PFI leder nytt nanocelluloseprosjekt

Etter i over ti år å ha bygget opp en solid kompetanse innen nanocelluloseteknologi, får Papir- og fiberinstituttet i Trondhjem (PFI) ansvaret for det nye NORCEL-prosjektet som har fått en bevilgning fra Forskningsrådet (NFR) på 25,8 Mkr fordelt på perioden 2013–2018.

Kjernegruppen av forskere på PFI består av (fra venstre) Gary Chinga Carrasco, Ellinor Bævre Heggset og Kristin Syverud (prosjektleder). (Foto: Atle Abelsen)
Kjernegruppen av forskere på PFI består av (fra venstre) Gary Chinga Carrasco, Ellinor Bævre Heggset og Kristin Syverud (prosjektleder). (Foto: Atle Abelsen)
Mikrofibriller på overflaten av en cellulosefiber. (Foto: PFI/Gary Chinga Carrasco)
Mikrofibriller på overflaten av en cellulosefiber. (Foto: PFI/Gary Chinga Carrasco)

Sammen med en rekke partnere skal PFI blant annet se på engineering av nanocellulose. NORCEL-prosjektet har også en egen arbeidspakke som tar for seg miljømessige, sosiale og økonomiske aspekter av verdikjeder for nanofibriller av cellulose, fremgår det av meldingen fra NFR.


Industri og forskning samarbeider i femårig prosjekt

Papir- og fiberinstituttet (PFI) i Trondheim har i mer enn 10 år bygd opp en solid kompetanse innen nanocellulose og andre høyverdige produkter fra skogbasert biomasse. Gjennom det nystartede prosjektet NORCEL, som har fått status som et av fem store, nasjonalt koordinerte forskningsprosjekter i NANO2021, skal de nå videreutvikle denne kompetansen.


Suksessen med nasjonalt koordinerte prosjekter i NANOMAT ble fulgt opp i NANO2021, og fem slike prosjekter ble tildelt midler i sommer.


De neste fem årene skal forskere ved PFI, sammen med sine samarbeidspartnere i industrien og andre forskningsmiljøer, lage et grunnlag for hvordan nanocellulose kan utnyttes til å forbedre emballasje og papir, øke utvinningsgraden fra oljefelt og anvendes som materiale for erstatning av ødelagt beinvev i kroppen.


– Cellulosen har egenskaper som er svært lovende for slike anvendelser, forteller seniorforsker og prosjektleder Kristin Syverud hos PFI.


Professor emeritus Per Stenius, tidligere blant annet ved NTNU, peker på PFIs betydelige rolle for nordisk forskning på treforedling: – PFI og NTNU er kanskje små i nordisk sammenheng, men den kompetansen de har opparbeidet seg er komplementær og viktig i forhold til deres nordiske partnere.


Nasjonal og langsiktig innsats

Styreleder Johan C. Løken i Det norske skogselskap, som også har vært landbruksminister, har nettopp utgitt debattboken «Fra sorte til grønne karboner». Der argumenterer han for at Norge må utvikle ny industri basert på nye produkter eller endret anvendelse av biomasse fra skog. Den må blant annet bygge på en langsiktig og solid nasjonal forskningsinnsats.


Løken argumenterer også for å styrke kompetansebasen rundt PFI, NTNU, SINTEF, UMB og andre forsknings- og utdanningsmiljøer innen skogbasert bioteknologi.


– Et prosjekt som NORCEL kan bidra til at denne viktige forskningen vil stå noe bedre rustet i konkurransen, sier han.


Mer ut av trestokken

Stenius fremhever foredlingsgraden ved nanocellulose som et viktig poeng for treforedlingsindustrien. – For så avanserte produkter har råvareprisen mindre å si enn ved produksjon av avispapir, sier han.


Nanocellulose har egenskaper som forskning og industri bare så vidt har begynt å utnytte. Hvor viktig denne forskningen er, ble stadfestet da «treforedlingsbransjens nobelpris», Wallenbergprisen, nylig ble tildelt en kanadisk forskergruppe som arbeider med nanocellulose.


Prinsipielt og teknisk kan det aller meste av de kjemikalier og materialer som lages av fossil gass og olje i dag også lages av trevirke. – Men det finnes teknologiske utfordringer som må løses med forskningsinnsats. Her vil NORCEL-prosjektet spille en viktig rolle, tror Stenius.


