Nanofibre fra cellulosemasse er sterke og anvendelig byggeklosser, og er et alternativ til blant annet plastemballasje. Hvordan en skulle framstille nanofibrene til en fornuftig pris har skapt hodebry for forskere i årtier.

Løsningen er endelig innen rekkevidde. Fibriller består av cellulose som er lange sukkermolekyler som er orientert buntvis.

Buntene utgjør veggene i de sugerørliknende vedcellene som trestammen er bygd opp av.

– Mye energi har gått med til å bygge opp vedcellene ute i naturen, og vi skal rive dem fra hverandre igjen ved bruk av minst mulig energi. Endelig har vi fått ned kostnadene, til samme nivå som det som går med til å framstille fiber til avisproduksjon.

– Grunnlaget er lagt for nisjeprodukter i små skala og etter hvert også storskalaproduksjon, sier seniorforsker Kristin Syverud ved Papir- og fiberinstituttet (PFI).

Hun kan fortelle at de første kommersielle aktørene er i gang med å produsere nanaocellulose, også kalt mikrofibrillert cellulose (MFC).

Grønne verdier

– Dette vil delvis brukes i nisjeprodukter, som gir lite volum, men til stor verdi. Når vi forsker frem papir med bedre trykkvalitet for å bedre leseopplevelsen, snakker vi om store volum.

– Snakker vi om plastposer vil det være enorme tall. Politikere og forbrukere kan brukes sin makt og gå for de grønne produktene, og produkter laget av MFC er langt mer miljøvennlig enn for eksempel plast, sier Syverud.

Armeringsjern fra naturen

Allerede i 1983 klarte forskerne å fremstille disse lange og tynne nanofibrene fra tre, og så at de kunne brukes som byggesteiner i en lang rekke produkter. På det tidspunktet var framstillingskostnadene så høye at kommersiell satsning ikke var aktuelt.

Fibriller er naturens eget mini-armeringsjern. De består av lange sukkermolekyler – cellulose - som er orientert buntvis. Sammen utgjør buntene veggen i de sugerørliknende vedcellene som trestammer er bygget opp av.

På papirfabrikken mørbankes og flatklemmes vedcellene. Der gjenoppstår de som papirfiber. Eller de kokes og blir til cellulose.

Alt i dag er det fullt mulig å frigjøre fibrillene fra kokte vedceller – og få ut molekylbunter med tykkelser som måles i nanometer- milliondels millimeter.

Storskala

I Finland skal Stora Enso bygge et pilotanlegg for fibrillproduksjon. De skal ved hjelp av ny teknologi, blant annet belegge emballasje som skal benyttes i næringsmiddelindustrien Drikkekartonger belegges i dag med enten plast eller aluminium.

Typiske norske tresorter som gran, furu og bjerk har vært med i forsøkene.

– Vi kan lage filmer som er veldig sterke, gjennomsiktige og tette for gass. Likeledes kan beleggene som brukes inni kartonger erstattes med materialer laget av MFC. I dag brukes mange tonn med plast som belegg i ulike kartonger.

– Hvis dette blir erstattet med et miljøvennlig og nedbrytbart materiale ville det være ett skritt i riktig retning, både sett fra et miljøhensyn, men også fordi olje er en knapp ressurs som ikke fornyes på samme måte som trær. Trær vokser fort opp, sier Syverud.

Treavfall

Tre som brukes til møbler, bygninger og papirproduksjon må holde en viss kvalitet avhengig av hva trevirket skal benyttes til.

– Det trenger ikke cellulosen vi skal benytte til fibrillproduksjon å ha. Vi kan gjerne bruke treflis som ellers ville ha gått til forbrenning eller lignende. Vi skal jo ned på nanonivå og da har vi ingen krav til at treet skal være rettvokst, forteller Syverud.

Forskerne ser at det dukker opp mange anvendelsesområder nå som det snart er industrielt lønnsomt å utvinne MFC.

– Kan brukes i maling og i komposittmaterialer. I tillegg har MFC egenskaper som kan være med å forsterke en lang rekke produkter, sier forskeren.

Mat og medisin

Forskeren ser for seg en mengde anvendelsesområder for fibrillene. Både innen næringsmiddelindustrien, kosmetikk og medisiner, som for eksempel fortykningsmiddel.

Fibrillene er også egnet til å stabiliserende emulsjoner, det vil si i blandinger der fett er løst i vann eller omvendt, eller til å utvikle papir med forbedret styrke og trykkvalitet.

– Hva industrien kommer til å satse på er ennå uvisst, men tenkt hvis alle plastposer i verden hadde blitt laget med fibriller, da ville vi blitt kvitt et stort problem. Alle posene ville etter en tid blitt brutt ned, for igjen å gi næring til noe som skulle vokse opp, sier Syverud.

Referanse:

Chinga-Carrasco: Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils: The morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale Research Letters 2011, 6:417, doi:10.1186/1556-276X-6-417.