鉄より強い木材の量産を目指すInventWood
(techcrunch.com)- 2018年には研究室の成果に見えた強化木材技術が、InventWoodを通じてこの夏に最初のSuperwood生産バッチへ進む予定
- プロセスの核心は、一般的な木材の分子構造を変えて圧縮し、セルロース分子間の水素結合を増やすことにある
- Superwoodは、鋼鉄より引張強度が50%高く、強度対重量比は10倍優れており、難燃性・耐腐朽性・耐虫性まで備えた素材として紹介されている
- 最初の市場は商業用および高級住宅向け建築物のファサード材で、ポリマー注入によってサイディング・デッキ・ルーフィングのような屋外用途まで広げられる
- InventWoodは最初の商業工場建設のため、Series Aのファーストクローズで**約1,500万ドル（$15m）**を調達し、長期的には構造用ビームまで狙っている
研究室技術から初の商業生産へ
- University of Marylandの材料科学者 Liangbing Hu は、2018年に一般的な木材を鋼鉄より強い材料に変える方法を考案した
- その後数年間で、製造時間を1週間超から数時間へ短縮し、商業化の可能性を高めた
- 準備が整うと、Huはこの技術を InventWood にライセンスした
- 最初のSuperwood生産バッチはこの夏に開始予定
- 最初の商業工場は小規模な「first-of-a-kind commercial plant」で、当初は建物外装用途に集中する
- CEO Alex Lau は、長期的には「建物の骨格」にまで適用したいと述べた
- 建物の炭素影響の90%は、建設過程で使われるコンクリートと鋼鉄に由来すると付け加えた
Superwoodのプロセスと性能
- Superwoodは、セルロースとリグニンを主成分とする一般的な木材から始まる
- 目標は、木材の中にもともとあるセルロースをさらに強くすることだ
- Lauは、セルロースナノ結晶は炭素繊維より強いと語る
- InventWoodは「食品産業」の化学物質で木材の分子構造を変えた後に圧縮し、セルロース分子間の水素結合を増やす
- Lauによれば、材料を4倍高密度にすると、繊維が4倍多くなるレベルを超えて、新たに生じた結合によって強度は約10倍高まる
- InventWoodが明らかにしたSuperwoodの特性は次のとおり
- 鋼鉄より引張強度が50%高い
- 強度対重量比が10倍優れている
- Class Aの難燃等級で高い耐炎性を持つ
- 腐朽と害虫に対する耐性を持つ
- ポリマーを注入すると、サイディング、デッキ、ルーフィングのような屋外用途向けに安定化できる
初期市場と拡張計画
- 最初の製品は、商業用および高級住宅向け建築物のファサード材になる予定
- 圧縮プロセスは色も同時に濃くし、より濃色の熱帯性ハードウッドのように見える仕上がりになるとLauは述べている
- InventWoodは最終的に木材チップを使って任意の寸法の構造用ビームを作り、別途仕上げを必要としない材料を作る計画を持っている
- 工場建設資金として、Series Aラウンドのファーストクローズで1,500万ドルを調達した
- Grantham Foundation がラウンドを主導した
- Baruch Future Ventures、Builders Vision、Muus Climate Partners が参加した
1件のコメント
Hacker Newsの意見
この研究がベースになっているようです: https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00...
