|
Her er naturens eget mini-mini-armeringsjern. Fibrillene er frigjort fra celler i granved. Tykkelsen er 50 milliondels millimeter. |
Forskere i Trondheim tror det kan lages mye nytt og spennende om vi klarer å nyttiggjøre oss noen av naturens aller minste konstruksjonsmaterialer. De kalles fibriller. Et navn du trolig aldri har hørt.
Men faktisk er det millioner av dem i papiret du nå har i hånda.
Et naturens under
St. Hansaften 2005: Til SINTEF/NTNUs campus strømmer avisjournalister og TV-team. Her venter stolte metallurger i hjelm og frakk. De har klart å produsere nanorør av karbon i stor skala. Et materiale med ti ganger høyere strekkstyrke enn det sterkeste stål, og med en tiendedel av stålets vekt!
Supermaterialet er født i en 30 000 graders varm lysbue.
Lite vet reporterne om hva som skjer i nabobygget på Gløshaugen, hos Papir- og fiberinstituttet AS (PFI). Der, og i tilstøtende laboratorier, jobber en håndfull travle mennesker fra PFI, SINTEF og NTNU med fibriller – nanokomponenter som naturen lager helt på egen hånd. Ved hjelp av sollys, luft og vann!
Fibrillene blir til kontinuerlig inne i alle trær som vokser. I styrke kan de ikke måle seg med nanorør av karbon. Men de er sterke nok til at SINTEFs Bjørn Steinar Tanem ser dem for seg som armering i plast, der han sitter og beundrer fibrillene i elektronmikroskopet.
Armeringsjern av sukker
Fibriller er naturens eget mini-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.
Det er fibrillenes seige styrke som holder svaiende kjemper oppreist i røffe stormkast. Materialet er utviklet i et av verdens største nanolaboratorier. Skogen.
– Og naturen har brukt millioner av år på å perfeksjonere resultatene, sier Tanem.
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). Men det koster flesk.
Nå jobber forskere flere steder i vesten, deriblant i Trondheim, med å gjøre prosessen mer energi- og kostnadseffektiv. Ingen enkel jobb, ifølge prosjektleder Kristin Syverud ved PFI.
– Massevis av energi har gått med til å bygge vedcellene opp ute i naturen. Så kommer vi og skal helst bruke så lite som mulig på å rive dem fra hverandre igjen.
Verdifull styrke
I tre år har PFI jobbet med et grunnleggende prosjekt på fibriller, støttet av Forskningsrådet og i tett samarbeid med forskere fra SINTEF og NTNU. Faglig er utfordringene mange ifølge Syverud, men hun synes temaet er vel verdt litt slit. For fibrillene har mange egenskaper som fascinerer forskerne. Styrken er en av dem.
Fibrillene er lange i forhold til sin tykkelse og kan dermed være gode til å ta opp krefter. Ifølge SINTEFs Bjørn Steinar Tanem er de derfor høyaktuelle som armering i plast. Han spår at de kan åpne for plast for eksempel i bildeler.
Forskerne i Trondheim ønsker å bruke fibriller i bioplast – plastmaterialer laget av naturprodukter som maisstivelse. Målet er komposittprodukter som i et livsløpsperspektiv belaster miljøet minst mulig.
– Fibriller kan gi bioplast nye, forbedrede egenskaper som sammen med riktig design kan legge grunnlaget for mer tynnvegget støpegods for eksempel og dermed få ned materialforbruket, sier Tanem.
Mer forskning må imidlertid gjøres først. Det er blant annet ikke så enkelt å få fibriller inn i plasten. Men der er gruppa alt kommet et stykke, ifølge forskeren.
Parallelt har PhD-stipendiat Martin Andresen ved NTNU og SINTEFs Per Martin Stenstad manipulert fibrillenes overflate. Slike endringer må til for å få fibrillene til å trives inne i plastmaterialer.
PFIs Kristin Syverud har falt spesielt for resultatene fra et helt annet bruksområde.
Til kamp mot bakterier
Fibrillenes overflate gjør det nemlig lett å koble dem til andre aktive stoffer. Også her har overflateekspertene Andresen og Stenstad brukt sin viten, sistnevnte har jobbet på tilsvarende vis med de berømte ”Ugelstad-kulene”.
Til varianten ”fibriller med vedheng” valgte Trondheims-forskerne et kjemikalium som dreper mikroorganismer. De har fått stoffet til å sitte dønn fast på fibrillene.
– Dette er viktig, for slike kjemikalier bør ikke lekke ut og komme på avveie, sier Syverud.
Hun forklarer at resultatene har født spennende produktideer i prosjektgruppa: Deriblant tanker om å bruke fibriller til å lage bakteriedrepende matemballasje og ditto engangslaken og vannfilter.
Lista over mulige bruksområder for fibriller er lang og berører flere industrigreiner (se faktaboks). Men forskerne har fortsatt mye å bryne seg på før fibrillene er klar for butikkhyllene.
Foredlingsfeberen rår
– Å få kontroll over størrelsesfordelingen på de frigjorte fibrillene, er en av utfordringene vi ennå river oss litt i håret over, sier Kristin Syverud, som har ledet prosjektet sammen med Per Stenius, professor II ved NTNU.
To ulike maskinløsninger brukes i dag til å frigjøre fibriller fra vedceller: Ei mølle, og ei dyse som gir stort trykkfall. Begge sluker energi. Men det finnes viten allerede, blant annet hos PFIs svenske eiere, som vil få energiforbruket vesentlig ned, ifølge Syverud. Hun er også helt sikker på at forskningen vil gi kommersielle produkter.
– Men hvilke bruksområder som vil ta av, er uvisst. Og det blir sikkert ikke produkter av alle ideene vi har, sier hun.
Celluloseindustrien i vesten er drivkraften bak fibrillforskningen. I-landene innser at det er vanskelig å konkurrere på pris for tradisjonell cellulose og ser seg om etter bruksområder for foredlet cellulose. PFIs Kristin Syverud tror verdens miljøfokus vil bidra til etterspørsel etter fibriller.
– De er en fornybar ressurs som lages i naturen rundt oss hver dag. Og ved er jo en billig vare, sier hun.
Selv vil jeg se på trær med andakt neste gang jeg går på tur.
Mange bruksområder:
* Lage plastemballasje som er råsterk og gjennomsiktig på en gang
* Utvikle sterkere avis- og magasinpapir med gode trykkegenskaper
* Stabilisere emulsjoner – blandinger der fett er løst i vann eller omvendt
* Hindre turbulens ved rørtransport av olje
* Lage fortykningsmidler for alt fra mat til kosmetikk
* Utvikle nye typer membraner
