Visionen för massa- och pappersindustrin är att avsevärt minska koldioxidutsläppen samtidigt som energi- och resurseffektiviteten förbättras. Därav, ett europeiskt initiativ har utvecklat en banbrytande teknik för grönare massaproduktion.

För närvarande, massa av ved för att isolera cellulosafibrer för papperstillverkning använder energikrävande teknik som utvecklades för mer än ett sekel sedan och som kräver fossila kemikalier. Det finns en övergripande konsensus om grönare processer som kräver mindre energi, är mer hållbara men behåller samtidigt effektiviteten i högkvalitativ massaproduktion. Massa- och pappersindustrin kan ge ett stort bidrag till en resurseffektiv värld, stödja globala ansträngningar för en bioekonomi med låga koldioxidutsläpp.

Partners i det EU-finansierade PROVIDES-projektet utvecklade en innovativ teknik för trä och agrobaserade lignocellulosaråvaror. "Vårt mål var att uppnå 40 procent energireduktion och 80 procent CO ₂ minskning av utsläppen inom massa- och pappersindustrin, ″ förklarar projektkoordinator Annita Westenbroek.

DES lösningsmedel

PROVIDES-teknologin är baserad på djupa eutektiska lösningsmedel (DES), en ny klass av naturliga lösningsmedel. De individuella DES-komponenterna har naturligt höga smältpunkter över 100°C men vid blandning bildar de lågflyktiga vätskor vid rumstemperatur.

Upptäcktes för 15 år sedan, DES har redan tillämpats i elektrokemiska tillämpningar. "För bara fem år sedan upptäcktes det att vissa naturliga DES visar mycket hög ligninlöslighet, vilket indikerar att de skulle kunna användas som nya massalösningsmedel. I vårt projekt använde vi DES som arbetar vid låg temperatur och atmosfärstryck för att isolera lignin från trä, så att vi kan få rena högkvalitativa cellulosafibrer för papperstillverkning, ″ fortsätter Westenbroek.

PROVIDES-projektet utvecklade mer än hundra DES. Ett fåtal av dem visade den unika förmågan att lösa upp och därför milt fraktionera trä. De genererade cellulosafibrerna var raka och välformade, ger upphov till papper med god intern bindning och draghållfasthet. Sidoströmmarna av lignin och hemicellulosa kan vidarebefordras för ytterligare valorisering.

En annan betydelsefull prestation i projektet var utvecklingen av de första hydrofoba DES som avsevärt förbättrade isoleringen av komponenter från vattenhaltig massa.

Bortom en grönare teknik

"DES är naturbaserade, förnybar, biologiskt nedbrytbara och kostnadseffektiva lösningsmedel som aldrig tidigare har använts i massa- och pappersindustrin eller för någon annan fraktionering av biomassa, " säger Westenbroek. Otvivelaktigt, upptäckten av DES har potential att revolutionera massaprocessen, öppnar vägen för att producera massa med minimal energi, utsläpp och rester. Viktigt, implementering av denna radikala teknologi i pappersindustrin förväntas öka hållbarheten genom energi-, kostnads- och resurseffektivitet.

Vidare, DES skulle också kunna användas för att återvinna cellulosa från avfall och lösa upp bläck och föroreningar i papper för återvinning. Dock, det finns många tekniska luckor som måste fyllas, för att föra denna laboratorieteknik mot nästa steg.

Pågående aktiviteter av PROVIDES-konsortiet syftar till att optimera delignifieringsprocessen och förbättra återvinningen och återanvändningen av DES.

För närvarande, forskare förbereder sig för en pilotfasstudie för att testa DES i högre skala och validera miljöeffekter och klimatnytta. Miljöpåverkan från PROVIDES-resultaten sträcker sig bortom pappersindustrin, eftersom rent lignin kan ersätta fossilbaserade aromater inom den kemiska sektorn.

Övergripande, PROVIDES-metoden syftar till att överträffa traditionella massaprocesser genom att producera produkter av högsta kvalitet till lägsta energiförbrukning och lägsta kostnad. Det ultimata målet, Westenbroek avslutar, är att "kommersiellt implementera DES tekniska innovation senast 2030 för att stödja massa- och pappersindustrins klimatmål."