Sign In
Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

Kasveista kehitetään uusia materiaaleja

Teksti: Juha Peltonen | Kuvat: Timo Porthan ja VTT | 19.2.2019

​Lignoselluloosasta saa pintaherkkiä materiaaleja, joiden reaktioita ympäristön kanssa säädellään vedellä.

– Samalla tavalla kasvitkin toimivat, FinnCERES-hanketta VTT:n puolelta vetävä tutkimusprofessori Tekla Tammelin sanoo.

​FinnCERES on Suomen Akatemian rahoittama lippulaivahanke, joka kehittää biotalouden uusia materiaaleja VTT:n ja Aalto-yliopiston yhteistyönä.


– Lähtökohta on perustutkimuksessa, mutta ajatuksena on viedä sen tulokset nopeasti hyödynnettäviksi sovelluksissa. Tämän ekosysteemin kautta meillä on suora reitti kommunikoida teollisuuteen.

VTT ja Aalto ovat tehneet paljon tutkimusyhteistyötä projektitasolla. Lippulaivahankkeeseen liittyy kokonaisen ekosysteemin rakentaminen. Se ei olisi mahdollista ilman Otaniemen kansallista biotalousinfraa.

– Suomessa ei ole ennen ollut tämän tyyppisiä lippulaivaohjelmia. Tähän linkataan tieteen tekemisen lisäksi yritykset ja muita rahoitusmahdollisuuksia. Myös kansainvälistyminen on tärkeä kulma, jotta Suomen kansantaloudelle tärkeä lippulaivahanke olisi onnistunut, Tammelin määrittelee.

Hän aloitti VTT:n biomateriaalirakenteiden tutkimusprofessorina ja samalla FinnCERESin vetäjänä viime joulukuun alussa. Aallon puolelta vetovastuussa on Kemian tekniikan korkeakoulun professori Orlando Rojas.

Kasvien toiminnallisuutta materiaaleihin

Kasvimateriaalien eli lignoselluloosan komponentit ovat selluloosa, ligniini ja hemiselluloosa. Pääkomponentti selluloosa on hygroskooppista ja hydrofiilista, eli toisin sanoen selluloosa imee vettä ja pitääkin siitä. Siksi lignoselluloosan vesivuorovaikutus on keskeisessä roolissa FinnCERESin tutkimushankkeissa. Usein haittana pidetty ominaisuus voidaan kääntää hyödyksi.

– Paperi menettää lujuusominaisuutensa, kun sen laittaa veteen. Siksi suuri osa alan tutkimusta on keskittynyt pyrkimään eroon veden vaikutuksesta. Kuitenkin vesi on puussa suorastaan rakenteellinen elementti, ja pitää pystyssä muita kuin puuvartisia kasveja, Aallon biopohjaisten materiaalien professori Eero Kontturi sanoo.

Veden sitoutumista lignoselluloosan pintaan tutkitaan molekyyli- ja nanotasolla. VTT:n erikoistutkija Suvi Arolan mukaan tulokset skaalautuvat isompaankin mittakaavaan.

– Nanotasolla veden vaikutukset ovat suurempia, joten niitä on helpompi tutkia. Samat ilmiöt ovat voimassa paperi- ja tekstiilikuiduissa tai missä tahansa sellua hyödyntävässä materiaalissa.

Yleensä nanotason rakenteita pyritään selvittämään massiivisilla instrumenteilla; aina vain tehokkaammilla mikroskoopeilla ja herkemmillä röntgenlaitteilla.

– Meillä on käänteinen lähestymistapa. Kun sellumolekyyli peitetään vesikerroksella ja katsotaan, paljonko vesimolekyylejä se pystyy ottamaan vastaan, pystytään tekemään perustavanlaatuisia johtopäätöksiä sellun rakenteesta ja ulottuvuuksista, Kontturi kertoo.

Samalla tutkitaan esimerkiksi, käyttäytyykö vesi selluloosan pinnalla yksittäisinä molekyyleinä vai yhtenäisenä vesikalvona. Jo kosteasta ilmasta lignoselluloosaan saadaan pinta, jossa iso osa kokonaisrakenteesta on vettä. Tutkijat tavoittelevat uusiin biomateriaaleihin kasvien toiminnallisuutta.

– Oikeastaan kaikki kasvin soluseinän toiminnallisuus perustuu vuorovaikutukseen veden kanssa. Ymmärtämällä sitä paremmin pystymme rakentamaan materiaaleja, joissa hyödynnetään veden voimakasta roolia, Tammelin sanoo.

 

Lignoselluloosan vesivuorovaikutusta on helpointa tutkia molekyyli- ja nanotasolla. Atomivoimamikroskoopin äärellä Eero Kontturi, Suvi Arola ja Tekla Tammelin.

