Seuraava vallankumous syntyy metsästä

Alkuvuodesta 2018 EU julkaisi histo­riansa ensimmäisen, kiertotalouteen perustuvan muovistrategian. Tilastojen valossa sille on todella tarvetta.

Euroopassa syntyy joka vuosi yli 25 miljoonaa tonnia muovijätettä. Alle kolmannes siitä kierrätetään; loppu päätyy sekajätteeksi tai ympäristöön.

Rantojemme roskista 84 prosenttia on muovia, josta valtaosa on kertakäyttötavaraa: vanupuikkoja, lautasia, pillejä ja haarukoita. Niille EU kaavailee nyt täyskieltoa vähentääkseen raakaöljyn käyttöä ja ympäristön muovikuormaa.

”Suurin osa muoveista ei reagoi kosteuteen. Siksi ne kestävät ja kestävät ympäristössä lähes ikuisesti”, sanoo VTT:n tutkimusprofessori Kristiina Kruus.

Kruus aloittaa joulukuussa 2018 Aalto-yliopiston  kemian tekniikan korkeakoulun dekaanina ja vetää yhdessä professori Orlando Rojasin kanssa uutta Suomen Akatemian rahoittamaa FinnCERES-lippulaivahanketta. Miljoona­satsauksen yhtenä tavoitteena on haastaa muovi kasvien tuottamasta biomassasta eli lignoselluloosasta tehdyillä uusilla materiaaleilla. Haaste on iso,
sillä parjatulla muovilla on vahvuutensa – ja toistaiseksi melkoinen etulyöntiasema.

Riko ja rakenna

Synteettisen muovin massatuotanto alkoi 1950-luvulla. Sen jälkeen sitä on valmistettu huikeat 8,3 miljardia tonnia. Tänä päivänä muovia tehdään jo kaksikymmentä kertaa enemmän kuin 1960-luvulla.

Muovin suosiota on helppo ymmärtää. Muovi on vedenkestävä, kevyt ja muovautuva materiaali, johon saadaan halpaa raaka-ainetta öljyteollisuuden sivuvirroista.

”Infrastruktuuriin on investoitu niin mielettömiä summia, ettei ole realistista odottaa alasajon tapahtuvan ihan lähivuosina”, Kruus sanoo.

Sivuvirtojen hiilivedyistä saadaan muovin rakennuspalikoita eli synteettisiä polymeeriketjuja. Lignoselluloosan biopolymeerit taas syntyvät fotosynteesissä hiilidioksidista, vedestä ja auringosta. Biopolymeereistä muodostuu lignoselluloosan kolmea päärakenneosaa: selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä.

”Meidän ideamme on rikkoa rakenneosat erilleen ja säilyttää silti polymeerien ominaisuudet – ja rakentaa sitten osista materiaaleja, joilla on myös aivan uusia ominaisuuksia”, Rojas kertoo.

Idea on tuttu paperinvalmistuksesta. Siinä puukuidut irrotetaan ensin toisistaan ja sekoitetaan sitten veden kanssa massaksi, josta saadaan suodattamisen, prässäyksen ja kuivatuksen jälkeen paperia. Rojas kollegoineen haluaa mennä paljon pidemmälle ja luoda rikkomalla ­
ja rakentamalla toiminnallisia biomateriaaleja.

Kuidut voidaan esimerkiksi hajottaa nanomittakaavan palasiksi, kuten nanoselluloosaksi ja nanoligniiniksi. Näin niihin saadaan nanomateriaaleille tyypillisiä ominaisuuksia, kuten suuri reaktiokyky ja pinta-ala. Materiaaleja voidaan hyödyntää esimerkiksi puhdistamaan vedestä lääkkeitä, hormoneja ja muita haitallisia aineita. Ja kun värittömiä selluloosapohjaisia nanomateriaaleja kootaan tietyllä tavalla, tuloksena on perhosen siiven lailla värejä toistavia pinnoitteita. Värikkyyden lisäksi rakenteeseen voidaan saada muitakin toimintoja.

Rojasin mukaan FinnCERESissä puhutaan materiaaliparadigman mullistuksesta.

”Emme tyydy vain korvaamaan muovia, vaan haluamme tehdä jotain parempaa kehittämällä ominaisuuksia, jotka ovat ainutlaatuisia nimenomaan biopolymeereille.”

