7 min

De skapar hållbara, nya material från den svenska skogen

Pappersbatterier, fönsterrutor av trä, fast vatten, träfibrer som är starkare än stål… Det ena otroliga exemplet på nya, hållbara material efter det andra som kan bli verkligt tack vare forskningen vid Wallenberg Wood Science Center, WWSC. Men trots de fascinerande tillämpningsmöjligheterna är det den grundvetenskapliga forskningen som står i fokus.

Strategiska satsningar

WWSC

Wallenberg Wood Science Center 

WWSC är ett gemensamt forskningscentrum och samarbete mellan KTH, Chalmers och Linköpings universitet.

Centrumet startade 2009 och syftet är att utveckla nya material från den svenska skogen som komplement till den traditionella användningen där skogen blir till virke och papper.

Hemsida: 
www.wwsc.se

Beviljat anslag:
Totalt 1 miljard kronor 2008–2028

Utöver Stiftelsens anslag satsar även Skogsindustrierna 100 miljon kronor och de ingående universiteten totalt 220 miljoner kronor. 

– WWSC:s alla forskare och forskningsinitiativ har bidragit till att revolutionera hur vi kan använda träbaserad råvara till helt nya material men också till framtida material som vi ännu inte vet vilka de är, säger Eva Malmström Jonsson utan att tveka.

– Och det har vi gjort genom att förstå materialen på molekylär nivå, konstaterar hon. 

Eva Malmström Jonsson är föreståndare för WWSC och professor i ytbehandlingsteknik, eller plastforskare som hon själv säger.

Wallenberg Wood Science Center, WWSC, bildades 2009 med syfte att utveckla nya material från den svenska skogen. Att skapa starkare och brandsäkra material, porösa material, nya material för energilagring och biobaserad elektronik samt ersätta olja med träbaserad råvara i tillverkningen av plaster är några av idéerna. Forskningen har redan resulterat i papper som gjorts magnetiskt, elektriskt ledande och brandtåligt. Allt eftersom har hållbarhetsaspekten kommit mer och mer i fokus.  

Biobaserat trälim som är både giftfritt och nedbrytningsbart, batterier gjorda av papper och en hel dator – baserad på träråvara – är alla möjliga tillämpningar av WWSC:s forskning, där man använder de tre komponenterna som trä består av – cellulosa, hemicellulosa och lignin. 

Biobaserade ”plaster”

Traditionellt har bara cellulosan tagits tillvara men det är just det som forskarna vid WWSC nu ändrar.

– Trä är ett fantastiskt material som utvecklats av evolutionen under miljontals år. När man nu till exempel kan dela cellulosan ner till nanofibriller kan man få många nya egenskaper. Att skapa nya material genom att så effektivt som möjligt plocka isär och ta ut komponenter från trädet utan att sönderdela för mycket, är fokus i det första av våra fem program.

Plast har gått från att vara ett hyllat och älskat material till ett problemmaterial, inte minst för naturen eftersom det inte är nedbrytningsbart.

– Det tillverkas 380 miljoner ton plast per år i världen, men endast två procent kommer från biobaserad råvara, konstaterar Eva Malmström Jonsson.

Hon berättar att när man först försökte hitta biobaserade material för att ersätta plaster satsade man på att bygga upp exakta kopior av de fossila förlagornas byggstenar.

– Nu vill vi istället förstå naturens egna molekyler och modifiera dem. Så att man får samma egenskaper som de fossila men inte nödvändigtvis med samma kemiska struktur. Det är funktionen vi vill åt, och att de ska kunna ingå i ett cirkulärt kretslopp. 

Lignin och hemicellulosa som tidigare nästan uteslutande bara eldats upp står i fokus för forskningsprogram nummer två som syftar till att ersätta engångsbaserade material med träbaserade material. 

– Trä är en oerhört viktig och spännande resurs för en hållbar framtid eftersom träbaserade material har en stor potential att ersätta fossilbaserade material, de kan också utgöra grund för helt nya material med nya egenskaper, säger Eva Malmström Jonsson, föreståndare för WWSC.

Cellulosabaserad elektronik

Det tredje programmet handlar om fibrer och fibernanoteknologi och det är där ”stålfibrerna” kommer in.

– Det är genom att förstå de molekylära processerna och nanocellulosan alltmer, hur den kan användas och skräddarsys, som gör att vi kan få fram nya material.

Som exempel nämner hon det fasta vattnet, som med hjälp av nanocellulosastrukturer kan hålla ihop i en fast form, trots att det består av mer än 99 procent vatten.

– Nanocellulosa är ett jättespännande material med ett brett egenskapsfönster. Det kan till exempel skräddarsys till en superabsorbent som kan ta upp vätska, något som kan användas för exempelvis blöjtillverkning. Det kan också fogas samman genom en vattenbaserad process till världens starkaste biobaserade fiber, starkare än stål. Det handlar återigen om att förstå de molekylära processerna och är ett exempel på grundforskning som kan komma många till godo genom lite vidareutveckling.

Program nummer fyra använder träbaserade material till energi- och elektronikapplikationer. 

– Biobaserat kol och nanofibriller används som strukturer och funktionsbärare och lignin har visat sig ha kemiska egenskaper som är intressanta för kemiska reaktioner. 

En vision, även om den är långt borta, är att skapa en dator av komponenterna.

– Det är oerhört intressant eftersom många av dagens elektroniska material består av material och råvaror som det är brist på. 

Annat som forskarna jobbar med i programmet är att generera el, rena vatten och skapa batterier som i huvudsak består av cellulosa.

Inget får gå till spillo

Det femte programmet handlar om biokompositer och spänner brett från enklare material till avancerade. Bland annat försöker man alstra elektrisk energi men mest uppmärksamhet hittills har det genomsynliga träet fått som om inte allt för lång tid kan skalas upp och börja användas som byggnadsmaterial.

Eva Malmström Jonsson sammanfattar de fem programmen på ett enkelt sätt.

– Det handlar om att se till att när vi hugger ner ett träd så ska vi använda så mycket som möjligt av det. Trä har fantastiska egenskaper för att bygga en mer hållbar framtid. Vi har en vision om att till exempel kunna återanvända fibern 100 gånger utan att den blir förstörd. Inget får gå till spillo.

FN:s globala hållbarhetsmål är centrala för forskningen inom WWSC. 

– Bara för att man jobbar med en biobaserad råvara är det inte säkert att produkten och tillverkningen av den är hållbar. 

Trots all spännande forskning är det något annat som Eva Malmström Jonsson först lyfter fram när hon pratar om WWSC.

– Kronjuvelen är vår forskarskola, WWSC Academy. Mycket av vår verksamhet bygger på de forskarstuderande vid universiteten med olika ämneskompetenser inom området. De bidrar till dynamik, innovationskraft och internationell synlighet. De 60 doktorander vi examinerat innebär en rejäl kompetensförstärkning inom såväl akademi som industri och bidrar till att nya företag startas.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström

Fakta ved

I träråvaran, veden, finns cellulosa, lignin och hemicellulosa.

I dag tas normalt sett bara hälften av veden – cellulosan– tillvara och resten eldas till största del upp.
Omkring 30 procent av veden utgörs av lignin. Lignin är en aromatisk kolförening och används vid framställning av etanol och kan bli en viktig beståndsdel i bioplaster och för energilagring.

Den tredje huvudbeståndsdelen i ved, hemicellulosan, är ofta vattenlöslig vilket kan vara ett problem vid materialtillverkning, men forskarna vid WWSC försöker omvandla hemicellulosan så den blir mer användbar.