Biotalouden uudet tuotteet

Transkriptio

1 Biotalouden uudet tuotteet Prof. Olli Dahl Aalto-yliopisto Kemiantekniikan korkeakoulu Puunjalostustekniikan laitos PL 16300, Aalto Vuorimiehentie 1, Espoo p

2 Sisältö Puun kemiallinen koostumus Mitä metsäbiomassasta voi tehdä ja miten? Kestävyyskriteerit Sellutehdas pohjana uusille tuotteille Perinteiset tuotteet Uudet tuotteet Uudet innovaatiot Paptic, Spinnova, Ioncell ja AaltoCell Kannattavimmat arvoketjut: tänään ja vuonna 2020 Yhteenveto 2

3 Puun kemiallinen koostumus Puun kemiallinen koostumus Mänty-, Kuusi- ja koivupuun kemiallinen koostumus, % 0,5 5,0 2,0 0,5 3,0 0,5 29,0 29,0 20,0 24,5 26,5 38,0 41,0 42,0 38,5 MÄNTY KUUSI KOIVU Selluloosa Hemisellu Ligniini Uuteaineet Tuhka Puukuidun soluseinä ja sen rakenne Lähde: K. Isotalo, Puu- ja sellukemia, 2. painos, Hakapaino Oy,

4 Mitä metsäbiomassasta voi tehdä ja miten? Mekaaniset Prosessit Sahatukki Puutuotetekniikka Hiilineutraalit puutuotteet Kaikkia tuotteita, jotka sisältävä C, H tai O 4 Source: modified from figure, Riekko & Anttila, SITRA report, Sarja B n:o 61. Helsinki 1980.

5 Kestävyyskriteerit Kaikkien uusien prosessien ja tuotteiden täytyy olla kestäviä (ympäristö, talous ja sosiaalinen ulottuvuus) Kun arvioidaan uusia biojalostamoja, niin raaka-aineen saatavuudella ja hinnalla on suuri merkitys!! Eräs skenaario on se, että puun energiasisällön hinta seuraa raakaöljyn energiasisällön hintaa? (arvio 1000 kg raakaöljyä = MJ ja 1000 kg puuta = MJ) Raakaöljy, barelli 20 USD 100 USD 150 USD 200 USD Puun hinta, m Tästä yhteydestä johtuen uusien prosessien tulee olla tehokaita ja niiden lopputuotteiden tulee olla erittäin arvokkaita tai niiden tulee korvata tuotteita, joita nykyisin valmistetaan raaka-öljystä (liikennepolttoaineet, energia, muovit, jne ) TKK Bioref Project

6 Sellutehtaan perinteiset tuotteet - Ligniini Esihydrolyysineste - Uuteaineet - Sokerit - Mäntyöljy - Tärpätti - Paperisellu - Liukosellu - Ruskeamassa 6

7 Sellutehtaan perinteiset tuotteet Paperisellu Fluff-massa Perinteinen sellu, hinta /tn Vuonna 2009 maailman sellun tuotanto oli 119 miljoonaa tonnia, josta USA:n osuus oli yli 30 %. Suomi oli 5,5 miljoonan tonnin tuotannolla kuudes. Kasvua markkinoilla ei juuri ole, mutta havusellulla on vielä kysyntää Paperin valmistus, erilaiset suodattimet, fluff-massat Eristemateriaalit, joiden paloturvallisuutta on lisätty boorikäsittelyllä. 7

8 Sellutehtaan perinteiset tuotteet: liukosellu Liukosellu, hinta /tn Vuotuinen tuotanto nykyään 5 6 miljoonaa tonnia vuodessa. Markkinat kasvavat noin 5 10 % vuodessa Tekstiilien valmistus (mm. joko yhdessä muiden raaka-aineiden kanssa tai sellaisenaan) vanuissa, alusvaatteissa, puvuissa, liinavaatteissa, verhoissa, matoissa ja huonekalukankaissa) Korvaa tulevaisuudessa puuvillaa!

9 Sellutehdas pohjana uusille kuitutuotteille: Sellukuidusta - Nanoselluun 9

10 Sellutehdas pohjana uusille kuitutuotteille: Mikrosellu Mikrosellu eli MCC tai MFC, hinta /tn Maailmassa tuotanto noin tn/a. Suomessa valmistetaan muutamia tonneja vuodessa. Tarve kasvaa koko ajan. Laadusta riippuen mm. paperin / kartongin lisäaine (Stora Enson konsepti), neste-kiintoaineen reologian säätäjä, lääketabletit, elintarvikkeet, muovien lisäaine (tuo kovuutta), Sovellutusalueet käytännössä rajattomat ja näitä pitäisi selvittää!! MCC (irtotiheys kg/m 3 ) + polypropeeni (900 kg/m 3 ) granulit and testi kappaleet PU (polyuretaani) kg/m 3

