Skogens kevlar har nanocellulosa kallats på grund av materialets exceptionella styrka. De potentiella användområdena för nanocellulosa är många. Det kan användas som barriärmaterial i livsmedelsförpackningar, som förstärkningsmedel i papper, som konsistensgivare i mat. Det verkar till och med fungera som antirynkmedel.
På senare år har dock nanotekniken tappat något av sin dragningskraft då människor börjat oroa sig för de eventuellt skadliga hälso- och miljöeffekterna av nanopartiklar.
Nanocellulosa har en given plats som ett av de mest attraktiva framtida materialen med skogen som råvara. Nanocellulosa är också i fokus i flera föredrag på IWB Weak. Med en inblandning av nanofibrer kan befintliga material göras starkare, vattentåligare, brandsäkrare och i vissa fall till och med genomskinliga.
Energikrävande tillverkning
Nanocellusa framställs genom delaminering av cellulosafibrer tills de består av supertunna mikrofibriller (5-20 nanometer i diamter). Tekniken utvecklades på 1980-talet. Tidiga försök att producera nanocellulosa i kommersiell skala misslyckades dock, då tillverkningsprocessen är mycket energikrävande.
Men nu ska det problemet vara löst och på flera håll i världen har forskningsorganisationer meddelat att de kommer att etablera anläggningar för storskalig eller kommersiell produktion av nanocellusa, bland annat i Norge (Borregaard) , USA (American Process). Dit hör även svenska Innventia som nu kan producera nanocellulosa i stor skala på ett kostadseffektivt sätt. I en pilotanläggning i Stockholm kan de producera 100 kilo nanocellulosa om dagen. Innvenitas produktionsmetod går ut på att fibern förbehandlas innan den delamineras. På så sätt kan energiförbrukningen i produktionen minska med 98 procent, enligt Innventia.
Hajpen är över
Trots alla lovande tillämpningar och det faktum att de produktionstekniska hindren övervunnits, har intresset för nanocellulosa ironiskt nog svalnat. För ett par år sedan rådde en hajp kring alla tekniker som kunde beskrivas med ”nano”, men under de senaste åren har uppmärksamheten riktats mot de eventuellt skadliga hälso- och miljöeffekter av nanopartiklar.
Nanopartiklar har samma dimensioner som biologiska molekyler, till exempel proteiner, och man frågar sig om de kan tränga in i kroppen. Inga inflammatoriska eller toxiska effekter har kunnat bevisas i tester på möss som varit i kontakt med nanocellulosa. Hursomhelst är skadan redan skedd och de negativa associationerna knutna till nanopartiklar ha spridit sig och även påverkat nanocellulosans rykte. Vissa väljer nu att inte ens använda termen nanocellulosa och föredrar att kalla det ”mikrofibrillär cellulosa”.
Styrkegivande additiv
En av nanocellulosans främsta egenskaper är, som sagt, att den kan förstärka befintliga material. En av talarna på IWB Weak är Ulrika Edlund, professor på KTH, och hon leder ett forskningsprojekt som går ut att ta fram en eller flera varianter av nanocellulosa där syftet är att nanocellulosan ska användas som ett styrkegivande additiv och ersätta glasfiber i till exempel konstruktionsplaster.
I projektet deltar även Innventia, Stockholms och Uppsala universitet. Universiteten undersöker nanocellulosans hälso- och miljöeffekter.
– Samtidigt som vi utvecklat de nya kemierna har universiteteten tittat på materialens eko- och humantoxicitet, det vill säga hur de interagerar med människan och miljön, säger Ulrica Edlund som tycker det är ett bra grepp att föra in säkerhetsaspekter redan i designprocessen.
Ytkemin behöver ändras
Ämnet för Ulrica Edlunds föredrag på IWB Weak är nanocellulosans kemi.
– Som kemist ser jag att nanocellulosan har stora potentialer utifrån dess egenskaper.
Speciellt med nanocellusa är att den är hydrofil. Den löser sig gärna i vatten. Motsatsen är hydrofob, vattenavvisande, vilket plast är ett exempel på. En utmaning för KTH-projektet handlar därför om att blanda in nanocellulosan med plastmaterialet på så sätt att den inte bildar egna kluster:
– Det handlar om att blanda in den väl, så att den är jämnt fördelat och inte klumpar ihop sig, agglomererar, säger Ulrica Edlund som därför kommer att behöva ändra ytkemin i nanocellulosan.
Nanocellulosa i livsmedel
Ett nytt användningsområde för nanocellulosa är som tillsats i livsmedel. Nanocellulosa har flera intressanta egenskaper som kan förbättra livsmedel. Det kan fungera konsistensgivande i lågkaloriprodukter, ger inga bismaker och är dessutom ett förnybart material.
Hos livsmedelsbranschen är dock intresset för nanocellulosa svalt, då det klassas som en tillsats och allt som andas tillsatser i mat har dålig press.
