FinnCERES vie materiaalien biotalouden uudelle tasolle

Artikkelit
VTT
Photo of VTT's Kristiina Kruus and Aalto's Orlando Rojas , who together run the FinnCERES competence centre.

​Suomessa on asukasta kohden Euroopan eniten biomassaa. VTT:n ja Aalto-yliopiston osaamiskeskittymä FinnCERES etsii ratkaisuja käyttää sitä uusiin, yllättäviinkin tuotteisiin. Niillä metsäteollisuuden tuotannon arvo voidaan jopa kaksinkertaistaa vuoteen 2030 mennessä.

​VTT:n ja Aalto-yliopiston yhteistyö biotaloudessa on jo vakiintunutta, mutta materiaalien biotalouden osaamiskeskittymä FinnCERES yhdistää tutkimuskeskuksen ja yliopiston resurssit uudella tavalla.

– Ensimmäistä kertaa yhdistämme resursseja tässä mittakaavassa. Yhteistyö nousee uudelle tasolle, Aalto-yliopiston Kemian tekniikan korkeakoulun professori Orlando Rojas sanoo.

Hän johtaa FinnCERES-osaamiskeskittymää Aallon puolelta, tutkimusprofessori Kristiina Kruus VTT:n puolelta. 

Osaamiskeskittymä on saanut Suomen Akatemialta rahoituksen lippulaivahankkeelle, jonka on tarkoitus kestää kahdeksan vuotta. Viime keväänä uuden rahoitusinstrumentin kautta päätetty 9,5 miljoonan euron rahoitus kattaa hankkeen neljä ensimmäistä vuotta. Toisen nelivuotiskauden rahoitus perustuu väliarvioon ensimmäisen puoliskon tuloksista.

Hankkeen kokonaisrahoitus on 24 miljoonaa euroa. Hankesuunnitelman laatimiseen on osallistunut kymmeniä tutkijoita Aallosta ja VTT:ltä, mutta jo valmisteluvaiheessa mukana on ollut myös teollisuuden edustajia.

– Seuraamme tiiviisti teollisuuden tarpeita. Meidän on katettava koko polku tieteestä tuotteiksi, Kruus sanoo.

Lippulaivahankkeen kriteereinä ovat tieteellisen vaikuttavuuden ja tavoitteiden ohella yhteiskunnallinen vaikuttavuus.

– Lippulaivahanke on tärkeä koko Suomen taloudelle. Siinä haetaan tulevaisuuden ratkaisuja metsäteollisuuden tuotteille. Aihe on relevantti myös muille maille, Ruotsi ja Kanada investoivat siihen paljon. Suomelle on tärkeää olla mukana kilpailussa, Rojas sanoo.

Uutta lisäarvoa sellupohjaisilla tuotteilla

Metsäteollisuus on viidenneksen osuudellaan Suomen suurin vientisektori. Sen on kritisoitu perustuvan liiaksi alhaisen jalostusarvon tuotteiden, kuten sellun, vientiin.

– FinnCERES kehittää korkeamman lisäarvon tuotteita raaka-aineillemme. Myös aika on otollinen uusille ratkaisuille. Mikromuovit saastuttavat vesiä, ja lignoselluloosasta voimme tehdä biohajoavia pakkausmateriaaleja, Kruus toteaa.

Lignoselluloosa on uusiutuva luonnonvara. Sen ylivertaisia ominaisuuksia ovat lujuus, muokattavuus sekä kemiallinen ja terminen pysyvyys. Biohajoavana se on ennen kaikkea kestävän kehityksen mukainen.

Yllättäviäkin sovelluskohteita

Kasvipohjaista biomateriaalia pidetään tulevaisuuden muovina pakkauksiin, tekstiileihin ja suodattimiin, mutta sillä on futuristisiakin sovelluksia. Selluloosan käyttöä tutkitaan opto- ja nanoelektroniikassa sekä energian varastointiin ja puolijohteisiin sopivana materiaalina.

– Muovien korvaaminen on ollut paljon esillä, mutta teemme enemmän. Meillä on ideoita käyttää nanosellua puhdistamaan haitallisia aineita, kuten hormoneja ja karsinogeeneja, ilmasta ja vedestä. Nämä ovat isoja kaloja pyydettäviksi, joten ensin täytyy investoida perusteisiin, Kruus sanoo.

Hänen mukaansa biokomposiiteista uusia tuotteita saadaan markkinoille piankin, opto- ja nanoelektronisissa sovelluksissa kestää yli viisi vuotta.

– Ne ovat erittäin kiinnostavia, niissä on suuri tulevaisuus.

