KOKS MAINĪGAJĀ VIDĒ

5-12-2019

LZA akadēmiķis Bruno Andersons

Man ir tas gods jūs iepazīstināt ar mūsu lielāko dabas resursu - koku - mainīgā vidē, saistot to ar manu ceļu pētniecībā.

Atskatoties uz padarīto, man jāpiekrīt Stīva Džobsa teiktajam "Jūs nevarat savienot punktus, skatoties nākotnē; tos jūs varat prātā savienot, vienīgi atskatoties pagātnē. Tāpēc jums man jāuzticas, ka jūsu dzīves punkti kaut kā nākotnē savienosies. Jums kaut kam ir jātic - savai nojautai, liktenim, dzīvei, karmai, vienalga kam. Šī pieeja mani nekad nav pievīlusi, un tā izmainījusi manu dzīvi pilnībā."

Ierobežotā laika dēļ es skaršu tikai dažus no aspektiem saistībā ar koku - materiālu, kas ir galvenais mežsaimniecības produkts. Ja runājam par koku vidē, pirmkārt tā ir ekonomiskā vide: mežsaimniecība un kokrūpniecība dod ap 20% no kopējā Latvijas eksporta. Nacionālā resursa - mežu esamība dod iespēju mīkstināt budžeta problēmas krīžu situācijās. Arī 2008.-2010. gadu krīzē Latvijas Valsts meži ar profesionālu pieeju resursu izmantošanā palīdzēja stabilizēt finanšu situāciju.

Atskatoties uz savu ceļu zinātnē, vēlos pieminēt man svarīgus cilvēkus. Pirmkārt, Dr. Arvīdu Kuļkēvicu, kurš, izvēloties mani jau 4.kursā, noteica to, ka es nonācu LZA Koksnes ķīmijas institūtā, prof. Arvīda Kalniņa vadītajā Mežķīmijas laboratorijā. Arvīda Kuļkēvica vadībā es apguvu koksnes ķīmiskās pārstrādes tehnoloģisko procesu fineses. Nodarbojos ar procesu optimizāciju, žāvējot stiprināto papīra līmi ar t.s. verdošā slāņa metodi, arī ar koksnes gazifikācijas un koksnes šķeldas pirmapstrādes procesiem. Prof. A. Kalniņš man personificēja pirmskara Latvijas inteliģenci un pārsteidza ar savu plašo redzesloku koksnes ķīmijā. Iestājoties aspirantūrā, es nonācu prof. Jāņa Grāvīša grupā. J. Grāvīša grupa Dr. Pētera Eriņa Fizikāli ķīmisko pētījumu laboratorijā tajā laikā nodarbojās ar tiešām fundamentāliem pētījumiem par koksnes vielas veidošanos, izmantojot jaunākās polimēru zinātnes teorijas - skeilinga pieejas, fraktāļu ģeometriju un universālo klašu principus lignīna kā polimēra raksturošanai, modelēšanai un eksperimentālo datu interpretācijai. Tika izmantoti topoloģijas apsvērumi, izvērtējot lignīna lomu saistībā ar koksnes polimēru sistēmas struktūru un īpašībām; lignīna ķēžu konformācijas aprēķinos tika lietota atomu-atomu potenciālu funkcijas metode.

Man noteikti jāpiemin arī Hamburgas Universitātes profesors Oskars Faix, kurš par lielo atbalstu Latvijas koksnes ķīmiķiem, pelnīti ir Latvijas Zinātņu akadēmijas ārzemju loceklis. Stažēšanās O. Faix laboratorijā ar DAAD stipendijas atbalstu 1990. gados ļāva nodibināt kontaktus koksnes izpētes jomā.

Kas tad ir koksne? Tā ir hierarhiski strukturēta anizotropa šūnveida viela, kas nodrošina augu pamatfunkcijas - barības vielu vadīšanu un uzkrāšanu, mehānisko balsta funkciju un bioķīmisko vielu sintēzi noteiktā vietā un laikā. Tā sekmē koku līdzdalību vides maiņā un bioma struktūrā, un globāli palīdz mainīt ūdens, minerālu un oglekļa cirkulāciju.

Ja koksnes tehnoloģisko pārstrādes procesu mērķis ir sagraut tās struktūru, tad Jāņa Grāvīša grupas interešu lokā bija pretējs process - koksnes vielas bioķīmiska sintēze, lai mēģinātu izprast šūnas veidošanos un radītu mimētiskus analogus. Manu pētījumu uzdevums bija no lignīna modeļvielām sintezēt koksnes komponenta lignīna dehidropolimēru modeļvielas un pētīt to saderību ar hemicelulozēm un no koksnes izdalīto lignīnu. Šie pētījumi arī bija manas disertācijas pamatā, un es uzrakstīju pirmo publikāciju žurnālam "Himija polimernih sojedinenij", kurš tika tulkots arī angļu valodā.

