Forståelsen af vand er afgørende papirproduktionens fremtid

Ny forskning viser, at vi kan øge antallet af gange, papir kan genbruges, hvilket kan revolutionere papirindustrien. Björn Sjöstrand, lektor i kemiteknik, har brugt mange år på at forstå og forbedre processen med at fjerne vand fra træfibre i papirproduktionen. I oktober er han indlægsholder på Scanpack Pioneers, og vil forklare, hvordan hans forskning kan gøre papirproduktionen mere ressourceeffektiv

Papirproduktion er dyr og kræver meget energi. For at gøre papirindustrien mere bæredygtig er vi nødt til at vide mere om, hvordan vandet kan fjernes fra de træfibre, der bruges i papirproduktionen.

Björn Sjöstrand, lektor i kemiteknik ved Karlstads universitet har brugt mange år på at finde ud af, hvordan det lader sig gøre.

Hornificering spiller en hovedrolle
Papir er lavet af træfibre. De er gode til nogle ting, men mindre gode til andre. For eksempel er de gode til at klumpe sig sammen og holde på vandet.

Men det, vi har brug for, er selvfølgelig fladt papir, og for at opnå det, udvandes papirmassen med store mængder vand, især i starten af produktionsprocessen.

Næste trin er, at papirmaskinen fjerner vandindholdet. Hornificering opstår, når træfibre ikke er i stand til at genvinde deres oprindelige udseende, adfærd og struktur, efter at materialet er blevet tørret.

At forstå, hvordan hornificering og vand påvirker disse materialer, er afgørende for produktionseffektivitet, genanvendelighed og optimering af ressourceforbruget for forskellige papir- og papmaterialer.

- Forhorning er den største forandring, der sker efter hver tørringsproces, og det begrænser antallet af gange, man kan genbruge materialet, forklarer Björn Sjöstrand.

Succesfulde resultater kan tredoble genbrug
I en artikel har Björn Sjöstrand tidigere vist, at horndannelse kan forhindres, hvilket i praksis betyder, at materialet kan genbruges flere gange.

- Hvis det lykkes os at modvirke forhorning, kan vi fordoble eller endda tredoble antallet af gange, et materiale kan genbruges.

I stedet for at materialet kan klare fem til syv cyklusser, kan vi måske gå helt op til ti til fjorten. Denne del af processen fokuserer mere på ressourceeffektivitet og genanvendelighed end på energieffektivitet.

Og det kommer jeg til at tale mere om på Scanpack til efteråret, forklarer Sjöstrand.

Uklart hvordan fænomenet opstår
Mens vi ved, hvad hornificering skyldes, er det stadig uklart, præcis hvordan fænomenet opstår.

Denne dybere indsigt er nødvendig for at kunne forbedre industrielle processer og muliggøre innovative løsninger og opskalering af nye processer, som i øjeblikket kun fungerer i laboratoriemiljøet.

- Vi mener, at horndannelse skyldes kæder af vandmolekyler, der binder sig til hinanden med brintbindinger. Disse bindinger, som ligner overlappende Mickey Mouse-figurer, er svage, når de er i vandform.

- Når vandet så fjernes, trækker kæderne celluloseoverfladerne sammen og skaber stærkere bindinger mellem dem.

- Vi ved ikke præcis, hvilke bindinger der opstår, men vi har set, at denne samling af celluloseoverfladerne, når vandet fjernes, må skyldes hydrogenbindinger.

- Når vi erstatter vandet med alternative opløsningsmidler som methanol, ethanol, isopropanol, acetone og ethylacetat, sker horndannelsen i langt mindre grad - og nogle gange slet ikke.

- At forstå, hvordan horndannelse og vand påvirker disse materialer, er vigtigt for at forbedre produktionseffektiviteten, genanvendeligheden og ressourceforbruget i papir- og kartonproduktionen.

- Ved at studere disse processer kan vi spare en masse energi og samtidig finde nye anvendelsesmuligheder for skovbaserede materialer, mener Björn Sjöstrand.

Fra laboratorietest til fabrikken
Indtil videre har testene kun fundet sted i laboratorier. Næste skridt bliver at udføre test ude på fabrikkerne. Men det er forbundet med udfordringer, forklarer han:

- Bare fordi noget fungerer i et laboratorium, betyder det ikke altid, at det vil fungere på en rigtig maskine. Det er derfor, vi arbejder i fire skalaer: laboratorium, pilotskala, fuldskala og datasimulationer.

- Jeg arbejder primært med laboratorie- og pilotskalaen, mens fuld skala er det sidste trin, hvor vi tester på rigtige maskiner.

Der er fire tilbagevendende angrebspunkter i Björn Sjöstrands forskning: energieffektivitet, ressourceeffektivitet, genanvendelighed og udskiftning af fossile materialer med biobaserede alternativer.

- I øjeblikket er jeg især involveret i de tre første spørgsmål, især med hensyn til ressource- og energieffektivitet samt genanvendelighed i forbindelse med hornificering.

- Men hvis vi også kan forstå processen, og hvordan den fungerer mere detaljeret, kan vi introducere nye materialer som f.eks. mikro- og nanofibrilleret cellulose i papirlignende processer.

- Materialer, der kan være gennemsigtige og meget formbare, hvilket åbner op for nye anvendelsesområder. Vandfjernelse og hornificering vil også spille en vigtig rolle i denne sammenhæng.

Fælles mål
Der sker meget i papirindustrien lige nu. Og Björn Sjöstrand mener, at der er et ønske om at trække i samme retning, mod de samme mål.

- Det er på en måde kernen i, hvorfor jeg går på arbejde om morgenen, og hvorfor det er så sjovt. Vi har så mange projekter i gang, hvor branchen virkelig ønsker at arbejde sammen.

I oktober vil Björn Sjöstrand være til stede som taler på Scanpack, som er mødestedet for den skandinaviske emballageindustri. Scanpack finder sted den 22.-25. oktober på Svenska Mässan i Göteborg.

-hawin

3/9 2024