鋼鉄との比較はごく一部だけで、主に通常の木材とどう違うかに焦点を当てています。
要約すると、木を煮て、圧縮すれば終わりという工程です。
追記: 同じ論文でした。
「まず天然木材ブロックを、2.5 M NaOHと0.4 M Na2SO3の混合沸騰水溶液に7時間浸した後、沸騰した脱イオン水に何度も浸して化学物質を除去した。次に木材ブロックを100°Cで約5MPaの圧力により約1日間圧縮し、高密度木材を得た」
かなり単純でストレートな工程です。
「鋼鉄より強い」という派手な表現は、多くの場合、鋼鉄の範囲の下限にかろうじて到達したという意味です。
セラミック研究の論文でも似たようなことがあり、非常に靭性の高いセラミックをアルミニウムの破壊靭性と比較する場合がありますが、たいていは合金ではなく純アルミニウムを指します。
ざっと見ると強度は483–587 MPaで、ASTM A36構造用鋼の降伏強度250MPaより明らかに高いです。Extended Data Figure 1cでは密度が1.3g/cc、つまり鋼鉄の1/6だと報告されています。もちろん高強度鋼はもっと強いですが、6倍まで強いわけではありません。
工程も単に煮るだけではなく、木材を苛性ソーダ2.5Mと亜硫酸ナトリウム0.4Mで7時間煮た後、5MPaで「約1日」高密度化し、最適条件ではリグニンを45%除去します。これはKraft法以前の亜硫酸パルプ化に似ていますが、高pHで完全には進めない方式です。その意味では、木材の天然リグニンで結合されたセルロース繊維板であるMasoniteにも似ていると言えます。
環境問題が障害になり得ます。亜硫酸パルプ化は汚い工程です。大量生産するにはサイクル時間を短縮する方法も見つける必要があるでしょうが、すでに見つけている可能性もあります。
一番気になるのは、なぜ135年前の1890年に誰もこれをやらなかったのかという点です。当時、亜硫酸パルプ化は盛んで、建材市場も成長中で、環境懸念はほとんどなく、新しく現代的で「科学的」なものへの熱狂もありました。利点を計算するのに必要な材料力学もすでに十分に発達していました。Masonは1929年に2800kPaのオートクレーブ工程でMasoniteを大量生産しました。では当時、誰かがSuperwoodを売るのを妨げたものは何だったのでしょうか。部分的なアルカリ亜硫酸パルプ化と圧縮を試した人はいなかったのでしょうか。
屋外用途ではコーティングなしでも劣化しないと言っていました。ただし硬度については何も言っておらず、圧縮もしていませんでした。
「最終的にInventWoodは、仕上げが不要な任意寸法の構造用梁を木材チップから作る計画だ。LauはSuperwoodのサンプルを掲げながら『I形梁がこんな見た目だと想像してみてください。クルミ材やイペ材のように美しい。これが自然な色です。染色していません』と語った」
写真を見せてくれと言わざるを得ません。
さらに悪いのは、ラベルのないAI生成画像に全面的に依存している点です。
「私たちが約束したことは全部フェイクニュースである可能性が高い」と伝える方法として、これ以上のものは想像しにくいです。広告文句を見るときは目を細めて見ろ、というわけです。
同じ大きさのスーパーボードには、複数枚の板に相当する木質繊維が入っていて、それで強度が出ているようです。まだ十分に読んではいませんが、これが重量比強度を実質的に下げるのかは気になります。現在、高層建築に鋼鉄が必要な理由は、木材が座屈する前に耐えられる高さに上限があるからです。300mの木はありませんから。
最初は、木材チップやおがくずをMDF、OSB、パーティクルボードに変える接着剤の革新だと思っていました。こうした材料は通常、同じ大きさの製材梁より弱いのですが、接着剤が梁の長手方向に連続するセルロース繊維ほど強くないためです。それでも米国の建設現場ではますます使われています。40フィートの太い梁を作れる木を探すのは非常に高価ですが、おがくずなら十分に集めて、より厚く事前に切断されたMDFボードを作れるからです。しかしセルロースより強い接着剤を作れるなら、あえて木を使う理由はないと思っていました。
https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00...
https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2025/05/SUPERWOOD-...
