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InventWoodは鋼よりも強い木材の量産を開始しようとしています

概要

  • Superwood は、University of MarylandのLiangbing Huによって開発された木材強化技術に基づく新素材です。
  • この技術は InventWood 社によって商業化され、従来の鋼鉄よりも高い強度と軽量性を持ちます。
  • Superwoodは 耐火性・耐腐食性・耐害虫性 を持ち、外壁や構造材への応用が期待されています。
  • 製造工程は効率化され、製品の市場投入が目前に迫っています。
  • 気候変動対策や建築分野への 新提案 として注目されています。

科学フィクションのような新素材「Superwood」の誕生

  • 2018年、University of Marylandの Liangbing Hu 教授が、通常の木材を鋼鉄よりも強い素材へと変換する技術を開発すること
  • 当初は研究室レベルの発見として扱われたが、Hu教授は技術改良を重ね、製造時間を1週間以上から数時間へ短縮すること
  • 技術の商業化段階に入り、 InventWood がライセンスを取得し、製品化に向けて動き出すこと
  • 2024年夏から、初の商業プラントでSuperwoodの生産を開始する計画を進めること
  • 当初は外装材(スキン用途)に焦点を当て、将来的には建物の構造材(ボーン用途)への応用を目指す提案

Superwoodの製造・特徴

  • InventWoodは、 Series Aラウンド で$15 millionを調達し、Grantham Foundationなどの投資家が参加すること
  • Superwoodは通常の木材(セルロースとリグニンが主成分)から作られ、セルロースの強化が主な目的であること
  • セルロースナノクリスタルはカーボンファイバーよりも強い特性を持つ確認
  • 食品業界で使われる化学薬品で木材の分子構造を改変し、圧縮してセルロース分子間の水素結合を増やす工程を用いること
  • 材料を4倍に圧縮しても、実際には10倍の強度向上が見込める現象を活用すること

Superwoodの性能と用途

  • Superwoodは 鋼鉄より50%高い引張強度 と、 10倍優れた強度対重量比 を持つこと
  • Class A耐火性能 を有し、腐敗や害虫にも強い性質を持つこと
  • ポリマー含浸により、外壁材・デッキ・屋根材など屋外用途にも安定使用が可能であること
  • 初期製品は商業用および高級住宅用の外壁材として展開する計画を推進すること
  • 圧縮工程で色味が濃縮され、熱帯産高級木材のような外観を持つこと
  • 将来的には木材チップから任意寸法の構造梁を製造し、追加仕上げなしで使用可能にすること

気候変動対策・建築分野へのインパクト

  • 建物のカーボンインパクトの90%がコンクリートと鋼鉄由来であるため、Superwoodの活用による CO₂削減提案
  • 自然素材の美しさと高性能を両立し、持続可能な建築資材としての可能性を示すこと

記事著者 Tim De Chant の紹介

  • TechCrunchの Tim De Chant は、Wired、Chicago Tribune、Ars Technicaなど多様な媒体で執筆経験を持つこと
  • MIT科学ジャーナリズムプログラム講師、Knight Science Journalism Fellowship受賞経験あり
  • University of California, Berkeleyで環境科学等の博士号、St. Olaf Collegeで学士号取得経歴を持つこと

Hackerたちの意見

マーケティングの盛り上がりには合ってるけど、今夏のタイムラインがあるみたいだね。この素材の欠点を知ってる人いる? > 結果として、鋼よりも50%強い引張強度を持ってて、強度対重量比は10倍良いんだって... でも、ねじり、圧縮、曲げとかの強度はあんまり良くないのかな?そうじゃなきゃ、なんで建設業界に焦点を当てるんだろう?飛行機とか、車やトラックはどう?

形状に関する制限があるのかもね?車両における鋼の利点の一つはその塑性だから、建設は主に平らで真っ直ぐな材料が必要なだけだし。

そうじゃなきゃ、なんで建設業界に焦点を当てるんだろう?飛行機とか、車やトラックはどう?宇宙エレベーターも!

