Forskningens framsteg möjliggör att syntetiska material allt oftare kan ersättas med miljövänliga alternativ. Material Matters-utställningen lyfte fram tio materialinnovationer under utveckling av forskare vid Aalto-universitetet.
Samma utställning var framme både på start-up-mässan Slush och senare på Dipoli-galleriet i Otnäs, Esbo.
– På Slush var de flesta intresserade av när innovationerna kommer i storskalig produktion och hur de kan investera. För Aalto-universitetet var det en chans att visa upp vad vi forskar i och locka nya studerande, säger Heidi Henrickson, som koordinerar materialplattformen inom Aalto-universitet.
Av de biobaserade projekten på utställningen är flera också med i Finlands akademis flaggskeppsprogram FinnCERES, inom vilket det utvecklas nya biobaserade material.
Underutnyttjad råvara
En intressant och underutnyttjad råvara är lignin, vars funktion är att binda ihop cellulosafibrerna i trä. Lignin är världens näst vanligaste organiska polymera förening och som en restprodukt av cellulosa- och pappersindustrin produceras globalt cirka hundra miljoner ton lignin årligen.
Under två procent av detta används till produkter med högt mervärde. Ett möjligt framtida användningsområde är att använda lignin på metall, som skydd mot rost och korrosion.
– I detta skede är processen enkel och består av två steg: tillsätt lignin i ett lösningsmedel, blanda. I framtida produktion i industriell skala kommer flera tillsatser att behövas för att skapa en ”målfärg” som är pålitlig och har lång hållbarhet, berättar Arman Dastpak, doktorand vid Aalto-universitetet, om den pågående forskningen.
Forskningsprojektet har passerat konceptstadiet och forskargruppen undersöker som bäst hur man skapar bästa möjliga prestanda och hållbarhet på ligninbeläggningen.
– Det är verkligen svårt att komma med en realistisk uppskattning om när produkten blir kommersiell, eftersom det fortfarande finns stora luckor i de nödvändiga detaljerna och informationen om hur man uppnår optimal prestanda. Min gissning är att industrialiseringen kan ske mellan åren 2024-2028, beroende på de framtida rönen.
En utmaning är att ligninet varierar beroende på källan – lignin som utvinns från en finländsk tall skiljer sig från lignin från en norsk tall, berättar Dastpak.
Enligt honom är ligninbeläggningens största fördelar att möjligen kunna ersätta petroleumbaserade målfärger, men behålla samma funktionalitet och på köpet få lätt återanvändning och en låg kostnad, då lignin i praktiken är ett avfall för många skogsindustrier.
– Personligen tycker jag den största fördelen med ligninbeläggningar är deras inverkan på den finländska cirkulärekonomin och förbättringen av de industriella förfarandenas hållbarhet.
Skimmer utan plast och metall
En annan typ av beläggning ses i montern bredvid. I projektet undersöks hur strukturella färger med hjälp av nanoteknik kan utvinnas ur trä.
I dag är skimrande och glittriga färger efterfrågade inom mode och design. Dessa skapas med hjälp av giftiga pigment, plastmaterial eller metallfolie. I naturen skapas de grannaste färgerna av mikroskopiskt små nanostrukturer, till exempel färgerna i fjärilens vingar eller fågelns fjädrar. När ljuset faller på dessa, uppfattar våra ögon färgerna.
Genom att utvinna dessa i naturen förekommande strukturella färgerna kan man skapa giftfria färger med skimrande effekt.
Till påseende fanns en pärlemofärg, som är helt träbaserad och giftfri. Färgen var bestruken på en trälist, som då fått en genomskinlig, skimrande yta utan metaller eller gifter.
– Vi vet med säkerhet att färgen kan användas också på glas- och plastytor, men de flesta andra, stela, fasta och jämna material borde också fungera som underlag, säger doktorand Konrad Klockars.
Han berättar att andra färger än den uppvisade pärlemofärgen är möjliga att ta fram med samma teknik, men färgurvalet begränsas till pärlemo och de kromatiska färgerna, alltså ”regnbågsfärger” såsom röd, grön, gul och blå. Färgen beror delvis på råmaterialet, till exempel ger olika slags trä olika färger, men till en större del beror den ändå på de rådande förhållandena när träet förädlas till färg.
Eftersom den framtagna färgen är hård och har låg friktion är den slittålig och bleks inte i solljus, men den är benägen att skadas i våta och regniga förhållanden.
– Den kan behandlas för att bli väderbeständig på samma sätt som träytor behandlas i dag, till exempel med lack, säger Klockars.
Miljövänligare textilier
Textilavfall och återanvändning av textiler är en global utmaning. Ioncell är en ny metod, med vilken man kan tillverka högklassiga textilfibrer av cellulosabaserade material. Metoden väntas vara i industriell användning inom några år.
Metoden fick mycket uppmärksamhet när presidentfrun Jenni Haukio bar en klänning av ioncell på självständighetsdagsfesten i fjol. Haukios klänning var av björk, men metoden kan också användas för att återanvända till exempel bomullstextil, returpapper eller kartong.
Kemikalierna som används i processen är giftfria och processen är sluten. En fördel är också att man kan bevara en del av färgerna på råvaran, varför det inte alltid behövs en blekning och omfärgning. För textilfärgningen är också ett miljöproblem.
Vid ett annat materialprojekt har man utvecklat traditionell växtfärgning med målet att ta fram miljövänliga, växtbaserade färger. Till påseende fanns bruna nyanser av videbark och blåa nyanser av vejde. Med hjälp av de nya metoderna har forskarna även lyckats ta fram växtbaserade färger med metalleffekt.
Bakterier bygger reservdelar
På senare år har forskningen fått upp ögonen för nyttiga bakterier. Bakterierna hör till världens starkaste organismer och vissa kan producera för människan nyttiga material såsom bakteriecellulosa.
I lämpliga förhållanden kan man med hjälp av bakterier odla nästan vilken modells biofilmer, även ihåliga och tredimensionella, som helst.
Det mest iögonfallande på utställningen är de vätskefyllda kärlen med av bakterier producerade konstgjorda reservdelar för människor. Som material passar bakteriecellulosa bra för medicinska ändamål, då det är tåligt, dess egenskaper är beständiga även om den skulle utsättas för olika temperaturer eller kemiska lösningsmedel, den har goda optiska egenskaper och den inte är skadlig för levande vävnad.
Med hjälp av bioteknik kan bakteriecellulosa alltså bli ett ekologisk och förmånligt alternativ för många medicinska syften och till och med vissa vardagliga produkter.
För de som är nyfiken på andra innovationer på gång vid Aalto-universitetet rekommenderas hemsidan www.whatif.aalto.fi. Vad sägs till exempel om idén att utfodra kor med cellulosapulver?
