建築材料革命：鐵礦強化木材挑戰鋼鐵與水泥霸權

圖、文／永續新聞網 

補鐵不只對人體有益，也可能成為改變建築材料世界的關鍵。來自美國佛羅里達大西洋大學（Florida Atlantic University）的研究團隊日前於《ACS應用材料與介面》期刊發表成果，證實可透過注入「鐵水合氧化物」（Ferrihydrite）等礦物質，顯著提升木材的結構性能，兼具輕量、強度與環境友善特性，成為替代水泥與鋼鐵的新型低碳建材。

▲木材經鐵礦奈米晶體強化後性能倍增，有望成為兼具環保與強度的低碳建材新選擇。（圖／永續新聞網）

這項技術不僅讓木材剛性增加260%、硬度提升127%，重量僅略微上升，更重要的是，它為減碳急迫的建築業提供一條兼具自然與科技的新出路。

傳統建材排碳驚人　木材迎接重返主流的契機

鋼鐵與水泥是現代建築的兩大支柱，但也同時是全球碳排放的大戶。根據國際能源署（IEA）資料，製造水泥每年釋放超過23億公噸二氧化碳，而鋼鐵產業的年排放量更高達26億公噸，兩者合計占全球總碳排約13.5%。在全球加速推動淨零轉型之際，建築產業的去碳化壓力空前高漲。

木材因為可再生、封存碳元素且製程碳排相對較低，重新受到重視。然而，天然木材因強度與耐久性不足，長期只能用於低樓層建築或室內用途。為了提升其應用潛能，歐洲等地已廣泛導入「集成材」（mass timber）建築技術，但其製造仍仰賴大量工業加工與膠合，無法完全回歸自然材料優勢。

礦物滲透木質細胞壁　實現「木之鋼鐵」

本次研究選用紅橡（Red Oak）作為實驗材料。該樹種為典型環孔材，具有類似環狀水管的天然導管結構，有利於液體滲透。研究團隊調配出由硝酸鐵與氫氧化鉀混合而成的鐵水合氧化物——一種常見於土壤與水中的環保無害礦物——利用真空抽吸技術，將其微奈米晶體導入木材細胞壁中，實現結構性強化。

令人矚目的是，這項工法無需添加有害化學藥劑或高能耗程序，不但維持木材天然紋理與質地，亦保留其碳封存效能，堪稱「科技與自然的融合」。

建築、交通、軍工可望應用　邁向碳中和材料革命

鐵礦強化木材的潛力不僅限於住宅建築，研究人員指出，其高強度、輕量化特性也具備應用於橋樑結構、建築外牆、甚至交通工具或軍事防護材料的潛力。若能透過模組化製程推廣，還可能成為碳中和城市設計中的關鍵元素。

此外，與金屬或複合材料相比，此技術的原料來源更加可持續，有助減少依賴高耗能原料與複雜供應鏈。

未來展望：綠色工程材料的全球競賽

在歐盟、北歐與加拿大等地，已有多座10層以上的中高樓層木構建築拔地而起，象徵木建築正逐步從傳統回歸未來。美國、日本等國亦正推動低碳建材標準，企業與政府皆關注如何將木材的碳封存效益納入建築碳足跡計算。

專家認為，若鐵礦強化木材可導入標準化生產與結構設計，並符合防火、防潮等安全規範，將為木建材開拓出前所未有的結構級應用空間。

後記｜當木材變身「鋼鐵」

這項研究成果不僅是材料科學上的一大進展，也回應了全球氣候危機下的迫切需求——開發兼具環保與性能的新型建材。若說工業時代屬於鋼與混凝土，那麼綠色未來或許將由科技升級的「木之鋼鐵」領航。