木頭創造新時代

摩天大樓、汽車、飛機、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、底盤和發動機都是木頭制造的？你或許懷疑這是在開玩笑，但最近日本工程師就設計出了一款木制概念車，并計劃于2020年在東京奧運會上亮相呢。

而汽車只是未來可用木材制造的物品之一，木材的應用遠遠不止于此。在世界各地的材料科學實驗室和設計工作室里，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，在頭頂飛翔。人們穿著木制的衣服，使用木制的手機……這聽起來仿佛置身于玩具世界，但我們這樣說是認真的，不是開玩笑。

21世紀將是木材的時代

人類文明的各個階段是用物質進步來衡量的。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。未經任何處理的原木材固然有許多優點：它很結實，又輕又柔韌，而且便宜，樹木經過粗略的加工即可得到。但它也有一些嚴重的缺陷：它的屬性是不可預測的;它容易燃燒、斷裂和腐爛;它塊頭大，且不透明。這些缺點導致它后來被其他材料超越。

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

改變建筑業的游戲規則

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的。目前，鋼鐵生產中排放的二氧化碳約占全球溫室氣體排放量的3%，混凝土生產約占5%。根據最新報告，要將氣溫上升控制在1.5℃以下，未來20年，建筑行業必須達到零排放。這意味著要徹底削減鋼鐵和混凝土產量。

這看起來似乎是一項不可能完成的任務。但幸運的是，得益于一種叫“交叉層壓木材（CLT）”的木質材料，這項任務有望實現。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的木板，而非膠合板那種通過機器旋切得到的薄木板。每一塊CLT的層數可以有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，涂上高強度膠，然后讓相鄰木板的紋理保持垂直疊放，再用壓力機擠壓，使這些木板緊緊粘合在一起。這樣就制造出了CLT的標準件。當建造房屋時，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的材料特性來設計房屋。它有著鋼鐵般的強度，很長的壽命，驚人的耐火特性和良好的抗震性能。為了進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發明于1990年代，此后隨著建造世界上最高木質摩天大樓的競賽不斷，它的知名度不斷提高。木質摩天大樓現在的冠軍是加拿大溫哥華的一座18層學生公寓，該公寓于2017年竣工。今年，紀錄將被挪威布魯蒙達的另一座木頭公寓刷新。此外，還有更多的建筑在設計之中，包括計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板材在工廠預制，就連墻上的插頭、凹槽都已經在工廠做好，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，這也加快了工程進度。一棟8層的木結構建筑，幾天內就能組裝出來。

我們前面提到，在生產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80%。此外，一座木質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，可以減少室內暖氣和空調的使用，這進一步減少了碳排放。

在不久的將來，木材甚至可用來代替窗戶上的玻璃。幾年前，瑞典科學家發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過適當的開發，還可以取代當今主導化學材料市場的許多化合物。

木材是好幾種有機物質的混合物。其中大約40%是納米纖維素，它們是一束束長而結實的纖維。另外30%是木質素，這是一種富含多種有機化合物的混合物。其余的是一種淀粉狀物質，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、包裝和電子產品的全部或部分材料的替代品。汽車工業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，包括生產服裝。

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

稍落在后頭的是半纖維素。這種含淀粉的物質很難加工，但科學家沒有放棄，還在鍥而不舍地進行開發研究。

具有無限的開發潛力

在美國馬里蘭大學的實驗室里，科學家們將木材轉變成比高性能鋼甚至航空航天工程中使用的鈦合金更堅固、更堅韌的材料。

這種“超級木材”是通過化學方法除去大約一半的木質素，然后在高溫下高強度擠壓剩余的木質素而制成的。在擠壓過程中，細胞結構崩潰，木材中的納米纖維被迫整齊排列并結合在一起。這種材料的厚度是原來木材的五分之一，但強度是木材的12倍，韌性是木材的3倍。它是強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度不要求重量的地方替換鋼材?？茖W家打算將這種材料開發成汽車中的鋼材，甚至輪胎的替代品。

德國瓦倫堡木材科學中心的科學家甚至用一種有機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。這個發明雖然一時還沒有明顯的應用價值，但再次證明了木材具有無限的開發潛力。