Sterk kompetanse i flere miljøer

De mest sentrale forskerne fra PFI i NORCEL-prosjektet er seniorforsker Gary Chinga Carrasco og forsker Ellinor Bævre Heggset i tillegg til Kristin Syverud. Forskningsgruppen vil også omfatte fagmiljøer fra NTNU, Universitetet i Stavanger, Universitetet i Bergen, Østfoldforskning, NORUT, Innventia AB i Sverige og NCR i Italia. Prosjektet vil finansiere til sammen tre doktorgradsstipendiater ved NTNU og universitetene i Bergen og Stavanger. De får støtte fra en referansegruppe fra skogbruket og industrien, bestående av Viken Skog, Borregaard, Norske Skog, Elkem, Statoil og Innovest.


– Kjernen i prosjektet er engineering av nanocellulose, og dette vil foregå på PFI, sier seniorforsker Kristin Syverud. – Ringvirkningene av denne kompetansebyggingen vil likevel bli mye større. De andre partnerne vil jobbe i et integrert samarbeid med PFI slik at materialutviklingen blir tilpasset de ulike anvendelsesområdene. Den grunnkompetansen vi tar med oss videre fra tidligere prosjekter på dette området, er hvordan man framstiller nanocellulose, karakteriserer det og utnytter egenskapene.


PFI eies av det svenske treforskningsinstituttet Innventia AB, som også har omfattende kompetanse på nanocellulose. I prosjektet blir både dimensjonen på nanopartiklene og -fibrene, og deres kjemiske og mekaniske egenskaper gjenstand for grundige studier. – Vi er spesielt gode på morfologi, det vil si å karakterisere størrelse og form på mikro- og nanopartikler. Dette skal vi bruke til å studere hvordan vi kan sette dem sammen i tredimensjonale strukturer, sier Syverud.


Tre hovedanvendelser

En anvendelse som PFI og deres samarbeidspartnere sikter mot, er hvordan dette kan utnyttes for å forbedre dagens fiberbaserte emballasje. Nanocellulose har vist seg å fungere som en barriere mot oksygengjennomtrengning. Dette kan bidra til rimeligere og mer økologisk riktigere innpakninger, og å erstatte aluminiumen i væskekartonger. Utfordringene er blant annet å finne en sikker og lønnsom produksjonsmetode i industriell skala.


En annen anvendelse er å bruke nanocellulose til å presse mer olje ut av reservoarene. Nanocellulose har blant annet evne til å gi vannet viskøse egenskaper, noe som kan bidra til å frigjøre mer olje fra de porøse, oljeholdige bergartene.


Den tredje anvendelsen er innen medisin. Ved å sette sammen nanocellulosen til tredimensjonale strukturer med de rette egenskapene, ønsker forskerne å utvikle såkalte scaffolds. Dette er en form for skjelett som kroppens egne celler kan etablere seg på. Dermed kan de bygge opp naturlige erstatninger for kroppens eget vev, i dette tilfellet benstrukturer. Dette er veldig utfordrende, men nanocellulosen har struktur og kjemiske egenskaper som er et veldig godt utgangspunkt for slike anvendelser. Blant annet har cellulose utmerket biokompatibilitet. Det vil si at materialet aksepteres lett av kroppen og ikke frastøtes som et fremmedlegeme.


PFI har tidligere gjennom NANO2021 også fått finansiert et forskerprosjekt som ledes av Gary Chinga Carrasco for å utvikle nye cellulosebaserte nanomaterialer for bruk i avansert og effektiv sårheling.


Ser på miljøaspektet

Selv om mikro- og nanofibriller fremstilles fra et fornybart materiale som trefiber, har NORCEL-prosjektet en egen arbeidspakke som tar for seg miljømessige, sosiale og økonomiske aspekter av verdikjeder for nanofibriller av cellulose, fra fremstilling til bruk i forskjellige mellomprodukter og produkter. Her vil det bli utviklet forskjellige livssyklusanalyser basert på «top-down»- og «bottom-up»-tilnærminger for å sikre bærekraften i resultatene fra prosjektet.


 
NoAd