Puumassassa olevat mangaani ja rauta haittaavat sellun valkaisua happikemikaaleilla. Näiden metalli-ionien sitomiseen on kehitetty uusia, ympäristömyötäisiä yhdisteitä. Uudet yhdisteet ovat luonnossa paremmin hajoavia ja sisältävät vähemmän typpeä kuin nykyään tarkoitukseen yleisesti käytetyt tuotteet. Uusien sitoja-aineiden valmistusmenetelmät eivät myöskään kuormita ympäristöä. Uraauurtavasta innovaatiosta on odotettavissa todellinen vaihtoehto: metsäteollisuuden typpi- ja jätevesipäästöjä saadaan alennettua ja tuotantokustannussäästöt sellu- ja paperiteollisuudelle voivat olla huomattavat.
Kemirassa on jo lähes kymmenen vuotta kehitetty ympäristömyötäistä ratkaisua korvaamaan nykyisin puumassan valkaisussa ja kasvinravinteissa käytössä olevia, luonnossa huonosti hajoavia metallinsitojia. Työn tuloksena on syntynyt uusia molekyylejä ja sarja uusia tuotteita. Kemiran kelatointiaineprojektin työryhmä palkittiin tästä uraauurtavasta työstä Kemianteollisuuden innovaatiopalkinnolla. Kemiran Espoon tutkimuskeskuksessa ja Vaasan valkaisulaboratoriossa työskentelevään ryhmään kuuluvat: Ilkka Renvall, Reijo Aksela, Aarto Parén, Jukka Jäkärä, Riitta Ilmoniemi, Iisa Walavaara, Merja Jäntti, Helka Ljungberg, Ritva Björkqvist ja Reetta Puska. Palkinto luovutettiin työryhmälle tiistaina 11.11.2003 Kemianteollisuus ry:n ja Suomen Kemian Seuran järjestämässä ChemVisions -tilaisuudessa Helsingissä. Tapahtuma liittyi Kemia 2003 Kemian Päivät -kokonaisuuteen.
Kemianteollisuuden innovaatiopalkinto jaetaan vuosittain tunnustuksena huomattavasta, hyödynnettävissä olevasta kemian alan innovaatiosta. Palkinnon suuruus on 10 000 euroa. Innovaatiopalkinnon saajan valinnut Kemianteollisuuden tieteellinen neuvottelukunta kiinnitti päätöksessään huomiota tuotekehitysprojektin tulosten ainutlaatuisuuteen. Tutkimusryhmälle on myönnetty kaksi molekyylipatenttia, lisäksi vireillä on 14 sovelluspatenttia ja innovaatio on lähellä kaupallistamisvaihetta. Hankkeessa on myös ansiokkaasti hyödynnetty laajaa yliopistoyhteistyöverkkoa, ja se onkin erinomainen esimerkki kaikkia osapuolia hyödyttävästä yhteistyöstä.
Vapailla metalli-ioneilla saattaa olla erilaisia haittavaikutuksia. Sellu- ja paperiteollisuudessa haitat ovat tulleet esille siirryttäessä happiyhdisteiden käyttöön puumassan valkaisussa. Metalli-ionit, erityisesti rauta- ja mangaani-ionit, hajottavat valkaisuun käytettyjä happiyhdisteitä ja lisäävät näin niiden kulutusta. Myös massan laatu heikkenee. Metalli-ionit voidaan poistaa sitomalla ne vesiliukoiseen muotoon sitoja-aineilla, joita kutsutaan kelatointiaineiksi. Sitominen tehdään joko ennen valkaisua tai sen aikana. Kelatointiaineiden käytön lisääntyessä ovat myös niiden vaikutukset ympäristöön nousseet esille. Luontoon päätyvien aineiden tulisi olla myrkyttömiä ja luonnossa hajoavia.
Nykyisin selluteollisuudessa ja kasvinravinteissa yleisesti käytettävät kelatointiaineet ovat kemialliselta luonteeltaan typpeä sisältäviä polykarboksyylihappoja. Lukuisissa laboratoriotesteissä niiden hajoavuus luonnossa on todettu huonoksi. Hajoamattomat kelatointiaineet voivat luonnonvesissä saattaa liikkeelle esim. raskasmetalleja pohjasedimenteistä. Tästä syystä kiinnostus luonnossa hajoaviiin, hinnaltaan kilpailukykyisiin sekä eri sovelluksissa toimiviin ympäristömyötäisiin kelatointiaineisiin on viime aikoina lisääntynyt sekä teollisuuden että tutkimuksen piirissä.
