Puun uudet ominaisuudet voivat mullistaa puurakentamisen Suomessa – nanopinnoitteiden avulla syntyy palamatonta puuta ja kevyttä betonia

Palamatonta puuta voidaan käyttää esimerkiksi rakennusten pintamateriaalina. Se toisi merkittävän parannuksen paloturvallisuuteen.

nanotekniikka
puukomposiittilauta nanoteknologia nanopinnoite lut- yliopisto
Puukomposiittilaudasta saadaan nanomateriaalin avulla kulutusta paremmin kestävää. Kare Lehtonen / Yle

Yliopistotutkijat kehittävät puuta, jota on käytännössä mahdoton saada syttymään. Tavoitteena on käsitellä puuta niin, että sille saataisiin rakennusmateriaalien vaativin paloluokitus A tai B. Sellaisia ovat tällä hetkellä muun muassa vuorivilla tai lasi.

Palamattomalle puulle on paljon käyttökohteita. Sitä voitaisiin käyttää nykyistä enemmän vaikkapa julkisten tilojen pintamateriaalina.

– Voimme parantaa palonkestoa, ja tälle ominaisuudelle on puukerrosrakentamisessa kova tarve, sanoo professori Timo Kärki Lappeenrannan–Lahden teknillisestä yliopistosta.

nanopinnoite lut
Nanopinnoitteen avulla puusta saadaan huonosti syttyvää, mikä voi tuoda uusia mahdollisuuksia puurakentamiseen. Jari Tanskanen / Yle

Palamaton puu osa isompaa tutkimusta, jota tekevät yhdessä Lappeenrannan–Lahden teknillinen yliopisto ja Pietarin polyteknillinen yliopisto. Tutkijat kehittävät nanorakenteiden avulla tutuista rakennusmateriaaleista aiempaa kestävämpiä ja kevyempiä tuotteita.

– Perustana on nanohiili, josta valmistettua pintakäsittelyainetta sivellään esimerkiksi puuhun, sanoo professori Timo Kärki.

Nanorinkilä
Hiilinanopartikkelin rakenne muistuttaa munkkirinkilää. Pietarin polyteknillinen yliopisto

Nanopinnoite pohjautuu venäläisen fyysikon Zores Alfjorovin ja tutkijoiden löytämästä nanorakenteesta, joka muistuttaa munkkirinkilää. Yleensä nanorakenteet ovat pitkulaisia ja putkimaisia – tai jalkapallon muotoisia.

Erikoinen rinkilämäinen rakenne tuo ainutlaatuisia lisäominaisuuksia esimerkiksi betoniin.

Siltojen rakenteet uusiksi

Pietarin polyteknillisen yliopiston testeissä betonia on pystytty nanorakenteiden avulla keventämään jopa 40 prosenttia. Tällöin erityistä nanomateriaalia on sekoitettu suoraan betoniin.

– Betonin lujuusominaisuudet ovat silti paremmat, jolloin siltojen rakenteet voivat olla kevyemmät, kertoo professori Timo Kärki.

Uudesta Cln-sementistä on tehty muun muassa Kimrin kaupungissa Volga-joen ylittävä silta.

Samalla tutkijat havaitsivat, että nanohiilen ansiosta betoni jatkoi kiteytymistään vielä puolen vuoden ajan valamisen jälkeen, jolloin se vahvistui lisää.

– Tutkimme nyt, voiko näin tapahtua myös puurakenteille, sanoo Timo Kärki.

nanohiili näytteenottoputki LUT
Nanohiiltä sisältävä näytteenottoputki. Jari Tanskanen / Yle

Kevyitä kävelysiltoja Pietarin lähelle

Nanohiiltä on mahdollista hyödyntää myös komposiittimateriaaleissa, jotka on saatu aikaiseksi sekoittamalla kahta tai useampaa ainesosaa keskenään. Tällöin nanomateriaali sekoitetaan suoraan puukuitumassaan.

– Syntyy nykyisiä puukomposiitteja kevyempiä, mutta vahvempia tuotteita, jotka kestävät myös pakkasta ja hometta aiempaa paremmin.

Tuotetta testataan ensi kesänä Pietarin lähellä sijaitsevassa Vepsskyn luonnonpuistossa, jonne rakennetaan puukomposiitista uusi jalankulkusilta. Toistaiseksi ei vielä tiedetä, onko uudenlainen puukomposiitti myös pitkäikäisempi kuin nykyiset komposiittimateriaalit.

Yksi vaihtoehto puun käsittelemiseksi on myös pinnoite, joka laminoidaan puurakenteeseen tai johonkin muuhun rakenteeseen.

Millimetrin miljoonasosan kokoiset nanomateriaalit läpäisevät helposti esimerkiksi ihon. Siksi niiden käyttöön sisältyy myös riskejä.

– Sellaisenaan ei ole mahdollista käyttää nanohiiltä, vaan näiden pitää olla aina seosmateriaalina jonkun aineen kanssa. Vain siten niistä saadaan käyttöturvallisia, muistuttaa professori Kärki.

Timo Kärki
Lappeenrannan–Lahden teknillisen yliopiston professori Timo Kärki.Jari Tanskanen / Yle

Nanohiilen poikkeuksellinen rakenne tuo lujuuden

Nanohiilen valmistusprosessi on patentoitu, mutta Pietarin ja Lappeenrannnan–Lahden teknilliset yliopistot kehittävät sille kaupallista käyttöä ja markkinoita EU-alueella.

– Teemme tuotehyväksyntään liittyviä mittauksia puupuoleen liittyvissä hankkeissa. Vastaavia on venäläinen kumppani tehnyt betonin osalta, sanoo professori Timo Kärki.

Nanorakenteen löytäjä fyysikko Zores Alfjorov tunnettiin elinaikanaan paremmin työstään nykyisen informaatioteknologian kehittäjänä. Siitä hän sai Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 2000.

Alfjorov ehti käydä luennoimassa työstään Lappeenrannassa järjestetyssä EU-Venäjä-innovaatiofoorumissa vuonna 2012. Alfjorov menehtyi (siirryt toiseen palveluun) 88-vuotiaana Pietarissa maaliskuussa 2019.