|
|
|
Hankekoodi: A73718
Hankkeen nimi: ARVOPURU - Uudet menetelmät mekaanisen puunjalostusteollisuuden sahanpurun jalostamiseksi arvokkaiksi biotuotteiksi
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.3.2018 ja päättyy 30.8.2020
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pohjois-Pohjanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Oulun Yliopisto
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0245895-5
Jakeluosoite: Pentti Kaiteran katu 1, PL 8000
Puhelinnumero: +358 294 48 0000 (vaihde)
Postinumero: 90014
Postitoimipaikka: Oulun yliopisto
WWW-osoite: http://www.oulu.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Ari Jaakko Ämmälä
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Yliopistonlehtori, kuitu- ja partikkelidispersioiden käsittelyn dosentti
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: ari.ammala(at)oulu.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358 294 48 2397
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Puutuote- ja sahatavarateollisuus on huomattava toimiala niin Suomessa kuin Pohjois-Pohjanmaalla. Saha- ja höylätavaran vienti oli 2016 1,6 mrd. €, mikä vastaa 65 % koko puutavaratuotteiden viennistä. Alan kannattavuus on heikko johtuen kustannusten noususta ja tuotteen hinnan laskusta. Uusimmaksi ongelmaksi on noussut sahojen tuottama puru ja kuori, joista on muodostunut kustannuksia aiheuttava jäte, sillä ne ovat jääneet uusiutuvan energian käytön lisäämistä kannustavien toimenpiteiden ulkopuolelle. Sahateollisuuden kannattavuuden parantamiseksi pitäisi löytää uusia tapoja jalostaa puru hyväkatteisiksi biotuotteiksi.
ARVOPURU-hankkeessa selvitetään sahanpurun jalostamista uudella tavalla. Kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä on äskettäin löydetty kustannustehokas menetelmä tuottaa ligniinipitoisia nano- ja mikrofibrillikuituja puupitoisesta mekaanisesta massasta tai sahanpurusta ilman kemikaaleja. Hankkeessa tutkitaan menetelmän skaalautuvuutta ja soveltuvuutta teollisuusmittakaavan käyttöön. Lisäksi selvitetään voidaanko purun esikäsittelyillä vähentää energiankulutusta ja räätälöidä nanokuitujen ominaisuuksia lopputuotteen ja -käytön kannalta optimaalisiksi mm. biopohjaisissa komposiiteissa, kemikaaleissa ja pakkauksissa.
Hankkeessa käytettävän menetelmän tutkimus on vielä alkuvaiheissaan, mutta alustavat tutkimustulokset ovat erittäin lupaavia, joten hankkeessa on mahdollista päästä sekä tieteelliseen että kaupalliseen läpimurtoon. Ligniinipitoisten nanokuitujen ominaisuus- ja käyttöpotentiaalia on tutkittu vain vähän, samaten esikäsittelyjen vaikutuksista ei ole julkaistua tietoa. Hankkeen tuloksena odotetaan konseptitason tietoa kustannustehokkaista skaalautuvista menetelmistä räätälöityjen nano- ja mikrokuitujen valmistamiseksi korkean lisäarvon tuotteissa.
Hankkeen varsinaisen kohderyhmä on puutuoteteollisuus, joissa syntyy suuria määriä purua, lastua ja hiontapölyä. Kohderyhmään kuuluu myös massatehtaat, joissa seulonnalla erotettavaa puujätettä syntyy puunkäsittelyssä, sekä uusia biotuotteita kehittävät yritykset ja tutkimuslaitokset.
