KESTÄVÄ TULEVAISUUS KIERTOTALOUDELLA:
KUITUA PUUSTA JA AURINKOKENNOJA BIOJÄTTEESTÄ
Ekokuidun läpimurto vaati sisua ja yhteistyötä
Kun paperiteollisuuden alamäki jyrkkeni, tutkijat alkoivat kehittää uusia biotuotteita. Sellusta ja tekstiilijätteestä syntyvä Ioncell on kierrätettävien biokuitujen edelläkävijä.
Ioncell tuli suurelle yleisölle tutuksi, kun Jenni Haukio pukeutui itsenäisyyspäivänä 2018 Linnan juhliin koivusta valmistettuun iltapukuun.
Ioncell on menetelmä, jolla voidaan valmistaa laadukasta tekstiilikuitua puusta saatavasta sellusta, kierrätyspaperista ja -pahvista tai tekstiilijätteestä. Mutta ennen kaikkea Ioncell on eri alan osaajat yhdistävä tieteellinen tutkimushanke.
Kun Aalto-yliopiston professori Herbert Sixta tuli Suomeen 2007, ajankohta uusille biotuotteille oli otollinen. Paperiteollisuus eli syvää taantumaa ja tehtaita lakkautettiin. Yliopistot ja yritykset etsivät kuihtuvalle paperintuotannolle korvaajaa muun muassa Business Finlandin edeltäjän Tekesin rahoittamassa jättihankkeessa.
Siihen osallistui myös Sixta, joka työskenteli aiemmin 30 vuotta tekstiili- ja selluyrityksessä Itävallassa. Hänelle oli luontevaa lähteä kehittämään biopohjaisia tekstiilikuituja ja niiden valmistusprosessia.
Sellusta on valmistettu pitkään viskoosikuitua, mutta tuotanto myrkyllisillä kemikaaleilla on kestämätöntä ja valmistus on pitkälti siirtynyt Aasiaan. Uudet ympäristöystävälliset kuidut voivat tuoda tekstiiliteollisuutta taas Eurooppaan.
Helsingin yliopiston professori Ilkka Kilpeläinen oli tutkinut selluloosan liuottamista. Sixta alkoi hänen kanssaan kehittää prosessia kuidun valmistukseen.
”Suurin haaste oli löytää sopiva liuotin. Selluloosan liukeneminen ei riitä siihen, että raaka-aineesta voi kehrätä kuituja. Kehruu on fysikaalinen prosessi, jossa raaka-ainetta pitää voida venyttää, niin että saadaan aikaan kuitujen kestävät ominaisuudet. Prosessissa molekyylit järjestyvät rinnakkain, ja se antaa kuiduille kestävyyden.”
"Aallon rikkaus”
Kahden vuoden ja lukuisten yritysten ja erehdysten jälkeen läpimurto tehtiin 2013. Tutkijat onnistuivat valmistamaan kestäviä kuituja kuivasuihku-märkäkehruumenetelmällä. Liuottimena käytetään ionisia nesteitä, jotka ovat nestemäisiä suoloja.
Ioncell kuuluu niin sanottujen Lyocell-kuitujen kategoriaan. Verrattuna aiempaan Lyocellin valmistukseen Ioncell-menetelmä on vakaampi eikä vaadi ionisten nesteiden lisäksi muita kemikaaleja.
Marimekko esitteli Ioncell-vaatteen maaliskuun 2014 muotinäytöksessään Helsingin päärautatieasemalla. Vuonna 2016 Ioncell voitti H&M:n Global Change Award -palkinnon. Tänä vuonna kaupallistaminen alkaa startup-yrityksessä. Pilottitehtaassa kehitetään kannattava suljetun kierron tuotanto.
Ioncell on ollut yksi edelläkävijä biopohjaisissa kierrätettävissä tekstiilikuiduissa. Sixtalle palkitsevinta on ollut tieteenalojen yhteistyö esimerkiksi kemistien ja vaatesuunnittelijoiden kesken.
”Aalto-yliopiston alkuaikoina ihmiset kyselivät, onko järkevää yhdistää teknisiä tieteitä ja taiteita samaan yliopistoon, mutta kävi ilmi, että se on Aallon rikkaus.”
