Puukuitujen sidosaine ligniini on paperiteollisuuden ja biojalostamoiden merkittävä sivuvirta, jolle etsitään polttoa arvokkaampia käyttökohteita.
VTT:ssä kehitetään parhaillaan teknologiaa, joka mahdollistaa ympäristöystävällisen liiman valmistuksen sekä hapetusmenetelmää, jolla ligniinistä voidaan tuottaa notkistinapuaine betonin valmistukseen korvaamaan nykyisiä öljypohjaisia tuotteita. Nämä puun ligniiniin pohjautuvat ratkaisut voittivat Uusi puu 2017 -kilpailun resurssiniukkuus -kategorian, tarjoamalla vaihtoehdon fossiilisille raaka-aineille eri sovelluksissa.
Öljypohjaisille liimoille puupohjainen vaihtoehto
Puupohjaista ”ligniiniliimaa” kehittävät VTT:n erikoistutkijat Juha Leppävuori ja Hanne Wikberg.
Lastulevyistä, kovalevyistä, vanerista tai laminaateista valmistetuissa puutuotteissa käytetään fenolia ja formaldehydiä sisältäviä hartsiliimoja. Sekä liiman että puutuotteiden valmistajat etsivät biopohjaisia ja turvallisia vaihtoehtoja öljypohjaisille, myrkyllisille ja kalliille liimakomponenteille, jotta kuluttajille saataisiin turvallisempia ja ympäristöystävällisempiä tuotteita. Esimerkiksi vanerin hiilijalanjäljestä jopa puolet on peräisin liimasta.
VTT on kehittänyt ja patentoinut teknologian, jonka avulla sellunkeiton energiaksi menevästä sivuvirrasta voidaan valmistaa reaktiivista ligniiniä, CatLigniiniä, joka mahdollistaa fenolin korvaamisen puuliimoissa käytettävissä fenoli-formaldehydihartseissa. – Koska biopohjaiset liimat ovat merkittävässä roolissa puutuotteiden ympäristövaikutusten pienentämisessä, ympäristöystävälliset liimat ovat kilpailuetu tulevaisuudessa, sanoo VTT:n erikoistutkija Hanne Wikberg.
Wikbergin mukaan fenolin hinta ja sen epävakaus ovat päämotiiveja liimavalmistajille fenolin korvaamiseen uudella biopohjaisella tuotteella. – Puuliimojen ohella myrkytön CatLignin soveltuu lisäaineeksi myös esimerkiksi muovi- ja kumituotteisiin aina kumisaappaista autonrenkaisiin.
– Materiaalin hyödyntäminen tuo uusia liiketoimintamahdollisuuksia koko arvoketjulle ligniinin tuottajista liimojen ja puutuotteiden valmistajiin sekä loppukäyttäjiin. Käytännössä tämä tarkoittaa sellutehtaita, liimojen, laminaattien- ja puutuotteiden valmistajia sekä esimerkiksi keittiökalusteiden ja huonekalujen valmistajia, luettelee Juha Leppävuori, erikoistutkija VTT:ltä.
Markkinoilla odotusarvo biopohjaisiin liimoihin
CatLignin korvaa fenoli- ja formaldehydipohjaisia hartsiliimoja puutuotteissa. Ensimmäiset CatLignin-demot valmisti Versatile Design.
Leppävuori sanoo biopohjaisen liiman valmistustekniikan sopivan toimijoille, jotka haluavat tuoda markkinoille biopohjaisia puutuotteita ja saada sitä kautta kustannus- ja kilpailuetua biopohjaisten tuotteiden valmistajina. – Fenolin ja formaldehydin myrkyllisyys tuo haasteita työturvallisuuteen ja lainsäädäntö ympäristönäkökulmia kohtaan tiukkenee. Lisäksi puutuotteiden valmistajat ja loppukäyttäjät ovat entistä ympäristövalveutuneempia, huomauttaa Leppävuori.
Wikberg näkee biopohjaisen liiman kehitystyön osana Suomen kansallisen biotalousstrategian toteuttamista, minkä tavoitteena on luoda uutta talouskasvua ja uusia työpaikkoja biotalouden liiketoiminnan kasvulla sekä korkean arvon tuotteilla.
– Metsäbiotalouden ytimessä on fossiilisten materiaalien korvaaminen uusiutuvilla raaka-aineilla ja kokonaan uusien biopohjaisten tuotteiden kehittäminen. Ligniinin hyödyntäminen korkeamman jalostusasteen tuotteiksi voi tulevaisuudessa nostaa sen arvon jopa kymmenkertaiseksi polttoon verrattuna.
