Ny forskning viser at vi kan øke antall ganger papir kan resirkuleres, noe som kan revolusjonere papirindustrien. Björn Sjöstrand, dosent i kjemiteknikk ved Karlstad Universitet, har brukt mange år på å forstå og forbedre avvanningsprosessen til trefibre i papirproduksjon. I oktober deltar han som foredragsholder på Scanpack Pioneers, hvor han forklarer hvordan forskningen hans kan gjøre papirproduksjon mer bærekraftig og ressurseffektiv.
Produksjon av papir krever mye energi og er kostbart. For å gjøre papirindustrien mer bærekraftig, trengs det økt kunnskap om hvordan vann kan fjernes fra trefibrene som brukes i papirproduksjonen. Hvordan man skal lykkes med dette, har Björn Sjöstrand brukt flere år på å finne ut av.
Avgjørende for hvor mange ganger materialet kan gjenbrukes
Papir er laget av trefibre. De er gode på noen ting, men dårligere på andre. For eksempel er de flinke til å klumpe seg sammen og holde på vann. Men som du vet ønsker vi glatt papir, og for å oppnå det fortynnes papirmassen med mye vann, spesielt i begynnelsen av produksjonsprosessen. Deretter skjer det en avvanning hvor papirmaskinen fjerner vannet.
Horning oppstår når trefibre ikke kan gjenvinne sitt opprinnelige utseende, oppførsel og struktur etter at materialet er tørket. Å forstå hvordan horning og vann påvirker disse materialene er avgjørende for produksjonseffektivitet, resirkulerbarhet og optimalisering av ressursbruk for ulike papir- og pappmaterialer.
– Forhorning er altså den store endringen som skjer etter hver tørking, som begrenser hvor mange ganger materialet kan gjenbrukes, forklarer Björn Sjöstrand.
Vellykkede resultater kan tredoble utvinningen
I en artikkel har han vist at horning kan forhindres, noe som i praksis betyr at materialet kan gjenbrukes flere ganger.
– Hvis vi lykkes med å motvirke horningen, kan vi doble eller til og med tredoble antall ganger et materiale kan gjenbrukes. I stedet for at materialet overlever fem til syv sykluser, kan vi kanskje nå ti eller fjorten. Denne delen av prosessen fokuserer mer på ressurseffektivitet og resirkulerbarhet enn på energieffektivitet. Og det skal jeg snakke mer om på Scanpack i høst, forklarer Sjöstrand.
Det er uklart hvordan fenomenet oppstår
Til tross for at man vet hva som forårsaker forhorning, er det fortsatt uklart hvordan akkurat dette fenomenet oppstår. Denne dypere innsikten er nødvendig for å forbedre industrielle prosesser og muliggjøre innovative løsninger og oppskalering av nye prosesser som i dag kun fungerer i et laboratoriemiljø.
– Vi tror at forhorning skyldes kjeder av vannmolekyler som binder seg til hverandre med hydrogenbindinger. Disse bindingene, som ser ut som innpakkede Mikke Mus-figurer som ligger anføttes, er svake når de er i vannform. Når vannet så fjernes, trekker kjedene celluloseoverflatene sammen, og skaper sterkere bindinger mellom dem. Vi vet ikke nøyaktig hvilke bindinger som oppstår, men vi har sett at denne sammentrekningen av celluloseoverflatene ved vannfjerning må skyldes hydrogenbindinger. Når vi erstatter vann med alternative løsningsmidler som metanol, etanol, isopropanol, aceton og etylacetat, skjer horning i mye mindre grad og noen ganger ikke i det hele tatt.
Å forstå hvordan horning og vann påvirker disse materialene er viktig for å forbedre produksjonseffektiviteten, resirkuleringen og ressursbruken i papir- og kartongproduksjon. Ved å studere disse prosessene kan det spares mye energi, samtidig som vi kan finne nye bruksområder for skogbaserte materialer, sier Björn Sjöstrand.
Fra laboratorietester til fabrikk
Så langt har testene foregått i laboratorier. Neste steg er å teste utenfor fabrikkene. Men det har sine utfordringer, forklarer han:
– Noe som fungerer på en lab fungerer ikke alltid på en ekte maskin. Derfor jobber vi i fire skalaer: lab, pilotskala, fullskala og datasimuleringer. Jeg jobber for det meste på lab- og pilotskalaen, hvor fullskala er det siste trinnet å teste på ekte maskiner.
Björn Sjöstrand kommer tilbake til fire angrepspunkter i sin forskning: energi- og ressurseffektivitet, resirkulerbarhet og erstatning av fossile materialer med biobaserte alternativer.
– Foreløpig er jeg spesielt engasjert i de tre første punktene, spesielt når det gjelder ressurs- og energieffektivitet og resirkulerbarhet i forbindelse med avhorning. Men hvis vi også kan forstå prosessen og hvordan den fungerer mer grundig, kan vi introdusere nye materialer som mikro- og nanofibrillert cellulose i papirlignende prosesser. Materialer som kan være gjennomsiktige og svært formbare, og åpner for nye bruksområder. Avvanning og avhorning spiller en avgjørende rolle også i denne sammenhengen.
Felles mål
Det skjer mye i papirindustrien akkurat nå. Og det er en vilje til å trekke i samme retning, mot samme mål, sier Björn Sjöstrand.
– Det er på en måte hele kjernen i både hvorfor jeg går på jobb om morgenen men også hvorfor det er så gøy. Vi har så mange prosjekter på gang hvor bransjen faktisk ønsker å samarbeide.
I oktober deltar Björn Sjöstrand som foredragsholder på Scanpack, møteplassen for den skandinaviske emballasjeindustrien. Scanpack finner sted 22.-25. oktober på Svenska Mässan i Gøteborg. Mer informasjon om messen og programmet er tilgjengelig på Scanpacks nettsider.