Välillinen kohderyhmä on metsätalouden harjoittajat, metsäurakoitsijat, puunkuljetusketjun toimijat, puutuotealan laitevalmistajat, oppilaitokset sekä niiden sidosryhmät.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 189 000
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 187 754
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 243 000
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 241 442
Maakunnat: Pohjois-Pohjanmaa, Varsinais-Suomi, Satakunta, Lappi, Kainuu, Pohjois-Savo
Seutukunnat: Itä-Lapin, Porin, Loimaan, Ylivieskan, Koillismaan, Kehys-Kainuun, Haapavesi-Siikalatvan, Ylä-Savon, Oulun
Kunnat: Kalajoki, Oulu, Koski Tl, Pori, Keitele, Taivalkoski, Oulainen, Kemijärvi, Haapavesi, Kuusamo, Kuhmo
Jakeluosoite: Erkki Koiso-Kanttilantie
Postinumero: 90014
Postitoimipaikka: Oulun yliopisto
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 10 | 6 |
| Puunjalostusteollisuuden sahanpuru on sivuvirta, josta vain osa saadaan hyödynnettyä. Tämän hetkiset hyötykäyttönäkymät, lämpö- ja sähköenergia sekä etanolin valmistus, ovat matalan lisäarvon tuotteitta. Materiaalitehokkuuden kannalta purun käyttö korkeamman lisäarvon biotuotteissa on ekologisesti järkevää, koska sillä voidaan korvata fossiilisten raaka-aineiden käyttöä. Materiaalitehokkuutta lisää myös tehtyjen lopputuotteiden (paperi, kartonki, biokomposiitit) kierrätettävyys olemassa olevissa kierrätyssysteemissä. Uusi raaka-ainepohja turvaa osaltaan puunjalostusteollisuuden puun tarvetta ja vähentää hakkuupainetta metsissä. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 8 | 10 |
| Uusiutuvana raaka-aineena puun ja puupurun käyttö uusissa tuotteissa esim. biokomposiiteissa ja kemikaaleina korvaa muita fossiilisia raaka-aineita mm. öljyä. Paikallinen tuotanto, käyttö ja tuotteiden valmistus on logistisesti edullista, millä on positiivinen vaikutus hiilidioksidipäästöihin. Puujakeiden käyttö komposiiteissa mahdollistaa mm. keveämpien materiaalien käytön pakkauksissa ja kulkuneuvoissa, mikä vähentää kuljetuksen hiilijalanjälkeä. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 1 | 3 |
| Sahanpuru on osittaista energiakäyttöä lukuun ottamatta hyödyntämätön sivuvirta, joten sen hyötykäyttö ei lisää alueellista puuntuotantotarvetta. Vaikka sahanpurun energiakäyttö väheneekin, puru voidaan korvata kuorijätteellä. Alueellisesti vaikutus monimuotoisuuteen on pieni, mutta laajemmasta näkökulmasta katsoen kaikki vähähiiliseen ja resurssitehokkaaseen yhteiskuntaan tähtäävä toiminta uusiutuvia raaka-aineita käyttäen lisää luonnon monimuotoisuutta. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 4 | 5 |
| Sahanpurun pitkäaikainen läjitys lisää ravinne- ja kiintoainekuormitusta valumavesien kautta pohja- ja pintavesiin. Vaikka purun prosessointi ja jatkojalostus voivat kasvattaa kuormitusta paikallisesti, niin tilanne on kuitenkin läjitykseen verrattuna parempi. Kehitettävät teknologiat, kemikaalit ja tuotteet itsessään perustuvat vihreisiin, kestäviin modifiointitekniikoihin, jotka eivät tuota merkittävästi haitallisia päästöjä ilmaan, maaperään ja vesistöihin luontoon ja ne ovat estettävissä kokonaan ajanmukaisilla ympäristönsuojelutekniikoilla. Purun uusi hyötykäyttö lisää lämpö- ja sähköenergian tarvetta, mutta se voidaan tuota paikallisesti uusiutuvilla polttoaineella, erityisesti sahojen puunkuorella. Hyötykäyttö tuotteissa, jossa korvataan fossiilisia raaka-aineita vaikutus kasvihuonekaasujen emissiot pienenevät. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Kehitettävillä teknologioilla ja tuotteilla ei ole vaikutusta Natura2000-ohjelman kohteisiin. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 9 | 9 |
| Hankkeen tavoitteena on hyödyntää sahojen sivuvirtaa eli purua, joka tällä hetkellä on muuttumasssa jätteeksi ja kertyy läjitettäväksi sahoille. Uudet hyödyntämismahdollisuudet parantavat materiaalitehokkuutta ja vähentävät jätteen määrää. Valmistettavat biotuotteet ovat kierrätettäviä (pois lukien biokemikaalit). | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 6 | 6 |
| Sahanpurun pääasiallinen hyödyntäminen on tällä hetkellä energiantuotannossa, mutta silti iso osa jää käyttämättä. Uudet korkeamman jalostusasteen hyödyntämistavat kohdentuvat aluksi ylijäämään ja eivät välttämättä vaikuta energiakäyttöön. Toisaalta purun jalostaminen kuitujakeiksi ja mahdollinen jatkojalostus vaatii sekä sähkö- että lämpöenergiaa, joka voidaan tuottaa sahojen ylijäämäkuorella. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 9 | 9 |
| Sahojen kannattavuus on tällä hetkellä heikko ja jatkuvana uhkana on tuotannon supistaminen, lomautukset ja konkurssit. Sahanpurun jalostusasteen nosto parantaa ratkaisevasti kannattavuutta. Kannattavuuden nousu puolestaan varmistaa tuotannon jatkumisen, mahdollistaa tuotannon laajentamisen ja uusinvestoinnit. Tällä on luonnollisesti suora positiivinen työllisyysvaikutus puunjalostusteollisuudessa ja välillinen metsätaloussektorilla ja palveluissa. Pelkästään kuitujakeiden tuotanto synnyttää merkittävästi uusia työpaikkoja vaikka jakeet toimitettaisiin puolijalosteina muualle loppukäyttöön. Toisaalta uusiin innovatiivisiin biotuotteisiin perustuva tuotannollinen toiminta on logistisesti edullista perustaa tuotantoalueiden läheisyyteen. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 3 | 3 |
| Hyvinvoinnin ja työllisyyden parantuminen lisää kysyntää ja mahdollisuuksia aineettomille tuotteille ja palveluille. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 1 | 3 |
| Paikalliset biotuotteet voivat korvata öljypohjaisia tuotteita, ja vähentää näiden tuotteiden kuljetukseen liittyviä kustannuksia. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 4 | 7 |
| Hanke edistää alueen työllisyyttä, luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja kehittää biotalouden tutkimusta ja koulutusta Oulun yliopistossa. Puunjalostusteollisuuden työllistävä vaikutus näkyy etenkin maaseudulla. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| Hanke on tasa-arvon kannalta neutraali. | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 1 | 2 |
| Koska hankkeen kohdealue on enimmäkseen maaseutu ja maaseutukunnat, joihin sahat ja puuntuotanto sijoittuvat, hankkeella on nähtävissä yhteiskunnallisen yhdenvertaisuuden kannalta positiivisia vaikutuksia. Hanke lisää maaseudun elinvoimaisuutta ja ihmisten mahdollisuuksia tehdä töitä ja saada palveluja kaupunkien ulkopuolellakin. Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä kulttuuriseen yhdenvertaisuuteen liittyviä vaikutuksia. | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Hankkeella ei ole erityisiä vaikutuksia kulttuuriympäristöön. | ||
| Ympäristöosaaminen | 4 | 5 |
| Hanke tähtää resurssitehokkuuteen, ympäristön kuormitusta minimoiviin tekniikoihin ja vihreisiin biotuotteisiin, mikä tuo näkyvyyttä ja tunnettavuutta kestävän kehityksen mukaiselle toiminnalle. Ihmisten ympäristötietoisuus vahvistuu ja arvot, tiedot ja toimintatavat muuttuvat helpommin kestävän kehityksen mukaisiksi kun on konkreettisia ympäristöystävällistä vaihtoehtoja ja mahdollisuuksia vaikuttaa omilla valinnoilla. | ||
Sahauksen sivutuotteena syntyy merkittävä määrä sahanpurua, josta on aiheutunut kustannuksia jäteongelma, koska sen energiankäyttö on rajallista. Sahateollisuuden kannattavuuden parantamiseksi olisikin löydettävä uusia mahdollisuuksia jalostaa sahanpuru hyväkatteisiksi biotuotteiksi.
ARVOPURU-projektin tavoitteena oli tutkia ja kehittää energia- ja kustannustehokkaita menetelmiä arvokkaiden biotuotteiden tuottamiseksi sahanpurusta. Uusilla menetelmillä sahanpuru voitaisiin muuntaa nanokuiduiksi, joita voitaisiin käyttää esim. biokomposiiteissa ja -pakkauksissa sekä biokemikaaleina. Nämä menetelmät olisivat integroitavissa olemassa oleviin laajamittaisiin teollisiin prosesseihin tai niitä voitaisiin käyttää hajautettujen biojalostamojen konsepteissa pienemmässä mittakaavassa.
Tutkimukseen valittiin kaksi lähestymistapaa tuottamaan korkeasaantoisia puunanokuituja (WNF) tai ligniiniä sisältäviä mikrokuituisia selluloosaa LMFC:
Ensimmäinen oli sahanpurun mekanokemiallinen funktionalisointi, ts. sahanpurun kuulamyllyjauhatus syväeutektisessa liuottimessa, joka generoi funktionaalisia ryhmiä ligniinipitoisiin nanokuituihin. Menetelmä on lupaava nanokuitujen funktionalisoinnille erilaisilla anionisilla ja kationisilla ryhmillä. Funktionaalisten puunanokuitujen näkymät ovat korkean lisäarvon omaavissa erikoistuotteissa, kuten adsorbentissa, flokkulanteissa, emulgointiaineissa ja sulkukalvoissa.
Toinen oli kemiallisesti esikäsitellyn sahanpurun mekaaninen mikrofibrillointi ultrahienojauhimella. Tämä lähestymistapa näyttää olevan lähempänä pilotointia ja kaupallistamista, koska ligniinin pehmennykseen ennen jauhamista tehdyt lievät kemialliset esikäsittelyt ovat taloudellisia ja teollisesti toteutettavissa. Mikrofibrilloinnin laajentaminen laboratoriomittakaavasta teolliseksi prosessiksi edellyttää kuitenkin syvempää ymmärrystä jauhatuksen perusmekanismeista ja optimaalisista prosessiolosuhteista energiankulutuksen, kapasiteetin ja nanokuituominaisuuksien suhteen. Ligniinipitoisen mikrofibrilliselluloosan käyttömahdollisuudet ovat bulkkituotteissa, esim. käyttö pahvien ja kartonkien sekä mahdollisesti myös biokomposiittien lujitteena.
ARVOPURU-projektin keskeiset tulokset on julkaistu seitsemässä artikkelissa kansainvälisissä tieteellisissä kausijulkaisuissa.