Инженерная древесина может заменить сталь, цемент, стекло и пластик в строительстве. Она накапливает углерод дольше обычной древесины и устойчива к разрушению, что помогает снизить выбросы углерода.

Препятствием к экологичности инженерной древесины является то, что она требует обработки химическими веществами и большого количества энергии. Также образуется много отходов.

Исследователи из Университета Мэриленда отредактировали ген живого тополя. Из этих деревьев получили древесину, готовую к инженерной обработке без дополнительной переработки.

Исследование опубликовано онлайн 12 августа 2024 года в журнале Matter.

Ипин Ци, профессор кафедры растениеводства и ландшафтной архитектуры UMD и автор исследования, рад представить новый метод. Он сочетает генную инженерию и обработку древесины для создания материала, который может надолго сохранять углерод. Это поможет в борьбе с изменением климата.

Древесину, которую можно использовать вместо стали или бетона, нужно очистить от лигнина, чтобы придать ей прочность или устойчивость к ультрафиолету.

Исследователи из UMD разработали методы удаления лигнина с помощью химикатов. Другие учёные исследовали применение ферментов и микроволновой технологии.

Ци и его коллеги хотели создать метод без химикатов, отходов и энергозатрат. Они отредактировали ген 4CL1 у тополя, и содержание лигнина в нём снизилось на 12,8%. Это сравнимо с результатами химической обработки при производстве изделий из искусственной древесины.

Ци и его коллеги выращивали изменённые и обычные деревья в теплице 6 месяцев. Они не увидели разницы в скорости роста и структуре между этими деревьями.

Чтобы проверить, насколько жизнеспособен генетически модифицированный тополь, команда профессора материаловедения и инженерии Лянбин Ху сделала из него небольшие образцы прессованной древесины с высокой прочностью. Такую древесину используют при изготовлении мебели.

Прессованную древесину получают так: дерево вымачивают в воде под вакуумом, а затем подвергают горячему прессованию. В результате древесина становится тоньше почти на 1/5 от первоначального размера. При этом плотность древесных волокон увеличивается.

В натуральной древесине лигнин помогает клеткам сохранять свою структуру и не даёт им сжиматься. Когда содержание лигнина в древесине меньше (из-за химической обработки или генетической модификации), клетки могут сильнее сжаться. Это увеличивает прочность конечного продукта.

Чтобы оценить эффективность генетически модифицированных деревьев, команда также изготовила прессованную древесину из обычного тополя. Для этого использовали необработанную древесину и древесину, которую обработали традиционным химическим способом для снижения содержания лигнина.

Исследователи выяснили, что спрессованный генетически модифицированный тополь такой же прочный, как и химически обработанная натуральная древесина. Он более чем в 1,5 раза прочнее, чем прессованная необработанная натуральная древесина.

По прочности на разрыв спрессованная генетически модифицированная древесина сравнима с алюминиевым сплавом 6061 и спрессованной древесиной после химической обработки.

Это исследование открывает возможности для недорогого и экологичного производства разнообразных строительных изделий в больших масштабах. Это может помочь в борьбе с изменением климата.