Біовугілля з Торонто: Дослідження Показало Міцність, Порівнянну зі Сталею, Завдяки Керуванню Пористою Структурою

Науковці з Торонтського університету здійснили прорив у матеріалознавстві, продемонструвавши, що біовугілля може набувати механічних властивостей, які відповідають звичайній конструкційній сталі. Дослідницька група під керівництвом професора Чарльза К. Цзя з Лабораторії Зелених Технологій опублікувала свої висновки 21 жовтня 2025 року у виданні «Biochar X». Ця робота виводить біовугілля за межі його традиційного застосування в екологічному відновленні, позиціонуючи його як потенційний конструкційний матеріал для промисловості.

Суть інновації полягає у здатності інженерно контролювати властивості біовугілля, яке отримують шляхом піролізу біомаси, зокрема деревини, без доступу кисню. Дослідники проаналізували зразки, виготовлені із семи різних порід деревини, включаючи клен, сосну, бамбук та африканське залізне дерево. Піроліз проводили у діапазоні температур від 600 до 1000 градусів Цельсія. Ключовим результатом стало те, що біовугілля, отримане з африканського залізного дерева, досягло осьової твердості у 2,25 гігапаскаля, що є прямим аналогом показників м'якої сталі.

Особливу увагу вчених привернула екстремальна анізотропія, виявлена у зразках з хемлоку, де осьова твердість перевищувала поперечну у 28,5 рази. За допомогою методів мікро- та наноіндентації було встановлено, що це спрямоване явище зумовлене не самою вуглецевою структурою, а ієрархічною мережею пор, успадкованою від вихідної деревини. Водночас, нанорівневий аналіз показав, що внутрішня твердість клітинної стінки залишається сталою незалежно від виду деревини чи орієнтації, що відкриває шлях до досягнення однорідності при промисловому виробництві.

Професор Цзя зазначив, що біовугілля тепер може розглядатися як повноцінний конструкційний матеріал, що відкриває можливості для створення високоміцних електродів, легких композитів та фільтрів із спрямованим потоком. Дослідження вперше надало кількісну базу для проєктування монолітних біовугільних виробів із передбачуваною механічною поведінкою. Це дослідження, опубліковане у виданні з імпакт-фактором 13,5 (Q1 за SJR 2.862 на 2025 рік), елегантно поєднує принципи вуглецевої стійкості з матеріалознавством, перетворюючи відходи біомаси на високопродуктивні компоненти.