Ligniini nousi sivuroolista parrasvaloihin

Sellunkeiton sivutuotteena muodostuvalle ligniinille etsitään uutta käyttöä erilaisten biosovellusten raaka-aineena. Ligniinistä valmistetaan erilaisia kemikaaleja ja materiaaleja – sitä pidetään kiinnostavana tulevaisuuden raaka-aineena etenkin teknisille hiilille ja komposiiteille.

Ligniini on biopolymeeri, jota on lähes kaikkien kasvien soluseinämissä. Puissa ligniini toimii sideaineena ja kiinnittää selluloosakuidut yhteen. Sellunkeitossa se hajotetaan ja erotetaan kemiallisesti selluloosasta. Ligniini jää prosessissa muodostuvaan mustalipeään.

Perinteisesti ligniiniä ei ole pidetty metsäteollisuudessa järin kiinnostavana komponenttina. Tutkimusprofessori Ali Harlin VTT:ltä kertoo, että ligniinin hyödyntäminen raaka-aineena ei silti ole uusi ajatus, vaan sitä on pohdittu 1930-luvulta lähtien.

– Alan vanha sanonta toteaa, että ligniinistä voi tehdä mitä tahansa, mutta ei rahaa, Harlin pohjustaa.

Ligniiniin on sitoutunut paljon energiaa, joten mustalipeä on tarjonnut ja tarjoaa yhä hyvän bioenergian lähteen teollisuudelle. Sen ansiosta sellutehtaat tuottavat energiaa yli oman tarpeensa.

Digitalisaatio siirsi fokusta

Ajat ovat kuitenkin digitalisaation myötä muuttuneet: paperin kysyntä on hiipunut ja paperikoneiden määrä vähentynyt. Sellun menekki sen sijaan on lisääntynyt, koska verkkokaupan räjähdysmäinen kasvu on luonut pakkauskartongille kysyntää.

– Sellunkeitto on kokenut vähän kuin renessanssin. Sen tuotanto on kannatellut 2000-luvun taitteen jälkeen metsäteollisuutta murroksen yli, ja sellusta on tullut fokuksessa oleva asia, Harlin toteaa.

Sellun renessanssi on merkinnyt sitä, että myös ligniiniä muodostuu aiempaa määriä. Lisäksi vanhojen sellutehtaiden tuotantoprosesseja on kehitetty tehokkaammaksi, uusia biotuotetehtaita pystytetty ja tehtaiden energiatehokkuutta parannettu. Myös asenne raaka-aineita kohtaan on kokenut murroksen.

– Nyt biojalostamot miettivät, miten voidaan käyttää raaka-aine mahdollisimman tarkkaan ja saada siitä mahdollisimman iso hyöty, Harlin sanoo.

Moneen taipuva raaka-aine

Harlin katsoo ligniinin uuden aikakauden alkaneen lignoboost-prosessista, joka kehitettiin alun perin Ruotsissa. Sen avulla ligniini saadaan eroteltua mustalipeästä erilaisten biosovellusten raaka-aineeksi.

– Mielenkiintoista on, että ei ole olemassa yhtä ainoaa ligniiniä, vaan niitä on paljon erilaisia. Se, miten ligniini erotetaan puusta, vaikuttaa lopputulokseen paljon, Harlin huomauttaa.

Ligniini on häkellyttävän monipuolinen raaka-aine. Siitä voidaan valmistaa erilaisia kemikaaleja ja materiaaleja, niinkin erilaisia tuotteita kuin puunsuoja- ja palonestoaineita sekä keinotekoista vanilliini- tai savuaromia. Harlin toteaa, että periaatteessa ligniinistä voi tehdä myös polttoainetta tai biomuovia.

– Aika perinteinen kemikaali on lignosulfaatti, jolla voidaan säätää aineiden viskositeettia eli parantaa liuoksen virtausta. Sitä on käytetty muun muassa öljylähteiden tyhjentämiseen. Saman aineen uudempi versio on VTT:llä kehitteillä oleva betoninnotkistaja: se ei jätä betoniin ilmakuplia, joten betonista saadaan aiempaa lujempaa.

Sideaineena ligniini soveltuu hyvin erilaisten liimojen liima-aineeksi. Esimerkiksi VTT:n kehittämällä CatLignin-teknologialla korvataan vanerin valmistuksessa käytettyjä myrkyllisiä fenolihartseja.

Sen sijaan biomuovien raaka-aineena metsäteollisuudesta peräisin oleva ligniini ei ole oikein lyönyt itseään läpi – ainakaan vielä. Syy on se, että lopputuote on tummanruskeaa materiaalia, joka haiskahtaa epämiellyttävästi rikiltä.

Pitkä tutkimusperinne

Tutkijoilla riittää yhä sarkaa ligniinin uusien käyttökohteiden etsimisessä. Erityisen kiinnostavia ovat ligniinin näkymät teknisten hiilten ja lujarakenteisten komposiittien valmistuksessa.

– Hiilikuituja tutkitaan paljon, sillä tulevaisuudessa tarvitaan runsaasti uusia kestäviä materiaaleja, jos sähköautot ja tuulivoima yleistyvät. Teknisille hiilille on hurja määrä käyttökohteita: niitä tarvitaan muun muassa nykyaikaisessa akkuteknologiassa sekä väriaineena. Tutkijat puhuvat myös nanohiilistä, Harlin luettelee.

Hänen mukaansa Suomi on hyvin ajan hermolla ligniinin uusien sovellusten kehittämisessä. VTT:n lisäksi tutkimusta tehdään Aalto-yliopistossa, Jyväskylän yliopistossa ja Åbo Akademissa.

– Ligniiniä on tutkittu Suomessa jo sata vuotta. Meillä on perinteisesti erittäin hyvää analytiikkaa. Ligniinin rakenne tunnetaan, ja sen kemialliset ominaisuudet ymmärretään, Harlin toteaa.

TEKSTI MINNA NURRO • KUVA VTT