Biomassasta teollisuuden raaka-ainetta
5 minuuttia
CH-Bioforce skaalaa kuitufragmentointiteknologiaansa teolliseen mittakaavaan Elomaticin avulla
Kauran kuori ja muut biomassat muuttuvat CH-Bioforcen kuitufragmentointiteknologialla puhtaiksi biopolymeereiksi. Niistä valmistetaan muun muassa mikromuovitonta kosmetiikkaa, liimoja ja ravintokuituja.
Puuta, vehnän ja riisin olkea, kauran ja kaakaopavun kuorta, agassia – lähes mitä tahansa eloperäistä, biologista materiaalia voidaan pian hyödyntää entistä tehokkaammin valmistavan teollisuuden raaka-aineena. Raision teollisuuspuistossa toimiva CH-Bioforce on nimittäin kehittänyt kuitufragmentointiteknologian, jossa biomassan kuidut pilkotaan tai hajotetaan pienemmiksi osiksi eli biopolymeereiksi. Näin biomassoja voidaan kierrättää, jalostaa tai käyttää tehokkaammin.
Pian teknologia skaalataan teolliseen mittakaavan, jotta se saadaan teollisuuden käyttöön. Apuna skaalauksessa CH-Bioforcella on Elomatic.
Biopolymeereillä voidaan korvata fossiilisista raaka-aineista valmistettuja synteettisiä polymeerejä, kuten muovia.
Biopolymeerit korvaavat fossiiliperäiset muovit
Biopolymeereillä voidaan korvata fossiilisista raaka-aineista valmistettuja synteettisiä polymeerejä, kuten muovia. Uusiutuviin, biopohjaisiin raaka-aineisiin siirtyminen on välttämätöntä. Fossiiliset raaka-aineet ovat rajallisia luonnonvaroja, joiden käyttö aiheuttaa merkittäviä hiilidioksidipäästöjä.
Esimerkiksi selluloosakuitu muodostuu biopolymeeristä nimeltä selluloosa. Perinteisessä selluteollisuudessa puusta erotellaan ainoastaan selluloosakuidut, ja jäljelle jäävä jae hyödynnetään vaikkapa energiantuotannossa. Perinteisessä selluteollisuudessa puusta erotellaan ainoastaan selluloosakuidut, ja jäljelle jäävä jae hyödynnetään mahdollisimman tehokkaasti vaikkapa energiantuotannossa.
CH-Bioforcen kuitufragmentointiteknologialla puusta tai muusta biomassasta voidaan erottaa sellukuitujen lisäksi myös muun muassa sokeri ja ligniini-nimiset biopolymeerit. Prosessi on päästötön, sillä energialähteenä käytetään sähköä.
Yli 15 vuotta kehitystyötä
CH-Bioforcen kuitufragmentointiteknologian kehitys alkoi yli 15 vuotta sitten. ”Kotimaisella metsäteollisuudella meni huonosti. Tiesimme, että sen arvo kasvaisi, jos biomassaa pystyttäisiin hyödyntämään tehokkaammin niin, että lopputuotteina syntyisi muutakin kuin paperia ja kartonkia”, kertoo CH-Bioforcen rahoituksen hankkimisesta ja skaalaamisesta vastaava Sebastian von Schoultz.
Hän oli työskennellyt kuitufragmentointiteknologian parissa jo aikaisemmin. Kemian teknologiaa Åbo Akademissa 1990-luvun lopulla opiskellut von Schoultz alkoi yhdessä entisten opiskelukavereidensa Nicholas Laxin ja Lari Vähäsalon kanssa pohtia, miten he voisivat kehittää teknologiasta taloudellisesti kannattavan. Nykyään Lax vastaa CH-Bioforcen teknologiasta ja Vähäsalo tutkimuksesta ja tuotekehityksestä.