11 Sellutehdas pohjana uusille kuitutuotteille: Nanosellu NCC tai CNC, hinta on tuntematon ehkä > /tn Muutamia pilot-laitoksia maailmassa mm. USA ja Ruotsi Sovellutuskohteet rajattomat (erilaiset geelit yms.) Terveysvaikutukset eivät ole täysin tiedossa

12 Sellutehdas pohjana uusille ligniinituotteille Mustalipeästä erotetaan ligniiniä hapottamalla CO 2 erotus ja rikkihappopesu Laitos olemassa Sunilan sellutehtaalla ja erotettu ligniini käytetään pääasiassa meesauunin polttoaineena Potentiaaliset käyttökohteet: polttoaineet, kemikaalit, komposiitit, aktiivihiili ja hiilikuitu Haasteet Ligniini on epäpuhdasta: hiilihydraatit ja tuhka (rikkiyhdisteet)

13 Uudet innovaatiot: Paptic - VTT Spin-off Raaka-aine: paperisellu (70%) + ei-uusiutuva aines (30%) Teknologia: vaahtorainaus Lopputuote: erilaiset kassit ja pakkaukset Ajavavoima: muovikassit kielletään 13

14 Uudet innovaatiot: Spinnova VTT spin-off Raaka-aine: paperisellu Teknologia: kehrätään langaksi uudella teknologialla Lopputuote: paperinen lanka, josta voidaan tehdä kankaita Ajava voima: säästetään kallis investointi lankojen valmistuksessa 14

15 Uudet innovaatiot: Ioncell Aalto-yliopisto Raaka-aine: paperisellu / liukosellu / jätepaperi Teknologia: sellu liuotetaan ionisilla nesteillä ja kehrätään langaksi Lopputuote: kestävä lanka, josta voidaan tehdä kankaita Ajava voima: puuvillan / perinteisen viskoosin korvaaja 15

16 Uudet innovaatiot: AaltoCell Aalto-yliopisto Raaka-aine: paperisellu / liukosellu Teknologia: sellu pilkotaan hapolla mikrokiteiseksi selluloosaksi Lopputuote: mikrokiteinen selluloosa (myös ligniinipitoinen) Ajava voima: väestön kasvu ja puute sopivasta kuitupitoisesta raakaaineesta. Nykyisin käytössä elintarvike- ja lääketeollisuudessa, mutta tavoitteena on lisäaine eläinrehuihin ja komposiitteihin 16

17 Kannattavimmat arvoketjut: tänään Mekaaniset Prosessit Sahatukki Puutuotetekniikka 75 /k-m 3 Sahatavara, 200 /k-m 3 (+125 ) 40 /k-m 3 Paperisellu, 105 /k-m 3 (+65 ) 40 /k-m 3 Liukosellu, 150 /k-m 3 ( ) 20 /k-m 3 Sähkö ja höyry, / k-m 3 ( ) Hiilineutraalit puutuotteet B I O M A S S A N L A A T U 17

18 Kannattavimmat arvoketjut: vuonna 2020 Mekaaniset Prosessit Tukki Puutuotetekniikka Sahatavara, liimapuupalkit, Desingtuotteet ja palvelut Liukosellu, sokerit, viskoosituotteet (langat ja kalvot) Mikro- ja nanosellu, sokerit (liikennepolttoaineet) Muovien raaka-aineet (Ligniini ja ruskeamassa) Hiilineutraalit puutuotteet B I O M A S S A N L A A T U 18

19 Yhteenveto Metsäbiomassasta voidaan valmistaa kaikkia niitä tuotteita, joissa on hiiltä ja vetyä (mm. liikennepolttoaineet, uudet kuitutuotteet ja komposiitit) Haasteena on löytää kannattavimmat ja kestävimmät valmistusreitit Uutta biotuoteteollisuutta ei kuitenkaan saa liiallisesti tukea! Alkuvaiheen investointituet ovat suotavia, mutta tuotanto- tai lopputuotetuet ei! Uusien prosessien ja tuotteiden tulee itsessään olla kannattavalla ja kestävällä pohjalla Uusia tuoteinnovaatioita on kuitenkin liian vähän!!! Onko T&K rahat kohdennettu Suomessa oikein tähän mennessä? 19

20 Yhteenveto Suomen tulevaisuus on edelleen metsissä! merkittävät metsävarat (erityisesti havupuu), jonka jalostusarvo tulee nousemaan osaamisen kehittymisen myötä Emme saa kuitenkaan unohtaa kannattavia perinteisiä metsäbiomassan hyödyntämisreittejä (sahatuotteet, energian tuotanto, sellutuotteet ja eräät pakkauskartongit) Parhaat edellytykset toistaiseksi näen sellutehtaiden / sahojen / energiatuotantolaitosten modifioinnilla uusien biotuotteiden tekijöiksi Infrastruktuuri valmiina, valmiit puunhankinta-alueet / organisaatiot Energiaomavaraisia Sopivan kokoisia modifiointiin 20