Artikkelit Metsä, Ympäristö

Luonnonvarakeskus kehittää yhteistyössä Itä-Suomen ja Oulun yliopistojen kanssa puun luontaisiin suojamekanismeihin pohjautuvaa puunsuoja-ainetta. Tavoitteena on teolliseen valmistukseen sopiva tuote, jolla käsitelty puutavara on ulkokäytössä kestävää ja huoletonta käyttää.

Puun luontaiset kemialliset suojamekanismit perustuvat uuteaineisiin, joista osan tehtävänä on suojata puuta tuholaisia, sieniä ja bakteereita vastaan. Aineiden pitoisuudet vaihtelevat eri osissa puuta, mutta erityisen paljon niitä on sydänpuussa, kävyissä, kuoressa ja sisäoksissa. Tulevaisuudessa puun kuorta aiotaan hyödyntää muun muassa biopohjaisen puunsuoja-aineen raaka-aineena.

Uusi__D6B2711eo-kuori-800b
Kuusen kuorta. Kuva: Erkki Oksanen, Luke

Raaka-aineena havupuun kuori

Puita suojaavia uuteaineita ovat tanniinit, lignaanit, flavonoidit ja stilbeenit.

– Uutta puunsuoja-ainetta kehitetään tanniinien pohjalta, sillä niiden on todettu aiemmissa tutkimuksissa muun muassa hidastavan bakteerien ja sienien kasvua, kertoo tutkija Martti Venäläinen Luonnonvarakeskuksesta (Luke).

Toinen tärkeä näkökulma tanniinien valinnalle on se, että niitä on helppo uuttaa suuria määriä ja niiden raaka-aineena käytettävä havupuun kuori on edullista. Puusta noin kymmenen prosenttia on kuorta, ja toistaiseksi sen tavallisin käyttötapa on energiaksi polttaminen.

– Tanniinien erotus kuoritähteestä olisi yksi tapa jalostaa teollisuudelle lisäarvoa tuottavia biotalouden tuotteita. Toinen tulevaisuuteen tähyävä puunsuojauksen komponentti voi löytyä puusta tislatuista pyrolyysinesteistä, joita myös tutkitaan tässä projektissa, kertoo yliopistotutkija Antti Haapala Itä-Suomen yliopistosta.

Tanniinit uutetaan havupuun kuoresta kuumavesiuutolla. Menetelmä on ympäristöystävällinen, sillä erotus tehdään kuuman veden avulla, eikä siinä käytetä orgaanisia liuottimia, happoja tai emäksiä.

Uusi__D6B2752eo-800
Tutkija Petri Kilpeläinen vastaa kuumavesiuutosta: mitä punaisempi koeputken sisältö sitä enemmän siinä on liuenneena tanniineja. Kuva: Erkki Oksanen, Luke

Nanoselluloosa parantaa suoja-aineiden pysyvyyttä puussa

Bakteerien ja sienien toimintaa estävien tanniinien heikko kohta on sama kuin monilla muillakin puunsuoja-aineilla: ne eivät pysy puussa tarpeeksi pitkään. Sitoutumista pyritään parantamaan kiinnittämällä tanniinit puuhun nanoselluloosalla, joka muodostaa kestäviä sidoksia puun solukon kanssa, eikä huuhtoudu helposti irti.

– Puusta valmistettava nanoselluloosa on biomateriaalina ympäristöystävällinen ja alustavien tutkimusten mukaan myrkytön ja kemiallisesti muokattavissa, kertoo apulaisprofessori Henrikki Liimatainen Oulun yliopistosta.

Liimataisen mukaan myrkyttömyys tuo myös haasteita puuta tuhoavien mikrobien torjumiseen. Tämän vuoksi nanoselluloosan pintarakennetta pyritään muokkaamaan niin, että mikrobit eivät pystyisi hajottamaan sitä.

Nanoselluloosaa voidaan valmistaa hyvin monesta selluloosaraaka-aineesta, ehkä helpoiten kaupallisesta valkaistusta kemiallisesta massasta. Kiinnostavia raaka-aineita ovat myös keräyspaperi, pahvi ja paperitehtaiden rejektikuitu.

– Tässä projektissa kehitetään erityisesti uusia niin sanottuja syväeutektisiin liuottimiin (Deep eutectic solvents, DES) perustuvia kemiallisia nanoselluloosan valmistusmenetelmiä. DES-liuottimet ovat vihreisiin kemikaaleihin perustuvia liuottimia – muun muassa urea ja kanojen rehuna käytettävä koliinikloridi – ja kustannuksiltaan ne ovat hyvin kilpailukykyisiä sekä kaupallisesti hyvin saatavissa, Liimatainen kertoo.

Tuloksia reilun vuoden päästä

Ennen projektin päättymistä (kesä 2017) puunsuoja-aineiden tehoa testataan Luken Punkaharjun koetoiminta-asemalla, jossa on testausta varten ulkona sijaitseva lahotuskenttä ja sisätiloissa lämmitettävät multalaatikot. Aseman sienitallissa on noin parikymmentä kaupallista home- ja lahottajasienikantaa valmiina pureutumaan biosuojattuun puuhun.

lahotuspurkit_mv-800
Purkeissa oleva multa on mikrobistoltaan rikasta pintamaata ulkoa. Sisätiloissa purkkien lämpötila voidaan säätää hajottajien kannalta optimaaliseksi. Pienten koepalikoiden avulla lahotustulokset saadaan noin kahdeksassa kuukaudessa. Valokuva: Martti Venäläinen, Luke.

Lämmitettävissä multalaatikoissa kosteus- ja lämpöolot voidaan säätää sienille otollisiksi ja tämän ansiosta ensimmäisiä tuloksia pienehköjen tikkujen lahonkestävyydestä saadaan noin puolen vuoden kuluttua testin aloittamisesta. Ulkotiloista tuloksia saadaan noin 5–10 vuoden kuluttua.

Venäläisen mukaan kehnot puunsuoja-aineet paljastuvat jo noin kolmessa kuukaudessa. Jos käsitelty puu on säilynyt hyvänä noin vuoden, silloin näyttää jo lupaavalta. Testausta jatketaan yleensä niin kauan, että kyllästetyn puun lujuus romahtaa.

– Tavoitteena on, että tanniinien, puutisleiden ja nanoselluloosan liitosta syntyy myös hinnaltaan kilpailukyinen puunsuojatuote, jonka voi puhtauden puolesta elinkaarensa lopuksi vaikka polttaa leivinuunissa, Venäläinen päättää.

Teksti: Sinikka Jortikka, Luke, yläreunan kuva: Erkki Oksanen, Luke

Katso myös