Istraživači sa Univerziteta Merilend genetski su modifikovali stabla topola da bi proizveli strukturno drvo visokih performansi bez upotrebe hemikalija ili energetski intenzivne obrade. Napravljeno od tradicionalnog drveta, projektovano drvo se često posmatra kao obnovljiva zamena za tradicionalne građevinske materijale kao što su čelik, cement, staklo i plastika. Takođe ima potencijal da skladišti ugljenik duže vreme od tradicionalnog drveta jer može da se odupre propadanju, što ga čini korisnim u naporima da se smanji emisija ugljenika.
Ali prepreka istinskoj održivosti projektovanog drveta je to što zahteva obradu isparljivim hemikalijama i značajnu količinu energije, i proizvodi značajan otpad. Istraživači su uredili jedan gen u živim stablima topola, koji su potom uzgajali drvo spremno za inženjering bez obrade.
Istraživanje je objavljeno onlajn 12. avgusta 2024. u časopisu Materija.
„Veoma smo uzbuđeni što demonstriramo inovativni pristup koji kombinuje genetski inženjering i inženjering drveta, kako bismo održivo sekvestrirali i skladištili ugljenik u otpornom super drvenom obliku“, rekao je Iiping Ki, profesor na Odseku za nauku o biljkama i pejzažnu arhitekturu na UMD i odgovarajući autor studije. „Sekvestracija ugljenika je kritična u našoj borbi protiv klimatskih promena, a takvo projektovano drvo može naći mnoge upotrebe u budućoj bioekonomiji.
Pre nego što se drvo može tretirati kako bi se dala strukturna svojstva kao što su povećana čvrstoća ili otpornost na UV zračenje, što mu omogućava da se zameni čelikom ili betonom, mora se ukloniti jedna od njegovih glavnih komponenti, koja se zove lignin.
Ranije su istraživači UMD-a uspešno razvili metode za uklanjanje lignina koristeći različite hemikalije, a drugi su istraživali upotrebu enzima i mikrotalasne tehnologije. Ovim novim istraživanjem, Ki i njegove kolege su pokušali da razviju metod koji se ne oslanja na hemikalije, ne proizvodi hemijski otpad ili se oslanja na velike količine energije.
Koristeći tehnologiju nazvanu uređivanje baze da bi se izbacio ključni gen zvan 4CL1, istraživači su uspeli da uzgajaju topole sa 12,8% nižim sadržajem lignina od drveća topola divljeg tipa. Ovo je uporedivo sa hemijskim tretmanima koji se koriste u preradi konstruisanih proizvoda od drveta.
Ki i njegovi saradnici su šest meseci uzgajali svoja izlomljena stabla rame uz rame sa nemodifikovanim drvećem u stakleniku. Nisu primetili nikakvu razliku u stopama rasta niti značajne razlike u strukturi između modifikovanih i nemodifikovanih stabala.
Da bi testirao održivost njihove genetski modifikovane topole, tim, predvođen profesorom nauke o materijalima i inženjeringu, Liangbing Huom, koristio ju je za proizvodnju malih uzoraka komprimovanog drveta visoke čvrstoće sličnog iverici, koja se često koristi u izgradnji nameštaja.
Komprimovano drvo se proizvodi natapanjem drveta u vodu pod vakuumom, a zatim vrućim presovanjem dok ne bude skoro 1/5 njegove prvobitne debljine. Proces povećava gustinu drvenih vlakana. U prirodnom drvetu, lignin pomaže ćelijama da održe svoju strukturu i sprečava njihovo sabijanje. Niži sadržaj lignina u hemijski tretiranom ili genetski modifikovanom drvetu omogućava ćelijama da se komprimuju do veće gustine, povećavajući čvrstoću konačnog proizvoda.
Da bi procenili performanse svojih genetski uređenih stabala, tim je takođe proizveo komprimovano drvo od prirodne topole, koristeći neobrađeno drvo i drvo koje su tretirali tradicionalnim hemijskim procesom kako bi smanjili sadržaj lignina.
Otkrili su da je komprimovana genetski modifikovana topola bila u rangu sa hemijski obrađenim prirodnim drvetom. Oba su bila gušća i više od 1,5 puta jača od komprimovanog, neobrađenog, prirodnog drveta.
Komprimovano genetski modifikovano drvo imalo je zateznu čvrstoću uporedivu sa legurom aluminijuma 6061 i komprimovanim drvetom koje je bilo hemijski tretirano.
Ovaj rad otvara vrata proizvodnji raznih građevinskih proizvoda na relativno jeftin, ekološki održiv način u razmerama koje mogu igrati važnu ulogu u borbi protiv klimatskih promena.
