The Fraunhofer-Gesellschaft, or Fraunhofer Society for the Advancement of Applied Research, is a German research organization with 76 institutes spread throughout Germany, each focusing on different fields of applied science. RISE’s German sibling, in many ways. 

Through a recent project the two organisations have discovered the potential of further collaboration.

But let’s back the tape. There once was a park in southeastern Germany… 

“…It was sitting on the brink of this beautiful lake, which used to be a coal mine. Flooded long ago. Picture the scenery: breathtaking mountains, a nice little town. And twenty-five-year-old wooden benches, practically falling apart.”

Thus begins the tale, as told by Sebastian Scholz, leader of the Fraunhofer Plastics Centre Oberlausitz, Professor at the University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, and guest researcher at the Application Center for Additive Manufacturing at RISE.

Arriving at RISE

Sebastian Scholz arrived in Sweden in 2023, to work together with the additive manufacturing and composite teams at RISE. With him, he brought his family and the prospect of 3D printed benches. 

“I had been in contact with the town, called Olbersdorf, and discussed how to go about the bench-problem. The idea of 3D printing was raised, and Fraunhofer was asked to make it happen. Unfortunately, our large-scale printer was still under development. I arrived in Sweden, at RISE, and thought: why not do it here?” Sebastian Scholz continues. 

The Application Center for Additive Manufacturing at RISE has two large-scale robotic printers which previously have been used to print everything from designer furniture to fully functional kayak prototypes in innovative materials.

Capturing nature

RISE was intrigued by the proposed collaboration, prompting Constanze Kuring, product designer and Sebastian’s colleague at the Plastics Centre, to start working on the design.

“It was new to me, designing for big parts and this type of printing. When you know how it works it’s easy, but it’s a learning process. The benches were to be placed right next to the lake, atop these very linear concrete blocks. My goal was to create a contrast and incorporate the surrounding nature. The printed benches are quite heavy, but I wanted them to look light, nice, and friendly. And I wanted them to capture the waves of the lake,” says Constanze Kuring. 

There were to be five benches in total, made up of three different design models. Benches for sitting, benches for laying down, and one bench adapted for face-to-face conversation. Bike stands were to be incorporated into some of them, as cyclists are frequent visitors to the park.

“For every design model we printed at least one test bench, in form of a short section, so that we could try out the ergonomics. Then we did the final benches. That is one of the many perks with 3D printing, that you are able to approach your final design step by step, and pick up problems at an early stage,” says Constanze Kuring.

Despite conducting test prints, numerous challenges were encountered along the way. These included the need for adjustments to the 3D printing infill design, addressing shrinkage and warping issues with larger parts, and ensuring proper fixation on the print bed to maintain stability throughout the entire printing process.

"Thanks to the extensive experience in large-scale 3D printing from the RISE team, coupled with Constanze’s design expertise, we were able to overcome all challenges successfully. I'm confident that we've gained valuable insights and are now well-equipped for future projects involving 3D printed outdoor furniture," says Sebastian Scholz. 

Planting a seed

Sustainability played a crucial role throughout the project, influencing not just the selection of manufacturing process, but also the choice of materials.

“It’s a 100 percent biobased and recyclable material, a PLA containing 20 percent wood fibres. It possesses all the properties we want for the future, and is hopefully also resistant to the environmental influences in Olbersdorf,” says Sebastian Scholz. 

The benches were shipped to Germany and installed by the end of May, 2024. All in all a successful project, and hopefully the start of a series of collaborative initiatives between Fraunhofer and RISE.

“We have many things in common, but we are not competitors. We possess a deep understanding of the industrial and societal needs within our respective countries, and can only benefit from this cooperation. During my time in Sweden, I have worked on setting up transnational projects involving both RISE, Fraunhofer and the University Zittau/Görlitz. The first project just started, and I’m convinced that more applications will be approved. The primary objective of coming here was to plant a seed for future long-term collaboration, and that has certainly been accomplished,” says Sebastian Scholz. 

Malmöbaserade Ekolution är ett av företagen som har utvecklat den gröna innerväggen, ”ERW GreenWall”. Deras hampafiberisolering, som odlas av skånska lantbrukare, binder cirka 18–20 ton koldioxid per hektar. Det är mer än vad som släpps ut under hela tillverkningsprocessen.  

