FinnCERES – på tröskeln till den nya eran med biomaterial   

Case - Publicerad 4.12.2019

Du kan göra mycket av trä, om du frågar FinnCERES-flaggskeppets experter. Växter och speciellt träfibrer är en inspirationskälla för VTT:s och Aalto-universitetets forskare. De ser på trädets alla egenskaper och har hittat alldeles nya hållbara möjligheter att använda trä.

Naturen erbjuder många utmärkta material, av vilka trä bara är ett av många. Utmaningen för forskarna är att nu ta modell från naturen och skapa nya användningsmöjligheter för materialen. De nya biomaterialen har en betydlig roll, då vi söker alternativ till exempel oljebaserade plaster.

I händerna på VTT:s och Aalto-universitetets forskare blir trä ett medel för att överföra data eller fungera till och med som en optisk fiber.

Mot en hållbar framtid

Ett speciellt intresse har VTT:s och Aalto-universitetets forskare i att skapa nytt ekonomiskt     tilläggsvärde för cellulosabaserade produkter. För Finlands export behövs istället för bulk cellulosa helt nya typer av högt förädlade produkter.

Lignocellulosans egenskaper är på många sätt oöverträffade. Den är stark och lätt att forma. Men det viktigaste, är att man kan framställa material, som kan återanvändas och är bionedbrytbara, och med användning av dem kan man främja hållbar utveckling.

På våren 2018 beviljade Finlands Akademi åt VTT:s och Aaltos FinnCERES-kunskapscenter en betydande flaggskeppsfinansiering. Inom FinnCERES utvecklas nya bionedbrytbara material för att svara mot vår tids utmaningar. VTT har uppskattat, att produktionens värde inom Finlands skogsindustri kan till och med fördubblas fram till år 2050. Det förutsätter tydliga satsningar på forskning och beredskap för förändringar hos industrin.

Projektets målsättning är erbjuda nya teknologier och materiallösningar för växt- och speciellt trämaterial. En forskning som inriktas på lignocellulosans egenskaper och användningsmöjligheter hjälper också till att utveckla värdefullt nyttjande av cellulosafabrikernas sidoströmmar. Flaggskeppet och ekosystemet som byggs runt det har som målsättning att lyfta Finlands material till en ny era.

Tillämpningar från paketering till nanoelektronik  

Växtmaterialet eller lignocellulosans komponenter – cellulosa, lignin och hemicellulosa – är centrala i arbetet. Cellulosans förmåga att absorbera vatten och binda det är en egenskap, som man kan dra nytta av i materiallösningar. Flaggskeppets forskare undersöker denna egenskap på molekyl- och nanonivå. Forskarnas målsättning är att i de nya biomaterialen nyttja också särdrag som hittas i växterna.

De växtbaserade biomaterialen ersätter plast av fossila råvaror till exempel i paketering, textilier och i olika separationssystem. Cellulosa kan i framtiden nyttjas till och med i elektroniken, fotoniken och i halvledare. Cellulosans potential för användning inom fotoniken grundar sig på att nanocellulosa bryter ljuset på ett unikt sätt. Den egenskapen kan nyttjas till exempel genom framställning av målfärger och ytbeläggning.

Videon visar en av forskarna utvecklad optisk kabel av cellulosa, som passar i plattor där det är nytta med att materialet är bionedbrytbart.  Ljuset avancerar i fibern, eftersom fiberns kärna är omgiven av en skaldel med lägre brytfaktor. Ljuset reflekteras i gränsytan mellan kärnan och skalskiktet tillbaka till fiberns kärna. 

Kidnappning av mikroplaster och hormoner i avfallsvatten – fiskarna tackar

Nanocellulosa kan nyttjas till exempel vid vattenrening, eftersom där finns aktiva ytor och ansenlig, stor absorberingsförmåga. Ett tillämpningsområde kan vara kontroll av mikroplaster; att känna igen dem, definiera och effektiv ta bort dem från avfallsvatten. I detta område är nuvarande metoder otillräckliga.

FinnCERES forskare har också producerat cellulosa fibertråd, vilken kan snappa upp hormoner och andra läkemedel ur avfallsvatten. Trådens funktion grundar sig på det, på ytan fästa, sykliska sockret, som effektivt fångar upp läkemedelsföreningar – till exempel preventivmedlens  etinylestradiol hormoner –  i hål i den i vattnet uppsvällda fibern. Sådana här hormoner kan om de kommer ut i vattendrag inverka till och med på fiskarnas kön och förändra hanfiskar till honor.

Grönare elektronik av bryggeriets mäsk

Av biomassans biprodukter – som mäsk från bryggerier och tallens bark – kan man producera biokol, vilken i elektroniktillämpningar, som i solceller, kan användas för lagring av energi. Kapaciteten för biokol, som FinnCERES-projekt har utvecklat, verkar lovande.

Företagen är med

Många forskningsprojekt är på gång inom FinnCERES. Inom Aalto och VTT verkar inom detta ämnesområde omkring 200 forskare, och utöver de talrika forskningsprojekten hör hit också företagsmedlemmar. Tack vare Akademins flaggskeppsfinansiering har aktörernas samarbete och de gemensamma resursernas nyttjande höjt bioekonomin till ny nivå.

Kontakter och tilläggsuppgifter:

Forskningsprofessor Tekla Tammelin, VTT
Telefon 0400562814, e-post tekla.tammelin(a)vtt.fi

Professor Orlando Rojas, Aalto universitetet
e-post orlando.rojas(a)aalto.fi

FinnCERES på webben: https://finnceres.fi/

Den över bilden: Forskarna utvecklade av cellulosatråden ett effektivt material för att snappa upp hormoner och andra läkemedel. Man sätter det sykliska sockret på trådens yta, vilken effektivt tar upp föreningar i hål i den i vatten uppsvällda fibern.

Agenda 2030

FinnCERES-projektet svarar speciellt mot FN:s medlemsstaters hållbara utvecklingsmål 9 och 13  genom att främja hållbar industriverksamhet och innovation samt genom att erbjuda lösningar enligt  hållbar utveckling som motverkar klimatförändringen.