När Mika Sipponen var doktorand vid Aalto-universitetet i Finland arbetade han med att utveckla nya metoder för att separera ämnet lignin från biomassa. Målet var att lägga grunden för en mer hållbar utveckling av biodrivmedel. Men han kunde inte släppa tanken på att också ligninet borde kunna användas till något.

– För mig blev det närmast en passion att hitta en tillämpning där ligninet kunde användas som en råvara. Därför började jag experimentera, säger Mika Sipponen. 

Komplex molekyl

Lignin är en mycket komplex molekyl som finns i cellväggarna hos träd och växter och ger dem strukturell styrka. I dag är lignin en restprodukt från trä- och massaindustrin som främst används som bränsle för att ge massabruken energi. Men molekylen har flera egenskaper som gör den intressant för nya tillämpningar – dessutom är den helt nedbrytbar. Det styva ligninet kan absorbera ultraviolett ljus, bära antioxidativa egenskaper och är biokompatibelt med många mikroorganismer.

Egenskaperna gör ligninet perfekt som bas för så kallade levande hybridmaterial, där levande mikroorganismer och polymerer kombineras till ett nytt sorts material med egenskaper från både organismerna och polymerstrukturen. 

– De flesta av dagens levande hybridmaterial baseras på syntetiska polymerer som inte är nedbrytbara och utvecklas med hjälp av fossila resurser. Lignin utvinns i stället ur biomassa och är i sig nedbrytbart vilket gör det till en bättre bas redan från start. 

Mikroorganismerna i materialet har potentialen att driva på en rad kemiska processer, som att bryta ned olika föroreningar, men även fånga upp koldioxid eller producera energi.

Svamp trivs med lignin

Inte alla mikroorganismer trivs med att växa på lignin. Därför har forskarna arbetat med att testodla en rad olika mikroorganismer för att se om ligninet bromsar eller ökar tillväxten.

Mika Sipponens forskargrupp har intresserat sig för en särskild form av svampar som växer som långa, tunna trådar. Svamparna liknar den håriga yta som bildas när bröd eller frukt angrips av mögel. Genom att låta svamparna växa helt omgivna av lignin bildas material med nya egenskaper. 

– Svampen som vi använder i våra försök har visat sig växa bättre och snabbare i kontakt med lignin men varför det är så vet vi faktiskt inte ännu. 

Hybridmaterialet där lignin och svamp kombineras har flera nya förmågor. Bland annat kan det användas för att separera vatten och olja, något som kan komma till nytta till exempel vid ett oljeläckage. 

För oss är det primära att sätta hållbarheten först i vår forskning. Vi undviker såväl farliga kemikalier som att göra modifieringar som gör att ligninet inte kan brytas ned naturligt. 

Hårbalsam och solkräm

Ligninets inneboende egenskaper öppnar också för egna tillämpningar. Förmågan att absorbera ljus tillsammans med de antioxidativa egenskaperna kan leda vägen till nya solskyddsmedel. Och eftersom lignin är en ytaktiv molekyl har den potentialen att ersätta andra fossilbaserade ytaktiva kemikalier. Ett exempel är de många ytaktiva tensider som finns i vanlig hårbalsam. 

– Vi har gjort flera sidoprojekt för att visa potentialen hos lignin som en stabilisator i blandningar mellan naturlig olja och vatten. Ett projekt som fungerade mycket bra var när vi visade att det är möjligt att minska antalet ingredienser i hårbalsam med hjälp av en helt miljövänlig råvara som lignin, säger Mika Sipponen. 

Försöket fick ett stort internationellt genomslag när det publicerades i tidskriften Science Advances. 

Själva idén till att använda lignin i hårbalsam fick Mika Sipponen efter en simtur i en humusrik skogssjö hemma i Finland. Ett bad i det mjuka sjövattnet hade samma effekt som en balsambehandling. 

– Själva försöket gjordes av en av mina doktorander – jag är lyckligt lottad som har en forskargrupp som vill testa mina galna idéer.

Nästa steg skulle kunna vara att ytterligare utnyttja ligninets ytaktiva egenskaper och tillverka ett medel som är både hårbalsam och schampo i ett. Men för att nå dit behövs sätt att ta bort den lukt som lignin bär med sig från massaindustrin. 

God potential inom jordbruket

När det gäller nya tillämpningar ser han vattenrening som det som ligger närmast i tiden.

– Vi kan inte bara separera olja och vatten utan även avlägsna giftiga metalljoner från vatten med hjälp av vårt hybridmaterial. Samtidigt är jag väldigt intresserad av att hitta nya användningsområden för jordbruket. 

Inom jordbruket kan ligninet bli en bas för nya sorters nedbrytbara pellets som sprider gödsel långsammare och mer kontrollerat. På så sätt kan man hindra att konstgödsel läcker ut i vattensystemen kring åkermarken. 

– När ligninet bryts ned så bidrar det också till att öka mängden kol i marken. Oavsett vilken tillämpning som vi lyckas förverkliga så är vårt huvudmål att minska de miljontals ton koldioxid som är resultatet av att vi i dag bara eldar upp ligninet vid massafabrikerna. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström