Dertig jaar geleden had een plantkundige in Duitsland een simpele wens: de innerlijke werking van houtachtige planten zien zonder ze te ontleden. Door de pigmenten in plantencellen te bleken, kon Siegfried Fink transparant hout creëren, en hij publiceerde zijn techniek in een niche-tijdschrift voor houttechnologie. Het artikel uit 1992 bleef ruim tien jaar het laatste woord over transparant hout, totdat een onderzoeker genaamd Lars Berglund er op stuitte.
Berglund werd geïnspireerd door de ontdekking van Fink, maar niet om botanische redenen. De materiaalwetenschapper, werkzaam bij het KTH Royal Institute of Technology in Zweden, is gespecialiseerd in polymeercomposieten en was geïnteresseerd in het creëren van een robuuster alternatief voor helder plastic. En hij was niet de enige die geïnteresseerd was in de deugden van Wood. Aan de andere kant van de oceaan waren onderzoekers van de Universiteit van Maryland bezig met een gerelateerd doel: het benutten van de kracht van hout voor niet-traditionele doeleinden.
Nu, na jaren van experimenteren, begint het onderzoek van deze groepen vruchten af te werpen. Transparant hout kan binnenkort worden gebruikt in supersterke smartphoneschermen; in zachte, glanzende verlichtingsarmaturen; en zelfs als structurele kenmerken, zoals ramen die van kleur veranderen.
“Ik geloof echt dat dit materiaal een veelbelovende toekomst heeft”, zegt Qiliang Fu, een houtnanotechnoloog aan de Nanjing Forestry University in China, die als afgestudeerde student in het laboratorium van Berglund werkte.
Het hout bestaat uit talloze kleine verticale kanaaltjes, als een strakke bundel rietjes die met lijm aan elkaar zijn verbonden. Deze buisvormige cellen transporteren water en voedingsstoffen door het hout, en wanneer het hout wordt geoogst en het vocht verdampt, blijven er luchtbellen achter. Om transparant hout te maken, moeten wetenschappers eerst de lijm, lignine genaamd, die bundels cellen bij elkaar houdt en stammen en takken veel van hun aardse bruine tint geeft, aanpassen of verwijderen. Na het bleken van de kleur van lignine of de kleur ervan op een andere manier, blijft er een melkwit skelet van holle cellen over.
Dit skelet is nog steeds ondoorzichtig, omdat de celwanden het licht in een andere mate buigen dan de lucht in de celzakken, een waarde die de brekingsindex wordt genoemd. Door de luchtzakken te vullen met een stof zoals epoxyhars, die het licht in dezelfde mate buigt als de celwanden, wordt het hout transparant.
Het materiaal waarmee de wetenschappers werkten is dun: doorgaans minder dan een millimeter tot ongeveer een centimeter dik. Maar de cellen creëren een stijve honingraatstructuur en de kleine houtvezels zijn sterker dan de beste koolstofvezels, zegt materiaalwetenschapper Liangbing Hu, die leiding geeft aan een onderzoeksgroep die aan transparant hout werkt aan de Universiteit van Maryland in College Park. En met de toevoeging van hars presteert blank hout beter dan plastic en glas: in tests waarin werd gemeten hoe gemakkelijk materialen breken of breken onder druk, bleek blank hout drie keer sterker dan helder plastic zoals plexiglas en ongeveer 10 keer sterker dan glas.
“De resultaten zijn verbluffend: een stuk hout kan zo sterk zijn als glas”, zegt Hu, die de kenmerken van het transparante hout benadrukte in de Annual Review of Materials Research 2023.
Het proces werkt ook met dikker hout, maar het zicht door die substantie is troebeler omdat het meer licht verstrooit. In hun oorspronkelijke onderzoek uit 2016 ontdekten Hu en Berglund dat millimeterdunne platen van met hars gevulde houten skeletten 80 tot 90 procent van het licht doorlaten. Naarmate de dikte een centimeter nadert, neemt de lichttransmissie af: de groep van Berglund rapporteerde dat hout van 3,7 millimeter dik (ongeveer twee cent dik) slechts 40 procent van het licht doorlaat.
Door het dunne profiel en de sterkte van het materiaal kan het een geweldig alternatief zijn voor producten gemaakt van dunne, gemakkelijk breekbare stukken plastic of glas, zoals schermen. Het Franse bedrijf Woodoo gebruikt bijvoorbeeld een soortgelijk proces voor het verwijderen van lignine in zijn houten schermen, maar laat wat lignine achter om een andere kleuresthetiek te creëren. Het bedrijf maakt zijn recyclebare, aanraakgevoelige digitale displays op maat voor producten als autodashboards en billboards.
Maar het meeste onderzoek heeft zich geconcentreerd op doorschijnend hout als architectonisch kenmerk, en ramen zijn een bijzonder veelbelovende toepassing, zegt Prodyut Dhar, een biochemisch ingenieur aan het Indian Institute of Technology, Varanasi. Blank hout isoleert veel beter dan glas, dus het kan gebouwen helpen de warmte binnen of buiten te houden. Hu en collega’s gebruikten ook polyvinylalcohol, of PVA – een polymeer dat wordt gebruikt in lijmen en voedselverpakkingen – om houten skeletten te infiltreren, waardoor transparant hout ontstaat dat vijf keer sneller warmte geleidt dan glas, meldde het team in 2019 in Advanced Functional Materials.