Skogsindustrin omvandlar effektivt skogsråvara till papper – men processerna kräver mycket el. Ett forskningssamarbete mellan industri och akademi ska optimera processerna och halvera papperstillverkningens elförbrukning på tio år.

”Vid fullskaletester har vi visat att det går att minska elförbrukningen med cirka 25 procent jämfört med dagens bästa teknik i pappersbruken. Studien har stor relevans för svensk pappersproduktion”, säger Per Engstrand, professor i kemiteknik vid Mittuniversitetet.

”Resultaten i demoskala vid pappersindustrin uppgår till 30 procents lägre elanvändning för tryckpapper och 27 procent för kartong. Den smarta processoptimeringen bidrar också till minskade koldioxidutsläpp och minskad klimatpåverkan från pappersproduktionen”.

Samarbete med skogsbolag

Skogsindustrin är mycket effektiv att omvandla skogsråvara till pappersprodukter. De nuvarande processteknikerna är dock energikrävande, konstaterar Per Engstrand, professor vid Mittuniversitetet. Foto: FSCN.

”Mekanisk och kemimekanisk massa är resultatet av tillverkningsprocesser där utbytet av ved ligger nära 100 procent. Nästan hela mängden råvara som går in i processen återfinns alltså i de färdiga produkterna. Dessa typer av massa är nyckelkomponenter för att uppnå hög kvalitet i några av de viktigaste pappers- och kartongprodukterna som idag tillverkas i Skandinavien. Sådana produkter utgör cirka hälften av den svenska pappers- och kartongproduktionen och är och har varit starkt utvecklingsintensiva. De utgör en bas för den produktutveckling mot ökat värdeinnehåll som idag kännetecknar skandinavisk skogsindustri”, konstaterar Per Engstrand.

”En svaghet är den höga användningen av elektrisk energi vid framställning av massa. Vi har därför inriktat oss på att åstadkomma ökad energieffektivitet utan att äventyra produkternas kvalitet. Resultaten bygger på ett initiativ för forskningsfinansiering som skapats av skogsbolagen Holmen, Stora Enso, SCA och Norske Skog. Det övergripande forskningsprogrammet kallas e2mp (Energy Efficiency in Mechanical Pulping) och har genererat tre olika forskningsprogram som finansieras på olika sätt. Syftet med initiativet är bland annat att åstadkomma en betydande reduktion av energianvändningen vid tillverkning av produkter baserade på mekanisk massa”, berättar Per Engstrand.

”Förutom skogsbolagen har även andra forskningsaktörer varit viktiga i projekten, exempelvis PFI (Norge), Chalmers, SLU, ÅF och LTU, samt företagen Valmet och Andritz. Forskningen har bedrivits med stöd från Energimyndigheten, KK-stiftelsen, Vinnova och Norges Forskningsråd”.

Målet är halverad energianvändning

Vid tillverkning av mekaniska massor används TMP eller CTMP. I båda processerna utgår man från flis som tillverkas vid massafabriken från gallringsved (massaved) och flis som kommer från sågverk. I TMP-processen förvärms flisen så att den mjukgörs under tryck innan den raffineras till frilagda massafibrer. I CTMP-processen mjukgörs veden ytterligare genom att flisen förbehandlas flisen kemiskt. Från mekaniska massor tillverkas tunna högkvalitativa tryckpapper – tidnings- och journalpapper – med hög opacitet (ogenomskinlighet). Kemimekaniska massor används framförallt i tillämpningar där hög bulk (tjocklek vid viss ytvikt) prioriteras, exempelvis i flerskiktskartong och vid tillverkning av material för styva förpackningar.

I en konventionell TMP-process för tidningspapper är elenergiförbrukningen 1,9 – 2,4 MWh per ton och vid tillverkning av journalpapper 2,4 – 3,0 MWh per ton. Mellan 80 och 90 procent av elenergin används i processens raffinörer. I raffineringen används en mindre del elenergi till defibrering och huvuddelen till bearbetning av de frilagda fibrerna. Raffineringstekniken är viktig för processernas energieffektivitet.

”Målet är att vi 2021 ska visa hur man kan tillverka tryckpapper och kartong med endast hälften så mycket elenergi som användes 2011 då forskningssamarbetet startades. De studier som så här långt genomförts visar att det är fullt möjligt att nå dit. Alternativt kan företagen välja att väsentligt förbättra massans och slutprodukternas egenskaper jämfört med dagens pappersprodukter”, konstaterar Per Engstrand.

Smart processoptimering

Samma papperskvalitet men med betydligt lägre energianvändning. Den nya processtekniken har framgångsrikt testats vid Holmen Papers pappersbruk i Norrköping. Foto FSCN.

”Genom ökad förståelse för de grundläggande processerna kan man förändra och förbättra hela tillverkningsprocessen. Ett exempel är att mjukgöra veden vid högre temperatur i kombination med tillsats av små mängder sulfit, samt att öka intensiteten vid flisraffineringen. Åtgärderna ger en väsentligt ökad energieffektivitet i raffineringssteget. Resultatet blir att de efterföljande processtegen silning och rejektraffinering kan tas bort, vilket gör processen både enklare och effektivare. Det modifierade processkonceptet har testats i demoskala vid Holmen Papers pappersbruk Braviken i Norrköping”, säger Per Engstrand.

”Det är mycket intressant att vi kunde konstatera att flera steg i processen för pappersproduktion kan tas bort och trots detta behålla samma papperskvalitet. Försöket visar att det går att tillverka tidningspapper med en total energianvändning på cirka 1 500 kWh/ton, vilket var 900 kWh/ton lägre än referensen, alltså nästan 40 procent lägre. Alla pappersegenskaperna utom rivstyrka var bättre för demomassan jämfört med referenspapperet. Tryckegenskaperna såsom körbarhet, damning, smetning, genomtryck var lika bra för demopapperet som referenspapperet”, avslutar Per Engstrand.

Artikeln publicerades i september 2017.