Biotalouden lupaavia keksintöjä alkaa olla jonoksi asti

Selluloosa voi korvata metallin, muovin ja puuvillan. Aalto-yliopiston kemian tekniikan professori Janne Laine nostaa kolme Aalto-yliopistossa tehtyä biotalouden innovaatiota lähitulevaisuuden kärkilupauksiksi.

"Puukemian professori Tapani Vuorisen uusi katalyysiin perustuva konsepti sellun valkaisuun on valtava läpimurto."

Jos esikokeiden tulokset realisoituvat, saadaan tulevaisuudessa ruskeasta sellusta huoneen lämpötilassa muutamassa sekunnista valkoista uuden katalyytin avulla.

"Nykyisillä tehtailla tarvitaan useita korkean lämpötilan valkaisuvaiheita, joissa kokonaisviiveaika on tunteja. Uusi innovaatio säästää radikaalisti sekä sellutehtaan investointikustannuksia että tuotannon energiankulutusta."

Myös uudet selluloosapohjaiset tekstiilit ja niiden tuotantomenetelmät lupaavat paljon.

"Professori Herbert Sixta Aalto-yliopistosta ja professori Ilkka Kilpeläinen Helsingin yliopistosta ovat soveltaneet kierrätettäviä ionisia nesteitä selluloosan liuottamiseen, jolloin saadaan aikaiseksi uuden sukupolven ympäristöystävällisiä, lujia tekstiilikuituja. Toinen tutkimussuunta on tekstiilimateriaalien tuotanto ilman selluloosan liuotusta, jolloin teknologia muistuttaa paperinvalmistusta."  

Kolmantena Laineen listalla ovat nanoselluloosapohjaiset komposiitit. Ne ovat materiaaleja joissa pääraaka-aine selluloosa yhdistetään epäorgaanisten tai synteettisten komponenttien kanssa.

"Jopa lentokoneen ja autojen osia voidaan korvata näillä komposiiteilla. Akatemiaprofessori Olli Ikkalan johtamassa Suomen Akatemian Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikössä (HYBER) eräänä tavoitteena on valmistaa teräksenlujista nanoselluloosakuiduista huppuluokan komposiittimateriaaleja."

Monipuolinen nanoselluloosa


Nanoselluloosalla on lukuisia muitakin mielenkiintoisia, lupaavia ominaisuuksia, joita tutkitaan Aalto-yliopiston eri hankkeissa.

"Nanoselluloosasta saadaan läpinäkyvää kalvoa, jota voidaan modifioida muun muassa sähköä johtavaksi, mikä on kiinnostava ominaisuus elektroniikkasovelluksia silmällä pitäen."

Nestemäisenä suspensiona nanosellulla on poikkeukselliset virtausominaisuudet (reologia).

Nanoselluloosageeli on erittäin lujaa jopa silloin, kun se sisältää 99,5 prosenttisesti vettä.

"Geelin lujuutta voidaan säätää muuttamalla geeliin kohdistuvia leikkausvoimia. Toisin sanoen korkeissa virtausolosuhteissa geeli muistuttaa ominaisuuksiltaan vettä kun taas matalissa virtausolosuhteissa siitä tulee lujaa hyytelöä."

"Nanoselluloosan reologiaa muokkaavia ominaisuuksia voidaan parhaiten hyödyntää maaleissa, betonissa ja öljynporauksen sovelluksissa sekä elintarvikkeissa", Laine kertoo.

Diagnostiikkaan ja biolääketieteen alueella on lukuisia nanoselluloosapatentteja.

"Nanoselluloosafilmiin pystytään tekemään kanavia ja kiinnittämään spesifisiä komponentteja, jotka tunnistavat diagnosoitavia aineita, esimerkiksi verestä. Konsepti on geneerinen eli siinä voidaan hyödyntää laajasti selluloosapohjaisia materiaaleja, joissain tapauksessa jopa paperia."

Nanoselluloosa on myös hyvä solunkasvatusalusta.

"Helsingin yliopiston farmasian professori Marjo Yliperttulan tutkimusryhmä on osoittanut, että nanoselluloosageeli on erinomainen kantasolujen kasvatusalusta. UPM on myös kaupallistanut  Crowdex® -nanoselluloosamateriaalin biolääketieteellisiin sovelluksiin."

Pitkäjänteisyyttä tarvitaan

Entä mihin pitäisi Laineen mielestä jatkossa panostaa biotaloudessa?

"Koko ketju keksinnöstä tuotteeksi tulee miettiä paremmin. Se on nyt suurin haaste. Perustutkimus on elintärkeää, jotta saamme ylläpidettyä korkeaa osaamistasoa biotalousalueella, mutta tutkimustulokset pitää pystyä jalostamaan suuremmassa määrin tuotantoon asti.  Meillä on tällä hetkellä todella hyviä hyödynnettäviä tutkimusaihioita ja innovaatioita."

