Suomalaistutkija kehitti mullistavia keksintöjä vaikeana raaka-aineena pidetystä ligniinistä

Alexander Hennin keksinnöt voivat korvata myrkyllisiä kemikaaleita esimerkiksi autoissa, kertoo Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiö.

• Alexander Henn kehitti väitöskirjaansa puusta uudenlaisia sovelluksia, jotka korvaavat myrkyllisiä kemikaaleja, kuten synteettisiä PFAS-aineita.
• Henn osoitti, että puun ainesosa ligniini taipuu optisiin sovelluksiin, kuten huurtumisen estäväksi kalvoksi esimerkiksi silmälaseissa tai auton tuulilasissa.
• Henn keksi, että ligniinistä voi tehdä myös niin sanottuja rakenteellisia värejä, joita voitaisiin käyttää esimerkiksi autoteollisuudessa.
• Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiön palkitsema Henn kehitti myös liiman ja lämmönvarastointiin soveltuvia hybridipartikkeleita.

Suomalaisen Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava, nykyinen tekniikan tohtori Alexander Henn tunsi painetta valmisteilla olleen, ligniinin jalostamista käsittelevän väitöskirjansa kanssa pari vuotta sitten, Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiön tiedotteessa kerrotaan.

Viimeisessä väitöskirjaan kuuluvassa tutkimusprojektissaan Henn halusi kehittää aiempaa ympäristöystävällisemmän tavan muokata ligniinin rakennetta vettähylkivämmäksi.

Puupohjaista polymeeriä ligniiniä erottuu metsäteollisuuden sivutuotteena. Ligniinin tehokas hyödyntäminen on hankalaa sen huonon liukoisuuden, matalan reaktiivisuuden ja heterogeenisuuden vuoksi.

Taustalla rasitti epäonnistuneita laboratoriokokeita. Hennin väitöskirja oli supistumassa neljästä artikkelista kolmeen.

Kirkas, huurtumisen estävä pinnoite puusta

Henn jatkoi kokeita laboratoriossa ja lopulta löysi toimivan prosessin. Tuloksena oli uusi, nopea ja tehokas tapa kiinnittää etikkahapon ja ligniinin veteensitovat rakenteet toisiinsa siten, että vettä hylkivät jäivät rakenteet jäljelle. Optimoimalla reaktio saatiin aikaan minuuteissa ja vain 60 celsiusasteen lämpötilassa.

Tämä oli kuitenkin vain ensimmäinen askel: nyt piti todistaa, että työ oli vaivan arvoinen. Henn valmisti muokatusta ligniinistä ligniinipartikkeleita. Oletus oli, että partikkelit toimisivat vettähylkivinä pinnoitteina. Henn kaatoi muokatun ligniiniliuoksen veteen, kuten useasti aiemminkin käyttäessään liuoksia muokkaamattomasta ligniinistä.

(Juttu jatkuu kuvan jälkeen.)

Henn ajatteli, että ligniini värjää seoksen vaaleanruskeaksi kuin maitokahvi. Väri ei kuitenkaan muuttunut.

”Dispersiosta (seoksesta) tuli täysin kirkasta ja läpinäkyvää. Ajattelin, että mitä tämä merkitsee. Eikö ligniinistäni voi tehdä partikkeleita? Sitten katsoin mikroskoopilla, että kyllä se oli toiminut. Seoksesta löytyi ligniinipartikkeleita, jotka olivat niin pieniä, ettei niitä nähnyt, eivätkä sen vuoksi aiheuttaneet muutosta liuoksen väriin”, Henn kertoo.

Henn kokeili partikkeleita pinnoitteena, mutta ne eivät olleet vettähylkiviä. Päinvastoin ne olivat erittäin hydrofiilisia eli veteen liukenevia. Ominaisuus selittyi partikkelien rakenteella. Suurin osa ligniinistä oli muuttunut vettähylkivämmäksi, mutta pieni osa jäljellä olevista vettä sitovista ryhmistä oli partikkelien muodostuessa kertynyt partikkelien pintoihin.

Henn oli aikaisemmin lukenut huurtumisenestopinnoitteiden toimivuudesta ja muisti, että nekin ovat vastoin vaistoa hydrofiilisiä.

Tilanne muutti kokeen tavoitteen.

”Ajattelin, että kokeilen huurtumisenestoa”, Henn sanoo.

Koe toimi heti täydellisesti.

”Pinnoitin pienen lasinpalasen ja kokeilin, huurtuisiko se. Ei huurtunut. Se oli kyllä hauska testi”, Henn sanoo.

Pinnoitin pienen lasinpalasen ja kokeilin, huurtuisiko se. Ei huurtunut. Se oli kyllä hauska testi.

Henn tajusi tieteen vieneen hänet uuden äärelle. Puun ainesosa ligniini taipuisi optisiin sovelluksiin, kuten huurtumisen estäväksi kalvoksi esimerkiksi silmälaseissa tai auton tuulilasissa.

Aalto-yliopiston ”mullistavaksi” kuvaama puupohjainen keksintö voi korvata erittäin myrkyllisiä kemikaaleja, esimerkiksi synteettisiä PFAS-aineita, jotka uhkaavat ihmisiä, eläimiä ja luontoa.

Hennin ligniinin läpinäkyvyyteen liittynyttä löydöstä seurasi toinen yllätys. Ligniinipartikkeleiden väri muuttui kalvon paksuuden mukana. Kyse on niin sanotusta rakenteellisesta väristä, joita esimerkiksi kalliimpiin autoihin erikoistunut, japanilainen Lexus on kehittänyt.

”Ensin saatiin sininen kalvo, sitten keltainen ja sitten lila”, Henn kertoo tiedotteessa.

Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiö palkitsi

Henn pokkasi huhtikuussa väitöskirjastaan Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiön 10 000 euron väitöskirjapalkinnon. Hennin tekemät keksinnöt osaltaan auttavat irtautumaan maailmalle tuhoisista fossiilisista raaka-aineista ja toimivat myös pitkäkestoisena hiilivarastona.

Palkintoperustelujen mukaan Henn on väitöskirjassaan kehittänyt muokkausteknologioita, joiden avulla ligniinistä voidaan valmistaa vesipohjaisiin sovelluksiin sopivia nanopartikkeleita. Hän kehitti ligniinistä muun muassa kaksi pinnoitesovellusta, liiman ja lämmönvarastointiin soveltuvia hybridipartikkeleita.

Vuonna 2022 Henn voitti Marcus Wallenbergin nuorten tutkijoiden kilpailun Ruotsissa.

Tutkimus on osa Suomen Akatemian rahoittamaa FinnCERES lippulaivaohjelmaa.

Lue lisää: Näin tunnistat vaarallisen puun pihalla ja metsässä: 8 + 7 merkkiä, joista on syytä huolestua

Lue lisää: Uutuuskirjan laskelmat: Näin paljon pakurilla, kerkällä, mahlalla ja pihkalla voi tienata – tulot jopa 44 320 euroa hehtaarilta