Koksne ir lielākā inovācija, ko zemes augi izveidojuši ap 390 milj. gadu atpakaļ. Bet daba, kas pierādījusi, ka koka funkcionēšanu var nodrošināt ar dažādu mērķorientētu koksnes vielas struktūras elementu palīdzību, ir nodrošinājusi arī koksnes spēju dzīves cikla beigās pilnīgi noārdīties. Noārdīšanās pamatā ir biotisko un abiotisko faktoru sinerģiska darbība, pateicoties kurai miruši koki neuzkrājas dabā.

Daba nešķiro, vai tā ir muiža, sakrāla celtne vai novārtā atstāta privātmāja. Piemērs tam ir Āsteres muiža - ja 2012. gada fotogrāfijā tā skaisti attēlota V. Mašnovska grāmatā "Muižas Latvijā" (2018. g. izdevums), tad šogad tai diemžēl jau ir iebrucis jumts. Jau aizvēstures laikos cilvēki novērtēja koku kā noderīgu daudzu pamatvajadzību nodrošināšanai - siltuma ieguvei, rīkiem un pajumtei reģionos, kur tas bija pieejams un atjaunoties spējīgs. Novērojot koksnes ierobežoto kalpošanas laiku, cilvēki sāka domāt, kā saglabāt izstrādājumus ilgākai lietošanai. Tā radās mūsdienu koksnes aizsardzības pirmsākumi. Dažādos izziņas materiālos pieejamā informācija liecina, ka jau izsenis bijis zināms, cik svarīgs ir pareizs koku ciršanas laiks. Vēlāk parādās sveķu, koku darvas, eļļu, vasku pielietojums. Metālu sāļi kā biocīdi parādās 16. gs. (Leonardo da Vinči šim nolūkam izmantoja dzīvsudraba hlorīdu), bet 19. gs. trīsdesmitos gados bija zināmi jau visi neorganiskie aizsardzības līdzekļi, t.sk. gandrīz 100 gadus praktiski izmantotie vara, hroma, arsēna sāļi.

Manis vadītās Koksnes bionoārdīšanās un aizsardzības laboratorijas pētījumu mērķis bija izprast svarīgākos koksnes bionoārdīšanās un aizsardzības aspektus, pētot koksnes struktūras un funkcionalitātes izmaiņas sēņu iedarbības rezultātā, biocīdu un koksnes komponentus mijiedarbību. Likumdošanas, vides prasību un sabiedrības ietekmē zinātniekiem pašlaik aktuāli ir alternatīvu, videi draudzīgāku koksnes ilgmūžības pagarināšanas iespēju meklējumi. Jau pirms 50 gadiem tika konstatēts, ka, maigi veicot koksnes termisko apstrādi, uzlabojas tās bioizturība un izmēru stabilitāte mainīga mitruma ietekmē, taču tad metode plašāku praktisko pielietojumu neguva. Mūsdienās koksnes modifikācija attīstās kā alternatīva ķīmiskajai koksnes aizsardzībai ar biocīdiem. Mēs izpētei izvēlējāmies hidrotermiskās modifikācijas metodi, jo tā ļauj īsākā laikā sasniegt īpašību uzlabošanos. Iegādājāmies atbilstošu pilotiekārtu, kas ļāva optimizēt apstrādes parametrus, lai iegūtu vēlamo efektu - sasniegt nepieciešamos bioizturību, pieļaujamās robežās, nezaudējot mehāniskās stiprības īpašības. Ar ķīmiskas analīzes un dažādām instrumentālām metodēm tika pētītas koksnes sastāva un struktūras izmaiņa. Loti informatīva ir UV mikrospektrofotometrija, kas ļauj izsekot šūnas komponentu destrukcijas dinamikai. Ar šo metodi konstatējām, ka šūnas sieniņas izmaiņas ir līdzīgas bioloģiskās un termiskās iedarbības ietekmē. Ļoti interesanta bija pieredze pirmo reizi termiski modificētas koksnes izmaiņu procesu pētot ar mikro rentgenstaru kompjūteru tomogrāfiju, vizualizējot šūnas sieniņas rukšanas procesu un struktūras izmaiņas.

