Idea on se, että kun perinteisesti hiilikuituja on tehty pääosin synteettisestä polyakrylonitriili-nimisestä (PAN) polymeeristä, voidaan nyt raaka-aineina käyttää puusta erotettua selluloosaa tai ligniiniä.

"Aikaisemmin niihin pohjautuvat hiilikuidut eivät ole kelvanneet teollisuuden käyttöön, mutta teknologiamme ansiosta voimme valmistaa nämä molemmat puun komponentit yhdistävää hybridikuitua hiilikuidun materiaaliksi", selittää Hummel.

"Se on paitsi PAN:ta edullisempi myös ekologisempi vaihtoehto, koska valmistusprosessi vie vähemmän energiaa ja kemikaaleja eikä uusiutuva materiaali kuluta maapallon öljyvaroja." 

Hiilikuitujen laatua mitataan muun muassa vetolujuudella, eli kuinka suuren voiman ne kestävät ennen rikkoontumista. Tässä suhteessa puupohjaiset hiilikuidut ovat hieman altavastaajina verrattuna perinteisiin hiilikuituihin, mutta ominaisuudet riittävät erinomaisesti mm. autoteollisuuden ja urheiluvälinevalmistajien tarpeisiin.

Hummelin työryhmän tavoitteena on 2 GPa:n vetolujuus ja 200 GPa:n kimmokerroin.

Michael Hummel (Kuva: Aalto-yliopisto / Mikko Raskinen)

Kehräysteknologia on avainroolissa

Hybridikuitu tehdään Aalto-yliopiston professori Herbert Sixtan tutkimusryhmän Ioncell-F-kehräysteknologialla, jolla on aikaisemmin valmistettu laadukkaita tekstiilikuituja selluloosasta ja kierrätysmateriaaleista. Ioncell-F:ssä biomassa liuotetaan ensin Helsingin yliopiston professori Ilkka Kilpeläisen kehittämässä myrkyttömässä liuottimessa, minkä jälkeen liuos puristetaan märkäkehruumenetelmällä suuttimien läpi ohuiksi, jatkuviksi kuiduiksi.

"Kun aloitimme Ioncell-F:n kanssa, emme vielä osanneet ennakoida liuottimen potentiaalia", selittää Hummel. 

"ERC-hankkeen alussa yhdistämme hybridikuituun selluloosaa ja ligniiniä ymmärtääksemme näiden kahden polymeerin vuorovaikutuksen. Myöhemmin tavoite on pystyä käyttämään puun rakenneosia lähes niiden alkuperäisessä muodossa, mikä vähentää hiilikuidun valmistukseen kuluvaa energiaa ja ympäristövaikutuksia entisestään."

Kehräämisen jälkeen kuidut siirretään uuneihin, joissa ne kuumennetaan hitaasti 1500 celsiusasteeseen. Prosessia kutsutaan hiillytykseksi, ja sen tuloksena jäljelle jää puhdasta hiiltä, joka muodostaa äärimmäisen vahvan kemiallisen rakenteen.

"Teemme hankkeessa yhteistyötä australialaisen Deakinin yliopiston kanssa. Heillä on käytössään useita erikokoisia hiillytyslinjoja ja hyviä kontakteja sopiviin teollisuuspartnereihin, mikä auttaa meitä saamaan nopeaa palautetta puupohjaisen hiilikuidun mahdollisuuksista".

Uutinen perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.