Ny forskning visar att vi kan öka antalet gånger papper kan återvinnas, vilket kan revolutionera pappersindustrin. Björn Sjöstrand, docent i kemiteknik vid Karlstads universitet, har ägnat många år åt att förstå och förbättra avvattningsprocessen av träfibrer i papperstillverkning.
Framställningen av papper kräver mycket energi och är kostsam. För att göra pappersindustrin mer hållbar behövs ökad kunskap om hur vatten kan avlägsnas från träfibrerna som används i papperstillverkning. Hur man lyckas med det har Björn Sjöstrand ägnat åtskilliga år åt att klura ut.
Avgörande för hur många gånger materialet kan återanvändas
Papper görs av träfibrer. De är bra på vissa saker, men sämre på andra. De är till exempel bra på att klumpa ihop sig och behålla vatten. Men vi vill som bekant ha släta papper och för att lyckas med det späder man pappersmassan med mycket vatten, framför allt i början av tillverkningsprocessen. Sedan sker en avvattning där pappersmaskinen tar bort vattnet.
Förhorning uppstår när träfibrer inte kan återfå sitt ursprungliga utseende, beteende och sin struktur efter att materialet torkats. Att förstå hur förhorning och vatten påverkar dessa material är avgörande för produktionseffektivitet, återvinningsbarhet och optimering av resursanvändning för olika pappers- och kartongmaterial.
– Förhorning är alltså den stora förändringen som sker efter varje torkning, vilket begränsar hur många gånger materialet kan återanvändas, förklarar Björn Sjöstrand.
Lyckat resultat kan tredubbla återvinningen
I en artikel har han visat att förhorning går att förhindra, vilket i praktiken innebär att materialet kan återanvändas fler gånger.
– Om vi lyckas motverka förhorningen kan vi fördubbla eller till och med tredubbla antalet gånger ett material kan återanvändas. Istället för att materialet klarar fem till sju cykler, kanske vi kan nå upp till tio eller fjorton. Den här delen av processen fokuserar mer på resurseffektivitet och återvinningsbarhet än på energieffektivitet. Och det kommer jag prata mer om på Scanpack i höst, förklarar Sjöstrand.
Oklart hur fenomenet uppstår
Trots att man vet vad förhorning beror på, är det fortfarande oklart hur detta fenomen exakt uppstår. Denna djupare insikt är nödvändig för att förbättra industriella processer och möjliggöra innovativa lösningar och uppskalning av nya processer som i dagsläget bara fungerar i laboratoriemiljö.
– Vi tror att förhorning beror på kedjor av vattenmolekyler som binder till varandra med vätebindningar. Dessa bindningar, som ser ut som Musse Pigg-figurer som ligger omlott, är svaga när de är i vattenform. När vattnet sedan tas bort, drar kedjorna ihop cellulosaytorna och skapar starkare bindningar mellan dem. Vi vet inte exakt vilka bindningar som uppstår, men vi har sett att denna hopdragning av cellulosaytorna vid vattenborttagning måste bero på vätebindningar. När vi ersätter vatten med alternativa lösningsmedel som exempelvis metanol, etanol, isopropanol, aceton och etylacetat, sker förhorningen i mycket mindre utsträckning och ibland inte alls.
Att förstå hur förhorning och vatten påverkar dessa material är viktigt för att förbättra produktionseffektiviteten, återvinningen och resursanvändningen i pappers- och kartongtillverkning. Genom att studera dessa processer kan mycket energi sparas, samtidigt som vi kan hitta nya användningsområden för skogsbaserade material, menar Björn Sjöstrand.
Från labbtester till fabrik
Hittills har testerna skett i laboratorier. Nästa steg är att testa ute på fabrikerna. Men det har sina utmaningar, förklarar han:
– Något som fungerar i ett labb gör inte alltid det på en riktig maskin. Därför arbetar vi i fyra skalor: labb, pilotskala, fullskala och datasimuleringar. Jag arbetar mest på labb- och pilotskalan, där fullskala är det sista steget att testa på riktiga maskiner.
Björn Sjöstrand återkommer till fyra angreppspunkter i sin forskning: energi- och resurseffektivitet, återvinningsbarhet och ersättning av fossila material med biobaserade alternativ.
– För närvarande är jag särskilt engagerad i de första tre punkterna, särskilt när det gäller resurs- och energieffektivitet samt återvinningsbarhet i samband med förhorning. Men om vi också kan förstå processen och hur den fungerar mer ingående kan vi introducera nya material som mikro- och nanofibrillerad cellulosa i pappersliknande processer. Material som kan vara transparent och mycket formbart, vilket öppnar för nya användningsområden. Avvattning och förhorning spelar en avgörande roll även i detta sammanhang.
Gemensamma mål
Det är mycket som händer inom pappersindustrin just nu. Och det finns en vilja att dra mot samma håll, mot samma mål, menar Björn Sjöstrand.
– Det är på något sätt hela kärnan kring både varför jag går till jobbet på morgonen men också varför det är så kul. Vi har så många projekt igång där industrin faktiskt vill samarbeta.
I oktober medverkar Björn Sjöstrand som talare på Scanpack, mötesplatsen för den skandinaviska förpackningsbranschen. Scanpack äger rum 22-25 oktober på Svenska Mässan i Göteborg.
