Puuon luonnonkemiantehdasPuu on luonnon oma kemiallinen tehdas,joka tuottaa mitä erilaisimpia rakenteitaja molekyylejä. Niiden eristämisessäja hyödyntämisessä on Suomenkinmetsäteollisuuden tulevaisuus.Jari KoponenMetsäteollisuuden perinteiset tuotteet eivätenää riitä, vaan ala etsii täysin uudenlaistajalostettavaa. Puun suoraa polttokäyttöävoi jo pitää arvokkaan raaka-aineenhaaskauksena.Metsäklusterin tavoite on, että vuonna2030 teollisuuden tuotosta puolet tuleetuotteista, joita vielä ei ole edes keksitty.Tuotteiden ja palvelujen arvon sekä tutkimus-ja kehitysvolyymin pitäisi määrävuoteenmennessä kaksinkertaistua.Lupaavimpina keinoina pidetään puunbiojalostusta ja nanoteknologiaa. Vanhaesimerkki edellisestä on mäntyöljy, uudempiksylitoli. Tätä nykyä Suomessaon käynnissä useitakin biojalostushankkeita.Stora Enso ja Neste Oil kehittelevätuuden sukupolven biopolttoaineita, joidenraaka-aineena on hakkuujäte. ÅboAkademissa on keksitty menetelmä, jonkaavulla kuusen oksatyvistä erotetaanterveysvaikutteista lignaania (ks. <strong>Kemia</strong>4/ 2008).Paperinvalmistuksessa on jo käytössäälykkäitä, resursseja säästäviä tuotantoteknologioita,kuten nanopigmentit,nanosuodatus ja pintojen puhdistus. Tulevaisuudessananoteknologian uskotaanmahdollistavan toiminnalliset paperipinnatja entistä paremmat prosessisensorit.Uusille asiakkaille räätälöitävienbiojalosteiden joukosta toivotaan löytyvänsellaisia massatuotteita, jotka pitävätpuunjalostusteollisuuden kansantaloutemmeyhtenä tukijalkana myös tulevaisuudessa.Kärkenä nanoselluKuumin kehityskohde meilläkin on nanoselluloosa,jonka tutkimiseen on panostettulyhyessä ajassa paljon. Ensimmäi-Keskuslaboratoriosiä tuotteita odotetaan markkinoille 5–10vuodessa. Kansainvälinen kilpailu alallaon kuitenkin kovaa ja suomalaiset takaaajoasemissa.Kantona kaskessa on kustannustehokkaanteollisen tuotantomenetelmän puute.Nanosellua pystytään Keskuslaboratorionkoelaitteilla valmistamaan kiloja,mutta teollisuudessa pitää päästä tonnientuotantolukuihin.Nanosäikeinen sellu tarttuu hyvinkiinni pintoihin ja parantaa tuotteidenlujuusominaisuuksia.42<strong>Kemia</strong>-Kemi Vol. 36 (2009) 2
Parin millimetrin pituiset, 30–40 mikrometriä paksut sellukuidutkoostuvat säikeistä eli fibrilleistä ja ne mikrosäikeistä.Ytimessä ovat selluloosamolekyyleistä koostuvat nanofibrillit,jotka ovat pituudeltaan mikrometrin luokkaa ja halkaisijaltaan5–30 nanometriä. Molekyylit muodostavat nanosäikeeseensekä kiteisiä että kiteettömiä eli amorfisia alueita.Säikeistä tai kiteistäNanoselluloosaa voidaan valmistaakahdessa eri muodossa. Kun sellukuituhajotetaan jauhamalla se mekaanisestijoko entsyymikäsittelyn kanssa taiilman sitä, tuloksena on nanosäikeistäsellua.Säikeet kiinnittyvät toisiinsa vetysidoksin,joten amorfisessa muodossaannanosellu on vahvaa ja pintoihin hyvinkiinnittyvää. Kun veteen lisätään pariprosenttia säikeistä nanosellua, syntyyhyytelömäinen seos. Suomessa keskitytäännanosellun säiemuotoon.Jos taas sellukuitu hajotetaan hydrolyysillavahvan hapon avulla, saadaan aikaankuitukidekimppuja. Ne voidaan hajottaaedelleen ultraäänellä yksittäisiksinanokiteiksi eli nanokiteiseksi selluksi.Nanokiteet ovat yhtä lujia kuin