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
Liiketoiminnan kehittäminenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Liiketoiminnan-kehittäminen.aspxLiiketoiminnan kehittäminen
Älykäs teollisuushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Älykäs-teollisuus.aspxÄlykäs teollisuus
Kestävät ja älykkäät yhteisöthttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestävät-ja-älykkäät-yhteisöt.aspxKestävät ja älykkäät yhteisöt
Vähähiilinen energiahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Vähähiilinen-energia.aspxVähähiilinen energia
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
Biotalous ja kiertotaloushttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Biotalous-ja-kiertotalous.aspxBiotalous ja kiertotalous
Digitaalinen maailmahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaalinen-maailma.aspxDigitaalinen maailma
Impulssi 2/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2018.aspxImpulssi 2/2018
Laivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laivateollisuuden-digitalisoituminen-edellyttää-huippututkimusta.aspxLaivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimusta
Kiertotalous sakkaa – materiaalit pitää saada kiertoon https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kiertotalous-sakkaa-–-materiaalit-pitää-saada-kiertoon-.aspxKiertotalous sakkaa – materiaalit pitää saada kiertoon
Mitä ja miten tulevaisuudessa syödään?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-ja-miten-tulevaisuudessa-syodaan.aspxMitä ja miten tulevaisuudessa syödään?
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
FinnCERES vie materiaalien biotalouden uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/FinnCERES-vie-materiaalien-biotalouden-uudelle-tasolle-.aspxFinnCERES vie materiaalien biotalouden uudelle tasolle
Autonominen maailma on jo täällähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Autonominen-maailma-on-jo-taalla.aspxAutonominen maailma on jo täällä
Hyvää kaupunkielämää teknologian avullahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hyvaa-kaupunkielamaa-teknologian-avulla.aspxHyvää kaupunkielämää teknologian avulla
Digitalisaatio tasoittaa erojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisaatio-tasoittaa-eroja.aspxDigitalisaatio tasoittaa eroja
Digitalisoimalla biotalous uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisoimalla-biotalous-uudelle-tasolle.aspxDigitalisoimalla biotalous uudelle tasolle
Tua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavathttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiantuotanto-ja-kaytto–fiksut-valinnat-vaikuttavat.aspxTua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavat
Kone on inhimillisempihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kone-on-inhimillisempi.aspxKone on inhimillisempi
Maailma paremmaksi hyvällä energiallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-paremmaksi-hyvalla-energialla.aspxMaailma paremmaksi hyvällä energialla
Maailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-vuonn-2030-vastauksia-huomisen-kysymyksiin.aspxMaailma vuonna 2030 – vastauksia huomisen kysymyksiin
Plasmakäsittely kirittää materiaalikehitystähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Plasmakasittely-kirittaa-materiaalikehitysta.aspxPlasmakäsittely kirittää materiaalikehitystä
S-ryhmä uskoo monikanavamalliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/S-ryhma-uskoo-monikanavamalliin.aspxS-ryhmä uskoo monikanavamalliin
Teknologiahypestä asiakasymmärrykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teknologiahypesta-asiakasymmarrykseen.aspxTeknologiahypestä asiakasymmärrykseen
Ydinjätehuollon uranuurtaja Posivahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ydinjätehuollon-uranuurtaja-Posiva.aspxYdinjätehuollon uranuurtaja Posiva
Yritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yritysten-ja-tutkijoiden-loydettava-toisensa-uudella-tavalla.aspxYritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavalla
5G:n avulla liikenneturvallisuus uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/5Gn-avulla-liikenneturvallisuus-uudelle-tasolle.aspx5G:n avulla liikenneturvallisuus uudelle tasolle
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
Älyliikenteestä suomalaisia vientivalttejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alyliikenteesta-suomalaisia-vientivaltteja.aspxÄlyliikenteestä suomalaisia vientivaltteja
Avoimen lähdekoodin infrastruktuuri sähkömekaanisen alan tuotekehityksessähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Avoimen-lahdekoodin-infrastruktuuri-sahkomekaanisen-alan-tuotekehityksessa.aspxAvoimen lähdekoodin infrastruktuuri sähkömekaanisen alan tuotekehityksessä
ChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Chemsheet-innovaatioilla-tietä-uusille-ratkaisuille.aspxChemSheet-innovaatioilla tietä uusille ratkaisuille
Digikärjellä kaivokseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digikärjella-kaivokseen.aspxDigikärjellä kaivokseen
Digitaaliset ekosysteemit valtaavat alaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitaaliset-ekosysteemit-valtaavat-alaa.aspxDigitaaliset ekosysteemit valtaavat alaa
Elintarvikkeet muutoksessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
Energiaministeri laajentaisi päästökauppaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaministeri-laajentaisi-paastokauppaa.aspxEnergiaministeri laajentaisi päästökauppaa
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Matti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ennen-kuin-tieto-hukkuu-numeroihin.aspxMatti Apunen: Ennen kuin tieto hukkuu numeroihin
Hybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/hybridimenetelmilla-uusia-ratkaisuja-metallien-kierratykseen.aspxHybridimenetelmillä uusia ratkaisuja metallien kierrätykseen
Idean jyvistä isoihin innovaatioihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Idean-jyvista-isoihin-innovaatioihin.aspxIdean jyvistä isoihin innovaatioihin
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
Impulssi 1/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Impulssi 2/2015https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2015.aspxImpulssi 2/2015
Impulssi 2/2017https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Joustavan energiatuotannon kärkimaaksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Joustavan-energian-karkimaaksi.aspxJoustavan energiatuotannon kärkimaaksi
Kaikki katseet uudistumiseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaikki-katseet-uudistumiseen.aspxKaikki katseet uudistumiseen
Kalasatamasta älykkään energian mallialuehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kalasatamasta-alykkaan-energian-mallialue.aspxKalasatamasta älykkään energian mallialue
Kansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kansainvälinen-yrittäjyys-ei-toteudu-hetkessä-vaan-siihen-kasvetaan.aspxKansainvälinen yrittäjyys ei toteudu hetkessä vaan siihen kasvetaan
Kestävästi lankaa puukuidustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestavasti-lankaa-puukuidusta.aspxKestävästi lankaa puukuidusta