Optoelektroniset sovellukset perustuvat siihen, että nanosellu taittaa valoa ainutlaatuisella tavalla. Ominaisuudelle on paljon sovelluskohteita, esimerkiksi maaleissa ja pinnoitteiden valmistuksessa.

Luonnossa hajoava älyranneke?

Nanoelektroniikan sovelluksista Kruus ottaa esimerkin päälle puettavasta elektroniikasta.

– Urheilusuoritusta mittaavien älyrannekkeiden elinkaari on tyypillisesti lyhyt. Olisi etu, jos niiden materiaali olisi kierrätettävää ja biohajoavaa. Ideana on korvata öljypohjaiset puolijohteet sellulla, hän sanoo.

Myös professori Rojas sanoo osaamiskeskuksen tavoittelevan sekä pienemmän volyymin ja korkea lisäarvon että suuren volyymin ja alhaisemman lisäarvon tuotteita.

– Lippulaivahanke on ajatushautomo koko materiaalibiotaloudelle. Se on tiedon työhevonen ja katalyytti muuhun tutkimukseen, mutta kokonaisuus on laajempi. Uskomme, että kahdeksassa vuodessa voimme puolitoistakertaistaa alan tutkimuksen Suomessa, Rojas sanoo.

Osana FinnCERES-ekosysteemiä lippulaivahanke tuottaa perustietoa, jota spin off –yritykset ja olemassa olevat teollisuusryhmän yritykset voivat hyödyntää. Rojas kertoo mukana olevan metsäteollisuuden lisäksi myös elintarvike- ja it-sektorin yrityksiä.

– Alkuvaiheessa hanke keskittyy perustietoon, vaikuttavuus kasvaa ajan myötä. Luomme Suomeen uuden mallin operoida yliopiston, tutkimuslaitoksen ja yritysten kesken. Se on koko Pohjois-Euroopan mittakaavassa kiinnostava, hän sanoo.

Väliarvioinnissa lippulaivahankkeen onnistumista arvioidaan tieteellisten julkaisujen, keksintöjen, läpimurtojen ja uusien yritysten määrällä.

– Lupaamme kouluttaa opiskelijoita ja tutkijoita teollisuuden ja tulevaisuuden tarpeisiin. Emme tuota vain tietotaitoa, vaan myös osaavia tutkijoita, Rojas muistuttaa.

Uudet tuotteet edellyttävät uusia teknologioita

Osaamiskeskus ei keskity vain uusien tuotteiden, vaan kokonaisten teknologioiden kehittämiseen. Puumateriaalien kohdalla suuri haaste on sellun ja ligniinin erottelu.

– Selluteollisuus tekee sitä päivittäin, mutta prosessi on optimoitu tietyn kuitutason saavuttamiseen. Tulevaisuudessa kaikki kolme lignoselluloosan pääpolymeeria; ligniini, hemiselluloosa ja selluloosa, täytyy voida erottaa jatkojalostuksen kannalta käyttökelpoisessa muodossa, Kruus sanoo.

Selluloosaa voidaan tyypillisesti käyttää kuituna paperissa ja pakkauskartongeissa. Niin ikään sokeriyksiköistä koostuva pitkä ja muokkautumiskykyinen hemiselluloosa on kemialtaan monipuolisempi polymeeri, jolle olisi käyttökohteita sakeuttamisaineina, pakkauskalvoina ja emulgointiaineina.

Tutkimustuloksista kaupallisiin tuotteisiin

​VTT:n ja Aalto-yliopiston elokuun lopulla allekirjoittamalla yhteistyösopimuksella FinnCERES-ekosysteemin perustamisesta pyritään myös tehostamaan hankkeen tulosten kaupallista hyödyntämistä.

– Olemme kiinnostuneita kehittämään tuloksemme tuotteiksi asti, ja hyödyttämään teollisuutta ja suomalaista yhteiskuntaa. Siihen liittyy myös kansainvälinen yhteistyö. Kaikki mukana olevat yritykset eivät välttämättä ole suomalaisia, sillä emme halua rajoittua maantieteellisesti. Tänään suomalainen yhtiö voi olla huomenna jotakin muuta, Kruus toteaa.

FinnCERES tukee Suomen kansallisen biotalousstrategian toteuttamista. Sen tavoitteena on luoda maahan sata tuhatta uutta työpaikkaa ja 40 miljardia euroa uutta liikevaihtoa vuoteen 2025 mennessä.

FinnCERES Materials Cluster

Lisäys 14.12.2018: VTT:n yhdyshenkilönä toimii 1.12.2018 lähtien tutkimusprofessori Tekla Tammelin.

Jaa