Drvo se opet vraća u modu. Ne mislim pritom da ljudi sve više kupuju namještaj od punog drva, da ih sve više živi u drvenim kućama (mada ima i toga) nego na činjenicu da se drvu kao sirovini za kemijsku industriju poklanja sve veća pozornost. Nije ni čudo: drvo je jeftina, a usto stopostotno obnovljiva sirovina. Usto je, kažu šumari, drvo što ga izvlačimo iz šuma samo mali dio onoga blaga što nam ga ljudima, i svim drugima na ovom planetu, daju šume. Jer šume su glavni proizvođači kisika (i potrošači ugljikova dioksida), one učvršćuju tlo, sprečavaju eroziju i ispiranje zemlje, čine klimu ugodnijom, a stabla u gradovima čiste zrak, ublažavaju ljetne vrućine i gradsku buku.

Poticaj da napišem ovu pohvalu šumi, stablu i drvu dao mi je znanstveni rad objavljen u Elsevierovom časopisu Chem. Kineski su znanstvenici napravili – gle čuda – drveni ugljen, no drveni ugljen neobičnih svojstava. To više nije bio drveni ugljen nego „vrlo stlačiva, anizotropna, lamelarna ugljična spužva“ (highly compressible, anisotropic, lamellar carbon sponge), kako  piše u naslovu njihova rada. U čemu je tajna „ugljične spuže“ – od drvenog ugljena?

Ne treba imati doktorat iz kemije da bi se znalo kako se drvo bez prisustva zraka na temperaturi od nekoliko stotina stupnjeva pretvara u ugljen. To ne samo da zna svatko tko kupuje drveni ugljen u vrećama ili ga sam pravi dok pali vatru za roštilj, nego je to bilo poznato i čovjeku kamenog doba. Drveni je ugljen bio i temelj metalurgije, posebice proizvodnje željeza i čelika, sve dok ga u 18. i 19. stoljeću nije zamijenio koks. No kako god ga pravili, za što god ga upotrebljavali, drveni ugljen je krhak. Pa kako ga onda učiniti elastičnim – kao što su ga učinili autori spomenutog rada, kineski znanstvenici iz Kine i Sjedinjenih Država?

Riječ je o više-manje poznatom postupku, postupku kojim se iz drva dobiva celuloza, da bi postala sirovinom za papir. Da ne duljim, drvo se poglavito sastoji od dva ugljikohidrata (celuloze i hemiceluloze) te jednog polimera, lignina, nadasve složene strukture. Drvo se prvo kuha u lužnatoj otopini natrijeva sulfita (Na₂SO₃/NaOH)  koja kemijski reagira s hemicelulozom i ligninom te ih čini topljivima u vodi. Nakon tog slijedi obrada vodikovim peroksidom (H₂O₂) koji dovršava ono što prvi reagens nije učinio, no pritom još razara stanične stijenke. Kada se drvo osuši, celulozne se niti isprepletu u lamelarnu strukturu. Još treba samo drvo zagrijati kako bi se karboniziralo – i spužva od ugljika je gotova.

Ugljična spužava (wood carbon sponge, WCS) što su je znanstvenici napravili od lakog drva (balze) izuzetno je lagana. Gustoća joj je samo 15 kg/m³, što znači da je deset puta lakša od drva od kojeg je napravljena, a čak 67 puta lakša od vode! Taj materijal gustoće stiropora (koji se proizvodi u gustoćama od 12 do 30 kg/m³) je, za razliku od stiropora, izuzetno elastičan. Dade se sabiti na petinu svoje debljine (pri tlaku od 70 kPa), no ne i u svakom smjeru. Jasno je naime da se lamele protežu paralelno jedna prema drugoj, pa je samo u tom smjeru ugljična spužva elastična. U drugim je smjerovima krhka kao i drveni ugljen, na što ukazuje pridjev „anizotropna“ (anisotropic) iz naslova.

No sada najvažnije. Svrha priređivanja ugljične spužve nije proizvodnja nekog novog madraca ili opruge, makar ni to nije sasvim za odbaciti. Pravi je razlog činjenica da se sabijanjem WCS povećava njezin električni otpor, naravno opet anizotropno, u smjeru sabijanja. Lamele se naime približavaju jedna drugoj, pa se tako put električne struje skraćuje, električni otpor opada, a vodljivost, razumije se, raste. Prije sabijanja spužva ima vodljivost od 0,04 S/cm, pri sabijaju na pola početne debljine 0,46 S/cm, a kada se sabije do kraja, na petinu debljine vodljivost raste do 1,66 S/cm. Sve u svemu, ugljična spužva može biti jednostavan no posve pouzdan senzor naprezanja i pritiska. Stavljena na rukavicu jasno je pokazala je li šaka ispružena ili stisnuta.

Primjena? Prije svega u medicini, za praćenje aktivnosti i zdravstvenog stanja pacijenta (wearable electronics). Usto bi se, kažu autori, njihova spužva mogla koristiti i u proizvodnji uređaja za skladištenje električne energije – baterija i kondenzatora velikog kapaciteta. I sve to uz izuzetno jeftinu proizvodnju iz sirovine kojoj nema premca u obnovljivosti. Ta se sirovina zove drvo.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina, za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator i urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.