あるYouTuberがそのプロセスを再現したよ:https://youtu.be/CglNRNrMFGM(元のプロセスはNatureの記事に記録されてるよ:https://www.nature.com/articles/nature25476)君が言ってた他の用途の問題は、すごく硬いことだと思う。鋼のように柔軟でも曲げられもしないから、製造時に必要な形に直接押し込むか、大きな原材料の塊に押し込んでから加工しないといけないんだ。押し込むのはビームのような標準的なプロファイルには経済的かもしれないけど、車のシャシーみたいな部品には向かないよ。ちなみに、ここで言う「押し込む」っていうのは、普通の油圧プレスだけじゃなくて、プレスも加熱されて、木がしばらく圧力の下に置かれなきゃいけないんだ。鋼のパネルみたいにスタンプするだけじゃダメだよ。

元の論文の数字をちょっと調べてみたけど(https://www.nature.com/articles/nature25476)、材料科学についてはあまり詳しくないけど、いくつか授業を受けたことがある。どうやら彼らの木材は、引っ張り強度で約550 MPaの最終強度があるみたい。材料が脆いみたいだから(壊れるまでバネのように振る舞う)、安全マージンが必要だと思う。550 MPaで壊れちゃうからね。単位は力/面積だから、同じ断面積の材料を比較できる。圧縮では、軸方向の荷重で約160 MPaだって。他の方向ではもっと少なかったり多かったりするみたい(木材は繊維があるから、全方向で同じじゃないし、繊維に対して直角に圧縮してるから、ある方向は軸方向より強くて、ある方向は弱いんだろうけど、ビームの場合は主に軸方向の強度が重要だと思う)。ねじりや曲げは圧縮、せん断、引っ張りに直接依存してるけど、せん断については見つけられなかった。全方向で同じじゃない材料、例えば鋼に関してはどうなるのかはよくわからない。鋼は、鋼の種類によるけど、ざっと調べた感じ(https://www.steelconstruction.info/Steel_material_properties と https://eurocodeapplied.com/design/en1993/steel-design-prope...)では、引っ張りで降伏点が約200から400 MPa、ここで形が変わり始めて、350から550 MPaで強度があって、ここで壊れる。いくつかの用途では、金属が少し曲がってその用途に適応するように力を加えることもあるけど、確信はない。ともかく、引っ張りに関しては、その木材は非常に強い(おそらく非常に高価な)鋼と同等だと思う。圧縮では、鋼は170から370 MPaらしい(https://blog.redguard.com/compressive-strength-of-steel、他の情報源では数字が変だったからあまり見つからなかった)。だから、鋼がその点では勝つんじゃないかな。でもこれは生の強度を比較してるだけ。鉄筋コンクリートでは、引っ張り抵抗のために金属を加え、コンクリートは圧縮を支えるためにあるから、あまり関係ないかも。ビームの場合、ビームの形は必要な方向に抵抗するように最適化されてる(例えば、H断面は一方向に曲げに抵抗する)。でも、彼らの木材ではそれができないかもしれない(今のところ形に制限があるって言ってるから)、だからもっと材料が必要になるし、全体的に強くなると思う。じゃあ、どれくらいの材料(重量で、鋼と比べて)が必要なのか(彼らは10倍少ないって言ってるけど、形を考慮してないかもしれない)、そしてそれがどれくらいのコストになるのか?おそらく、木材だけじゃなくて複合ビームも作れるかもしれないね。機械的な用途では、他にも考慮すべきことがあるかも。彼らの論文では、木材が湿気で膨らまないようにコーティングが必要だった。摩擦がある用途ではあまり良くないね。それに、金属よりも摩擦に敏感かもしれない。数字は2018年のものだから、プロセスが改善されているかもしれない。

業界で働いてるけど、価格と市場が問題になると思う。何か「エンジニアード」な木材を買うなら、コストパフォーマンスがいいのはパラレルストランドラバーで、その次がグルーラミネート材だね。この商品はめっちゃ高くなりそうだし、既存のエンジニアードウッドと競争できないと思う。

ざっと読んだ感じ、これはNileRedが弾丸防止の木を作る動画で使ったのと同じプロセスを指してるみたいだね(https://youtu.be/CglNRNrMFGM)。店頭に並ぶのが楽しみだな。