Sellutehtaiden sivuvirroille jalostusarvoa

Yksi FinnCERESin teemoista on uusien teknologioiden kehittäminen prosessiteollisuuden käyttöön. Puusta tehdään paperia poistamalla siitä ligniini, joka antaa puulle ruskean värin ja liimaa kuidut yhteen. Siinä käytettävä valtavirtateknologia sulfaattikeitto on osattu jo 150 vuotta. Nykyaikaiset sellutehtaat ovat biojalostamoja, joissa ligniini poltetaan energiaksi ja joissa hyödynnetään prosessin sivuvirtoja.

– Sivuvirtoina tulevia molekyylejä voidaan edelleen jalostaa. Esimerkiksi ligniinin voisi pilkkoa kemikaaleiksi, joista voisi saada enemmän arvoa tai jotka olisivat ympäristötehokkaampia, Kontturi kuvailee.

Tammelin arvelee FinnCERESillä olevan annettavaa sellutehtaiden prosesseihin, joihin voidaan kehittää uusia menetelmiä kuidun komponenttien erotteluun.

– Voimme monipuolistaa lignoselluloosan rakennekomponenttien käyttöä, jos ne saadaan puhtaammin ja tehokkaammin eroteltua.

Valkaistu sellu on tärkein raaka-aine, josta pystytään tekemään nanoselluloosaa. Nanoselluloosasta taas saa myös läpinäkyviä materiaaleja ja toisiin materiaaleihin yhdistettynä komposiitteja. Sellulla voidaan korvata muoveja.

– Nanoselluloosalla on ominaisuudet, joita tarvitaan esimerkiksi vedenpuhdistuksessa, eli paljon aktiivista pintaa ja imukykyä. Mikromuovien poisto vedestä on yksi esimerkki sovelluskohteista, Arola sanoo.

Lippulaivahankkeella on kunnianhimoiset tavoitteet.

– Tavoitteena on löytää lignoselluloosasta materiaalisia ominaisuuksia, joita ei vielä lainkaan hyödynnetä eikä edes tunneta, Tammelin kiteyttää.

Vuosittain uusia tutkimusavauksia

FinnCERES sai keväällä 2018 Suomen Akatemialta 9,5 miljoonan euron rahoituksen ensimmäiseksi neljäksi vuodeksi, jonka jälkeen päätetään toisesta nelivuotiskaudesta. Tutkimusohjelmaa päivitetään hankkeen edetessä.

– Joka vuosi avataan haku uusille tutkimusavauksille, eli tutkimus uudistuu koko ajan.

Tällä hetkellä on käynnissä 13 tutkimusprojektia, joissa työskentelee FinnCERES-rahoituksella yhteensä noin 80 tutkijaa. Tutkimushankkeiden lisäksi FinnCERES-yhteisöön kuuluvat liiketoiminnan kehittämisryhmät, joihin yritykset voivat tulla mukaan.

– Rakennamme lippulaivan päälle ekosysteemiä, jossa voi olla muitakin tutkimusohjelmia kuin Akatemian rahoittamia, Tammelin sanoo.

FinnCERESin ohella Suomen Akatemia on valinnut viisi muuta lippulaivahanketta. VTT ja Aalto-yliopisto ovat  mukana myös Suomen Tekoälykeskuksessa ja Fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaivassa. Muut kolme ovat langattomien verkkoteknologioiden kehittämisen lippulaiva 6Genesis, Digitaalisen yksilöllistetyn syöpälääketieteen osaamiskeskus ja Eriarvoistumisen, interventioiden ja hyvinvointiyhteiskunnan tutkimuksen lippulaiva.

 

 

