UPMPulp

Sellu tulevaisuuden biotekniikassa

Sellu tulevaisuuden biotekniikassa

Kansainvälisesti tunnustettu professori Olli Ikkala on tutkinut toiminnallisia biomateriaaleja koko uransa ajan. Viimeiset kymmenen vuotta hän on keskittynyt nanoselluloosaan, joka tarjoaa potentiaalisia ja kestävän kehityksen mukaisia huipputeknologian vaihtoehtoja fossiilipohjaisille materiaaleille.

Ikkalan laaja-alainen elämäntyö tieteen parissa ei ole ollut vailla yllätyksiä. Huolellisen urasuunnittelun sijaan hän on edennyt mielenkiintonsa kohteiden ehdoilla.

Aalto_SCI_Olli_Ikkala_photo_by_Lasse_Lecklin_06_1200.jpg

Ikkalan akateeminen ura sai alkunsa 1970-luvulla Olli V. Lounasmaan johtamassa kylmälaboratoriossa Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan laitoksella. Sen jälkeen Ikkala tutki kymmenen vuotta polymeerifysiikkaa ja sähköä johtavia polymeerejä Nesteellä, jossa hän sai ensikosketuksensa kemistien, fyysikkojen ja insinöörien poikkitieteelliseen työkulttuuriin ja oppi ymmärtämään, kuinka tiedettä tuotteistetaan. Samoihin projekteihin osallistui merkittäviä tutkijoita, kuten Alan Heeger, jolle myöhemmin myönnettiin Nobelin kemianpalkinto.

Vuoteen 1994 mennessä Ikkala havaitsi, että nanomateriaalitutkimuksen ja siihen liittyvien menetelmien mahdollisuudet olivat odotettua laajemmat. Ikkala päätti ottaa askeleen, joka avasi uuden suunnan hänen uralleen. Hän erosi Nesteeltä perustaakseen uuden polymeerifysiikan laboratorion Teknilliseen korkeakouluun.

”Tajusin, että kehittämäämme konseptia voisi soveltaa paitsi yleisesti polymeereihin myös proteiineihin ja selluloosiin, mikä mahdollistaisi toiminnallisten nanorakenteiden tuottamisen”, Ikkala kertoo.

Ikkalan johtaman tutkimusryhmän ensimmäinen, vuonna 1998 Science-lehdessä julkaistu artikkeli oli läpimurto – kuin tiedemaailman olympiavoitto, kuten Ikkala sitä kuvaa. Ensimmäistä artikkelia on seurannut suuri määrä muita julkaisuja, joiden joukossa on 10 artikkelia kaikkein arvostetuimmissa tiedelehdissä. Lisäksi Ikkalalle on myönnetty kaksi viisivuotista akatemiaprofessuuria, ja hänen tutkimukselleen on myönnetty Euroopan tutkimusneuvoston Advanced Grant -apuraha kahdesti.

Samalla hän on johtanut poikkitieteellistä molekyylimateriaalit-laboratoriota Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksella sekä Suomen Akatemian Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikköä.

Nanosellu_075_VTT_1200.jpg

Nanoselluloosaa

Inspiraatio luonnosta

Nanoselluloosan kehitys alkoi saada tuulta purjeisiinsa 25 vuotta sitten, minkä jälkeen on edetty huimaa vauhtia. Tutkijoita ei kiinnosta enää pelkkien rakenteiden luominen, vaan nyt kehitetään myös toiminnallisia materiaaleja.

”Kehittämämme toiminnalliset rakenteet perustuvat nanorakenteisiin, vuorovaikutukseen ja toiminnallisuuteen. Luonnossa esiintyvien järjestelmien synteettistä jäljittelyä ja jäljitelmien soveltamista käytäntöön kutsutaan biomimetiikaksi tai bioinspiraatioksi. Vastaavasti voidaan kehittää myös uusia sellupohjaisia materiaaleja, synteettisiä polymeerejä ja nanohiukkasia tiettyä tarkoitusta varten”, Ikkala selittää.

Tällä hetkellä nanoselluloosaa tutkitaan laajamittaisesti, sillä monipuolisesta materiaalista saatetaan saada korvaaja fossiilipohjaisille materiaaleille useisiin käyttökohteisiin. Nanoselluloosaa voitaisiin käyttää esimerkiksi rakennusalalla pinnoitteissa ja väriaineissa, energia-alalla eristeenä ja tekstiiliteollisuudessa puuvillan tai synteettisten materiaalien korvikkeena.

UPM_RD_laboratory_Viikki_17_small.jpg

”Nanoselluloosalla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Korvaamalla hiilikuidun tai lasikuidun nanoselluloosalla saavutetaan helpommin kierrätettäviä ja kevyempiä komposiitteja. Lisäksi nanoselluloosan mekaaninen lujuus vastaa terästä. Tietysti ratkottavana on vielä käytännön kysymyksiä, kuten se, miten yksittäisten nanoselluloosien poikkeuksellisia ominaisuuksia voidaan hyödyntää tehokkaammin käytännössä. Siinä meillä on vielä parannettavan varaa”, Ikkala toteaa.

UPM_Biomedicum_Pipette_small.jpg

Biopohjainen tulevaisuus

Vaikka selluloosa tarjoaakin runsaasti mahdollisuuksia, Ikkala ei usko, että se voisi automaattisesti ratkaista kestävämpien materiaalien tarpeen. Häntä huolettaa hiilinielujen kohtalo, jos puupohjaiset tuotteet korvaavat fossiiliset materiaalit laajassa mittakaavassa.

Yksi tapa tehdä nanoselluloosasta kestävämpää – ja kustannustehokkaampaa – on hyödyntää teollisuuden jätteitä, esimerkiksi elintarviketeollisuuden jätevirtoja. Ikkala mainitsee lisämahdollisuuksiksi myös biojalostuksen ja puun kokonaisvaltaisen hyödyntämisen. Esimerkiksi ligniinistä voisi kehittää kuituja tekstiiliteollisuudelle.

Kestävimpien ratkaisujen selvittämiseksi on Ikkalan mukaan tutkittava erilaisia elinkaariskenaarioita, jotta tuotteiden ympäristövaikutukset voidaan arvioida elinkaaren jokaisessa vaiheessa.

Aalto_SCI_Olli_Ikkala_photo_by_Lasse_Lecklin_10_1200.jpg

”Toivottavasti saamme tieteen saavutukset kohtaamaan käytännön, jotta toiveikkaista puheista ja kestävän kehityksen lupauksista voidaan tehdä totta. Toivon, että ihmiskunta alkaa kiinnittää huomiota faktoihin ja kuunnella järjen ääntä”, Ikkala summaa.

 

Teksti: Laura Iisalo