これについて聞いたとき、真っ先にその動画が思い浮かんだよ。どうやってこんなに強い木を作れるのかずっと不思議だったけど、実際の用途がないように見えてたんだ。もしかしたら、ついに現実の用途が見つかるかもね。

別のユーチューバーの動画だよ: https://youtube.com/watch?v=VC4d5iai3GE

これについては初めて読む記事じゃないよ。他の記事を通しても、どうしても答えが見つからなかった一つの大きな疑問があるんだ:どの鋼より強いの?HSLA、炭素鋼、鉄筋?それ以外は賛成だよ。今、家をリフォーム中で構造的な変更もしたんだ。負荷を支える鋼のビームを木製のものに変えられたら、デザイン要素としてむき出しにできたのに。

この素材がなくても、すでにそれができると思うよ。接着層積木は、そういう場合にはかなり良い素材だし。

どの鋼が必要かだけじゃなく、どの強度が必要かも考えないといけないね。建物を建てることを考えたら、思いつく限りで知りたいのは:圧縮強度、引っ張り強度、せん断強度、曲げ強度、ねじり強度、衝撃強度、疲労強度、硬度。引っ張り強度が良いなら、本当に驚きだよね。

これがその研究の背景みたいだね:https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00... それに、鋼との比較は少ししかないみたい。彼らは普通の木との比較にもっと焦点を当ててる。要するに、彼らがやってることは:1. 木を煮る。2. 木を押す。3. 完了。

UMDのLiangbing Hu、チェックしたよ。素晴らしい発見だね!このスレッドのトップコメントにふさわしいと思う。リンクされてる内容のないジャーナリストのつまらない記事を相殺するためにも。強度は483〜587 MPaで、ASTM A36の構造用鋼(降伏強度250MPa)よりも優れてるみたい。Extended Data Figure 1cでは、密度が1.3g/ccと報告されていて、鋼の密度の6分の1だって。(Extended data figure 2fでは、密度とリグニン除去率の関係がプロットされてる。)もちろん高強度鋼はもっと強いけど、6倍強いわけじゃない。プロセスについては、ただ木を煮ただけじゃなくて、苛性ソーダ(2.5M、食品業界の化学物質)と亜硫酸ナトリウム(0.4M、これも技術的には食品業界の化学物質で、例えばワインの抗酸化剤として使われる)で7時間煮てから、5MPaで「約1日」圧縮して、最適に45%のリグニンを除去したんだって。これは、クラフト紙プロセスの前にあった亜硫酸化学木パルププロセスに似てるけど、高pHで行われて、完全には達成されてないから、ある意味ではメイソナイトみたいな結果になってると思う。環境問題が障害になるかもしれないけど、亜硫酸パルピングは厄介だし。大量生産するためにはサイクルタイムを短縮する方法を見つけたいだろうし、もう見つけてるかも。私の頭に浮かぶ疑問は、なぜ135年前の1890年に誰もこれをやってなかったのかってこと。亜硫酸パルピングは盛況で、建材もブームだったし、環境問題はほとんど知られてなかったし、すべての新しいもの、現代的なもの、「科学的なもの」に対する熱狂があった。材料の強度に関する科学的な分野もすでに発展してた。メイソンは1929年にメイソナイトを大量生産に入れたけど、そのプロセスは2800kPaで木のチップをオートクレーブするものだった。じゃあ、当時誰もスーパウッドを売ろうとしなかったのはなぜ?部分的なアルカリ亜硫酸パルピングとその結果を圧縮することを試みた人はいなかったのかな?

もしそうなら、ここに新しさはないと思う。これはずっと前から行われてきたことだし。ドイツでは、これを「パンツァーホルツ」(弾丸防止木材みたいな意味)って呼んでるよ。

これが元の研究論文みたいだね: https://www.nature.com/articles/nature25476 [編集:おっと、同じ論文だ] 「まず、天然木のブロックを2.5 M NaOHと0.4 M Na2SO3の混合物の沸騰した水溶液に7時間浸し、その後、化学物質を取り除くために何度も沸騰した脱イオン水に浸した。次に、木のブロックを約100 °Cで約5 MPaの圧力で約1日押して、密度の高い木材を得た。」かなりシンプルでわかりやすいね。

