Paperia voidaan kierrättää useampia kertoja, osoittaa uusi tutkimus. Se voi mullistaa paperiteollisuuden. Karlstadin yliopiston kemiantekniikan dosentti Björn Sjöstrand on vuosia pyrkinyt ymmärtämään ja parantamaan puukuitujen vedenpoistoprosessia paperinvalmistuksessa. Lokakuussa hän puhuu Scanpack Pioneers -tapahtumassa siitä, miten hänen tutkimuksensa voivat tehdä paperintuotannosta kestävämpää ja resurssitehokkaampaa.
Paperinvalmistus vaatii paljon energiaa ja on kallista. Jotta paperiteollisuudesta saataisiin kestävämpää, tarvitaan lisää tietoa siitä, miten vettä voidaan poistaa paperinvalmistuksessa käytettävistä puukuiduista. Tätä ongelmaa Björn Sjöstrand on pohtinut vuosia.
Materiaalin kierrätyskerrat ovat avainasemassa
Paperi valmistetaan puukuiduista. Ne ovat hyviä joissakin asioissa, mutta huonompia toisissa. Hyviä ne ovat esimerkiksi sarveistumaan ja sitomaan vettä. Mutta me haluamme sileää paperia, ja tämän vuoksi paperimassaan lisätään paljon vettä, erityisesti valmistusprosessin alussa. Sen jälkeen paperikone poistaa veden.
Kun massa on kuivatettu ja se on sarveistunut, puukuidut eivät palaudu alkuperäiseen ulkonäköönsä, käyttäytymiseensä ja rakenteeseensa. Ymmärrys siitä, miten kuivatus ja vesi vaikuttavat näihin materiaaleihin, on ratkaisevaa tuotannon tehokkuuden, kierrätettävyyden ja resurssien käytön optimoinnin kannalta eri paperi- ja kartonkimateriaaleissa.
– Sarveistuminen on siis suuri muutos, joka tapahtuu jokaisen kuivauksen jälkeen. Se rajoittaa sitä, kuinka monta kertaa materiaalia voidaan kierrättää, selittää Sjöstrand.
Onnistunut tulos voi kolminkertaistaa kierrätyksen
Eräässä artikkelissaan Sjöstrand on osoittanut, että sarveistuminen voidaan estää. Se tarkoittaa, että materiaalia voidaan käyttää useampaan kertaan.
– Jos onnistumme ehkäisemään sarveistumisen, voimme kaksinkertaistaa tai jopa kolminkertaistaa materiaalin uudelleenkäyttökerrat. Sen sijaan, että materiaali kestäisi viidestä seitsemään kierrätyskertaa, voimme ehkä kierrättää sen kymmenen – neljätoista kertaa. Tämä prosessin osa keskittyy enemmän resurssitehokkuuteen ja kierrätettävyyteen kuin energiatehokkuuteen. Ja tästä aion puhua lisää Scanpackissa tänä syksynä, Sjöstrand kertoo.
Ilmiön synty on epäselvä
Vaikka tiedetään, mistä sarveistuminen johtuu, on edelleen epäselvää, miten tämä ilmiö tarkalleen ottaen syntyy. Syvällisempi ymmärrys on tarpeen teollisten prosessien parantamiseksi ja uusien innovatiivisten ratkaisujen mahdollistamiseksi sekä sellaisten uusien prosessien skaalaamiseksi, jotka tällä hetkellä toimivat vain laboratorio-olosuhteissa.
– Uskomme, että sarveistuminen johtuu vesimolekyylien ketjuista, jotka sitoutuvat toisiinsa vetysidoksilla. Nämä sidokset, jotka näyttävät päällekkäin meneviltä Mikki Hiiri -hahmoilta, ovat heikkoja veden muodossa. Kun vesi poistetaan, ketjut vetävät selluloosapintoja yhteen ja muodostavat vahvempia sidoksia niiden välille. Emme tiedä tarkalleen, millaisia sidoksia syntyy, mutta olemme nähneet, että tämä selluloosapintojen yhteen vetäytyminen vedenpoiston yhteydessä johtuu vetysidoksista. Kun korvaamme veden vaihtoehtoisilla liuottimilla, kuten metanolilla, etanolilla, isopropanolilla, asetoonilla ja etyyliasetaatilla, sarveistumista tapahtuu paljon vähemmän, ja joskus ei lainkaan.
Ymmärrys siitä, miten sarveistuminen ja vesi vaikuttavat näihin materiaaleihin, on tärkeää tuotannon tehokkuuden, kierrätyksen ja resurssien käytön parantamiseksi paperin ja kartongin valmistuksessa. Sjöstrandin mielestä näitä prosesseja tutkimalla voidaan säästää paljon energiaa ja löytää samalla uusia käyttömahdollisuuksia metsäteollisuuden materiaaleille.
Laboratoriotesteistä tehtaaseen
Tähän mennessä testejä on tehty laboratorioissa. Seuraava askel on testata niitä tehtailla. Mutta siinä on omat haasteensa:
– Se, mikä toimii laboratoriossa, ei aina toimi oikealla koneella. Siksi työskentelemme neljässä mittakaavassa: laboratorio, pilottimittakaava, täysi mittakaava ja tietokonesimuloinnit. Itse työskentelen eniten laboratorio- ja pilottimittakaavassa, jossa täysi mittakaava on viimeinen vaihe testata oikeilla koneilla.
Sjöstrand palaa tutkimuksessaan neljään pääkohtaan: energia- ja resurssitehokkuus, kierrätettävyys ja fossiilisten materiaalien korvaaminen biopohjaisilla vaihtoehdoilla.
– Tällä hetkellä olen erityisen kiinnostunut kolmesta ensimmäisestä kohdasta, erityisesti resurssi- ja energiatehokkuudesta sekä kierrätettävyydestä sarveistumisen yhteydessä. Mutta jos pystymme myös ymmärtämään prosessia ja sen toimintaa tarkemmin, voimme tuoda uusia materiaaleja, kuten mikro- ja nanofibrilloitua selluloosaa, paperinkaltaisiin prosesseihin. Materiaaleja, jotka voivat olla läpinäkyviä ja erittäin muovautuvia, mikä avaa uusia käyttötarkoituksia. Vedenpoistolla ja sarveistumisella on keskeinen rooli myös tässä yhteydessä.
Yhteiset tavoitteet
Paperiteollisuudessa tapahtuu juuri nyt paljon. Ala haluaa vetää yhtä köyttä, kohti samoja tavoitteita, Björn Sjöstrand toteaa.
– Se on tietyllä tavalla syy, minkä vuoksi menen töihin aamulla, mutta myös hauskuus. Meillä on niin paljon projekteja käynnissä, joissa teollisuus haluaa todella tehdä yhteistyötä.
Lokakuussa Sjöstrand osallistuu puhujana Scanpack-tapahtumaan, joka on Pohjoismaiden pakkausalan kohtaamispaikka. Scanpack järjestetään 22.-25. lokakuuta Svenska Mässan -messukeskuksessa Göteborgissa. Lisätietoja messuista ja ohjelmasta löytyy Scanpackin verkkosivuilta.
