Inlägg Miljö, Skog

Naturresursinstitutet utvecklar i samarbete med Östra Finlands universitet och Uleåborgs universitet ett impregneringsmedel som baserar sig på träets naturliga skyddsmekanismer. Målet är en produkt för industriell tillverkning som ger det behandlade virket hållbarhet utomhus och gör att behandlat virke kan användas lika obehindrat som obehandlat virke.

Trädets naturliga kemiska skyddsmekanismer bygger på extraktivämnen, av vilka en del skyddar trädet mot skadedjur, svampar och bakterier. Halterna av extraktivämnen varierar i olika delar av trädet, men de förekommer särskilt rikligt i kärnved, kottar, bark och kvistar. I framtiden avser man att använda trädets bark även som råvara i biobaserat impregneringsmedel.

Uusi__D6B2711eo-kuori-800b
Foto: Erkki Oksanen, Luke

Bark från barrträd som råvara

Extraktivämnen som skyddar trädet är tanniner, lignaner, flavonoider och stilbener.

– Det nya impregneringsmedlet utvecklas utifrån tanniner, eftersom dessa i tidigare studier har konstaterats bland annat fördröja tillväxten hos bakterier och svampar, berättar forskare Martti Venäläinen vid Naturresursinstitutet (Luke).

En annan viktig orsak till valet av tanniner är att de är lätta att extrahera i stora mängder och barken av barrträd som används som råvara är förmånlig. Cirka tio procent av ett träd är bark, och den vanligaste användningen av denna är tills vidare bränning som energi.

– Att urlaka tanniner från barkrester vore ett sätt att förädla bioekonomiprodukter så att de producerar mervärde för industrin. En annan impregneringskomponent för framtiden kan finnas i pyrolysvätskor som destillerats ur trä, och som även studeras i detta projekt, säger universitetsforskare Antti Haapala vid Östra Finlands universitet.

Tanninerna lakas ur barrträdets bark genom extrahering med hett vatten. Metoden är miljövänlig eftersom urlakningen görs med hjälp av hett vatten och inga organiska lösningsmedel, syror eller alkalier används.

Nanocellulosa förbättrar skyddsmedlens beständighet

Tanninerna, som stoppar bakterier och svampar, har dock samma svaga punkt som många andra impregneringsmedel: de hålls inte tillräckligt länge i virket. Man försöker förbättra vidhäftningen genom att fästa tanninerna i träet med nanocellulosa, som bildar starka bindningar tillsammans med träets cellvävnad och inte spolas bort lätt.

– Nanocellulosa som tillverkas av trä är ett miljövänligt biomaterial. Enligt de preliminära studierna är nanocellulosa giftfri och möjlig att bearbeta kemikaliskt, berättar biträdande professor Henrikki Liimatainen vid Uleåborgs universitet.

Liimatainen säger att giftfriheten även medför utmaningar när man ska bekämpa träförstörande mikrober. Därför försöker man ge nanocellulosan en sådan ytstruktur som mikroberna inte kan förstöra.

Nanocellulosa kan tillverkas av ett stort antal cellulosaråvaror, kanske enklast av blekt kommersiell kemisk massa. Intressanta råvaror är även returpapper, papp och rejektfiber från pappersfabriker.

– Inom detta projekt utvecklar vi särskilt nya tillverkningsmetoder för nanocellulosa som bygger på kemiska så kallade djupeutektiska lösningsmedel (Deep eutectic solvents, DES). DES är lösningsmedel som baserar sig på gröna kemikalier, till exempel urea och kolinklorid som används som hönsfoder. Dessa är mycket konkurrenskraftiga kostnadsmässigt och kommersiellt lättillgängliga, säger Liimatainen.

Uusi__D6B2752eo-800
Foto: Erkki Oksanen, Luke

Resultat om drygt ett år

Innan projektet avslutas ska impregneringsmedlens effekt testas i Lukes provstation i Punkaharju, där det finns ett förruttnelsefält utomhus och uppvärmningsbara förmultningslådor inomhus. I stationens svampstall finns cirka tjugo kommersiella mögel- och rötsvampsbestånd färdiga att ta sig an det bioskyddade virket.

I de uppvärmningsbara förmultningslådorna kan fukt- och temperaturförhållanden justeras så att de blir gynnsamma för svamparna och mikroberna, och det innebär att de första resultaten av hur bra mindre stickor motstår röta fås ungefär ett halvt år efter inledningen av testet. Resultat från proverna utomhus fås efter 5–10 år.

Venäläinen säger att svaga impregneringsmedel avslöjas redan efter cirka tre månader. Om behandlat trä har hållit sig bra i cirka ett år, kan resultatet redan anses lovande. Testningen pågår i regel tills det impregnerade träet kollapsar.

– Målsättningen är att det ur föreningen mellan tanniner, trädestillat och nanocellulosa ska komma ut en träskyddsprodukt som är konkurrenskraftig även prismässigt och som är så ren att den till slut kan brännas fastän i bakugnen, avslutar Venäläinen.

I projektet Nanoteknisesti biosuojattu kestopuu, som Tekes finansierar, utvecklar man ett biobaserat impregneringsmedel. Projektet inleddes i början av det här året och avslutas 31 maj 2017. Samordnare för projektet är Östra Finlands universitet, med Uleåborgs universitet och Naturresursinstitutet som partner. Dessutom deltar företag som har möjlighet att dra nytta av studiens utvecklingsarbete.

Ansvarsområden:

  • Naturresursinstitutet: urlakning av tanniner ur träds bark genom extrahering med hett vatten och testning av impregneringsmedel
  • Östra Finlands universitet: tillverkning av pyrolysvätskor, utveckling av impregneringsmedel från nanocellulosa och tannin, provbehandlingar av trästycken samt bearbetning av kemikalier och analytik
  • Uleåborgs universitet: tillverkning av nanocellulosa och koppling av tanniner till nanocellulosa.

Läs också