Mot en framtid av trä

Skivan som Céline Montanari håller upp framför sig är mjölkaktig, som frostat glas. Men när hon lägger den i handen syns fingrarna tydligt.

– På håll sprids ljuset och materialet blir mer opakt, förklarar hon.

Även om det är en bit kvar till att få det helt genomskinligt är den lilla skivan ett stort steg framåt, betonar hon.

– Det är vårt hittills mest transparenta trä, och det första som är helt biobaserat.

Ja du läste rätt. Materialet är den senaste generationen genomskinligt trä som utvecklats av Céline Montanari och kollegorna på institutionen för fiber- och polymerteknik vid Kungliga tekniska högskolan, KTH.

Skivan består av trä från björk där ligninet, som binder ihop cellulosan i cellväggarna och ger trä dess bruna färg, har avlägsnats. För detta använder forskarna en skonsam kemisk metod som bevarar cellulosans struktur.

Kvar blir en spröd, vit träbit med samma form som den ursprungliga, men som nu består att finmaskigt nätverk av ren cellulosa. I nästa steg dränks den in i en bioplast. Den är i sin tur baserad på citrusskal och speciellt utvecklad för att ha samma optiska egenskaper som cellulosan. Citrusplasten är det nya som ersätter en fossilbaserad plast, som använts i tidigare generationer av det genomskinligta träet.

Än så länge sker tillverkningen på labbet. Processen är förhållandevis långsam och de största skivor som tillverkats är i A4-format. Céline Montanari hoppas att processen ska gå att skala upp och att vi en dag kan ha fönster med en stomme av cellulosa.

Skogen väntas spela en nyckelroll i den framtida bioekonomin för att ersätta fossila råvaror. ”Allt som görs av olja kan göras av skog”, kan man till exempel läsa på Skogsindustriernas hemsida.

– Trä är ett fantastiskt material som kan användas till så mycket mer än att göra bräder och massa. Vi kan till exempel använda skogsråvara för att minska vårt beroende av fossilbaserad plast, som är ett stort problem när den hamnar i naturen, säger Lars Berglund, professor i trä och träkompositer på KTH.

För 12 år sedan var han med och startade forskningscentret Wallenberg Wood Science Center med deltagare från flera universitet och med fokus på att utveckla nya material av trä.

Utöver det genomskinliga träet har satsningen bland annat resulterat i papper som gjorts magnetiskt, elektriskt ledande och brandtåligt. Andra exempel är biobaserade plaster, lim och porösa material. Forskarna har till och med byggt en laser av trä.

En av de senaste innovationerna är ett nytt och energieffektivt sätt att tillverka en aerogel, det vill säga ett mycket lätt och poröst material som används exempelvis för att absorbera andra ämnen, som isolering eller vid luft- och vattenrening.

KTH-forskarnas aerogel består av finfördelad cellulosa – nanocellulosa – och ett ämne från alger. Förhoppningen är att den nya aerogelen ska kunna användas i läkemedel, där de verksamma substanserna kan fästas vid aerogelens struktur.

Trä består huvudsakligen av tre beståndsdelar: cellulosa, hemicellulosa och lignin. Skogsindustrin har traditionellt gjort papper och pappersmassa av cellulosan, medan ligninet eldats upp och gett energi till dessa processer. På grund av sin komplexa kemiska struktur har lignin hittills varit svårt att förädla, men nu växer intresset för att använda lignin för att ersätta fossila material – som plast.

I Knivsta norr om Stockholm startade företaget Lignin Industries i februari i år en demonstrationsanläggning för att tillverka 2 000 ton ligninplast per år. Ligninet, i form av ett brunt pulver, modifieras och blandas med biobaserad olja i en patenterad process som resulterar i plastpellets i standardformat. Idén är baserad på forskning vid KTH.

Den ligninbaserade plasten kan sedan mixas med fossil plast, berättar produktchefen Thomas Roulin.

– Du kan blanda i upp till 50 procent och fortfarande ha mycket goda egenskaper, säger han.