Camilla Öhgren, forskare på SP Food and Bioscience, tror att en av anledningarna till att livsmedelsbranschen inte intresserat sig mer för nanocellulosa är att de är rädda för att få dålig publicitet om de introducerar någonting som uppfattas som en tillsats. Hon framhåller samtidigt att skillnaden mellan tillsats och ingrediens är långtifrån glasklar.
Recept med nanocellulosa
På IWB Weak kommer Camilla Öhgren berätta om studier som hon gjort på nanocellulosa eller mikrofibrillär cellulosa, som hon föredrar att kalla den, framtagen av Innventia. Med deras recept på nanocellulosa som grund har Camilla Öhgren tagit fram flera maträtter, bland annat en hamburgare.
– Hamburgaren blev saftigare än om den hade innehållit 100 procent nötkött, säger hon som själv smakade av den.
Nanocellulosa testades även i bröd:
– Nanocellulosan gör så att brödet blir mjukare och håller sig färskare längre.
Kan ersätta äggula
I en annan anrättning testades nanocellulosa i majonnäs. Då tog man bort äggulan från receptet och blandade samman nanocellulosa, vatten och olja med lyckat resultat.
– Äggulan ger majonnäsen dess krämiga konsistens där den fungerar stabiliserande. Vi kunde stabilisera oljedropparna med nanocellulosa så att inte oljan lade sig ovanpå vattenet, säger Camilla Öhgren som inte ser någon ekonomisk eller annan vinst med att byta ut äggulan. Testet gick bara ut på att testa nanocellulosans emulgerande förmåga.
Många fördelar i livsmedel
Nanocellulosa är framför allt väldigt drygt - det behövs bara en droppe i ett glas vatten för att förvandla alltsammans till en gel.
– Det behövs en väldigt liten mängd för att ge en viskös konsistens. Med O,1 viktprocent inblandning nanocellulosa och resten vatten får man en konsistens som liknar en geléråtta, säger Camilla Öhgren som tror att nanocellusa skulle kunna användas som ett vegetariskt alternativ till gelatin, som tagits fram av djurrester.
Camilla Öhgren räknar upp fler fördelar med nanocellulosa i livsmedel. Det är smaklöst (vilket betyder att det inte ger några bismaker), det innehåller inga extra kalorier och det är en råvara från växtriket, som kan ersätta syntetiskt framställda emulgatorer.
Skjuvtunnande
En annan attraktiv egenskap hos nanocellulosa är att det är skjuvtunnande, vilket hos vätskor betyder att deras viskositet minskar med ökad skjuvhastighet.
– Ju snabbare man rör om desto lättare går det, vilket är bra vid tillverkningsprocessen.
EU-stöd till utvecklingen
Nyligen meddelades att EU:s forsknings- och innnovationsfond går in och stödjer utvecklingen och marknadsintroduktionen av en nanocellulosaprodukt.
Det är det norska kemiföretaget Borregaard som tilldelats 25 miljoner euro i stöd för utvecklingen av Exilva, som är namnet på deras patentskyddade teknik för att dela upp specialcellulosa i fibriller. EU-stödet ska täcka upp till 60 procent av Borregaards projektkostland.
I projektet deltar bland annat KTH från Sverige och flera andra europeiska företag. Produkten ska, enligt Borregaard, kunna användas i en mängd olika tillämpningar, såsom lim, rengöringsmedel, kosmetika, kompositer och i industriella applikationer. Exilva sägs till och med ha rynkutslätade egenskaper.
Vad är nanocellulosa?
Nanocellulosa (även kallad mikrofibrillerad cellulosa, MFC eller nanofibrillated cellulosa, NFC) är ett material som utvinns ur träfibrer. Det har exceptionella styrkeegenskaper i klass med Kevlar, men i motsats till Kevlar och andra material baserade på fossila råvaror är nanocellulosa helt förnybart.
Nanocellulosa har funnits sedan 1980-talet.
Nanocellosa framställs genom delaminering av cellulosafibrer i högtryckshomogenisatorer. Fullständigt delaminerad nanocellulosa består av långa (1-2 mikrometer) mikrofibriller (5-20 nm i diameter) och ter sig som en högviskös, skjuvningsförtunnande transparent gel.
Det finns en mängd olika potentiella tillämpningar för nanocellulosa. I papper/kartong kan nanocellulosa användas som ett förstärkande medel i papper med hög fyllmedelshalt. Andra användningsområden kan vara ytlimning och ytbeläggning, till exempel som ett barriärmaterial i livsmedelsförpackningar, förtjockningsmedel i lågkalorimat, emulsion/dispersion, kosmetiska/farmaceutiska tillämpningar samt tillämpningar inom elektronik branschen.
Källa: Innventia
* Redaktionens val är ett urval av tidigare publicerade artiklar från året.