Luonnon oma komposiitti

Muovialan liikevaihto on pelkästään Euroopassa yli 300 miljardia euroa vuodessa. Siirtyminen muovikaudelta bioaikaan mullistaisi perusteellisesti teollisuuden ja talouden rakenteita – Suomelle edulliseen suuntaan.

Suomen maaperästä ei löydy öljyä, mutta maapinta-alastamme 78 prosenttia on metsän peitossa, ja biomassan määrä kasvaa joka vuosi. VTT:n tutkimuspäällikkö Katariina Torvisen mukaan Suomessa on asukasta kohden metsäbiomassaa enemmän kuin missään muualla Euroopassa.

”Ja maailman mittakaavassakin olemme kärkisijoilla.”

Metsäpohjaisia biotuotteita viedään Suomesta noin 14 miljardilla eurolla vuodessa. VTT:n laskelmien mukaan viennin arvo voidaan jopa kaksinkertaistaa vuoteen 2050 mennessä, mikä kasvattaisi bruttokansantuotetta kolmisen prosenttia. Huima kasvu edellyttäisi, että Suomi ei jää selluntuottajaksi, vaan biomassaa jalostetaan pidemmälle korkean lisä­arvon tuotteiksi.

Mikromuoviongelma on jo lisännyt etenkin selluloosakuitujen kysyntää, ja muoville etsitään vaihtoehtoja myös komposiiteissa ja pakkauksissa. Torvinen ennustaa, että seuraavaksi EU:n kielto­listalle päätyy polystyreeni, kotoisemmin styroksi.

”Yhdysvalloissa muutama osavaltio on jo kieltänyt sen käytön. Me olemme kehittäneet teknologian, jolla biomassasta voidaan valmistaa styroksin korvaavaa kuituvaahtoa. Lisäksi vaahtoa voidaan käyttää esimerkiksi lämpö- ja äänieristeenä rakennuksissa.”

Muovia tuotetaan maailmassa reilut 300 miljoonaa tonnia vuodessa, sellua noin 200 miljoonaa tonnia. Kaikkea muovia ei siis voi korvata, eikä tutkijoiden mukaan ole tarkoituskaan. Fiksuinta on hyödyntää lignoselluloosaa niissä tuotteissa, joissa sen luonnolta saamat ominaisuudet ovat parhaimmillaan. 

Yksi niistä on kestävyys.

Lignoselluloosa on jo itsessään komposiitti, eli useamman materiaalin yhdistelmä.  Evoluution myötä se on kehittynyt antamaan puille rakenteen, jonka ansiosta ne kestävät myrskytuulia, tulvia, kuumuutta ja taudinaiheuttaja sekä rungon ja oksistojen läpi kulkevien satojen litrojen virtausten aiheuttamaa painetta.

”Vahvuuden kannalta puusta on mahdollista tehdä jopa luodinkestäviä materiaaleja”, Orlando Rojas kertoo.

”Muovi tehdään elottomasta, fossiilisesta raaka-aineesta, jossa ei itsessään ole mitään toimintoja, toisin kuin erilaisiin stressitekijöihin sopeutuneissa elävissä materiaaleissa. Niistä me haluamme nyt ottaa oppia – ja hyödyntää niitä viisaalla ja kestävällä tavalla.”

FinnCERES  – biomateriaalien osaamiskeskittymä

• Suomen Akatemian rahoittama lippulaivahanke, joka kokoaa yhteen Aalto-yliopiston ja VTT:n tiiviin tutkimusyhteistyön, teollisuuden sekä kansalliset ja kansainväliset tutkimusverkostot.
• Hankkeen kulmakiviä ovat laadukas tutkimus, ainutlaatuinen infrastruktuuri ja yhteiskunnallinen vaikuttavuus.
• Kehittää uusia biopohjaisia materiaaleja teollisen mittakaavan tuotantoon kansainvälisille markkinoille. Materiaaleja voidaan hyödyntää niin arjessa kuin teollisuudessa: tekstiileissä, kotitaloustarvikkeissa, ilman- ja vedenpuhdistusjärjestelmissä, seuraavan sukupolven katalyytteinä, ultrakevyissä kuljetusvälineissä ja energian talteenottojärjestelmissä.
• Suomen Akatemia on myöntänyt hankkeelle noin yhdeksän miljoonan euron rahoituksen neljän vuoden ajalle. Rahoituksesta viidennes käytetään tutkimusyhteisöltä tulevien uusien avausten toteuttamiseen.

Teksti: Minna Hölttä. Kuva: Aleksi Poutanen.

Artikkeli on julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 23 (issuu.com) lokakuussa 2018.