Autotallilaboratoriosta teolliseen mittakaavaan
Kolmikko pystytti von Schoultzin autotalliin laboratorion, jossa Lax kehitti ja rakensi reaktoreita. Lopputuloksena syntyi teknologia, joka patentoitiin. Kun kotimainen kemian alan yritys Chemec ryhtyi CH-Bioforcen rahoittajaksi vuonna 2016, päätettiin aloittaa pienen mittakaavan pilottitehtaan suunnittelu. Samalla toiminta siirrettiin Raision teollisuuspuistoon.
”Tarkoituksena oli, että pilottitehtaassa voidaan jo testata teknologiaa eli kokeilla biopolymeerien tuottamista. Niin voimme varmistua skaalatun teknologian toimivuudesta ennen suureen tehtaaseen investoimista”, kertoo Elomaticin kestävään kehitykseen liittyvistä projekteista vastaava Heikki Pirilä.
Ensimmäinen pilotti valmistui vuoden 2019 lopulla. Nyt tekeillä on pilotin laajennus eli ensimmäistä pilottia noin 10 kertaa suurempi tehdas. Sen on tarkoitus valmistua syyskuussa 2026. Sen jälkeen alkaa teknologian skaalaaminen mittakaavaan, joka mahdollistaa teollisen tuotannon.
Skaalaus voi vaatia luovia ratkaisuja
Teknologian skaalaaminen laboratoriomittakaavasta pilottiin ja edelleen teolliseen mittakaavaan ei aina ole aivan yksinkertaista. Jos esimerkiksi tiettyä laitetta ei voi skaalata riittävän suureksi, joudutaan tehtaaseen sijoittamaan useampia pienempiä laitteita tai vaihtoehtoisesti toisentyyppisiä prosessiratkaisuja, Pirilä kertoo.
Hän on ollut mukana monenlaisissa skaalausprojekteissa ja tietää, millaista laitekantaa markkinoilla on ja miten sitä kannattaa kussakin projektissa hyödyntää. CH-Bioforcen pilottiin on hankittu laitteita käytettynä, sillä aikataulu on tiukka ja laitteiden toimitusaika saattaa toisinaan olla pitkä. Tällä on myös merkittävä vaikutus investointikustannuksiin.
”Jos käytetyt laitteet eivät sovi tehtaaseen sellaisenaan, voidaan niitä kustomoida sopiviksi. Säästöt ovat usein merkittäviä tässäkin vaihtoehdossa”, Pirilä sanoo.
Monialainen tiimi helpottaa skaalausta
Skaalaus vaatii monenlaista erityisosaamista. CH-Bioforcen skaalausprojektissa on ollut mukana parisen kymmentä asiantuntijaa Elomaticilta, muun muassa projektinhallinnan, prosessin mallinnuksen, toteutuksen valvonnan ja eri suunnittelualueiden, kuten arkkitehti-, rakennus-, LVIS-, prosessi-, laite-, putkisto-, prosessisähköistys-, instrumentointi-, prosessiautomaation ammattilaisia.
Skaalausta helpottaa asiantuntevien ammattilaisten lisäksi asiakkaan käyttämä 3D-laitosmalli. ”Malli auttaa ymmärtämään, mitä olemme ihan konkreettisesti tekemässä. Ensin rakennetaan 3D-malli, sitten vasta fyysinen tehdas”, Pirilä kertoo.
Sekä hemiselluloosa, mikrokiteinen selluloosa ja ligniini ovat kaikki biopohjaisia, puhtaita seoksia, joita CH-Bioforce myy valmistavalle teollisuudelle. Esimerkiksi kosmetiikassa ne korvaavat usein mikromuoveja, Lax kertoo.
Pieniä tehtaita voi helposti pystyttää sinne, mistä raaka-ainetta löytyy. Näin elinympäristöt eivät tuhoudu ja biomassan matka tehtaalle on lyhyt.
Sebastian von Schoultz, CH-Bioforce
Bioforcence®-kaurankuorimassaa siirtyy viiraosalle.