– Jag hörde talas om att hampa kunde användas till allt från kläder till byggmaterial när jag pluggade i USA 2004. Jag tänkte direkt att hampa var ett supermaterial och började förkovra mig i det genom att åka runt i världen till olika symposium och träffa framstående professorer. Mycket handlade om att ta reda på om det verkligen var så bra som det verkade, säger Ekolutions grundare och vd Remi Loren. 

Låg påverkan ska bli lägre 

År av ihärdig research och en hampabyggkurs resulterade i uppstarten av Ekolution 2013. Till en början riktade företaget in sig på hållbar isolering till privata villor och småhus. Nu är siktet inställt på byggprojekt modell större. Ekolution fick 94 miljoner kronor i bidrag från Naturvårdsverket för att bygga en hampafabrik i Staffanstorp under 2024. 

​​– Vi har låg klimatpåverkan (EPD) när det kommer till isoleringsmaterial, och den kommer vi att halvera med den svenska fabriken. Vi kommer också kunna göra en ordentlig prisreduktion, säger Remi Loren. 

”ERW GreenWall” kom till när Ekolution krokade arm med två andra greentech-bolag, Wood Tube och Recoma, samt fastighetsbolaget AMF Fastigheter. Syftet var att ta fram en innervägg med lägre klimatavtryck. Resultatet blev ett återvinningsbart innerväggssystem som har ett cirka 83 procent lägre klimatavtryck jämfört med konventionella byggsystem med gips, stål och mineralull.  

Målet: Ett typgodkännande för hela produkten 

För att få en oberoende bekräftelse på att Recomas byggskivor av återvunna mjölkkartonger i kombination med Wood Tubes pappreglar och Ekolutions hampaisolering kunde fungera som ett fullvärdigt alternativt till traditionella innerväggar, vände sig företagen till RISE. Tillsammans har bolagen en rad olika certifieringar, men nu ville man få ett typgodkännande för produkten som helhet. 

– Det finns många institut i Europa, men RISE är en prominent och trovärdig aktör som håller en hög nivå. Eftersom det var första gången som vi tre bolag genomgick den här processen tillsammans var det en trygghet att ha en partner med mycket erfarenhet och lång historik, säger Remi Loren.   

– Det är viktigt för oss att allting görs på ett korrekt sätt, så att ingen ska kunna komma i efterhand och ifrågasätta något i vårt typgodkännande. Här har RISE informerat oss väldigt bra om typgodkännandesystemet och vilka krav som gäller, säger Naib Woldemariam, medgrundare och teknisk chef på Ekolution.  

”Bra sätt att få genomslag” 

Per Adolfsson, projektledare för certifieringsuppdrag inom byggprodukter på RISE, var den som höll i trådarna. Han tycker att det är kul och viktigt att företag som jobbar med nya material väljer att gå igenom den frivilliga processen. 

– Ett typgodkännande ett bra sätt att få genomslag för innovativa material och lösningar på marknaden. Jag har jobbat med detta i många år, och det är först nu som de nya materialen kommer på allvar. Just när det gäller väggar jobbar de allra flesta med träskivor, gipsskivor, mineralull, plåtreglar och träreglar fortfarande, berättar Per Adolfsson. 

I processen för typgodkännande ingår provningar av brandmotstånd och ljudisolering. Brandtestet genomfördes i RISE:s labb, medan ljudisoleringsprovningen gjordes på ett annat labb. RISE genomförde även kontroller av fabrikerna där väggkomponenterna tillverkas. Efter Per Adolfssons granskning av prov- och kontrollresultaten beslutades det att den gröna väggen skulle få typgodkännandet.  

En viktig milstolpe som gav mersmak, berättar Remi Loren. Nu kan Ekolution, Recoma och Wood Tube använda Boverkets gaffelmärke för sitt innerväggssystem.  

– Vi har fått en väldigt positiv erfarenhet av detta. Dels av själva processen, men framför allt av marknadens acceptans för typgodkända produkter. Vi kommer att fortsätta på det här spåret och testa även kommande produkter. 

I början av 2000-talet investerades det i SilviScan, ett system som kunde göra anatomisk karakterisering (Figur 1) samt densitets- och mikrofibrillmätningar i hög upplösning från märg till bark på prover från trissor och 10 mm diameter borrkärnor. Den installationen utgör en av bara tre likadana mätsystem i världen. Som komplement till mätsystemet, fanns även provbearbetningsverktyg som kan förbereda prover av lämplig dimension och ytkvalitet med hög precision. Systemet i Stockholm har sedan dess varit ett viktigt verktyg inom trädförädlings- och forskningsprojekt där effekten av genetik och miljö på vedegenskaper undersöks.

