Professori Mikko Alava (vas.) työryhmineen sai 250 000 euroa Kalle ja Dagmar Välimaan rahastosta muoveja korvaavien, vettä kestävien materiaalien kehittämiseen.
Kun muovia korvataan puulla, ongelmaksi tulee materiaalin vettyminen. Mikko Alava etsii ratkaisua puun luontaisesta ligniinistä ja kyselee välillä neuvoa tekoälyltä.
Teksti: Antti Kivimäki
Kuvat: Veikko Somerpuro
Ympäri maailman kehitetään kilpaa ratkaisuja, joilla muovituotteita voisi korvata puupohjaisilla tuotteilla.
Muovi on materiaalina toimiva, kestävä, helppo ja halpa. Ongelmaksi muodostuu se, että muovi valmistetaan raakaöljystä eli se ylläpitää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.
”Suomessa on valtavasti puuta, ja sitä voisi prosessoida pidemmällekin kuin vain paperiksi ja kartongiksi”, Aalto-yliopiston fysiikan professori Mikko Alava sanoo.
Muovin kilpailijana puun heikkous on vedenkestossa. Jokainen ulkona kertakäyttöastioita käyttänyt huomaa, kuinka puupohjaiset astiat ja kupit vettyvät.
Paperikahvikuppeihin joudutaan lisäämään ohut muovipinnoite, jolloin materiaali ei ole enää fossiilivapaata, ja siitäkin huolimatta paperikahvikuppi ajan oloon vettyy.
Keskeinen kysymys siis on kehittää muovia korvaava puutuote, joka kestää vettä. Alava kollegoineen pyrkii ratkaisuun ligniinin avulla.
Ligniiniä on puusta noin 30 prosenttia. Se on polymeeri eli pienistä molekyyleistä koostuva molekyylikimppu. Ligniini koostuu propyylibentseenijohdannaisista, ja sen rakenne vaihtelee yksilöllisesti.
Ligniiniä on helposti saatavilla. Sellukattilan keitinliemestä jopa puolet on aluksi ligniiniä. Paperin ja kartongin kannalta ligniini on kuitenkin haitta-aine. Sellunkeiton prosesseissa siitä hankkiudutaan eroon, ja lopulta se poltetaan energiaksi.
”Muovinkorvikkeena siitä voidaan joskus ehkä saada suurempi arvo kuin polttoaineena.”
Tekoäly avuksi
Ligniini hylkii vettä. Puissa ja muissa putkilokasveissa se muodostaa johtosolukoita, joita pitkin vesi pääsee kulkemaan ja näin ylläpitämään kasvin elämää.
Puu ei vety, koska se ligniinin avulla hallitsee vesivirtoja sisällään. Muovia korvaavissa puutuotteissa pitäisi siis saada ligniini järjestäytymään yhtä hienosti kuin se on puussa järjestäytynyt.
”Tavoitteemme on hajottaa puu ja rakentaa se uudestaan kasaan. Kuiduista tehdään vaahtoa, ja tämän vaahdon sekaan lisätään ligniini niin, että se tekee vaahdosta vedenkestävää.”
Yleisellä tasolla resepti on helppo: selluloosakuiduista keitetään vaahto, heitetään ligniini sekaan, hämmennetään ja sekoitetaan ja annetaan kuivua – ja muovinkorvike on valmis.
Alava sekä hänen kollegansa tutkijat Juha Koivisto ja Tero Mäkinen sekä kaksi jatko-opiskelijaa eivät vielä tiedä, mikä on tällaisen puumateriaalin paras rakenne ja millä prosessilla se pitäisi valmistaa, jotta ligniini aineen nanotasolla järjestäytyisi niin, että materiaali tosiaan hylkisi vettä.
He kokeilevat erilaisia seossuhteita, sekoitus- ja kuumennusmenetelmiä ja testaavat sitten näin syntyneen materiaalin ominaisuuksia.
Kokeiltavaa olisi loputtomasti, ja tässä he ottavat tekoälyn avuksi.
”Tekoälylle voi syöttää kaikki tähänastiset tiedot ja kysyä, mitä seuraavaksi kannattaisi kokeilla tai mitä ei kannattaisi kokeilla. Näin voimme jättää 90 prosenttia kokeista tekemättä ja tehdä vain tekoälyn mielestä oleellisimmat kokeet”, Alava kertoo.
Vettyvällä korvikkeella jo menestystä
Vettä hylkivän puutuotteen idea on jatkoa Alavan ryhmän Foamwood-prosessille, jossa tehdään metsäraaka-aineista kevyttä kiinteää vaahtoa styroksin korvikkeeksi.
Tähän asti vaahto on ollut vettä kestämätöntä, mutta sitä voi käyttää kuivissa paikoissa, kuten kuplamuovin korvikkeena postipaketeissa. Sille etsitään kaupallista menestystä Woamy Oy -startup-yrityksessä.
”Monille yrityksille on kilpailuetu se, että he pystyvät lähettämään tuotteensa muovittomasti”, Alava kertoo.
Pakkauksia eineksille ja ravintolaruoalle
Alava luottaa siihen, että hän ryhmänsä kanssa löytää reseptin myös vettä kestäväksi muovinkorvikkeeksi.
”Luultavasti onnistumme yrityksessämme ja lisäksi keksimme jotain odottamatonta, niin kuin tutkimuksissa usein käy.”
Joskus keksintö voi tuottaa myös rahaa, mutta tämä jää nähtäväksi.
Täydelliseen ratkaisuun Alava kollegoineen ei tähtää.
Kun jokainen ligniinimolekyyli on erilainen, voi olla vaikeaa tai mahdotonta kehittää teollista prosessia tuotteille, joilta vaaditaan pomminvarma vedenkestävyys kymmeniksi vuosiksi.
Odotettavissa siis tuskin on puupohjaista routasuojastyroksia vaan pikemminkin puupohjaista pakkausmateriaalia eineksille ja ravintolaruoalle.
”Tuote on hyvä, kunhan se kestää vettä riittävästi ja on käytön jälkeen helppo kierrättää”, Alava tiivistää.