De färdiga produkterna kan vara plastfilmer, leksaker eller granulat till fotbollsplaner, som därmed får ett lägre koldioxidavtryck än om de tillverkas av enbart fossil plast. Ytterligare en fördel med att göra bioplast av lignin är att det finns i stora mängder.

– Pappers- och massaindustrin bränner 80 miljoner ton lignin om året. Det skulle räcka till att ersätta en tredjedel av all den plast som produceras årligen och göra skogslandet Sverige till nettoexportör av plast, säger Thomas Roulin.

Men än så länge är det få massabruk som utvinner sitt lignin. Ett av dem är Stora Ensos bruk i finska Sunila, som bland annat levererar till Lignin Industries. Efter masskoket separeras ligninet ut i en särskild process. På sitt innovationslabb, med bas i Stockholm, utvecklar Stora Enso nya användningsområden, berättar Lena Hjorth, marknadsföringschef inom biomaterial.

– Lignin är en molekyl som kräver en del tid för utveckling och förädling, men nu är flera nya produkter på gång.

Nyligen lanserades ett lim som bland annat kan användas i spånskivor. Förutom att det ersätter ett fossilbaserat lim ger det en bättre miljö, eftersom det inte innehåller formaldehyd som kan vara allergi- och cancerframkallande.

En annan produkt är kolfiber. Tillsammans med en tysk partner utvecklar Stora Enso en industriell process där ligninet smälts och spinns till en tråd, som sedan omvandlas till kol och som ska kunna ersätta fossil kolfiber i till exempel vingar till vindkraftverk.

Ett tredje användningsområde för lignin är som ersättare till grafit i batterier. I finska Sunila byggs en pilotanläggning som ska stå klar under andra halvåret i år.

Även cellulosa letar sig ut på marknaden i nya skepnader. Vid bruket i Fors bygger Stora Enso till exempel en pilotanläggning för att tillverka ett cellulosabaserat skummaterial, som kan användas som stötdämpande skydd i förpackningar.

Nanocellulosa har också börjat tillverkas på en del håll och kan användas för att förstärka papper och kartong. Av nanocellulosa går det också att tillverka barriärmaterial till förpackningar för att de inte ska läcka. Den kan även fungera som exempelvis emulgeringsmedel i lim, lack och färg.

Trots sina mångsidiga egenskaper har det hittills varit svårt att konkurrera med de fossilbaserade materialen, som är både etablerade och billiga. Och även om trä jämförs med fossil råolja har cellulosa och lignin helt andra egenskaper.

– Trä är till exempel väldigt heterogent. Hur strukturen ser ut och fungerar beror på trädslag och var och hur det vuxit, säger Anna Wiberg, programchef på forskningsorganisationen Bioinnovation.

Hon har länge följt utvecklingen av nya träbaserade material och tycker att det nu börjar hända saker. En tydlig trend är att träbyggandet tagit ordentlig fart. I höst ska Sveriges hittills högsta träbyggnad stå klar i Skellefteå. Sara kulturhus blir med sina 20 våningar 80 meter högt.

Det kommer även massor av nya förpackningslösningar, och fler företag efterfrågar biobaserade lösningar, säger hon.

På KTH letar forskarna nya möjligheter att använda trä. Céline Montanari vill till exempel utveckla det genomskinliga träet och få det att absorbera värme, som sedan avges på kvällen efter varma dagar.

Hon har tidigare visat att det fungerar med ett fossilt material som lagrar och ger i från sig värme när det går mellan fast och flytande form. Nu vill hon hitta ett biobaserat och har en het kandidat.

– Jag gör försök med ett ämne från kokosolja, berättar hon.

Lars Berglund talar om att ge trämaterial nya egenskaper genom att modifiera dem på nanonivå. Men också om att utnyttja den naturliga strukturen hos till exempel cellulosa.

– När det gäller att göra sofistikerade nanomaterial är vi människor glada amatörer, jämfört med det som naturen bygger genom biosyntes.