Figur 1: SilviScan gör bland annat anatomiska
analyser. Medan forskningen kring skogsresurserna traditionellt har vedegenskaper av vikt för massa- och virkesprodukter i fokus, har det under senare år blivit ett ökat intresse för andra bioprodukter där den kemiska sammanställningen är av större vikt än den fysikaliska. 

Följaktligen, investerades det även i en nära-infraröd (NIR) kamera för kemikalisk karaktärisering av både trissor och borrkärnor. Just den här kombinationen av NIR-kameran med SilviScan gör laboratoriet unikt i sin förmåga att karakterisera vedprover i deras kemikaliska och fysikaliska egenskaper.

Samtidigt ökade mängden växthusförsök på hybrid asp, som ofta används som modellträd i vetenskapliga undersökningar, för att snabbt kunde undersöka genetiska- och miljöeffekter på ved- och trädegenskaper. I dessa växthusstudier genereras nya vedprover på bara tre månader, men laboratoriet var mer rustat för analysen av trissor och 10 mm borrkärnor från vuxna träd. Följaktligen, påbörjades utvecklingen av en provprepareringsrutin för växthusprover som omfattar NIR-skanning av stamtvärsnitt följd av sågning och skanning med SilviScan. Således, kan laboratoriet nu generera högupplöst kemikalisk och fysikalisk information om växthusprover som dessutom genereras i hög takt.

I ytterligare ett steg mot vedkaraktäriseringen av yngre träd – den här gången ca. 8–12 åriga fältförsök på gran – utvecklades nyligen provpreparerings- och skanningsrutiner för analysen av 5 mm diameter borrkärnor tagna strax ovanför marken, istället för brösthöjd. I kontrast till analyser på äldre träd, innebär det att enbart juvenilved analyseras, vilket ofta betraktas som just den delen av trädet där vedkvalitén behöver förbättras. Även här innebär förmågan att kunna karakterisera yngre träd att förädlingstakten kan ökas.

Men laboratoriet är inte bara aktivt inom trädförädlingen. NIR-teknik är applicerbar i industriella processer, och NIR-kameran kan användas för att skapa modeller för prediktion av fysikaliska och kemikaliska egenskaper. Exempel på sådana egenskaper kan vara trädslag, kärna/splint, röta, fukt, lignin, cellulosa, kåda, mineraler, osv. Modellerna kan sedan appliceras i en industriell miljö. Exempel på pågående projekt inkluderar karakteriseringen av flis inför massaproduktion, timmer vid vederlagsmätning och identifiering av oönskade egenskaper i möbelkomponenter. 

Utöver det, är laboratoriet också involverat i produkt- och processutvecklingsprojekt, som evalueringen av resultatet av impregnering av trä med NIR-kameran. Så klart finns det möjligheter för laboratoriet att bidra inom fler områden. Det är fantasin som sätter gränserna för laboratoriets användning. Utmaningen är dock att eventuella kunder är medvetna om sina problemställningar och hur laboratoriets erbjudande kan bidra.

Vidare läsning
Högupplöst vedkarakterisering i labbmiljö 

Det här är en artikel ur vår tidskrift Trävärden, den finns i sin helhet här! (Länk)

2030 ska EU:s utsläpp ha minskat med minst 55 procent. Unionens jordbruksministrar har slagit fast att bioekonomin har tydlig potential att bli en del av lösningen på klimatkrisen och beroendet av fossila bränslen. Den kan också bli viktig för att stärka livsmedelstryggheten, en fråga som blivit högaktuell i och med det oroliga världsläget. 

– Det är mycket som behöver hända de närmaste åren, konstaterar Caroline Ankerfors, ansvarig för Forskningsprogram Bioekonomi som drivs av RISE. Och inom forskningsprogrammet har deltagande företag möjlighet att göra skillnad, samtidigt som de stärker sin egen konkurrenskraft genom att tillsammans hitta sätt att dra nytta av den senaste forskningen.

– Nyckelordet är ”tillsammans”. När företag från olika delar av värdekedjan samlas kring gemensamma utmaningar får alla parter hela perspektivet. Är man tio företag i ett gemensamt projekt har man tio gånger så stora möjligheter att komma någon vart, säger Caroline Ankerfors. 