– Ekologisten arvojen kasvu ajaa ympäristöystävällisiä tuotteita eteenpäin. Kun monet maailmanlaajuiset kuluttajabrändit kuten CocaCola, Tetra Pak, Ikea ja Lego ovat siirtymässä biopohjaisiin materiaaleihin, sama trendi on havaittavissa liimoja käyttävillä yrityksillä ja toimialoilla, muistuttaa Leppävuori.
Wikberg ja Leppävuori arvioivat, että CatLignin -teknologian kaupallistaminen teolliseen mittakaavaan osaksi sellutehdasta toteutuu vuoteen 2020 mennessä.
Puupohjainen notkistin betonin valmistukseen
Havainnekuva LigniOx -notkistinapuaineen vaikutuksesta. Pienellä vesimäärällä onnistutaan valmistamaan helposti työstettävä betonimassa, joka kovettuu lujaksi lopputuotteeksi.
Ajan trendin mukaisesti myös rakennusteollisuus pyrkii biopohjaisten vaihtoehtojen käyttöön, mutta haluaa samalla parantaa kustannustehokkuutta sekä säilyttää korkean laadun. VTT:n kehittämällä LigniOx -hapetusmenetelmällä ligniinistä voidaan muokata notkistinapuaine betonin valmistukseen korvaamaan nykyisiä tuotteita, jotka valmistetaan öljypohjaisista kemikaaleista ja lignosulfonaateista.
Ligniinipohjainen LigniOx notkistin on ekologinen ja kustannustehokas vaihtoehto synteettisille betonin notkistimille, jotka parantavat betonin työstettävyyttä ja vaikuttavat myös lopputuotteen lujuuteen. Koska betoni on maailman eniten käytetty rakennusmateriaali, notkistimelle on näköpiirissä erittäin suuret maailmanmarkkinat, kuvailee VTT:n erikoistutkija Anna Kalliola.
Vaikka notkistimen osuus betonimassasta on alle prosentin luokkaa, tuotteella arvioidaan olevan 15 miljoonan tonnin suuruiset maailmanmarkkinat vuodessa. – Kysynnän arvioidaan kasvavan erityisesti kehittyvissä maissa, kuten Kiinassa ja Etelä-Amerikan maissa.
– Rakentajan näkökulmasta on tärkeää, että betonimassaa on helppo työstää ja lopputuotteesta tulee luja. VTT:n LigniOx-notkistin toimii betonointikokeissa paremmin kuin kaupallinen lignosulfonaattinotkistin ja on erittäin lupaava myös synteettiseen tehonotkistimeen verrattuna.
Notkistin kaupalliseen käyttöön lähivuosina
Anna Kalliola, VTT:n erikoistutkija, kehittää ligniinistä betoniteollisuuden öljypohjaisia notkistimia korvaavaa tuotetta.
LigniOx-notkistimen valmistusprosessi on Kalliolan mukaan yksinkertainen ja integroitavissa ligniinin tuotantoprosessiin sellutehtaalla, samalla parantaen sekä sellun että ligniinin tuotannon kustannustehokkuutta. – Tällä hetkellä notkistintuotteet valmistetaan öljypohjaisista kemikaaleista ja lignosulfonaateista. Uudet ligniinipohjaiset notkistimet tarjoavat öljypohjaisia tuotteita halvemman, mutta silti tehokkaan biopohjaisen vaihtoehdon.
-LigniOx-notkistinta käytettäessä pienellä vesimäärällä onnistutaan valmistamaan helposti työstettävä betonimassa, joka kovettuu lujaksi lopputuotteeksi. Vesiliukoiseksi muunnettu ligniininotkistin soveltuu hyvin myös maalien, painovärien, päällysteiden ja kipsin notkistamiseen. Muita mahdollisia käyttökohteita tutkitaan parhaillaan, sanoo Kalliola.
Kalliolan mukaan VTT:ssä kehitetty menetelmä on herättänyt runsaasti kiinnostusta biojalostamoista laitevalmistajiin ja loppukäyttäjiin sekä kotimaassa että kansainvälisesti.
– Tämän vuoden toukokuussa starttaa EU:n tukema nelivuotinen hanke, jossa LigniOx prosessi tullaan ylösskaalaamaan ja demonstroimaan yhdessä teollisten partnereiden kanssa. Kaupallistamisen oletetaan tapahtuvan viimeistään 3-4 vuoden sisällä, arvioi Kalliola.
- Markku Laukkanen
« Takaisin