Kemiran kelatointiaineprojektin tutkimusryhmä on onnistunut kehittämään metallien sitomiseen aivan uusia molekyylejä, joiden ominaisuudet on todettu ainutlaatuisiksi. Uudet yhdisteet hajoavat nykyisiä kelatointiaineita paremmin luonnonvesissä ja sisältävät vain noin kolmanneksen nykyisten aineiden typpimäärästä. Myös uusien yhdisteiden valmistusmenetelmät onnistuttiin kehittämään ympäristömyötäisiksi. Tuloksena syntyi sarja kelatointiaineita, joita voidaan käyttää sellu- ja paperiteollisuudessa. Muina sovelluksina tutkittiin uusien yhdisteiden käyttöä kasvinravinteissa. Parhaillaan Kemiralla suunnitellaan uusien tuotteiden tuotantoprosessia.
Kemiran tutkimusryhmä on työssään hyödyntänyt luonnon mikrobien kykyä hajottaa aminohappoja. Kehitetyt molekyylit ovat aminohappojohdannaisia, joihin on liitetty synteesikemian keinoin metallia sitovia ominaisuuksia. Kelatointiaineiden biohajoavuutta on näin onnistuttu lisäämään ja samalla typpipitoisuuta vähentämään. Työryhmä on myös tutkinut pesuaineteollisuudessa jo tunnettujen biohajoavien kelatointiaineiden soveltuvuutta sellun valkaisuprosesseihin sekä kasvinravinnekäyttöön.
Kelatointiaineita käytetään edellä mainittujen käyttökohteiden lisäksi pesuaine-, lääke- ja elintarviketeollisuudessa, veden käsittelyssä ja valokuvauskemikaaleissa. Aineita myydään yksin Suomessa noin 10 000 tonnia vuodessa. Skandinaviassa vastaava myyntimäärä on yli kaksinkertainen.
Kemiran kelatointiaineprojektin pitkäjänteisyydestä kertoo myös hankkeeseen liittyvä perustutkimus, jota on tehty yhteistyössä useiden eri yliopistojen kanssa. Helsingin yliopiston kemian laitoksella on tutkittu kelatointiaineiden metalliyhdisteiden ominaisuuksia ja kehitetty yhdisteiden synteesimenetelmiä. Turun yliopiston kemianlaitoksella on puolestaan tutkittu entsymaattisia valmistusmenetelmiä. Aineiden ympäristövaikutuksiin on syvennytty yhteistyössä Kuopion yliopiston ympäristötieteiden laitoksen ja VTT:n kanssa. Kasvinravinnekäyttöön on perehdytty Helsingin yliopiston soveltavan kemian ja mikrobiologian laitoksella, ja metallin sidontailmiötä on mallinnettu Oulun yliopiston fysikaalisen kemian osastolla.
Kemianteollisuuden innovaatiopalkinnon on perustanut Kemianteollisuus ry:n hallitus vuonna 1997. Aloitteen siihen teki Kemianteollisuuden tieteellinen neuvottelukunta, joka on alan teollisuuden, korkeakoulujen ja tutkimuslaitosten edustajista koostuva tiede- ja teknologiakysymyksiä käsittelevä elin.
Innovaatiopalkinnon tavoitteena on rohkaista tutkimuslähtöiseen, innovatiiviseen toimintaan sekä edistää uusien innovaatioiden tuotteistamista ja kaupallistamista sekä uutta yritystoimintaa kemian alalla. Palkinto myönnetään vuosittain henkilölle, työryhmälle tai yritykselle, jolla on kemian alan lupaava, teollisesti hyödynnettävä tai jo hyödyntämisvaiheessa oleva innovaatio. Palkinto koskee sekä korkeakouluissa, tutkimuslaitoksissa että yrityksissä tapahtuvaa toimintaa.
Lisätietoja:
Erikoistutkija Reijo Aksela
Kemira Oyj Espoon tutkimuskeskus
Puh. 050 569 7872
reijo.aksela@kemira.com
Apulaisjohtaja Riitta Juvonen
Kemianteollisuus ry
Puh. (09) 1728 4318 tai 040 515 7107
riitta.juvonen@kemia.ttliitot.fi
Valokuvia palkinnonsaajista:
Viestintäpäällikkö
Merja Vuori
Puh. 040 730 1932
merja.vuori@kemia.ttliitot.fi