Stockholms universitet logo, länk till startsida

Små träfibrer skapar nästa generation hållbara isoleringsmaterial

Att tillsätta lite vatten till träbaserat nanoskum gör att materialet blir superisolerande. Det var ett överraskande resultat för materialforskare vid universitetet, som nyligen fick sin upptäckt publicerad i tidskriften Matter.

Illustration av nanoskum
Illustration: Varvara Apostolopoulou Kalkavoura

Superisolerande nanofiberskum har stor potential att minska energiförbrukningen inom många olika områden. Den höga effektiviteten gör att det exempelvis går att ersätta äldre isolering i befintliga byggnader utan att förlora inomhusyta eller ändra fasaden. Sådan träbaserad isolering skulle kunna ersätta petroleumbaserade material, vilket skulle vara ett stort steg framåt för hållbara byggmaterial och förpackningar.

Forskare från Stockholms universitet har i samarbete med andra forskare studerat ett sådant nanoträskum, och nu visat att vid högre luftfuktighet sipprar vatten in i utrymmena mellan de små träfibrerna – och får isoleringsmaterialet att svälla så att värmen hindras från att röra sig genom det.

Bröt ned fibrer i cellulosamassa

Foto: Varvara Apostolopoulou Kalkavoura
Det nya nanoskummet. Foto: Varvara Apostolopoulou Kalkavoura

Lennart Bergström, materialforskare och professor vid Stockholms universitet, har lett den tvärvetenskapliga forskargruppen från lärosäten i Sverige, Japan och USA som står bakom upptäckten. Teamet startade med cellulosamassa, som används för att tillverka papper, från det svenska trävaruföretaget Domsjö Fabriker. De bröt ned de redan små fibrerna till ännu mindre nanopartiklar av träcellulosa, uppslammade i vatten.

Därefter använde forskarna is som en mall för att forma ett skum av nanofibrerna: de små nanopartiklarna av träcellulosa pressades samman av de växande iskristallerna och bildade ett nätverk. Isen avlägsnades med frystorkning och värmeflödet genom det isfria skummet studeras i en specialgjord utrustning där det gick att styra och övervaka både fuktighet och temperatur.

Vattnet försvann när fuktigheten sänktes

Fukthalten påverkade värmeflödet, och att materialet tog upp vatten resulterade alltså i minskat värmeflöde. Vattnet sipprade in i håligheterna mellan skummets väggar av träfibrer, och ersatte en del av luften som ursprungligen fanns där och fick väggarna att svälla. Effekten är reversibel: vattnet försvann när fuktigheten sänktes.

På nanonivå verkar vattnet ha ökat gränsytan mellan fibrerna och fått dem att separeras från varandra, vilket alltså minskar värmeflödet och därmed ökar skummets isoleringsförmåga.
– Det är den stora överraskningen med den här upptäckten. Det är första gången någon har visat att en biobaserad isolering som tar upp vatten sänker sin värmeledningsförmåga, säger Lennart Bergström.
 

Foto: Rikard Kilström
Lennart Bergström
Foto: Rikard Kilström

Alla biopolymerer är hydroskopiska, vilket betyder att ”de gillar vatten” och tar upp fukt, förklarar han. Det gör däremot inte fossilbaserade polymerer: de påverkas inte av vatten, vilket anses som en fördel av två skäl: de isolerar oberoende av fukt och kan inte mögla.
– Men vatten gör alltså att nanoträskummet fungerar bättre. Och eftersom materialet andas kan det ta upp och släppa ifrån sig vatten när luftfuktigheten förändras – vilket kan minimera problem med mögel och kondens, säger Lennart Bergström.

Användning för produktion av byggmaterial

Nästa steg för forskargruppen är att designa nanomaterialet för att optimera bästa möjliga isolering vid olika fuktnivåer. Efter det behöver forskarna hitta ett sätt att skala upp sina produktionsmetoder för att skapa paneler av sitt nanoträskum som är stora nog för att användas som byggmaterial.
Konkurrensen inom området börjar bli tuff: andra forskare har försökt göra skum av fibrer i nanoskala från material som grafen och sockerrör, och försöker få fram snabbare och större produktionsmetoder av sina material. Lennart Bergström och hans kollegor hoppas att intresse från industrin och partnerskap med företag ska främja deras arbete och hjälpa dem att behålla sin tätposition inom området.

Forskningsprojektet är finansierat av Energimyndigheten.

Läs mer om Lennart Bergström och hans forskning.

Text: Naomi Lubick/Andreas Nilsson