Kulliknande ligninpartiklar utvecklade av forskare öppnar helt nya möjligheter för användningen av lignin.

Plast finns överallt. Massiva pråmar med plastavfall flyter i våra hav. En plastpåse och annat plastavfall har till och med hittats i den nästan 11 kilometer djupa Mariangraven, den djupaste kända punkten i världshaven.

Plastavfall är en av de största föroreningarna som hotar våra hav, sjöar och näringskedjan. Över en tredjedel av avfallet består av mikroplaster, partiklar som är mindre än fem millimeter stora. Enligt många uppskattningar, år 2050 kommer det att finnas mer plast än fisk i haven. Kan vi påverka denna trend på något sätt – kan fossila material som används som råmaterial för plast ersättas med biologiskt nedbrytbara alternativ?

"Lignin är ett utmärkt alternativ som ersättning för fossila material. Det skapas som en biprodukt av massatillverkning. Cellulosa är ett vanligt material som ofta diskuteras och forskas på, men lignin har inte fått så mycket uppmärksamhet", svarar professor Monika Österberg.

Vidare bearbetning ser ett tiofaldigt hopp i värde
Österberg, en professor i bioproduktkemi vill förändra världen. Klimatuppvärmning, utarmningen av fossilbaserade råvaror, befolkningstillväxt och ökande avfallsproblem har ökat behovet av förnybara material och produkter som bryts ned biologiskt.

Främjandet av cirkulär ekonomi är mycket viktigt för att säkerställa tillräckliga resurser och effektivare användning av dem. Lignin, som är ett lim för träfibrer, har i första hand förbränts som energi på grund av sitt höga värmevärde. Dock, dess potential på marknaden är mycket mer mångsidig. Intresset för vidareförädlade produkter har vuxit snabbt. Värdet på raffinerat lignin kan vara tio gånger så högt som för bränt lignin.

Vad är allt lignin lämpat för då? Ligninburk

• helt eller delvis ersätta fenolformaldehydhartslim som används i plywood, hårdpapp, spånskiva och laminat
• vara ett råmaterial för biokemikalier och funktionella beläggningar, som förbättrar, till exempel, väderbeständighet
• vara en råvara för kolfiber i, till exempel, bilar och flygplan, samt ett material i produktion av bioplaster och flytande bränslen.

De sätt på vilka lignin kan användas tros vara nästan obegränsade. Varför finns det då fortfarande så få ligninbaserade produkter på marknaden?

Ett utmanande material att forska i

"Lignins potential har forskats i åratal. Lignin är en komplex naturlig polymer, och dess struktur är utmanande. Av denna anledning, dess användning och bearbetning till produkter är svår", Österberg konstaterar.

I maj 2018, det två år långa COLIAD-projektet (COLIAD, Kolloida ligninlim och beläggningar) som finansierats av Business Finland upphörde. Under projektets gång, Forskare från Aalto-universitetet och Finlands tekniska forskningscenter VTT undersökte med stöd av företag ligninets potential som en högraffinerad bioprodukt som skulle kunna produceras i stora volymer.

Forskare kunde framgångsrikt använda en enkel metod för att utveckla bollliknande kolloidala ligninpartiklar (CLP) från lignin. Partiklarna har jämna ytegenskaper och storlek, medan lignin är komplext i struktur och sammansättning. Dessa partiklar, som är cirka tvåhundra nanometer stora, kan lätt blandas med vatten eller andra medier, och deras ytkemi är lätt att forma så den är lämplig för olika applikationer. Eftersom deras produktion är så enkel, ligninpartiklar är väl lämpade för massproduktion.

Ett andra syfte med projektet var att forma ligninpartiklar, så att de är lämpliga för användning i hög kvalitet, hållbara och ekonomiska applikationer för trälim och beläggning. Resultaten var lovande. Man fann att fenol i lim delvis kunde ersättas med ligninpartiklar, och de visade sig ha stor potential i beläggningar som en form av UV-skydd.

Dock, mer forskning samt produktanpassade kommersialiseringsplaner behövs innan konkurrenskraftiga produkter kan släppas ut på marknaden.

Fler utnyttjandemöjligheter med ligninpartiklar

Mycket har lärt sig om produktion och formning av ligninpartiklar under COLIAD-projektet. Användningen av lignin i dess kolloidala form, betyder i små partiklar under en mikrometer i storlek, är fortfarande ny, och de bästa applikationerna återfinns utan tvekan fortfarande.

"De nya användningsområdena som underlättas av dessa kulliknande partiklar inkluderar bärare inom läkemedelstransport, vattenrening och biokatalysatorer. Vi publicerade en artikel om studiet av dessa för en tid sedan i Naturkommunikation . Det arbete som nu har påbörjats ska främja framtida forskning om ligninpartiklar och kommersialisering av produkter. Produktionen av dessa partiklar är redan möjlig i partier på flera kilogram, vilket gör det möjligt att testa dem i olika applikationer. Detta kan visa sig vara en konkurrensfördel på den globala marknaden för finländska företag och en möjlighet att skapa nya affärer och nya jobb."

Föroreningen av vatten från plastavfall har väckt stor oro. Problemet kan begränsas genom att öka användningen av förnybara råvaror, som lignin, i förpackningar och textilier samt genom att förbättra den effektiva återvinningen av dessa material. Ligninpartiklar erbjuder ännu fler alternativ för användningen av lignin. Det är därför en professor, som drömmer om att förändra världen, har valt dem som sitt forskningsområde.