これは、重量が問題じゃない用途でしかメリットがないように思える。というのも、概念的には空気を取り除いて同じスペースにもっと木を入れて強度を増すだけだから。間違ってたら教えてほしいけど、木材のほとんどの用途は、ある程度軽いことに依存してるから、格子構造はすでにかなり理想的なんだよね。

スチール自体は、いろんな特性を持った素材なんだよね。引張強度、つまり一番簡単に測れる強度に関しては、スチールは400 N/mm^2の軟鋼から、約2500 N/mm^2のピアノ線合金まで幅があるんだ。「スチールより強い」っていうのは、だいたい下限に達したってことを意味する派手な呼び名だよ。セラミック研究の論文でも似たような現象が起こることがあるけど、非常に強いセラミックはしばしばその破壊靭性を純粋な非合金アルミニウムと比較されることが多い。察しの通り、これは通常、純粋な非合金アルミニウムの靭性を指してるんだ。

ドイツに似たようなことをした発明家がいて、テレビの科学番組で紹介されてたんだ。彼は大きな圧力鍋を作って、木材と液体の混合物を中に入れて、何時間も煮込んでたんだって。木材が完全に浸透して、彼の主張によれば、すべての層で腐敗に対する抵抗力がついたらしい。屋外の機器にはコーティングが必要なくて、劣化もしないんだって。硬さについては言及されてなかったけど、彼はそれを押しつぶすこともしなかったみたい。

これって、例えば、木くずから板を作れるの?

フィンランドでは、木を焼く似たような方法があるみたいで(圧縮はしない)、その木は腐敗や害虫に対して安定するんだ。注意してほしいのは、家のオーブンで実験しないこと、そうすると使えなくなるから(蒸発する樹脂のせいで)。

リグニンを取り除いて、(構造的により良い)樹脂に置き換えると思ってたんだけど。

誰でもコメントできるの?この記事を読んでるんだけど、特に知識もないからちょっと怖いんだよね。「無害」とされる木材が、リサイクルするのが難しいようなスーパープロダクトに変わってしまうんじゃないかって。スタイロフォームから紙コップに切り替えたのは良かったけど、今はプラスチックのライナーがあって、紙がリサイクルしづらくなってるし。あとは、私が持って行った「木製」のキッチンキャビネット、プラスチック仕上げが完全にかかってるけど、あれを市のリサイクルがどうするのか気になるな。

リサイクルすることが目的じゃなくて、鋼の代わりにもっとカーボンフレンドリーな選択肢を持つことが目的なんじゃないかな。木材供給が豊富な場所では、鋼に依存しなくなるっていう利点もあるし。

おそらく、これは弾丸防止木材を作る動画と同じプロセスだね:https://youtu.be/CglNRNrMFGM?si=hfDKE33s7YlB1e9L 木を圧縮して、樹脂を注入して安定させるって感じ。最終的には、ほとんど木ではなくて樹脂が多い状態になる。再確認したら、その動画はこの記事の科学論文を参照してるから、やっぱり100%同じプロセスだね。

記事のリンク[1]をたどると、プロセスを説明した要約があるよ。木を水酸化ナトリウムと亜硫酸ナトリウムで煮て、加熱して圧縮するみたいで、どうやらセルロースポリマーのより良い配列(または結合?)につながるみたい。リサイクル可能性についてはどうなるかわからないけど、他の材料を注入するという記載はないから、普通の木材と同じように分解されるのかもしれないね。[1] https://www.nature.com/articles/nature25476

リサイクルの問題に加えて、紙コップには私たちの体に入るPFAsも含まれてるよ。

鉄道用に使われる圧力処理された木材は、もう処分するのがほぼ不可能だよね。

クロスラミネーテッドティンバー(CLT)は、これに密接に関連していると思うけど、今では建設でよく使われてる。鋼よりもずっと軽くて強いし、扱いやすいし、火事の時も鋼のように柔らかくなって構造的な強度を失わないから、耐火性も高い。もちろん木材は燃えるけど、外側にできる炭化層が内部を守るから、火事の時に人々に時間を稼ぐ安全性がある。さらに、木材は優れた断熱材でもある。ラミネート木材は建設にも非常に優しい。簡単な道具で加工できるし、CNC機械を使えばプレハブ部品を現場に送って迅速に組み立てられる。高層建築の計画もあるよ。例えば、東京に350メートル、70階建ての高層ビルの計画がある。ラミネート木材に使われる接着剤は完璧じゃないけど、非常に耐久性があって構造的な強度には良い。でも、それは材料が埋立地で分解するのが遅くなることも意味する(何らかの理由で材料をリサイクルしない場合)。ただ、最近使われている新しい接着剤は、毒性が少なくて埋立地でもそれほど有害じゃない。重要なのは、ほとんどの材料が実際には木材で、接着剤ではないってこと。

シニカルだと思われるかもしれないけど、もしプロモーターが主張するほど良いなら、競合する業界がロビー活動をして、使われている接着剤が無力化されるか、環境的に経済的にあまり実行可能でなくなるまで、アストロターフを使うと思う。あるいは、性能が劣るニッチな分野を見つけて、建築基準をその欠点を利用するように書き換えるだろうし、それが実際に大量に使われるまで20年かかると思う。

鋼より強いって…釘を打つのは無理だろうね。部品をプレハブして、カーバイドエンドミルで穴を開ける必要があると思う。鋼のように、現場での穴あけにマグネットドリルを使うことはできないから。

よく考えたら、西洋の建設にはあまり実用的じゃないけど、この素材は日本のフレーミング方法にはめっちゃ合ってると思う。

手持ちドリルのスチールドリルビットでも、やっぱり貫通できると思うよ。ただ、ヒッコリーみたいな硬い木をドリルするみたいに、時間がかかるけどね。実際には、最初は小さいパイロットホールを開けて、徐々に大きいビットに変えていく必要があるかも。普通の契約業者が半インチのドリルビットをそのまま松に突っ込んで無理やり貫通させるやり方とは違ってね。でも、穴を開けるのが日常的な人なら、密度が高い材料や硬い材料は徐々にビットのサイズを大きくしていく必要があるってことはみんな知ってるよね。

荷重を支えるために使うんじゃないかな。そうなると、フレーミングに使う木材がもっと安くて扱いやすいものになるかもしれないね。

強さ(引張強度と圧縮強度)が必ずしも硬さを意味するわけじゃないよね。もしかしたら、硬化したスチールの工具でもちゃんと切れるかもしれない。

イペを例にとってみよう。ジャンク硬度は約3600で、ほとんどの人がハードウッドと考えるものの約2倍だよ。ドリルは問題なくできるけど、いくつか注意点があるね。1. すごく密度が高い 2. 最初の穴は簡単だけど、次の穴はどんどん難しくなる。3. これは密度よりもシリカの含有量の方が影響が大きい。シリカが金属を削るんだ。カーバイドやコバルトのビットを使うとかなり助かるけど、シリカには勝てない。注目すべき点は、高シリカの木くず、例えばイペからのものは、アスベストよりも悪いと考えられるかもしれない。これは本当に厄介なもので、道具や肺を必ずやられてしまう。編集: イペの約2倍の(ジャンク)硬度を持つ木のシリカ含有量は知らないけど、そういう木もビットによっては問題なくドリルできるみたい。リグナム・ヴィタエやケブラチョがその例だと思う。後者は「斧を折る」って意味で、名前の通りだね。編集2: 今日は厄介で容赦ない誤字の日だね。挙げた木を釘で留めるのは、自分のハンマーを釘で留めるのと同じくらい実用的だよ。釘が凹む前に曲がっちゃうか、木が割れちゃうかのどっちかだね。

Nile RedがYouTubeでやってたよ... https://m.youtube.com/watch?v=CglNRNrMFGM

いい動画だね。彼はこの記事で言及されているラボが発表したNatureの論文に基づいて作業をしているよ(https://www.nature.com/articles/nature25476)。

このビデオを見たことがあるけど、彼はかなり良い仕事をしたけど、彼の化学処理は全く浸透してなかったと思う。彼はその段階で圧力鍋を使った方が良かったんじゃないかな。これが、処理された木材が使用する化学物質を完全に浸透させる方法なんだ。浸透の深さを考えると、彼は基本的に表面硬化させたってことだね。弾丸テストで、内部のラミネーションが外側の層よりもずっと太いのが見えるよ。