terässäikeet.Kun paperikuitujen pinta-ala onnoin neljä neliömetriä grammaa kohti,nanokiteillä se on hyvin suuri: 400–700neliötä. Ominaisuudet tekevät nanokiteisestäsellusta erinomaisen komposiittimateriaalinvaikkapa luotiliivejä varten.Nanokiteistä sellua tutkitaan erityisestiPohjois-Amerikassa.Jari KoponenOngelma on myös se, että sellua tarvitaanuseampaa eri lajia ja puhtausastetta.Tulevaisuuden tuotantolaitoksen tuleeolla niin joustava, että se kykenee palvelemaanerilaisia loppukäyttäjiä.Suurkäyttäjiksi odotetaan paperinvalmistajia.Nanosellua voidaan hyödyntääpäällystysaineena, joka antaa lopputuotteellelujuutta; ruotsalaiset ehtivät jo viimekesänä esitellä laboratoriossa tekemänsämaailman lujimman paperin.Tavallisen sellun lisäaineena nanosellumahdollistaa hyvin ohuiden ja märkäkestävienpaperilaatujen valmistamisen.Komposiittimateriaalina esimerkiksimuovin kanssa nanosellu säästää uusiutumattomiaraaka-aineita. Elintarvike- jakosmetiikkateollisuus voivat hyödyntäänanosellun hyytelöitymisominaisuuksia,lääketeollisuudessa sille on potentiaaliatablettien pinnoitteena.Kirjoittaja on nanoteknologiaan erikoistunutkemisti ja vapaa toimittaja.Päivi IkonenMetsäteollisuus murroksessaMaailmanlaajuinen talouskriisi koettelee Suomen metsäteollisuutta, jota ovatviime vuosina rasittaneet myös energiakustannusten kasvu, puu- ja kuitupulasekä liiketoimintaympäristön muutokset.Euroopassa alalla on ylituotantoa ja alhainen hintataso. Tropiikissa puuplantaasienkylkeen rakennetut tuotantolaitokset supistavat täkäläisiä vientimahdollisuuksia.Alan teollisuuden voitot ennen veroja ja osinkoja ovat romahtaneet vuosituhannenvaihteen 3–5 miljardista viime vuosien 0,1–1 miljardiin euroon, eikä pohjaa ole vielätavoitettu. Muutosta tarvitaan kipeästi, mutta alan äärimmäinen pääomavaltaisuusja tuotantoprosessien minimaalinen joustavuus edellyttävät pitkää valmistelua.Muutostarpeeseenkin herättiin hitaasti. Yhdysvalloissa, Kanadassa, Japanissa jaRuotsissa ymmärrettiin paljon aikaisemmin, että puusta täytyy jalostaa kannattavampiakintuotteita kuin sellua ja paperia.Stora Enson eläköityvä varatoimitusjohtaja Hannu Ryöppänen myönsi helmikuisessaSkogsbrukets vinterdagar -tapahtumassa, että meillä on havahduttu 10<strong>vuotta</strong> myöhässä. Valtiosihteeri Raimo Sailaksen johtama paperiteollisuuden tulevaisuustyöryhmäkäänei vielä vuonna 2006 nähnyt alalla kriisin merkkejä.Tositoimiin 2006Käänne kuitenkin tapahtui samana vuonna, kun Tekesin FinNano-ohjelman yhteyteenperustettiin metsäteollisuuden teemaryhmä, joka julkisti alan ensimmäisennanoteknologiavision. Visio päivitettiin vuonna 2008.Teemaryhmästä muodostui maamme ensimmäinen SHOK eli strateginen huippuosaamiskeskittymä,joka vuonna 2007 yhtiöitettiin Metsäklusteri Oy:ksi. Yhtiössäon mukana korkeakouluja, tutkimuslaitoksia ja yrityksiä, ja sen tehtävänä on alantutkimusohjelmien käynnistäminen ja rahoituksen kanavoiminen.Uusi järjestely on myös viime vuonna Espoon Otaniemeen muodostettu Nanoselluloosakeskus.Tänä vuonna Keskuslaboratorion tutkimus- ja laboratoriotoiminnotyhdistetään VTT:hen, jolloin syntyy maailmanluokan keskittymä tutkimaan puunuusia käyttömuotoja.<strong>Kemia</strong>-Kemi Vol. 36 (2009) 243