Inom forskningsprogrammet jobbar RISE tillsammans med företag för att hitta nya lösningar inom områden som klimatsmarta material och nya processer. Minskad användning av fossila tillsatser är också på agendan. Bland partnerföretagen finns allt från skogsföretag, massafabriker och pappersproducenter till tillverkare av livsmedel, kosmetik eller dörrar.  

Kombination av bredd och fokus för klimatnytta

Vid årsskiftet 2024/2025 lanserade RISE ännu ett omfattande forskningsprogram och fler projekt kan tillkomma. Målsättningen är att programmet ska fyllas på med aktörer som har grön omställning och klimatnytta som viktiga drivkrafter. Många av företagen som deltagit i tidigare forskningsprogram är redan med i den nya omgången. 

– Företagen är väldigt aktiva och generösa med sina erfarenheter. Det är helt avgörande för att projekten som startas upp ska vara relevanta och resultera i något konkret. Tanken är att kunskapen som företagen får med sig ska komma till nytta, antingen med vår hjälp eller genom att företagen själva använder nya insikter för att förbättra sina produkter och processer och därigenom stärker sin konkurrenskraft, säger Caroline Ankerfors. 

Röda tråden är grön omställning

Upplägget är att partnerföretagen bildar konsortier, som tillsammans startar upp olika projekt. Det kan till exempel handla om att designa fiber för bättre prestanda hos papper eller att förbättra processerna för återvinning av trä. 

– Den röda tråden genom Forskningsprogram Bioekonomi är grön omställning, att bli biobaserade inom områden där vi kanske inte är det i dag. Det handlar om att ta hand om våra råvaror på allra bästa sätt och vara resurseffektiva inom allt från matproduktion till massaproduktion och skogsbruk. Vi angriper samma fråga och utmaning från olika håll. 

Hur fungerar det att samla branschkollegor och i vissa fall konkurrenter i samma rum kring gemensamma mål? 

– Projektstrukturen för programmet är sådan att vi i grundprojekten inte jobbar med applikationsutveckling, utan företagen är med i det som kallas pre-competitive research. Där är det ofarligt att vara konkurrenter i samma rum. Sedan har vi avtal som skyddar både resultaten och informationen som deltagarna bidrar med, säger Caroline Ankerfors. 

Vem bestämmer vad projekten ska handla om? 

– Projekten har tagits fram av RISE i tät dialog med intresserade företag, som också fått möjlighet att komma med input. Det är förstås viktigt att projektinnehållet är av värde för alla deltagande företag, men det brukar inte vara något problem. Alla kanske inte är superintresserade av 100 procent av innehållet, men kanske av 75 procent. 

I exemplet där tio företag genomför ett gemensamt forskningsprojekt får deltagarna en tiofaldig utväxling på sina forskningspengar, tillgång till varandras kunskap – och RISE:s hjärnor och labb. 

– Har man kapaciteten och intresset att förvalta kunskapen är detta mycket värdefullt, konstaterar Caroline Ankerfors.

Den byggda miljön och byggbranschens miljöpåverk­an är enorm på grund av den omfattande användningen av energi och resurser. För att ändra på det är övergången till en cirkulär ekonomi ett av de viktigaste tillvägagångssätten för en hållbar utveckling och lösningen på dess miljöpåverkan. I ett nystartat projekt DUET – Circular Design and Use of Wood Building Elements ska man öka resurseffektiviteten för användning av trä genom att studera den tekniska möjligheten att använda återvunnet trä och/eller industriellt träavfall tillsammans med nytt trä för att tillverka nya byggelement för bärande väggar och bjälklag.

Att både använda återvunnet material och/eller restprodukter kan underlätta tillverkning och marknadsacceptansen för de nya produkterna. I projektet studeras både teknisk och miljömässig genomförbarhet, men också möjligheten till cirkulära användning av de nya byggelementen. En framtida cirkulär användning innebär att byggelementen blir enklare att demontera och återanvända som element eller i delar för återvinning av delmaterialen. Det ökar byggelementens livslängd och bidrar till att avsevärt förlänga tiden för koldioxidlagring och därmed strategierna och målen för samhällets nettonollutsläpp.

Utvecklingsarbetet med avseende på materialflöden görs i samarbete med Forestia och Gällö Timber AB. Den cirkulära användningen av vägg- och golvelement utvecklas i samverkan med IsoTimber Holding AB och Masonite Beams AB. I projektet ska prototyper för vägg och bjälklagselement byggas och testas för att verifiera att de tekniska och mekaniska kraven för byggprodukter uppfylls.

