفاده از چوب و چوب تصفیه نشده که با فرآیند شیمیایی سنتی برای کاهش محتوای لیگنین پردازش کردند، تولید کردند.آنها دریافتند که صنوبر فشرده اصلاح شده ژنتیکی همتراز با چوب طبیعی فرآوری شده شیمیایی عمل می کند. هر دو متراکم تر و بیش از 1.5 برابر قوی تر از چوب طبیعی فشرده، درمان نشده بودند.
چوب اصلاح شده ژنتیکی فشرده شده دارای استحکام کششی قابل مقایسه با آلیاژ آلومینیوم 6061 و چوب فشرده شده بود که تحت درمان شیمیایی قرار گرفته بود.
این کار راه را برای تولید انواع محصولات ساختمانی به روشی نسبتاً کم هزینه و سازگار با محیط زیست در مقیاسی باز می کند که می تواند نقش مهمی در نبرد با تغییرات آب و هوایی ایفا کند.