関連知識なしに記事だけ読むと、「無害な」木材を、あとでリサイクルしにくいスーパー製品に変えてしまうのではないかと心配になる。
発泡スチロールから紙コップへうまく移行できたと思ったら、プラスチックのライナーのせいで紙のリサイクルが難しく、あるいは不可能になったのと似ている。プラスチック仕上げで完全に覆われた「木材」のキッチン収納棚を市のリサイクル施設に持ち込んだとき、それをどう処理するのかも気になった。
もちろん木材は燃えるが、外側にできる炭化層が内部を守り、火災時に時間を稼げるという安全上の特性もある。木材は断熱材としても優れている。
集成木材は施工性にも優れている。簡単な工具で加工でき、CNC機械でプレハブ部品を作って現場へ送り、素早く組み立てられる。
この材料で高層建築を行う計画もある。たとえば東京には高さ350m、70階建ての超高層ビル計画がある。
集成木材に使われる接着剤が完璧というわけではない。構造的完全性の面では非常に耐久性が高いのが利点だが、何らかの理由でリサイクルせず埋め立てれば、よりゆっくり分解されるという意味でもある。ただし現在使われている最新の接着剤は毒性が低く、埋立地でもそれほど有害ではない。重要なのは、材料の大部分が接着剤ではなく、単なる木材だという点だ。
リサイクル性にどんな意味があるのかは分からないが、ほかの材料を注入するという記述はないので、通常の木材に近い形で分解される可能性もある。
[1] https://www.nature.com/articles/nature25476
木材を圧縮したあと、安定化のために樹脂を注入する。成果物は実質的には木材がごく一部で、かなりの部分は樹脂に近い。
もう一度確認してみると、この動画も記事に出てくる科学論文を参照しているので、100%同じ工程だ。
Nile RedがYouTubeですでにやっていた。
https://m.youtube.com/watch?v=CglNRNrMFGM
浸透深さを見ると、実質的には表面硬化にすぎない。弾丸テストでは、内部の積層が外側の層よりはるかに厚いことが分かる。
このテーマの記事を読むのは初めてではない。だが毎回答えが見つからない核心的な疑問がある。どの鋼鉄より強いのか？ HSLAなのか、炭素鋼なのか、鉄筋なのか？
それ以外は賛成だ。いま家をリフォームしていて構造変更をしたのだが、荷重を受ける鋼鉄梁の一部を木製梁に置き換えられたなら、デザイン要素として露出させても良かっただろう。
たとえば引張強度まで上回るなら、本当に驚くべきことだ。
数年前に報道されて以来、実験室培養木材の発展をずっと期待している。夢見ているのは、理想的な方向に整列した繊維層を何層も含む巨大な合板シートだ。
海上のはしけで育て、海水から成長栄養分や、たとえば難燃性ミネラルを吸収させるような形だ。はしけは日光を最大化するため、季節に合わせて赤道を行き来すればよい。
ざっと読んだところ、NileRedが防弾木材を作る動画で使った工程と同じものを指しているようだ: https://youtu.be/CglNRNrMFGM
店頭に並んだら、あれこれ触ってみるのが楽しそうだ。
鋼鉄より強いなら、釘打ちはできなさそう。部品をあらかじめ製作しておき、現場で穴を開ける必要がある場合は、鋼鉄のようにマグネットドリルを使うのではなく、超硬エンドミルのようなものを使うことになりそう
実際には、普通の施工者が松材に1/2インチのドリルビットをいきなり当てて押し込むやり方ではなく、もっと小さい下穴から始めて、徐々に大きなビットにしていく必要があるかもしれない。ただ、穴開けをよくする人なら、密度が高い材料や硬い材料ではビット径を段階的に大きくしていくべきだと知っている
第一に、非常に緻密である。第二に、最初の穴はたいてい十分簡単だが、連続して開けるほどだんだん難しくなる。第三に、これは密度よりもシリカ含有量の影響のほうがはるかに大きい。シリカが金属を削ってしまう。超硬ビットやコバルトビットは大いに役立つが、最終的にはシリカが勝つ
重要な点として、ipeのような高シリカ木材の粉じんは、アスベストより悪いと考えてよい。ひどい物質で、結局は工具と肺を壊す
ipeのヤンカ硬さの2倍ほどある木材のシリカ含有量は知らないが、そうした木材でもビット次第ではおおむね穴開けはできるようだ。例としてリグナムバイタとケブラチョがある。後者はおそらく「斧壊し」という意味で、名前にふさわしい
挙げた木材に釘を打つのは、自分のハンマーに釘を打つのと同じくらい非現実的だ。釘は跡も付けられずに曲がるか、木材が割れるだろう
マーケティングの誇張としてはよくできているが、スケジュールはこの夏となっている。この材料の欠点が何なのか、知っている人がいるのか気になる
「成果物は鋼鉄より引張強度が50%高く、重量あたりの強度は10倍優れている…」
