Биоуголь из древесины: от почвенного реагента до конструкционного материала, сопоставимого со сталью

Научный коллектив из Университета Торонто совершил значительный прорыв, переосмыслив роль биоугля. Исследование, опубликованное в журнале Biochar X 21 октября 2025 года, продемонстрировало, что продукт пиролиза биомассы способен приобретать механические характеристики, сопоставимые с мягкой сталью. Этот результат знаменует собой переход от традиционного взгляда на биоуголь как исключительно на средство для улучшения состояния почвы к признанию его потенциала в качестве полноценного инженерного компонента.

Команда под руководством профессора Чарльза Q. Цзя в Лаборатории зелёных технологий провела глубокий анализ биоугля, полученного из семи различных пород древесины, включая бамбук, клен, сосну и африканское железное дерево. Образцы подвергались нагреву в бескислородной среде при температурах от 600 до 1000 градусов Цельсия. Ключевым открытием стало достижение африканским железным деревом осевой твердости в 2,25 гигапаскаля, что ставит его в один ряд с конструкционной сталью. В работе также участвовали специалисты Qinyi Wang, Yating Ji, Mohana M. Sridharan, Lizhong Lang, Yu Zou и Donald W. Kirk.

Исследование выявило выраженную анизотропию свойств. Например, у биоугля из тсуги (hemlock) осевая твердость превосходила поперечную в 28,5 раза. Ученые установили, что эта направленная ориентация прочности проистекает из иерархической пористой сети исходной древесины, а не из самого углеродного материала. При этом на наноуровне твердость всех образцов оказалась на удивление однородной, что указывает на универсальность свойств клеточных стенок независимо от исходной породы.

Профессор Цзя подчеркнул, что биоуголь теперь следует рассматривать как конструкционный материал, а не только как экологический продукт. Разработанная количественная основа позволяет проектировать монолитный биоуголь с предсказуемым механическим поведением, что критически важно для промышленного внедрения. Этот научный прорыв резонирует с общим стремлением к созданию устойчивых технологий, открывая новые горизонты для создания легких композитов, высокопрочных электродов и фильтров с направленным потоком.

Потенциал биоугля находит подтверждение и в смежных областях. В Австралии исследователи интегрировали биоуголь из кофейных отходов в бетон, что привело к увеличению прочности на сжатие до 29% и снижению водопроницаемости. В Испании и Таиланде биоуголь из оливковых косточек использовался для стабилизации слабых дорожных оснований с помощью геополимерной технологии, демонстрируя высокую несущую способность и долговечность. Эти примеры показывают, что принципы, заложенные в исследовании Университета Торонто, способствуют созданию долговечной и экологически ответственной инфраструктуры.