Trinta anos atrás, um botânico na Alemanha tinha um desejo simples: ver o funcionamento interno das plantas lenhosas sem dissecá-las. Ao branquear os pigmentos das células vegetais, Siegfried Fink conseguiu criar madeira transparente e publicou sua técnica em um periódico de nicho sobre tecnologia da madeira.
O artigo de 1992 permaneceu como a última palavra sobre madeira transparente por mais de uma década, até que um pesquisador chamado Lars Berglund se deparou com ele.
Berglund foi inspirado pela descoberta de Fink, mas não por motivos botânicos. O cientista de materiais, que trabalha no KTH Royal Institute of Technology, na Suécia, é especialista em compostos de polímeros e estava interessado em criar uma alternativa mais robusta para o plástico transparente.
E ele não era o único interessado nas virtudes da madeira. Do outro lado do oceano, pesquisadores da Universidade de Maryland estavam ocupados com um objetivo semelhante: aproveitar a força da madeira para fins não tradicionais.
Agora, após anos de experimentos, a pesquisa desses grupos está começando a dar frutos. Em breve, a madeira transparente poderá ser usada em telas super-resistentes para smartphones, em luminárias macias e brilhantes e até mesmo como elementos estruturais, como janelas que mudam de cor.
"“Eu realmente acredito que esse material tem um futuro promissor”, diz Qiliang Fu, um nanotecnologista de madeira da Universidade Florestal de Nanjing, na China, que trabalhou no laboratório de Berglund como estudante de pós-graduação.
A madeira é composta de inúmeros pequenos canais verticais, como um feixe apertado de canudos unidos com cola. Essas células em forma de tubo transportam água e nutrientes por toda a árvore e, quando a árvore é colhida e a umidade evapora, bolsas de ar são deixadas para trás.
Para criar madeira transparente, os cientistas precisam primeiro modificar ou se livrar da cola, chamada lignina, que mantém os feixes de células unidos e fornece aos troncos e galhos a maior parte de suas tonalidades marrons terrosas. Depois de branquear a cor da lignina ou removê-la de outra forma, resta um esqueleto branco leitoso de células ocas.
Esse esqueleto ainda é opaco, pois as paredes celulares curvam a luz em um grau diferente do que o ar nas bolsas celulares – um valor chamado índice de refração. Preencher os bolsões de ar com uma substância como a resina epóxi, que inclina a luz em um grau semelhante ao das paredes celulares, torna a madeira transparente.
O material com o qual os cientistas trabalharam é fino, geralmente com menos de um milímetro a cerca de um centímetro de espessura.
Mas as células criam uma estrutura de favo de mel resistente, e as minúsculas fibras de madeira são mais fortes do que as melhores fibras de carbono, diz o cientista de materiais Liangbing Hu, que lidera o grupo de pesquisa que trabalha com madeira transparente na Universidade de Maryland em College Park.
E com a adição da resina, a madeira transparente supera o plástico e o vidro: Em testes que medem a facilidade com que os materiais se fraturam ou quebram sob pressão, a madeira transparente se mostrou cerca de três vezes mais forte do que os plásticos transparentes, como o Plexiglass, e cerca de 10 vezes mais resistente do que o vidro.
“Os resultados são surpreendentes, pois um pedaço de madeira pode ser tão forte quanto o vidro”, diz Hu, que destacou as características da madeira transparente na Annual Review of Materials Research de 2023.
O processo também funciona com madeira mais espessa, mas a visão através dessa substância é mais nebulosa porque dispersa mais luz. Em seus estudos originais de 2016, Hu e Berglund descobriram que folhas milimétricas dos esqueletos de madeira preenchidos com resina deixam passar de 80 a 90% da luz.
À medida que a espessura se aproxima de um centímetro, a transmissão de luz diminui: O grupo de Berglund relatou que a madeira com 3,7 milímetros de espessura – aproximadamente dois centavos de dólar – transmitia apenas 40% da luz.
O perfil fino e a resistência do material significam que ele poderia ser uma ótima alternativa para produtos feitos de cortes finos e facilmente quebráveis de plástico ou vidro, como telas de monitores.
A empresa francesa Woodoo, por exemplo, usa um processo semelhante de remoção de lignina em suas telas de madeira, mas deixa um pouco de lignina para criar uma estética de cor diferente. A empresa está adaptando suas telas digitais recicláveis e sensíveis ao toque para produtos como painéis de carro e outdoors de publicidade.
Mas a maioria das pesquisas tem se concentrado na madeira transparente como recurso arquitetônico, sendo as janelas um uso particularmente promissor, diz Prodyut Dhar, engenheiro bioquímico do Indian Institute of Technology Varanasi.
A madeira transparente é um isolante muito melhor do que o vidro e, portanto, poderia ajudar os edifícios a reter o calor ou mantê-lo do lado de fora.
