2/2015

Nanosellusta uusia markkinoita

Sampo Tuukkanen

 

Sampo Tuukkanen nimitettiin mittaustekniikan Assistant Professor (tenure track) -tehtävään TTY:n systeemitekniikan laitokselle maaliskuussa. Hänellä on vuosien kokemus nanoselluloosan tutkimisesta. Kädessä Tuukkasella on nanoselluloosasta valmistettu kalvo, jonka pietsosähköistä herkkyyttä hän parhaillaan tutkii TTY:n systeemitekniikan laitoksella yhteistyössä tutkijatohtori Satu Rajalan kanssa.

 

Selluloosa on paljon käytetty materiaali suomalaisessa metsäteollisuudessa. Nykyään selluloosaa osataan pilkkoa nanokokoon, mikä avaa suomalaiselle teollisuudelle mahdollisuuksia uusiin markkinoihin.

Äänekoskelle vuoden 2017 aikana rakennettava biotuotetehdas on hyvä esimerkki uudesta puusellun monimuotoisesta hyödyntämisestä. Sellun ohella tehdas tuottaa sähköenergiaa yli oman tarpeensa sekä esimerkiksi mäntyöljyä ja tärpättiä. Voisiko tämä tai muu samankaltainen biotuotetehdas tulevaisuudessa tuottaa myös nanoselluloosasta jatkojalostettuja materiaaleja ja tuotteita?

– Ehdottomasti. Nanoselluloosaa voidaan valmistaa esimerkiksi puusta pilkkomalla mekaanisesti ja tätä voitaisiin edelleen jatkoprosessoida paperikoneiden linjastoilla. Lisäksi hiljentyvät paperitehtaat voitaisiin valjastaa nanoselluloosan sekä siitä jatkojalostettavien materiaalien ja lopputuotteiden valmistukseen, sanoo Assistant Professor (tenure track) Sampo Tuukkanen.

Biohajoava materiaali

Nanoselluloosa on biopohjainen ja ympäristöystävällinen nanomateriaali, joka koostuu rihma- tai sauvamaisista selluloosaosista. Osat ovat kooltaan alle 100 nanometriä eli metrin miljardisosaa.

KUKA: Sampo Tuukkanen, 38 v

  • Aloitti maaliskuussa Assistant Professor (tenure track) -tehtävässä TTY:n systeemitekniikan laitoksella.
  • Erityisalana nanomateriaalit, molekyylielektroniikka, mikro- ja nanovalmistustekniikat sekä painettava elektroniikka.
  • Työskennellyt aiemmin tutkijatohtorina Aalto-yliopistossa ja TTY:llä sekä post doc -tutkijana CEA Saclay -tutkimusinstituutissa Ranskassa.
  • Valmistunut filosofian maisteriksi ja filosofian tohtoriksi Jyväskylän yliopistosta, fysiikan laitokselta.
  • Syntynyt Hankasalmella.
  • Asuu Lukonmäessä Tampereella.
  • Perheeseen kuuluvat luokanopettaja-vaimo ja 8 kk ikäinen poika.
  • Harrastuksena musiikin tekeminen ja lumilautailu.
 

Nanoselluloosasta voidaan tehdä biopohjaista ja biohajoavaa filmiä, jossa on kuitenkin muovin hyvät ominaisuudet. Tällaista filmiä voidaan käyttää membraani-kalvoina tai painettavan elektroniikan komponenttien pohjamateriaalina.

Kaupallisia sovelluksia elektroniikkaan ja lääketieteellisiin sovelluksiin

Sampo Tuukkanen pitää nanoselluloosaa Suomen näkökulmasta hyvin potentiaalisena uutena nanomateriaalina, jota hyödyntämällä saataisiin Suomen teollinen kilpailukyky jälleen nousuun. Nanoselluloosaa on kaupallisesti saatavilla jo Suomessa ja maailmalla, mutta sen kaupalliset sovellukset ovat vasta lupaava tulevaisuuden business. Suomessa kannattaakin olla nyt hereillä. Nanoselluloosaa käytetään lähitulevaisuudessa komposiittimateriaalien vahvistusaineena sekä bioyhteensopivana materiaalina lääketieteellisissä sovelluksissa. Pohjois-Amerikan nanoselluloosamarkkinoiden arvioidaan olevan satoja miljoonia dollareita vuoteen 2020 mennessä.