Det här är en artikel ur vår tidskrift Trävärden, den finns i sin helhet här! (Länk)

År 2020 producerade landets 4333 vindkraft­verk 16 % av vår energi i Sverige (Energi­ myndigheten 2020, Ny statistik över installerad vindkraft 2020 (energimyndigheten.se). Det är många kraftverk och det förväntas bli allt fler de kommande åren. De producerar förnybar energi, men bidrar också samtidigt till utsläpp av växthusgaser. I regel byggs dagens vindkraftverk med material som stål och betong. Starka material som klarar av de krafter som ett vindkraftverk utsätts för, men det traditionella materialvalet bidrar till stora utsläpp av växthusgaser. Den största bidragande faktorn till klimatpåverkan från vindkraft kommer från råmaterialen vid tillverkning av kraftverken.

Vindkraftsindustrin har ett behov av att minska klimatpåverkan vid tillverkning av nya kraftverk. Företaget Modvion i Göteborg bidrar till att minska vindkraftsindustrins klimatpåverkan genom att byta ut tornet, som vanligtvis byggs av stål, mot ett lika högt torn i trä. 2020 restes det första 30 m höga vindkrafttornet i trä på Björkö i Göteborgs skärgård. Nyligen restes ytterligare ett torn i Skara som når 105 m. Därefter planeras ännu högre torn för att bära turbiner med ännu större produktionskapacitet.

Fördelar med vindkraftstorn i trä
Trä är ett förnybart material som också binder kol under vindkraftverkets livstid. Stål är starkt – starkare än trä – men det är också tungt. Jämför man materialens styrka i förhållande till deras vikt så är det i stället trä som överträffar stålet. I allt högre torn leder tornets egenvikt till att ståltornet behöver förstärkas för att klara av att bära den egna vikten. Trätorn, som är lättare, har inte samma problem med egenvikten och på sätt går det att bygga högt och slankt med trä. För att klara av de extrema krafterna från de massiva rotorbladen högst uppe i tornet och från de starka vindar som ett vindkraftverk utsätts för har Modvion utvecklat och tillverkar nu trästommar för vindkraftstorn. Konstruktionen består av tunna trälaminat som limmas och pressas samman till krökta 15 m långa trämoduler. Modulerna reses, sammanfogas och staplas sedan på varandra för att resa tornet. De i sammanhanget små modulerna gör det möjligt att transportera dem till byggplatsen med mindre lastbilar i jämförelse med dagens ståltorn där specialtransporter används för att frakta större byggdelar.

Utvecklingsarbete
En utmaning har varit att utveckla starka förband för sammanfogning av modulerna som både kan monteras effektivt på byggarbetsplats och klara av de extrema krafterna på tornet. Lösningen som används är inspirerad av en relativt ny teknik där en stålplåt med hål limmas in mellan de träelement som ska sammanfogas. Det skiljer sig från traditionella förbandslösningar där stålplåtar används i kombination med till exempel skruvar, bultar eller dymlingar. Att använda lim i stället för metallförbindare resulterar i mycket starka och styva förband. Tillverkning av limmade träkonstruktioner görs vanligtvis i fabrik i en tillrättalagd miljö och under kontrollerade förhållanden. På byggarbetsplats varierar temperatur, luftfuktighet och arbetsförhållanden och således kan det vara svårt att kontrollera limningens kvalitet. I projektet Stuck in the middle with you (SIMWY), finansierat av Vinnova, samarbetar Modvion, Henkel och RISE för att utveckla Modvions metod för konstruktionslimning på byggarbetsplatsen. Mer om projektet finns att läsa på projekthemsidan, (Länk)

Att utveckla ny teknik innebär att den behöver testas och utvärderas. På RISE finns experter inom olika ämnesområden samt laboratorier för test och utvärdering av material och konstruktioner, både i liten och stor skala. Tillsammans med Modvion har RISE testat det
nya hybridförbandet för olika slag av belastningar som efterliknar dem som det behöver stå emot i verkligheten i ett färdigt vindkraftstorn. Förbandet har också utsatts för utmattning genom cykliska tester där det belastats och avlastas tusentals gånger under en längre tid till brott. Utmattning är sällan relevant i vanliga träbyggnader, men i konstruktioner som broar och numera höga torn som under sin livstid belastas med höga varierande laster blir fenomenet relevant. 

Det här är en artikel ur vår tidskrift Trävärden, den finns i sin helhet här! (Länk)