数年前に報告された以上のラボで育てた木の進展を見たいとずっと思ってる。私の夢は、理想的な向きの繊維がたくさん重なった巨大な合板を、海のバージで育てて、海水から栄養や防火鉱物を取り入れること。バージは季節ごとに赤道を越えて、日光を最大限に活用するんだ。

正直、これが松の木を育てるよりも何がいいのか気になるな。

波。

変な夢見てるね。

海水って、いろんな場所で栄養素があんまりないんだよね。栄養が豊富な海水の場所には、すでに多様な生物がたくさんいることが多いよ。

「鋼より強い」って主張にイラッとしてる人たちへ: いや、そうじゃないよ。ある特定の、実用的にはあまり関係ない方法でだけね。彼らのNatureの論文[1]に詳しいことが書いてあるけど、要約すると、繊維方向の引張強度は最大600 MPaで、普通の建設に使われる軟鋼(約400 MPa)よりも高い。ただ、軟鋼は等方的で非常に延性が高い、つまり最終的に壊れる前に約50%変形するけど、密度の高い木は強度を超えるとすぐに折れちゃう。軟鋼よりもずっと強い鋼のグレードもあるよ。曲げ強度と圧縮強度は軟鋼の半分(300 MPa、軟鋼未満)まで高い。最も弱い方向(繊維方向に対して)は約50 MPaで、軟鋼の1/8だね。この密度の高い木は基本的にはかなり弱い繊維複合材なんだ。慎重に計画すれば建設において鋼の代わりに使えるけど、彼らのマーケティングは単なるウソだよ。1. https://www.nature.com/articles/nature25476

結局、InventWoodは木材チップを使って仕上げが不要な構造ビームを作る予定なんだ。「君のIビームがこんな感じだと思ってみて」とラウがスーパウッドのサンプルを持ち上げながら言った。「美しいよ、クルミやイペみたいだ。これが自然な色だ。何も染めてないんだ。」その[クソ]みたいな写真を見せてくれ!

記事の一番上の写真は、表面の見た目を代表しているように見えるね。https://www.inventwood.com/superwood-beams

これ、まさにその通りだね。実際の比較画像が一枚もないっていうのは、製品の「美的」特性を推奨している会社にとっては大きな赤信号だよ。それに、さらに悪いことに、ラベルのないAI生成画像に完全に依存してる。これほど「私たちが約束したことはすべてフェイクニュースの可能性が高い」と言う方法はないよ。広告コピーを見る前に目を細めることを忘れないで!

最終製品は、何らかの形で木目を保つことになるよ。論文には最終製品の画像がいくつかある。基本的には、非セルロースをすべて煮出して、残ったものを小さく圧縮するんだ。強度は、同じサイズのスーパーボードが数枚分の木繊維で作られるからだと思う。まだ十分に読んでないけど、これが重量や強度を大幅に下げるのか気になるな。今のところ、高層ビルには鋼が必要なのは、木がたわむ前にどれだけ高く行けるかに上限があるから。結局、300メートルの木は存在しないからね。ちなみに、最初はこれが接着剤の革新になると思ったんだけど、製造業者が木材チップや木くずをMDF、OSB、パーティクルボードに変えることができるようにするものだと思ってた。これらは通常、同じサイズの製材ビームよりも弱いんだ、接着剤がビームの長さに沿ったセルロース繊維ほど強くないから。(ただし、アメリカでは、厚さ40フィートのビームを作れる木を見つけるのがめちゃくちゃ高いから、より厚くてプレカットされたMDFボードを作るのに十分な木くずを簡単に手に入れられるから、どんどん使われているけど。)でも、接着剤がセルロースより強いなら、木材を使う意味がないと思ったんだ。

誰かがその研究に基づいていると思われるものを下に投稿してくれたけど、図2dと10eのようだね。提案された通り、見た目がいい感じに暗くなっているだけで(染色なし)、正直言って必ずしも良いこととは思えないね。https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2018/fpl_2018_song00...

これ、画像じゃなかったっけ? https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2025/05/SUPERWOOD-...

「その会社はそれを『食品業界』の化学薬品で処理してる」