Laine peräänkuuluttaa ryhmiä, jotka pystyvät viemään perustutkimuksen tulokset niin pitkälle käytäntöön, että teollisuus näkee niiden hyödynnettävyyspotentiaalin.

"Paras ratkaisu on, että teollisuus on aktiivisesti mukana alusta alkaen. Mitään biotalouden uutta toimialaa ei rakennetta nollasta, vaan pitää olla pilotointia välissä."

Laine mainitsee, että biojalostamoryhmää Aalto-yliopistossa vetävän Herbert Sixtan mukaan ensimmäinen pilotointilaitos tekstiilikuitujen oalta on realistista saada käyntiin vuoteen 2019 mennessä - siis noin 10 vuotta pitkän tutkimusvaiheen jälkeen. 

"Biotaloudessa on monesti haastavaa saada innovaatio nopeasti massatuotantoon muun muassa ison volyymin ja tyypillisesti korkeiden investointikustannusten vuoksi. Jos tutkimukseen on mennyt viisi miljoonaa, pilotointilaitokseen menee ehkä 20 miljoonaa ja varsinaiseen laitokseen 200 miljoonaa. Jokainen ymmärtää, että bisnesnäkymien pitää olla selkeitä, jotta tällaisiin investointeihin ryhdytään."

Laine korostaa vielä, että yksi ryhmä ei millään vie läpi tällaista prosessia. Pitää saada eri toimijat mukaan eri kehitysvaiheisiin.

"Dynamiikka on luonnollisesti erilainen, jos tuotetaan korkea-arvoisia pienen volyymiin erikoistuotteita."

Jättien rinnalle biotuotetehdaspuistoja

Kemian- ja puunjalostusteollisuuden vienti oli 24 miljardia vuonna 2014, siis erittäin merkittävä osa Suomen kokonaisvientiä. Lisäksi merkittävä osa metalliteollisuuden viennistä liittyy metsäteollisuuteen.

"Kysymys kuuluu, onko meillä varaa jättää käyttämättä biotalouteen liittyviä uusia mahdollisuuksia?"

Suomella on Janne Laineen mielestä kaikki mahdollisuudet onnistua biotalouden rakentamisessa.

"Metsät kasvavat enemmän kuin niitä hyödynnetään, on hyvä infrastruktuuri ja erittäin korkea osaamistaso. Viimeisen viiden vuoden aikana yksin Aalto-yliopistosta on valmistunut 350 biotalousalan diplomi-insinööriä ja 70 tohtoria, jotka vahvistavat muun muassa biojalostamojen osaamista yrityksissä."

Metsäbiotalouden kivijalan tulevat muodostamaan isot metsäjätit.

"Perusselluloosateollisuudella menee nyt hyvin, mutta Suomeen ei kohoa enää perinteisiä sellutehtaita vaan biotuotetehtaita. Metsä Groupin biotuotetehdas Äänekoskelle on tästä hyvä esimerkki. Ne tuottavat perussellun lisäksi useita jakeita, joista on mahdollisuus valmistaa korkean jalostusasteen tuotteita."

Erikoiskemikaalien jalostaminen ei välttämättä vaadi isoa tehdasta, mutta voi silti olla taloudellisesti merkittävää bisnestä, jos kyse on esimerkiksi lääketeollisuuden sovelluksista.

"Tarvitaan uusia bisnesmalleja ja niitä tukevaa uudenlaista infrastruktuuria, joka muodostaa tulevaisuuden biotuotetehdaspuiston. Se koostuu eri toimialoihin erikoistuneista yrityksistä, jotka jalostavat biomassan eri komponenteista korkean lisäarvon tuotteita eri sektoreille - ja kaikki voidaan valmistaa tehtaasta saatavalla bioenergialla. Näin metsäjättien rinnalle saadaan kipeästi kaivattuja PK-yrityksiä."

Metsät ja sieltä saatavat tuotteet ovat niin hyvä brändi, että sitä kannattaa hyödyntää ja vahvistaa.

"Suomi voi tulla tunnetuksi puubiomassasta tehdyistä ympäristöystävällisistä luksustuotteista."

Designerit ja muut kuluttajien rajapinnassa olevat osaajat pitää ottaa mukaan alusta asti rakentamaan niitä. Meillä on Aalto-yliopistossa VTT:n ja TTY:n kanssa yhdessä tästä tärkeä hanke: Design Driven Value Chains in World of Cellulose (DWoC).


Teksti: Ulla Willberg
Kuvat: Lasse Lecklin, Wikimedia ja Sweco Industries/ Metsä Fibre Oy

Viimeksi muokattu 16.9.2015

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi