Tällaiselta näyttävät hiilinanoputket. Alempana oikeanpuoleisella palstalla näkyy pieni kokkare. Sata kertaa terästä vahvemmat hiilinanoputket erottuvat vasta 1 300-kertaisessa suurennoksessa. Kuva: Baytubes

Teema

Nanotekniikka vaikuttaa työympäristöön – mutta järjestelmälliset mittaukset puuttuvat

Kun professori Håkan Wallin Tanskan työympäristön tutkimuskeskuksesta kertoo nanomateriaaleista, tuntuu kuin kyse olisi tieteiskirjallisuudesta. Kun hän sai ensimmäisen nanomateriaalilähetyksen, kellariin rakennettiin erityinen teltta, jossa tutkijat työskentelevät suoja-asuihin ja hengityssuojaimiin sonnustautuneina.

26.05.2010 | Teksti: Björn Lindahl

– Meidän on aika hankala käsitellä tämäntyyppistä materiaalia suurempina erinä. Saimme jonkin aikaa sitten kaksi kiloa hiilinanoputkea japanilaiselta valmistajalta, hän kertoo.

Nanoputki on hiiltä, joka on rullattu yksi- tai moniseinäisiksi putkiksi. Ne ovat äärimmäisen lujia, ja tietyntyyppiset nanoputket johtavat sähköä paremmin kuin mikään muu tunnettu materiaali.

Nanoputket on pakattu kahteen 50 litran säiliöön, joissa kummassakin on kilo ”höttöistä” materiaalia.

– Kun säiliö avataan, se kuhisee pieniä nanohiukkasnokareita. Työskentelemme työympäristöasioiden parissa, joten meidän on oltava äärimmäisen varovaisia ja näytettävä hyvää esimerkkiä, hän sanoo.

– Haluaisimme käyttää niin sanottua kaksinkertaista negatiivista painetta, jolloin tutkijat käsittelisivät materiaalia vetokaapissa, joka ei päästä ulos mitään ja joka on sijoitettu erillisellä ilmasululla varustettuun huoneeseen.

Tutkijat altistuvat eniten

Toistaiseksi nanoputkien kanssa voivat joutua Pohjoismaissa tekemisiin lähinnä vain tutkijat. Nanoputkia valmistetaan ulkomailla noin kymmenessä isossa yrityksessä.

– Luulen, että Pohjoismaissa on useita tutkimuslaboratorioita, joiden turvatoimet ovat riittämättömät.

Tietoa ei kuitenkaan ole läheskään riittävästi.

– Työpaikoilla ei ole toistaiseksi tehty järjestelmällisiä mittauksia. Myöskään mittaustapojen periaatteita ei ole määritelty. Nanohiukkaset eivät käyttäydy samoin kuin tavalliset kemikaalit, joiden turvalliselle pitoisuudelle voi asettaa rajan. Nanohiukkaset voivat olla sitä vaarallisempia mitä pienempiä ne ovat, Håkan Wallin sanoo.

Nykyään on tosin jo laitteita, joilla voidaan mitata niiden pitoisuuksia ilmasta, mutta toistaiseksi ei tiedetä paljonkaan siitä, kuinka paljon ympäristössämme on nanohiukkasia. Steariinikynttilän tai kaasuhellan sytyttämisestä syntyy runsaasti nanohiukkasia, Håkan Wallin mainitsee. Nanohiukkasia muodostuu myös polttomoottoreissa ja autonrenkaiden kosketuksesta tienpintaan.

Jotkut hengityssuojaimet ovat niin tiiviitä, etteivät ne päästä läpi nanohiukkasia, mutta suojain ei välttämättä ole täysin tiiviisti kiinni ihossa, mikä saattaa olla ongelma. Koska nanohiukkaset käyttäytyvät ilmassa eri tavalla kuin isommat hiukkaset, ne pääsevät läpi pienestäkin raosta.

Ei erityisen vaikuttunut

Håkan Wallin ei ole vaikuttunut summista, joita Pohjoismaissa käytetään nanotekniikan riskien tutkimiseen. Hän palkkaisi mielellään kymmenen tutkijaa pelkästään tutkimaan nanoputkia ja muita nanokuituja.

– Meidän on luonnehdittava tarkasti eri materiaalit ja ymmärrettävä, mikä tekee niistä myrkyllisiä. Johtuuko se muodosta, pituudesta vai tuotannossa syntyvistä epäpuhtauksista? Vasta sen jälkeen voidaan ryhtyä kehittelemään sallittujen määrien annostuskäyriä.

– Emme edes tiedä, kuinka paljon eri materiaalit ”pölisevät”. Meidän on tehtävä kenttätutkimusta työpaikoilla.

Vaikka epävarmuustekijöitä on paljon, hän ei halua, että kehitys keskeytetään.

– En usko siihen. Mikään ei kuitenkaan estä yksittäisiä maita kieltämästä tiettyjä tuotteita, jos maissa suoritetut tutkimukset osoittavat niiden olevan haitallisia.

Entsyymi joka hajottaa hiilinanoputkea

Tutkimus ei ole myöskään yksiselitteistä. Ruotsalais-amerikkalainen tutkijaryhmä ilmoitti 6. toukokuuta, että ihmisen elimistössä on entsyymiä, joka pystyy hajottamaan teollisesti valmistetut nanoputket vaarattomiksi ainesosiksi. Entsyymi on nimeltään myeloperoksidaasi ja sitä esiintyy valkoisissa verisoluissa. Entsyymin hajotettua nanoputket jäljelle jää vain vettä ja hiilidioksidia. Tutkimus on julkaistu Nature Nanotechnology -lehdessä. Tutkimus saattaa osoittautua tärkeäksi myös asbestikuitujen keuhkopussissa aiheuttaman syövän hoidossa.

– On siis olemassa keino, jolla hiilinanoputket voidaan tehdä vaarattomiksi, jos esimerkiksi tuotantotiloissa sattuu onnettomuus, sanoo Bengt Fadeel, joka toimii lääkärinä Tukholman Karoliinisen sairaalan ympäristölääketieteen laitoksella.

Tietoa nanotekniikasta

Nano on kreikkaa ja tarkoittaa kääpiötä. Nanometri on metrin miljardisosa. Sanomalehden sivun paksuus on sata tuhatta nanometriä.

Nanotekniikka operoi yhden ja sadan nanometrin välillä. Sen avulla muodostetaan uusia, käyttökelpoisia materiaaleja, joita ei esiinny luonnossa. Oikeanlaisissa olosuhteissa atomit kuitenkin sitoutuvat spontaanisti uudella tavalla.

Hiiliatomit voivat esiintyä sekä maailman kovimpana aineena, timanttina, että yhtenä pehmeimmistä eli grafiittina. Nanotekniikan avulla hiiliatomit voidaan saada sitoutumaan monin eri tavoin.

Ne voivat sitoutua kerrokseksi, jota sanotaan grafiiniksi. Puhdasta grafiinia valmistettiin ensimmäisen kerran vasta vuonna 2004. Grafiini eroaa grafiitista siten, että hiiliatomit ovat sitoutuneet vain yhden atomikerroksen paksuiseksi levyksi muodostaen kanaverkon tapaisen kuusikulmaisen kuvion.

Grafiinikerroksia rullaamalla saadaan putkia, joiden läpimitta on 10 nanometriä. Hiilinanoputken läpimitta on niin pieni, että elektronit eivät käyttäydy hiukkasten vaan aaltojen tavoin. Ne liikkuvat putken läpi lähes kitkatta ja tuottamatta juurikaan lämpöä.

Nanotekniikka tarjoaa näin rakennusaineen, joka vähitellen korvaa piin ja sallii entistä pienempien tietokoneiden rakentamisen.

Nanoputkilla on muitakin ominaisuuksia; ne ovat sata kertaa lujempia kuin teräs, ja niitä on käytetty arkipäiväisemmissä tuotteissa kuten golfmailoissa, kilpapyörissä ja tennismailoissa.

Tuotantokustannusten laskiessa niitä voidaan ryhtyä käyttämään kevyempien lentokoneiden ja entistä kestävämpien tuulivoimaloiden rakentamiseen.

Kolnanorör 1 Hiilinanoputki

Tällaiselta näyttää vahvasti suurennettu nokare hiilinanoputkia.

Kolnanorör 2 Hiilinanoputki 2

Nyt nokare on suurennettu vielä 1300-kertaiseksi. Tässä näkyvät nanoputket ovat muutamien millimetrin miljoonasosien paksuisia. Tanskan työympäristön tutkimuslaitoksen tutkimat hiilinanoputket tulevat pienempinä nokareina, eivätkä kuidut ole yhtä lujasti kiinni toisissaan kuin näissä Baytubesin valmistamissa putkissa.

Kuva: Baytubes