Teksti: Terhi Hautamäki
Jaana Vapaavuori: Biojäte käy myös aurinkokennoihin
Toiminnallisia biomateriaaleja voidaan hyödyntää esimerkiksi tulevaisuuden energiantuotannossa tai älytekstiileissä. Maatalouden ja teollisuuden biojätteestä voi jo nyt muokata laboratoriossa uskomattoman monenlaisia sovelluksia.
Aurinkokennot tuottavat puhdasta energiaa. Haasteena ovat niiden valmistusmateriaalit. Kennoihin tarvitaan esimerkiksi sähköä johtavia ja läpinäkyviä lasialustoja, joiden valmistus vie paljon energiaa.
Aalto-yliopistossa kehitetään aurinkokennoja, joissa lasin korvaavat läpinäkyvät ja joustavat, lignoselluloosasta eli kasvien biomassasta valmistetut kalvot.
“Biomateriaaleilla päästään huomattavasti energiatehokkaampaan tuotantoon”, sanoo toiminnallisten materiaalien apulaisprofessori Jaana Vapaavuori.
Vapaavuori johtaa tutkimusryhmää, joka suunnittelee niin sanottuja monitoiminnallisia materiaaleja. Kasvien biomassasta saadaan pilkkomalla ja uudelleen rakentamalla materiaaleja muun muassa optisiin eli valoa hyödyntäviin ja ohjaaviin sovelluksiin.
Toiminnallinen ominaisuus voi käyttökohteesta riippuen tarkoittaa vaikkapa läpinäkyvyyttä, heijastavuutta tai UV-valon suodatusta. Biopohjaiset aurinkokennot, valokuidut tai aurinkoenergiaa hyödyntävät älytekstiilit ovat esimerkkejä sovelluksista. Biomateriaaleista on helppo tehdä taipuisia, joten ne soveltuvat erilaisiin mekaanista rasitusta kestäviin kalvoihin ja puettavaan elektroniikkaan.
Toiminnalliset ominaisuudet syntyvät pääasiassa aineen rakenneosasia muokkaamalla.
”Esimerkiksi selluloosan verkostomaisia rakenteita on puristettu yhteen tasoon ja näin valmistettu ohuita kalvoja optiikan sovelluksiin”, Vapaavuori kertoo.
Kannattavaa ja kestävää
Biopohjaiset sovellukset ovat vielä perustutkimuksen ja prototyyppien asteella. Aallossa tutkitaan myös, mistä uusia raaka-aineita saadaan kestävästi. Metsiä on tuskin järkevää hakata, ainakaan kaikkiin sovelluskohteisiin. Puu kasvaa hitaasti, ja puulle on suuret markkinat papereissa, pakkauksissa ja huonekaluissa.
Vapaavuoren mukaan erityisesti elintarviketeollisuuden ja ruoanjalostuksen sivuvirrat ovat tärkeä raaka-ainelähde. Viime vuonna hän valmisti tutkimusryhmänsä kanssa energiaa nopeasti varastoivan superkondensaattorin täysin biomateriaalipohjalta.
“Siinä elektrolyytti tuli oluentuotannon mäskijätteestä ja elektrodit teurasjätteestä”, Vapaavuori kertoo.
Biomassan hyödyntäminen toiminnallisiin sovelluksiin alkaa olla myös taloudellisesti mahdollista. Kun jätteitä koskeva sääntely tiukkenee, yrityksillä on lisää kannusteita hyödyntää sivuvirtoja.
Biomassalla on potentiaalia korvata melkein mitä tahansa uusiutumattomia raaka-aineita. Työssään Vapaavuorta innostavat erityisesti hetket, jolloin jokin idea konkretisoituu ja osoittautuu mahdolliseksi.
“Ideat syntyvät kollegoiden keskusteluissa. Heittelemme usein ideoita: voitaisiinko vaikkapa valmistaa syötävä aurinkokenno.”
Sellaista ei vielä ole tehty, mutta ei sekään mahdotonta ole.
Teksti: Terhi Hautamäki