Kaurankuorimassaa syötetään perälaatikkoon.
Valkaisematon massa on valmis valkaisuun.
Kauran kuoresta on moneksi
CH-Bioforcen pilotissa käytetään biomassana kauran kuorta, sillä sitä syntyy ympäri vuoden kotimaisen elintarviketeollisuuden sivuvirtana. Näin raaka-ainetta ei tarvitse kuljettaa toiselta puolelta maailmaa, ja samalla hyötykäyttöön tulee biomassa, joka päätyisi muuten usein jätteeksi. Kauran kuoresta erotetaan panosreaktorissa hemiselluloosakuidut, joita käytetään esimerkiksi liimojen, ravintokuitujen ja kosmetiikkatuotteiden valmistuksessa.
Hemiselluloosaa voidaan jatkojalostaa mikrokiteiseksi selluloosaksi, joka sekin on hyvää raaka-ainetta paitsi kosmetiikka- myös muun muassa viskoositeollisuudelle. Lisäksi mikrokiteisestä selluloosasta valmistetaan esimerkiksi läpinäkyviä kalvoja ja sellofaania. Prosessissa kauran kuoresta erotetaan myös ligniini, jota käytetään muun muassa aurinkovoiteissa, sillä se suodattaa auringon UVA- ja UVB-säteilyn.
Vahva usko kiertotalouteen
CH-Bioforcen perustajakolmikkoa on kannustanut kuitufragmentointiteknologian kehittämiseen paitsi halu tuottaa lisäarvoa kotimaiselle metsäteollisuudelle myös ympäristösyyt. He uskovat kiertotalouteen. Ja kun biomassana käytetään maatalouden sivuvirtoja, hyötyy siitä myös suomalainen maatalous, Schoultz huomauttaa.
Lisäksi CH-Bioforcen tehtaat ovat huomattavasti pienempiä kuin perinteisen selluteollisuuden tehtaat, jotka ovat usein niin valtavia, että saattavat tuhota paikallisia elinympäristöjä. ”Pieniä tehtaita voi helposti pystyttää sinne, mistä raaka-ainetta löytyy. Näin elinympäristöt eivät tuhoudu ja biomassan matka tehtaalle on lyhyt”, Schoultz sanoo.
Hän muistuttaa, että pelkkä halu tehdä maailmasta parempaa paikkaa ei riitä: toiminnan täytyy olla myös taloudellisesti järkevää. ”Uusiutuville biopolymeereille on valtava kysyntä, ja markkina kasvaa kovaa vauhtia. Meillä on vahva usko siihen, että tämä teknologia mullistaa maailman.”
Ota yhteyttä
Lue lisää:
Maailman ensimmäiset biopohjaiset akustiikkalevyt valmistuvat pian Aistin tehtaalla – Elomatic avainkumppanina laitoksen toteutuksessa
Suomalainen startup Aisti on kehittänyt biopohjaisen, kierrätettävän akustiikkalevyn, jonka suosio yllätti jopa yrityksen perustajat. Elomatic on toiminut yhtiön konsultointi- ja suunnittelukumppanina pilottilaitosvaiheesta saakka, ja auttaa nyt Aistia tuomaan markkinoille ensimmäiset tuotteet. Innovatiivinen tuote on edellyttänyt luovaa ongelmanratkaisua tuotantolinjan kehittämisessä: kun markkinoilta ei ole löytynyt sopivia ratkaisuja, sellaiset on suunniteltu itse.
Elomatic kehitti VTT:n biopohjaiselle kelmulle tuotantolinjaston
VTT:n kehittämä läpinäkyvä selluloosakalvo on muoviin verrattuna ilmastoystävällisempi ratkaisu, jonka avulla selätetään monta muoviin liittyvää haastetta. Ratkaisun kehitystyö ei olisi onnistunut ilman Elomaticin asiantuntemusta: toteutimme uusiutuvan kalvon valmistukseen tarvittavan tuotantolinjaston.