Hu e seus colegas também usaram álcool polivinílico, ou PVA – um polímero usado em cola e embalagens de alimentos – para se infiltrar nos esqueletos de madeira, produzindo madeira transparente que conduz calor a uma taxa cinco vezes menor do que a do vidro, informou a equipe em 2019 na Advanced Functional Materials.
E os pesquisadores estão desenvolvendo outros ajustes para aumentar a capacidade da madeira de reter ou liberar calor, o que seria útil para edifícios com eficiência energética.
Céline Montanari, cientista de materiais do RISE Research Institutes da Suécia, e seus colegas fizeram experiências com materiais de mudança de fase, que passam do armazenamento para a liberação de calor quando mudam de sólido para líquido ou vice-versa.
Ao incorporar o polietilenoglicol, por exemplo, os cientistas descobriram que sua madeira podia armazenar calor quando estava quente e liberar calor quando esfriava, trabalho que publicaram na ACS Applied Materials and Interfaces em 2019.
As janelas de madeira transparente seriam, portanto, mais resistentes e ajudariam no controle da temperatura melhor do que o vidro tradicional, mas a visão através delas seria nebulosa, mais semelhante ao vidro fosco do que a uma janela comum.
No entanto, a nebulosidade pode ser uma vantagem se os usuários quiserem luz difusa: Como a madeira mais espessa é forte, ela poderia ser uma fonte de luz parcialmente resistente, diz Berglund, potencialmente atuando como um teto que fornece luz ambiente suave a um cômodo.
Hu e Berglund continuaram a brincar com maneiras de conferir novas propriedades à madeira transparente. Há cerca de cinco anos, Berglund e seus colegas da KTH e do Instituto de Tecnologia da Geórgia descobriram que poderiam imitar janelas inteligentes, que podem mudar de transparente para colorido para bloquear a visibilidade ou os raios solares.
Os pesquisadores colocaram um polímero eletrocrômico – uma substância que pode mudar de cor com eletricidade – entre camadas de madeira transparente revestidas com um polímero de eletrodo para conduzir eletricidade. Isso criou um painel de madeira que muda de transparente para magenta quando os usuários passam uma pequena corrente elétrica por ele.
Mais recentemente, os dois grupos voltaram sua atenção para o aprimoramento da sustentabilidade da produção de madeira transparente. Por exemplo, a resina usada para preencher os andaimes de madeira é normalmente um produto plástico derivado do petróleo, portanto, é melhor evitar seu uso, diz Montanari.
Como substituto, ela e seus colegas inventaram um polímero totalmente de base biológica, derivado de cascas de frutas cítricas. Primeiro, a equipe combinou ácido acrílico e limoneno, uma substância química extraída das cascas de limão e laranja, encontrada em óleos essenciais.
Em seguida, impregnaram a madeira delignificada com ele. Mesmo com um recheio frutado, a madeira transparente de base biológica manteve suas propriedades mecânicas e ópticas, suportando cerca de 30 megapascal de pressão a mais do que a madeira comum e transmitindo cerca de 90% da luz, informaram os pesquisadores em 2021 na Advanced Science.
O laboratório de Hu, por sua vez, relatou recentemente na Science Advances um método mais ecológico de branqueamento de lignina que se baseia no peróxido de hidrogênio e na radiação UV, reduzindo ainda mais as demandas de energia da produção.
A equipe escovou fatias de madeira de 0,5 a 3,5 milímetros de espessura com peróxido de hidrogênio e depois as deixou em frente a lâmpadas UV para imitar os raios solares. Os raios UV branquearam as partes da lignina que contêm pigmentos, mas deixaram as partes estruturais intactas, ajudando assim a reter mais resistência na madeira.
Essas abordagens mais ecológicas ajudam a limitar a quantidade de produtos químicos tóxicos e polímeros de origem fóssil usados na produção, mas, por enquanto, o vidro ainda tem um impacto ambiental menor no fim da vida útil do que a madeira transparente, de acordo com uma análise feita por Dhar e colegas na Science of the Total Environment.
A adoção de esquemas de produção mais ecológicos e o aumento da escala de fabricação são duas etapas necessárias para incluir a madeira transparente nos principais mercados, dizem os pesquisadores, mas isso levará tempo.
Entretanto, eles estão confiantes de que isso pode ser feito e acreditam em seu potencial como material sustentável.
“Quando se tenta alcançar a sustentabilidade, não se quer apenas igualar as propriedades dos materiais de origem fóssil”, diz Montanari. “Como cientista, quero superar isso.”
Jude Coleman é uma jornalista freelancer que mora em Oregon e cobre ecologia, mudanças climáticas e meio ambiente. Leia mais sobre seu trabalho em judecoleman.com.
Este artigo foi republicado do Knowable Magazine. Leia o artigo original.