Tuukkasella on vuosien kokemus nanoselluloosan tutkimisesta. Viimeaikaiset tutkimustulokset ovat olleet erittäin lupaavia ja tulevaisuuden tavoitteena on löytää myös uusia aluevaltauksia nanoselluloosan käyttöön.

– Olemme yhteistyössä TTY:n, VTT:n ja Aalto-yliopiston sekä suomalaisten yritysten kanssa tutkineet nanoselluloosan käyttöä muun muassa nanohiileen pohjautuvissa komposiiteissa, lääketieteellisissä mikrofluidistiikan sovelluksissa sekä printattavan elektroniikan komponenteissa.

Nanoselluloosaa elektroniikan komponentteihin

Sen lisäksi, että nanoselluloosa on biohajoavaa, sillä on myös toiminnallisesti mielenkiintoisia ominaisuuksia. Näitä ovat huokoisuus ja pietsosähköisyys. Ominaisuudet mahdollistavat nanoselluloosan käytön esimerkiksi pietsosähköisenä anturimateriaalina tai superkondensaattorin erotinkalvona.
Pietsoantureilla voidaan esimerkiksi mitata painepulsseja tai kerätä mekaanista energiaa. Superkondensaattorit taas ovat potentiaalisia lyhytaikaiseen energian varastointiin soveltuvia edullisia ja ympäristöystävällisiä elektroniikan komponentteja. Superkondensaattorit soveltuvat turvallisiksi energiavarastoiksi energianlouhintajärjestelmiin, joissa energiaa kerätään ympäristöstä kuten valosta ja liikkeestä, muutetaan sähköiseen muotoon ja voidaan edelleen käyttää energiaomavaraisten laitteiden toimintaan.

– Superkondensaattoreita voidaan valmistaa periaatteessa pelkästään hiilestä, suolasta ja vedestä, joten ne ovat lähes syötävissä käytön jälkeen. Tietenkään elektrodien sisältämä nanorakenteinen hiili ei ole parasta ravintoa ruoansulatuselimistölle, ja nanomateriaalien turvallisuusnäkökulmat vaativat tarkkaa selvitystyötä ennen laajaa kaupallista menekkiä, painottaa Sampo Tuukkanen.

Nanoselluloosan avulla voidaan myös parantaa huomattavasti elektroniikan komponenttien suorituskykyä nykyisiin ratkaisuihin verrattuna. Uudenlaisten materiaalien käyttö kuitenkin vaatii Tuukkasen mukaan perinteisten valmistusmenetelmien ja mittaustekniikan jalostamista soveltuvaksi uudentyyppisille materiaaleille ja uusille ilmiöille.

– Aloittelevan tutkimusryhmäni (Nanoscale Phenomena and Measurements) visiona on mitata ja hyödyntää nanomittakaavan ilmiöitä systeemitekniikassa. Eräs tärkeä tutkimusaihe on energian louhintaan perustuvat energiaomavaraiset anturointijärjestelmät, joita voidaan hyödyntää hyvin laajalti esimerkiksi teollisuusprosessien hallinnassa, hoivakotien seurantalaitteistoissa tai henkilökohtaisissa diagnostiikkalaitteissa.

 

Teksti: Sampo Tuukkanen ja Sara Riihimäki
Kuva: Virpi Andersin

 
Kerro kaverille
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
2/2015
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
2/2015
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
2/2015
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
Aurinkosähköä älyverkkoon
Aurinkosähköä älyverkkoon
2/2015
Aurinkosähköä älyverkkoon
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
2/2015
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
2/2015
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
2/2015
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
2/2015
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
Tiedon valoon!
Tiedon valoon!
2/2015
Tiedon valoon!
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
2/2015
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
Uudet puhdastilat TTY:lle
Uudet puhdastilat TTY:lle
2/2015
Uudet puhdastilat TTY:lle

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi