Liuskekaasun käyttö tuo tilaa ligniinille

Petrokemian teollisuus korvaa raakaöljyä liuskekaasupohjaisella kondensaatilla. Tämä vähentää aromaattisten hiilivetyjen tuotantoa, mikä luo pohjaa ligniinin kysynnälle.

Puun ainesosista ligniiniä on ennenkin ollut mahdollista ostaa ja myydä, mutta nyt sen markkinat ovat laajenemassa ratkaisevasti. Sille on yhtaikaa syntymässä sekä uutta kysyntää että uutta tarjontaa.

Kysyntää synnyttää se, että petrokemian teollisuus on osittain siirtymässä öljynaftan käytöstä liuskekaasukondensaattiin. ”Näin öljynjalostuksen sivutuotteena syntyneitä aromaattisia hiilivetyjä saadaan vähemmän kuin aikaisemmin”, sanoo tutkimusprofessori Ali Harlin. Harlin työskentelee teknologian tutkimuskeskus VTT:n Tie biotalouteen -tutkimushankkeessa.

Ja ligniini on juuri aromaateista muodostunut polymeeri.

Ligniinin tarjontaa taas syntyy metsäteollisuudessa. Perinteisesti ligniini on käytetty sellutehtaalla energiantuotantoon, mutta kun sellunvalmistuksen energiatehokkuus on kasvanut, ligniiniä on alkanut tulla prosessista enemmän kuin energiankäytön kannalta on tarpeen.

Se on käytännössä johtanut siihen, että joissakin tehtaissa sellun tuotantoa on pitänyt rajoittaa. ”Aiemmin sellutehtaalta löytyi käyttöä kaikelle sen tuottamalle ligniinille, mutta nyt tilanne on toinen. Tämä voi olla osasyy siihen, että aiemmin ligniinin muita käyttömahdollisuuksia ei ole kovin suurella innolla tutkittukaan”, sanoo Kalle Ekman Stora Enson Imatran-tutkimuskeskuksesta.

Ligniinin erotus on kehittynyt

Sellua tehdään keittämällä puuhaketta keittokemikaaleissa. Prosessissa ligniini ‒ sellukuidut toisiinsa kiinnittävä ”liima” ‒ irtoaa sellukuiduista. Syntyy sellumassaa ja mustalipeää.

Mustalipeän sisältämä ligniini ja muut orgaaniset ainesosat poltetaan tehtaan soodakattilassa energiaksi ja keittokemikaalit käytetään sellunkeitossa regeneroinnin jälkeen uudelleen. Usein sellutehtaan pullonkaulaksi on käynyt juuri mustalipeän poltto ja keittokemikaalien kierrätysprosessi.

Toisaalta kapasiteetin nosto tällä kohtaa olisi erittäin kallista: laitteisto maksaa jopa puolet sellutehtaan kokonaishinnasta. Tämä pullonkaula on nyt opittu avaamaan siten, että polttoon menevän mustalipeän määrää vähennetään erottamalla osa sen sisältämästä ligniinistä.

Ligniinin erotus on toki osattu aina, mutta viime aikoina se on opittu tekemään paremmin. Aiemmin ligniinin poltossa syntyvässä tuhkassa oli jopa 5‒10 prosenttia natriumia, mikä tuppasi tukkimaan polttokattilan.

”Nyt natriumin osuus erityisesti sulfaattiselluloosasta tehdyn ligniinin polttotuhkassa on kuitenkin onnistuttu laskemaan jopa vain prosenttiin”, sanoo Ekman.

Ja tämä on tärkeää: vaikka ligniiniä pidetään yhtenä uuden metsäbiotalouden lupaavimmista tuotteista, alkuvaiheessa sen käyttö myös suoraan energiantuotantoon on kuitenkin taloudellisesti merkittävää.

Mahdollisuuksia on liki rajattomasti

Uutta ligniinin erottavaa ligno-boost-tekniikkaa aiotaan käyttää myös Stora Enson Sunilan-sellutehtaalle rakennettavassa ligniinin erotuslaitoksessa. Tekniikka on ruotsalaisten kehittämä ja Stora Enso on ollut alusta lähtien kehitystyössä mukana. Tällä hetkellä tekniikkaa toimittaa Valmet.

Sunilan 32 miljoonan euron investointi on tarkoitus ottaa käyttöön vuoden 2015 alkupuolella.
Yhdysvaltalaisen Domtarin jälkeen laitos on lajissaan maailman toinen, mutta tuskin viimeinen. Yhtiö odottaa investoinnin tuovan uutta liikevaihtoa 80 miljoonaa euroa vuonna 2017.

Harlinin mukaan tällaisten laitosten luoma tarjonta ja uusi kysyntä luovat markkinan, jonka puitteissa uudet ligniinipohjaiset tuotteet syntyvät.

Periaatteessa ligniinin käyttömahdollisuudet ovat lähes rajattomat. ”Kyllä siitä voi ihan oikeasti tehdä melkein mitä vain, mutta on sitten eri asia, onko tuotantoa mahdollista teollistaa ja mitkä tuotteet lopulta ovat taloudellisesti kannattavia”, sanoo Ekman.

Suoran polton lisäksi Harlinin mukaan mahdollisia käyttöalueita on useita. Yksi mahdollisuus on tehdä siitä pyrolyysiöljyä esimerkiksi laivojen ja lämpölaitosten polttoaineeksi, jolloin on huomattava kuitenkin öljyn rikkipitoisuus ja vähäinen polttoarvo.

Ligniinistä voi tehdä muovia korvaavaa termoplastia. Se kuitenkin haisee selvästi sellutehtaalle. Hajun saa pois fraktioimalla, mutta se lisää kustannuksia.

Ligniini on luonnon oma puuliima ja liimoja siitä on tehty aiemminkin. Esimerkiksi Karatex-nimistä ligniinipohjaista liimaa on käytetty lastulevyn ja vanereiden liimaamisessa jo 1960-luvulta asti. Ligniinistä voi tehdä myös polyuretaania, joka yleisesti valmistetaan fossiilisista raaka-aineista mutta joskus myös soijapavuista.

Yritysrahoitus tutkimukselle kasvaa

Esimerkiksi VTT:llä on tutkittu ligniinipohjaisten hiilikuitujen valmistusta. Harlinin mukaan ongelma tässä on ligniinimolekyylien haarautuminen sellunkeitossa, mikä vähentää syntyvien hiilikuitujen lujuutta.

”Ligniinihiilikuidut pyritään valmistamaan niin, että ne vastaavat fossiilisista raaka-aineista valmistettuja hiilikuituja. Näin tuote sopisi komposiitiksi esimerkiksi autoteollisuuteen”, Harlin sanoo.

Stora Enson tavoitteena on, että erikoiskemikaalien ja teknisten materiaalien valmistajat voisivat korvata fossiiliset raaka-aineensa uusiutuvalla ligniinillä. Muita käyttökohteita voi olla esimerkiksi rakennusteollisuudessa. Ligniinistä voi tehdä aineita, jotka pitävät betonin ja asfaltin paremmin juoksevana ennen valua.

Ekman ei kuitenkaan usko, että metsäteollisuus saisi sen kummemmin ligniinistä kuin mistään muustakaan uudesta tuotteesta ainakaan nopealla aikataululla sellaista massatuotetta kuin esimerkiksi LWC-paperi. Mutta ligniini on mahdollisuus sekä uusille että vanhoille sellutehtaille.

”Uusille, koska ne eivät tarvitse kaikkea ligniinin sisältämää energiaa, ja vanhoille, joilla ligniinin erotus voi avata tuotannon pullonkauloja. Meidän pitää etsiä kannattavuutta yhä useammista puroista, ja tämä voi olla yksi niistä”, sanoo Ekman.

Harlinin mukaan metsäbiotalouden tutkimuksessa on havaittavissa merkkejä, että yhteiskunnan rahoitus on korvautumassa yritysrahoituksella. ”Sekin kertoo, että tuotanto tulee koko ajan lähemmäs”, Harlin sanoo.