Viena no darbības jomām ir koksnes biodegradācijas radīto bojājumu praktiska izpēte, bojātāju identificēšana, ieteikumi to apkarošanai un objektu saglabāšanai. Līdzās koksnes sēņu iedarbībai koksne ir pakļauta arī koksngraužu uzbrukumiem. Laika gaitā apmeklēti daudzi koka kultūras mantojuma objekti, novērtēti kukaiņu radītie bojājumi, meklēti labākie apkarošanas risinājumi. ES sestās un septītās ietvarprogrammas projektu ietvaros par LV Koksnes ķīmijas institūta integrāciju Eiropas pētniecības telpā apzināti tika iekļauta darba pakete par koka kultūrvēsturiskā mantojuma apsekošanu un aizsardzības pasākumiem, kas radīja iespēja papildināt teorētiskās un praktiskās zināšanas šajā jomā. Projektu ietvaros mēs ieguvām jaunus kolēģus no Hamburgas Universitātes (Dr. Uwe Noldt un Dr. Guna Noldt) un apguvām viņu pieredzi par koksngraužiem un to apkarošanas metodēm. Latvijā raksturīgākie sausas koksnes koksngrauži, kas apdraud koku ēkās, ir trīs: mēbeļu ķirmis (Anobium punctatum, common furniture beetle jeb ‘woodworm'), ēku ķirmis (Xestobium rufovillosum, Deathwatch beetle) un pelēkais ēku ūsainis (Hylotrupes bajulus, House Longhorn beetle). Par problēmām ar koksngraužu bojājumiem pie mums vērsās vairāku objektu pārvaldītāji. Veicot apsekošanas, vairākos gadījumos bojājumi un aktīvā koksngraužu darbība prasīja steidzīgu apkarojošu darbību. Kā efektīvākā ir atzīta gāzēšanas metode, kas nodrošina visu kukaiņu stadiju bojāeju masīvā koksnē. Mēs asistējām profesionālas vācu firmas Römer Biotec darbībai. Tā ar projektu atbalstu tika veikta gāzēšana Rundāles pils muzeja fondu glabātavā, kurā atradās Lestenes baznīcas altāris un skulptūras, Liepājas Sv. Trīsvienības katedrālē, Kuldīgas Sv.Trīsvienības baznīcā un Rīgas Doma baznīcas torņa daļā.

Cita mūsu aktivitāte ir sadarbība ar ražotājiem. 1990. gadu sākumā strauji attīstījās koksnes impregnēšanas sektors, kas strādāja galvenokārt eksportam. Sadarbībai ar ražotājiem kā atbalsta institūcija tika veidota koksnes materiālu testēšanas laboratorija. Atbalstu guvām Vācijas vēstniecībā, pateicoties tam izveidojām prasībām atbilstošu infrastruktūru gan testiem, gan pētnieciskam darbam. 1996. gadā saņēmām Vācu Akreditācijas biroja apliecību par "Koksnes un tās materiālu aizsardzības un emisijas testēšanas laboratorijas" akreditāciju. Laboratoriju akreditējām arī Latvijā LATAK. Tas ieinteresēja ne tikai impregnētājus, bet arī tādus uzņēmumus "Latvijas Finieris", "Bolderāja".

Koksnes materiāli un to pārstrāde, salīdzinot ar citiem, jaunākiem materiāliem, ir piedzīvojuši ilgstošu attīstības procesu, tādēļ jaunu inovāciju ienākšana ir lēnāka, bet, ja rodas, tad ņemot vērā izmantošanas apjomus, ietekme uz ekonomiku ir milzīga. Masīvās koksnes kompozīti tika attīstīti jau 20. gs., bet tikai tagad, attīstoties ražošanas tehnoloģijām un savienojumu sistēmām, tos ir vieglāk ražot, un tie ir kļuvuši pievilcīgi kā būvniecības materiāls. Precizitāte ražošanā, un moduļu veidošana rūpnīcās nodrošina ātru un tīru būvniecību objektā. Savukārt izmaiņas ugunsdrošības prasībās ļauj būvēt koka augstceltnes, kuras iegūst arvien plašāku popularitāti.

Tiek domāts arī par to, kā izmainīt koksni, veidojot ātraudzīgas sugas ar mērķorientētu komponentu sastāvu šķiedru materiālu ieguvei. Koksnes aizsardzības jomā tiek strādāts pie jaunas aizsardzības sistēmas izveides, piemēram, izmantojot t.s. "bioslēdža" principu - biocīds aktivizējas, tikai nonākot riska apstākļos un saskarsmē ar koksnes sēnēm. Paplašinot zināšanas par koksnes struktūru, tiek iegūti materiāli ar pilnīgi jaunām īpašībām, piemēram, caurspīdīgais koks, bet to praktiska izmantošana jau ir nākotnes izaicinājumi.

Akadēmiķis B. Andersons                       Foto J. Brencis

Powered by Elxis - Open Source CMS