Freiburgin yliopistossa Saksassa on kehitetty biohajoava puupohjainen materiaali, josta voidaan valmistaa 3D-tulostuksella kevyitä rakennuksia ja muita monitahoisia rakennelmia.
Aine muistuttaa paksua taikinaa ja koostuu paperinvalmistuksessa syntyvästä orgaanisesta jätteestä. Taikinassa pääainesosat ovat selluloossa ja ligniini. Ne ovat molemmat lähtöisin puusta.
Selluloosa on raudoitus ja ligniini betoni
Selluloosa on sokerimolekyyleistä koostuva monimutkainen hiilihydraatti. Se on myös maailman yleisin orgaaninen aine. Useimpien kasvien soluseinämät ovat selluloosaa. Puhtaan puuvillan selluloosapitoisuus on 90 prosenttia. Puussa selluloosaa on 40–50 prosenttia.
Selluloosaa voi verrata betoniseinän raudoitukseen. Se on kemiallinen raudoitusverkko, joka pitää kasvin kudoksen koossa ja antaa rakenteen.
Tulevaisuudessa 3D-tulostin voi tulostaa selluloosan ja ligniinin seoksesta osia, joista voidaan rakentaa taloja. Kun talot aikanaan puretaan, rakennusmateriaali voidaan käyttää uudelleen.
Jos selluloosa on raudoitus, ligniini on betoni. Kasveissa se täyttää soluseinämän selluloosamolekyylien väliset onkalot. Samalla se sitoo selluloosamolekyylit yhteen ja antaa kasvin rakenteelle joustavuutta.
Noin 30 prosenttia kaikesta Maan pinnalla olevasta orgaanisesta hiilestä on ligniiniä. Sitä on etenkin puissa ja puuvartisissa kasveissa. Juuri ligniini antaa kasveille puumaisen, kovan pinnan.
Vain 58 prosenttia paperista kierrätetään
Saksalaistutkijat käyttivät tutkimuksessaan ligniiniä ja hydroksipropyyliselluloosaa. Hydroksipropyyliselluloosa on selluloosa, jossa molekyylit asettuvat kiteiksi, vaikka aine on nestemäistä. Ligniini ja hydroksipropyyliselluloosa liitettiin toisiinsa karboksyylihapolla, joka poisti aineesta ylimääräisen veden. Näin syntyi joustavaa biomuovia, joka sopii 3D-printterin tulostusmateriaaliksi.
Tavallisesti 3D-tulostuksessa tulostusmateriaali kuumennetaan ja sulatetaan ja puristetaan sitten tulostinpään suuttimen läpi kerros kerrokselta haluttuun muotoon. Sitten se kuivuu kovaksi.
Ligniini ei normaalisti sula korkeassa lämpötilassa. Sen sijaan se hiiltyy ja muuttuu jähmeäksi. Ligniinin ja selluloosan yhdistelmä kuitenkin pysyy juoksevana myös 3D-tulostimessa.
Toistaikseksi tutkijat ovat käyttäneet koivuista saatavaa ligniiniä, mutta seuraavaksi on tarkoitus selvittää, miten paperinvalmistuksen jätteitä voidaan kierrättää. Paperiteollisuudessa syntyy valtavasti ligniinipitoista jätettä, joka nykyään useimmiten päätyy energiantuotantoon jätteenpolttolaitoksiin. Tavoitteena on, että jäteligniiniä voitaisiin tulevaisuudessa käyttää rakennusmateriaalina.
Pelkästään Yhdysvalloissa käytetään 85 miljoonaa tonnia paperia vuodessa. Koko maailmassa käytetystä paperista vain 58 prosenttia kierrätetään.