Valkoisessa purkissa Helsingin yliopiston laboratoriossa on hemiselluloosaa. Pienikiteiseltä jauheelta näyttävä aine on Miia Kokkosen työmaata.
Kemian väitöskirjatutkija tutkii, mitä kemiallisia reaktioita voidaan käyttää tuottamaan hemiselluloosasta käypää raaka-ainetta muovituotteiden valmistukseen.
Puun rakennusaineita jää hyödyntämättä
Hemiselluloosa on yksi kolmesta puun päärakennusosasta, sillä puu jakautuu selluloosaan, hemiselluloosaan ja ligniiniin.
Selluloosaa käytetään esimerkiksi paperiteollisuudessa, mutta kahta muuta puun rakennusainetta ei teollisuudessa hyödynnetä parhaalla mahdollisella tavalla. Ne menevät usein polttoon ja energiaksi. Hemiselluloosasta ei saa muuhun puumassaan verrattuna paljoa lämpöenergiaa talteen.
– Kemianteollisuuden näkökulmasta se menee tavallaan hukkaan ja luo päästöjä, kun polttaminen vapauttaa hiilidioksidia ilmakehään.
Kokkonen haluaa nyt hemiselluloosan hyötykäyttöön. Hän tekee väitöskirjaa yhteistyössä Borealiksen kanssa. Se on uusiin teknologioihin ja kiertotalouteen tähtäävä yritys, joka tarjoaa polyolefiiniratkaisuja eli erilaisia muovituotteita teollisuudelle ja sitä kautta myös kuluttajille.
Tutkimuksessa on yksi ohjaaja yliopistolta ja kaksi Borealiksesta.
– Muovi tehdään yleensä öljystä, joka ei ole ympäristöystävällisin lähdemateriaali. Hemiselluloosa on uusiutuvaa, eikä se kilpaile ruuantuotannon kanssa.
Työssään Kokkonen tutkii hemiselluloosan sokerien pilkkoutumista pienemmiksi molekyyleiksi ja niiden edelleen muokkaamista sopiviksi lopputuotteiksi. Hän kehittää erilaisia katalyyttejä ja tutkii, miten reaktio-olosuhteet saataisiin mahdollisimman helpoiksi toteuttaa. Katalyytit ovat aineita, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Samalla Kokkonen pyrkii luomaan vain haluttua tuotetta sivutuotteiden sijaan – tätä kemistit kutsuvat korkeaksi selektiivisyydeksi.
Hemiselluloosan ja katalyytin kemialliset reaktiot eivät tapahdu huoneenlämmössä, vaan reaktoreissa ilmanpainetta korkeammassa paineessa ja 100–200 °C asteen lämpötilassa. Kokkonen mittaa ensin hemiselluloosan ja katalyytin autoklaaviin, vahvaan metalliseen paineastiaan, jonka siirtää sitten vetokaappiin.
– Kun reaktio on valmis, analysoin reaktioseoksen sisällön.
Kokkonen oli jo ala-asteella kiinnostunut matematiikasta ja kemian ja fysiikan ilmiöistä. Häntä kiinnostaa, miten kaikki toimii molekyylitasolla, ja tämä taso on nyt työssä läsnä joka päivä.
Kemisti hyödyntää tutkimuskirjallisuutta, mutta koska hän luo uusia katalyyttejä, täytyy uskaltaa luottaa myös omiin oletuksiin ja arvioihin.
Kokkonen ajattelee, että hän pääsee parhaimmillaan luomaan jotain sellaista, joka voi yritysyhteistyön kautta hyödyttää koko yhteiskuntaa.
Toisaalta hän näkee myös, mikä ei toimi. Jos reaktio vaatii liian korkean lämpötilan ja kovan paineen, sitä ei välttämättä ole taloudellisesti kannattavaa viedä tehtaaseen. Tutkimuksen näkökulmasta löytö voi silti olla mielenkiintoinen ja tutkimisen arvoinen.
Neljä vuotta aikaa perehtyä
Maisteriopintojensa jälkeen Kokkonen olisi halunnut suoraan löytää työpaikan yrityksestä. Kun hän näki yliopiston työpaikkailmoituksen väitöskirjatutkijan paikasta, hän ajatteli, että olisi mielenkiintoista yhdistää molemmat maailmat.
Nyt hän on mukana
Kokkosen mielestä tohtoritason tutkimus hyödyttää yrityksiä syvällisyydellään, sillä tutkija perehtyy tutkimusaiheeseensa aina juurta jaksaen. Yrityksen puolelta taas tulee näkökulma käytännön tasoon: miten tutkimus muuttuu liiketoiminnaksi.
– Jos teen laboratoriossa muutaman millilitran reaktioita, pitää ymmärtää, voisiko sen saada toimimaan myös isossa skaalassa tehtaassa, jossa tehdään useiden tonnien reaktioita.
Kokkonen on nyt tutkinut hemiselluloosaa nyt kaksi vuotta. Hänellä on ainakin toiset kaksi vuotta aikaa selvittää, mihin se taipuu.