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
Vähähiilinen energiahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Vähähiilinen-energia.aspxVähähiilinen energia
Terveys ja hyvinvointihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Terveys-ja-hyvinvointi.aspxTerveys ja hyvinvointi
Liiketoiminnan kehittäminenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoiminnan-kehittäminen.aspxLiiketoiminnan kehittäminen
Kestävät ja älykkäät yhteisöthttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestävät-ja-älykkäät-yhteisöt.aspxKestävät ja älykkäät yhteisöt
Palvelut PK-yrityksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Palvelut-PK-yrityksille.aspxPalvelut PK-yrityksille
Älykäs teollisuushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Älykäs-teollisuus.aspxÄlykäs teollisuus
Digitaalinen maailmahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaalinen-maailma.aspxDigitaalinen maailma
Biotalous ja kiertotaloushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Biotalous-ja-kiertotalous.aspxBiotalous ja kiertotalous
Impulssi 2/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2018.aspxImpulssi 2/2018
Yrittäjien velvollisuus on etsiä kasvuahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yrittajien-velvollisuus-on-etsia-kasvua.aspxYrittäjien velvollisuus on etsiä kasvua
Energia-ala varautuu yhdessä kyberuhkiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energia-ala-varautuu-yhdessa-kyberuhkiin.aspxEnergia-ala varautuu yhdessä kyberuhkiin
Maailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-vuonn-2030-vastauksia-huomisen-kysymyksiin.aspxMaailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiin
Kohti hiilineutraaleja materiaalejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kohti-hiilineutraaleja-materiaaleja.aspxKohti hiilineutraaleja materiaaleja
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
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
Kohti uutta syöpähoitoa soluseulonnallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kohti-uutta-syopahoitoa-soluseulonnalla.aspxKohti uutta syöpähoitoa soluseulonnalla
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
Uudenlaista liiketoimintaa selluloosastahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudenlaista-liiketoimintaa-selluloosasta.aspxUudenlaista liiketoimintaa selluloosasta
VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fabry-Perot-interferometriteknologia.aspxVTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaa
Tekoälyä opetetaan tunnistamaan, kuka hyötyy kemoterapiastahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoälyä-opetetaan-tunnistamaan,-kuka-hyötyy-kemoterapiasta.aspxTekoälyä opetetaan tunnistamaan, kuka hyötyy kemoterapiasta
5G:n avulla liikenneturvallisuus uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/5Gn-avulla-liikenneturvallisuus-uudelle-tasolle.aspx5G:n avulla liikenneturvallisuus uudelle tasolle
Jari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Jari-Gustafsson-Vanhoja-ja-uusia-taantuman-voittamiseksi.aspxJari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksi
Bisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sauli-Tormala-Kasvua-kansainvalisilta-kentilta.aspxBisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltä
Tuottoa sijoituksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Matti Apunen: Meillä ei ole varaa olla ilman robottejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Meilla-ei-ole-varaa-olla-ilman-robotteja.aspxMatti Apunen: Meillä ei ole varaa olla ilman robotteja
Robottiautojen esiinmarssihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robottiautojen-esiinmarssi.aspxRobottiautojen esiinmarssi
Kalasatamasta älykkään energian mallialuehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kalasatamasta-alykkaan-energian-mallialue.aspxKalasatamasta älykkään energian mallialue
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
Puhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puhtaampaa-kaupunkiliikennetta-puupohjaisella-dieselilla.aspxPuhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillä
Robotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Robotiikka-–-monien-mahdollisuuksien-tekniikkaa.aspxRobotiikka – monien mahdollisuuksien tekniikkaa
Fuusiosta kestävä ratkaisu energiapulaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fuusiosta-kestävä-ratkaisu-energiapulaan.aspxFuusiosta kestävä ratkaisu energiapulaan
Kännykällä mielenrauhaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kannykalla-mielenrauhaa.aspxKännykällä mielenrauhaa
Impulssi 1/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Teknologiahypestä asiakasymmärrykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teknologiahypesta-asiakasymmarrykseen.aspxTeknologiahypestä asiakasymmärrykseen
Kolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kolmiulotteinen-virtuaalitodellisuus-ja-lisätty-todellisuus-Kohti-uusia-maailmoja.aspxKolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmoja
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
Kyberturvallisuutta rokotusohjelman keinoinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuutta-rokotusohjelman-keinoin.aspxKyberturvallisuutta rokotusohjelman keinoin
Selluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloonhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Selluloosakuitu-herattaa-kaytetyn-puuvillatekstiilin-uuteen-eloon.aspxSelluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloon
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
LEO tuo älyä sylintereihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/LEO-tuo-alya-sylintereihin.aspxLEO tuo älyä sylintereihin
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Elintarvikkeet muutoksessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
Suomessa on paljon mikroelektroniikan erikoisosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomessa-on-paljon-mikroelektroniikan-erikoisosaamista.aspxSuomessa on paljon mikroelektroniikan erikoisosaamista
Tulevaisuuden kuluttajat ja kuluttajatutkijat kohtasivat makeathonissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kuluttajat-ja-kuluttajatutkijat-kohtasivat-makeathonissa.aspxTulevaisuuden kuluttajat ja kuluttajatutkijat kohtasivat makeathonissa
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Luotettavalla mittaustiedolla on olennainen rooli ilmastonmuutoksen hillitsemisessähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Luotettavalla-mittaustiedolla-on-olennainen-rooli-ilmastonmuutoksen-hillitsemisessä.aspxLuotettavalla mittaustiedolla on olennainen rooli ilmastonmuutoksen hillitsemisessä
Autonominen maailma on jo täällähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonominen-maailma-on-jo-taalla.aspxAutonominen maailma on jo täällä
Mitä ja miten tulevaisuudessa syödään?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-ja-miten-tulevaisuudessa-syodaan.aspxMitä ja miten tulevaisuudessa syödään?
Riskienhallintaa mutkistuvassa maailmassahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Riskienhallintaa-mutkistuvassa-maailmassa.aspxRiskienhallintaa mutkistuvassa maailmassa