VTT Impulssihttps://www.vtt.fi/ImpulssiVTT Impulssi
Impulssi 2/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2018.aspxImpulssi 2/2018
Digitaalinen maailmahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaalinen-maailma.aspxDigitaalinen maailma
Vähähiilinen energiahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Vähähiilinen-energia.aspxVähähiilinen energia
Liiketoiminnan kehittäminenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoiminnan-kehittäminen.aspxLiiketoiminnan kehittäminen
Biotalous ja kiertotaloushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Biotalous-ja-kiertotalous.aspxBiotalous ja kiertotalous
Älykäs teollisuushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Älykäs-teollisuus.aspxÄlykäs teollisuus
Palvelut PK-yrityksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Palvelut-PK-yrityksille.aspxPalvelut PK-yrityksille
Terveys ja hyvinvointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Terveys-ja-hyvinvointi.aspxTerveys ja hyvinvointi
Kestävät ja älykkäät yhteisöthttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestävät-ja-älykkäät-yhteisöt.aspxKestävät ja älykkäät yhteisöt
S-ryhmä uskoo monikanavamalliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/S-ryhma-uskoo-monikanavamalliin.aspxS-ryhmä uskoo monikanavamalliin
Panimolaboratorio – Paremman oluen puolestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Panimolaboratorio-paremman-oluen-puolesta.aspxPanimolaboratorio – Paremman oluen puolesta
Ydinjätehuollon uranuurtaja Posivahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ydinjätehuollon-uranuurtaja-Posiva.aspxYdinjätehuollon uranuurtaja Posiva
Brasilia viitoittaa bioenergian tietähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Brasilia-viitoittaa-bioenergian-tieta.aspxBrasilia viitoittaa bioenergian tietä
Ilman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ilman-hiilidioksidista-raaka-aine-polttoaineisiin-kemikaaleihin-ja-ruokaan.aspxIlman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaan
Tuottoisaa käyttöä Suomen biomassoillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoisaa-kayttoa-Suomen-biomassoille.aspxTuottoisaa käyttöä Suomen biomassoille
Asiakasasenteen airuethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asiakasasenteen-airuet.aspxAsiakasasenteen airuet
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Solar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Solar-Foods-Oy-Raataloitya-ravintoa-avaruustutkimuksen-malliin.aspxSolar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliin
Autonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeastihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonomiset-jarjestelmat-yleistyvat-teollisuudessa-nopeasti.aspxAutonomiset järjestelmät yleistyvät teollisuudessa nopeasti
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Kierrätyksellä kriittiset metallit talteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kierratyksella-kriittiset-metallit-talteen.aspxKierrätyksellä kriittiset metallit talteen
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
Onko tulevaisuudessa jätevettä?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
Bioperäinen hiilidioksidi kiertoon Nokiallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Bioperainen-hiilidioksidi-kiertoon-Nokialla.aspxBioperäinen hiilidioksidi kiertoon Nokialla
Puun voimalla biotalouteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puun-voimalla-biotalouteen.aspxPuun voimalla biotalouteen
Ihmisten jäljillähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ihmisten-jaljilla.aspxIhmisten jäljillä
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Maailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-vuonn-2030-vastauksia-huomisen-kysymyksiin.aspxMaailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiin
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
Suomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmallehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalainen-polttokennotekniikka-pyrkii-maailmalle.aspxSuomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmalle
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
Mitä ja miten tulevaisuudessa syödään?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-ja-miten-tulevaisuudessa-syodaan.aspxMitä ja miten tulevaisuudessa syödään?
Maailma kuluttajien silminhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-kuluttajien-silmin.aspxMaailma kuluttajien silmin
Mahdollisuus piilee haasteissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mahdollisuus-piilee-haasteissa.aspxMahdollisuus piilee haasteissa
Optinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Optinen-isotooppispektroskopia-kehittynyt-merkittavasti.aspxOptinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteesta
Robottiautojen esiinmarssihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robottiautojen-esiinmarssi.aspxRobottiautojen esiinmarssi
Robotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robotiikka-–-monien-mahdollisuuksien-tekniikkaa.aspxRobotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaa
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
Simon Kos, Microsoft: Tekoäly rynnii potilaan avuksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Simon-Kos-Microsoft-Tekoaly-rynnii-potilaan-avuksi.aspxSimon Kos, Microsoft: Tekoäly rynnii potilaan avuksi
Koppurasormin ja suurennuslasin avulla verkkopankkiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Koppurasormin-ja-suurennuslasin-avulla-verkkopankkiin.aspxKoppurasormin ja suurennuslasin avulla verkkopankkiin
Älylasit haastavat kännykänhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alylasit-haastavat-kannykan.aspxÄlylasit haastavat kännykän
Matti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ennen-kuin-tieto-hukkuu-numeroihin.aspxMatti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihin
Kaikki katseet uudistumiseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaikki-katseet-uudistumiseen.aspxKaikki katseet uudistumiseen
Kyberturvallisuuden puolesta monella rintamallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuuden-puolesta-monella-rintamalla.aspxKyberturvallisuuden puolesta monella rintamalla
Maailma paremmaksi hyvällä energiallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-paremmaksi-hyvalla-energialla.aspxMaailma paremmaksi hyvällä energialla
Muutosjohtamisen luova voimahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Muutosjohtamisen-luova-voima.aspxMuutosjohtamisen luova voima
Samaa säätöä seuraavat 100 vuottahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Samaa-säätöä-seuraavat-100-vuotta.aspxSamaa säätöä seuraavat 100 vuotta
Selluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloonhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Selluloosakuitu-herattaa-kaytetyn-puuvillatekstiilin-uuteen-eloon.aspxSelluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloon
Suomella osaaminen globaaleihin ongelmiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomella-osaaminen-globaaleihin-ongelmiin.aspxSuomella osaaminen globaaleihin ongelmiin