Biotalouden tulevaisuuden tekijät osa 6: Biopohjainen puunsuoja ligniinistä

Blogi - Julkaistu 31.8.2021

Myrkyttömästä teollisuuden sivutuotteesta on kehitetty hyvin kulutusta kestävä, auringonvalolta ja tahroilta suojaava puunsuoja.

Monet maat pyrkivät nykyisin korvaamaan rakennuksissa betonin puulla täyttääkseen kestävän kehityksen vaatimuksia. Esimerkiksi Ranskassa edellytetään, että kaikki uudet julkiset rakennukset valmistetaan vuodesta 2022 alkaen vähintään 50-prosenttisesti puusta tai muusta ympäristön kannalta kestävästä materiaalista.

Puuta täytyy suojata auringonvalon ja kosteuden vaikutuksilta, joten puun käytön lisäämiseksi tarvitaan erilaisia pintakäsittelyaineita. Aalto-yliopiston kemian tekniikan tutkijat ovat kehittäneet ligniinistä turvallisen, edullisen ja tehokkaan puunsuojan puurakentamiseen. Ligniini on luonnon polymeeri, jota on runsaasti puussa ja muissa kasveissa. ”Uusi puunsuoja on todella lupaava aine, koska se säilyttää puun luonnollisen rakenteen ja karheuden. Vettähylkivänä puunsuoja suojaa myös tahroilta ja auringon aiheuttamilta värimuutoksilta. Biopohjainen puunsuoja säilyttää erinomaisesti myös puun hengittävyyden,” kertoo Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulun tohtorikoulutettava Alexander Henn.

Sivutuotteesta arvostetuksi aineeksi

Vaikka ligniiniä on saatavilla runsaasti, sitä pidetään usein sellunvalmistuksen ja biojalostusprosessien sivutuotteena. Maailmassa otetaan talteen joka vuosi noin 60–120 miljoonaa tonnia ligniiniä, josta 98 prosenttia poltetaan energiaksi. Ligniinillä on useita hyödyllisiä ominaisuuksia, mutta useimpien ligniinityyppien huono liukoisuus ja ligniinipohjaisten tuotteiden heikommat ominaisuudet ovat toistaiseksi rajoittaneet sen kaupallisia sovelluksia. ”Ligniini on pinnoitemateriaalina itse asiassa erittäin lupaava, koska sillä on monia etuja verrattuna tällä hetkellä käytössä oleviin synteettisiin ja biopohjaisiin pinnoitteisiin. Sillä on erinomaiset korroosiota ja jäätymistä estävät, antibakteeriset ja UV-säteilyltä suojaavat ominaisuudet. Jatkossa tutkimme muun muassa pinnoitteen joustavuuden kehittämistä”, kertoo Aalto-yliopiston professori Monika Österberg.

Ihmeelliset nanokokoiset ligniinipallot from FinnCERES on Vimeo.

Ympäristö, terveys ja turvallisuus

Tällä hetkellä esimerkiksi puun, betonin, metallien ja komposiittien suojaamiseen yleisesti käytetyt mekaanisesti suojaavat pinnoitteet ovat öljypohjaisia, ja niissä on myös ympäristölle haitallisia aineita. Esimerkiksi männystä, pellavansiemenistä, kookospähkinöistä, soijapavuista ja risiinistä valmistetut kasviöljypinnoitteet voivat olla ympäristön kannalta kestävämpiä vaihtoehtoja, mutta ne eivät usein kestä kulutusta. Jotta nämä kasviöljyt olisivat ominaisuuksiltaan parempia, yhdistetään niitä usein synteettisiin materiaaleihin.

Vastuullisemmin tuotetut ja myrkyttömät vaihtoehdot voivat auttaa pinnoiteteollisuutta noudattamaan uusia turvallisuusmääräyksiä. Esimerkiksi haihtuvien orgaanisten yhdisteiden määrää on säännelty siksi, että ne vaikuttavat ihmisten terveyden lisäksi myös otsonikerrokseen. Vastaavasti Euroopan unioni on rajoittanut joitakin pinnoiteteollisuudessa käytettäviä kemikaaleja, kuten epoksi- ja polyuretaanipinnoitteissa käytettäviä bisfenoli A:ta ja formaldehydiä ja syöpää aiheuttavaksi aineeksi luokiteltua titaanidioksidia, joka on yksi maaleissa yleisimmin käytetyistä pigmenteistä.

YK:n kestävän kehityksen tavoitteet

Ligniinistä valmistettu puunsuoja-aine on konkreettinen askel kestävämpään biotalouteen, sillä se voi korvata ympäristölle myrkyllisiä fossiilipohjaisia kemikaaleja. Näin ollen se tukee YK:n kestävän kehityksen tavoitetta 9: edistää kestävää teollisuutta ja innovaatioita sekä tavoitetta 12: edistää vastuullista kuluttamista. Kiertotalouden ja biotalouden käytännön ratkaisut ovat myös välineitä ilmastonmuutoksen vastaisessa taistelussa (tavoite 13). Ympäristön kemikaalikuormituksen vähentäminen biopohjaisilla vaihtoehdoilla auttaa myös turvaamaan ihmisten terveyttä (tavoite 3) sekä suojelemaan herkkiä ekosysteemejä ja luonnon monimuotoisuutta niin merellä kuin maallakin kuten tavoitteet 14 ja 15 linjaavat.

Tähän suomalaiseen innovaatioon ja moniin muihin voi tutustua Aalto-yliopiston Designs for a Cooler Planet näyttelyssä 8.9.–29.9.2021. Näyttely on osa Helsinki Design Week 2021 -ohjelmistoa.

Lisätietoja

Artikkeli: Colloidal Lignin Particles and Epoxies for Bio-Based, Durable, and Multiresistant Nanostructured Coatings julkaistiin ACS Applied Materials & Interfaces -lehdessä 15.7.2021.