ねじり、圧縮、曲げ強度などがあまり良くない可能性もあるのでは？
そうでないなら、なぜ建設業に注力するのだろう？ 飛行機、自動車、トラックはどうだろう？
元の工程はNatureの論文に記録されている: https://www.nature.com/articles/nature25476
言及されている他の用途での問題は、この材料が非常に剛直だという点だと思う。鋼鉄のように延性があったり曲がったりする材料ではまったくない。製造中に必要な形状へ直接圧縮するか、大きな原材料の塊として圧縮した後、切削加工で必要な形を得る必要があるだろう
梁のような標準形状なら圧縮成形は経済的かもしれないが、自動車のシャシーのような部品ではそうではないだろう
ここでいう「圧縮」は、普通の油圧プレスだけを意味しない。プレスは加熱されている必要があり、木材をしばらく圧力下に保つ必要がある。鋼板のように単に打ち抜けるわけではない
この製品は非常に高価になるだろうし、既存のエンジニアードウッドとは競争できないだろう
材料科学に詳しいわけではないが、関連する授業をいくつか受けたことがある
この木材は極限引張強度が約550 MPaのようだ。材料は脆性材料に見えるので、折れるまではばねのように振る舞い、安全率が必要になるだろう。550 MPaで破断するという意味だ。単位は力/面積なので、同じ断面積の材料同士を比較できる
圧縮では、軸方向荷重で約160 MPaだという。別の方向ではもっと大きいか小さい可能性がある。木材は繊維のため三方向で同じではなく、ここでは繊維に垂直に圧縮しているため、一方向は軸方向より強く、もう一方向は弱くなる。ただし梁では、概ね軸方向の強度が重要になりそうだ
ねじりと曲げは、圧縮、せん断、引張に直接依存する。せん断の数値は見つけられなかった。鋼鉄のように三方向が同じ材料でない場合、正確にどう適用されるのかは確信がない
鋼鉄は種類によって異なるが、ざっと調べると https://www.steelconstruction.info/Steel_material_properties と https://eurocodeapplied.com/design/en1993/steel-design-prope... では引張降伏強度は約200〜400 MPaで、その点からばねのようには振る舞わず、形が変わり始める。強度は350〜550 MPaで、その点で破断する。多くの用途では、金属が少し曲がって用途に合うように適応するよう力をかける場合もあると思うが、確かではない。いずれにせよ引張では、この木材が非常に強い、おそらく非常に高価な鋼鉄と同等ということだ
圧縮では、鋼鉄は170〜370 MPa程度に見える: https://blog.redguard.com/compressive-strength-of-steel 他の出典は数値が変だったので簡単には見つけられなかった。だから圧縮では鋼鉄が勝ちそうだ
ただしこれは原材料の強度比較だ。鉄筋コンクリートでは、金属は引張抵抗のために入れ、コンクリートが圧縮に耐えるので、大きな問題ではないかもしれない。梁では、必要な方向に抵抗するよう形状が最適化される。たとえばH形断面は一方向の曲げに抵抗する。しかしこの木材では、そのような形状を作るのが難しいかもしれない。論文でも現状では形状が制限されるとしているため、より多くの材料が必要になり、材料が増えれば全体としてはより強くなる可能性がある。結局、鋼鉄に比べてどれだけの材料を、特に重量ベースでどれだけ使う必要があるかと、コストが鍵になる。論文は10倍少なくて済むとしているが、形状効果はおそらく考慮していないだろう
将来的には、木材だけでなく他の材料も含む複合梁を作ることもできそうだ
機械的用途では他の要素も関わってくるかもしれない。論文では、湿気で膨張しないよう木材をコーティングする必要があった。摩擦のある用途には向かない。金属より摩擦に敏感だとしても驚かない
数値は2018年時点のものなので、工程は改善されている可能性がある
素晴らしい技術だ。一方で、こうした技術発表と数年後の実際の結果を追跡するツールを誰かが作ってくれるといいと思う。バッテリーも興味深い分野だ
データソースの一つはここにある: https://hn.algolia.com/?q=stronger+than+steel
未来の約束も嫌だし、予約注文も嫌だし、数か月から数年後にしか出ない製品発表も嫌だ。まだどんな製品にもつながっておらず、永遠につながらないかもしれない科学的進展も求めていない[0]。今すぐ利用できるものだけを見たい
未来の話を聞くことは、いつも気分をさらに悪くするだけだった。未来についての話をいっさい聞くのをやめたい。約束や事前発表のようなものが存在しなければいいのに
[0]: https://xkcd.com/678