Nanoselluloosalla on kysyntää ja kaupallisia mahdollisuuksia
Nanoselluloosalla on paljon teollista potentiaalia mitä erilaisimpiin sovelluksiin. Uusiutuvaa puupohjaista selluloosaa on runsaasti saatavilla, ja siitä erotetut nanokiteet ja nanofibrillit ovat monikäyttöisiä ja lujia materiaaleja sekä kaiken lisäksi biohajoavia. Nanoselluloosalle kehitetään koko ajan lisää käyttökohteita.
Nanoselluloosan käytön kasvua ovat jarruttaneet erityisesti tuotantomenetelmien huono energia- ja materiaalitehokkuus sekä kapasiteetti. Oulun yliopistossa kehitetyillä kemiallisilla selluloosan esikäsittelyillä tehostetaan merkittävästi nanoselluloosan tuotannon kapasiteettia ja vähennetään energiankulutusta.
Dosentti Henrikki Liimatainen työskentelee Kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä, joka on osa monitieteistä biotalouden tutkimusyhteisöä Oulun yliopistossa. Vuosina 2011–2014 Liimatainen toimi Suomen Akatemian tutkijatohtorina ja kehitti kemiallisia menetelmiä, joilla nanoselluloosan tuotanto selluloosamassasta tehostuu.
”Erityisesti nanofibrillien tuotanto perinteisillä mekaanisilla jauhatusmenetelmillä kuluttaa paljon energiaa, toisaalta nanoselluloosien funktionalisoinnilla voidaan tuoda niihin kiinnostavia uusia ominaisuuksia sovellusten kannalta. Olemme kehittäneet hapetuskäsittelyyn perustuvia menetelmiä, jotka heikentävät kuidun rakennetta niin, että yksittäiset kuidut voidaan hajottaa vähäisellä mekaanisella energialla nanofibrilleiksi tai -kiteiksi”, Liimatainen kertoo.
”Nämä menetelmät vähentävät energiankulutusta merkittävästi ja samalla nanoselluloosaan voidaan lisätä haluttuja kemiallisia ryhmiä käyttötarkoituksen mukaan.”
Henrikki Liimatainen ja väitöstyöntekijä Jonna Ojala Oulun yliopistolla.
Vesienpuhdistuksesta keinokorviin
Nanoselluloosa tarkoittaa sekä tikkumaisia nanokiteitä että kuitumaisia nanofibrillejä, jotka molemmat valmistetaan selluloosasta. Nanokiteiden pituus on muutamia satoja nanometrejä. Nanofibrillien läpimitta on samaa luokkaa kuin kiteiden eli alle kymmenen nanometriä, mutta pituus jopa 10 000 nanometriä.
Kemiallisesti käsiteltyä nanoselluloosaa voidaan käyttää esimerkiksi jätevesien puhdistukseen. ”Nanoselluloosalla voidaan korvata synteettisiä öljypohjaisia kemikaaleja, jotka ovat eliöstölle haitallisia ja hajoavat hitaasti luonnossa. Kiintoaineksen erottaminen ja raskasmetallien sieppaaminen jätevedestä onnistuu nanoselluloosan avulla.”
Edullisille, tehokkaille ja ympäristöystävällisille vedenpuhdistuskemikaaleille on lähes rajattomat markkinat.
Nanoselluloosan käyttö öljyntorjunnassa on alan uusinta teknologiaa. ”Useat maat ovat kieltäneet synteettisten kemikaalien käytön öljyntorjunnassa. Nanoselluloosaa voidaan mahdollisesti käyttää tulevaisuudessa mekaanisten menetelmien rinnalla silloin, kun halutaan nopeasti estää öljytuhon leviäminen esimerkiksi arvokkaalle lintujen pesimäalueelle. Nanoselluloosa pilkkoo öljyn pieniksi pisaroiksi, jolloin bakteerit pystyvät hajottamaan sen nopeammin”, Liimatainen kertoo.
Kartongin- ja paperinvalmistuksessa nanokuitua käytetään lisäämään materiaalin lujuutta. Näin voidaan valmistaa yhä ohuempia ja kevyempiä tuotteita, jotka eivät häviä lujuudessa vanhoille materiaaleille, ja materiaalitehokkuuskin paranee.
Mineraaliteollisuudessa nanoselluloosaa voidaan käyttää apuna esimerkiksi flotaatioprosessissa eli mineraalien erotuksessa. Siinä nanokuidut sitoutuvat haluttuun mineraaliin, ja parantavat mineraalien erottumista.
Uusia ja mielenkiintoisia sovelluksia ovat nanoselluloosakalvot, membraanit. Nanokokoisia huokosia sisältävällä kalvolla voidaan suodattaa haitallisia aineita vaikka teollisuusvesistä. Nanoselluloosasta valmistettu filmi puolestaan estää tehokkaasti hapenläpäisyä ja on mekaanisesti vahva, joten sillä on potentiaalia suojaavana pakkausmateriaalina. Ehkä pian einespakkauksen pintaa peittää nanoselluloosakalvo.
”Komposiittimateriaaleissa käytetään vahvikeaineena muovin seassa yleisesti lasi- tai hiilikuitua. Nämä voidaan tulevaisuudessa korvata osittain nanokuidulla, joka on edullisempaa ja uusiutuvana materiaalina myös ympäristöystävällisempää.”
”3D-printtauksessa nanoselluloosa on lupaava materiaali. Lääketieteen piirissä nanoselluloosaa käytetään keinokudoksen kasvatuksessa: olen nähnyt nanoselluloosasta ja elävistä soluista printatun keinokorvan”, Liimatainen kertoo.
Kaupallistamisella on jo kiire
”Meillä on yhteistyötä useiden suurten mutta myös PK-yritysten kanssa. Kehitämme esimerkiksi kartonkisovelluksia Corenso Oy:n ja vedenpuhdistussovelluksia Haarla Oy:n kanssa”, Liimatainen sanoo. Tutkimusryhmä on luonnollisesti mukana myös isoissa tutkimusohjelmissa muiden tutkimuslaitosten ja suuryritysten kanssa.
Öljyntorjuntamenetelmiä testataan Oulussa yhdessä yritysten ja pelastuslaitoksen kanssa.
”Valitettavasti Suomi on vaarassa jäädä junasta nanoselluloosan kaupallisessa hyödyntämisessä”, Henrikki Liimatainen pahoittelee.
”Muualla maailmassa on lukuisia PK-yrityksiä, jotka erikoistuvat tiettyihin pieniin sovelluksiin, joille ei ole riittävästi markkinoita isojen yritysten näkökulmasta. Kysyntää olisi erityisesti nanoselluloosapohjaisten kemikaalien ja nanofilmien kohdalla.”
Kanadalainen CelluForce on esimerkki edelläkävijästä. Japanissa valmistetaan muun muassa nanopaperia isossa mittakaavassa.
”Tutkijatohtorikauteni oli erittäin tärkeä nanoselluloosaan liittyvän tutkimusalueen kehittymiselle ryhmässämme ja toimi lähtökohtana uusille kaupallisiin sovelluksiin tähtääville projekteille. Toivottavasti monet suomalaiset yritykset ottavat kopin ja ryhtyvät valmistamaan nanoselluloosasta erikoistuotteita maailmanlaajuisille markkinoille.”
Teksti: Satu Räsänen
Kuvat: Anna-Riikka Oravakangas
