Få ut mer av skogen med bättre processer
​​

Få ut mer av skogen med bättre processer

​Människan har alltid levt på och av skogen. Idag tillhör Sverige en av världens viktigaste producenter av produkter från skogsråvara. Nu får Wallenberg Wood Science Center ytterligare 380 miljoner kronor till träforskning med målet att skapa nya material och att göra processerna mer hållbara och energieffektiva.
Hans Theliander– Anslaget är en fantastisk sak och väldigt kul. Vi har hållit på i snart 15 år med centret. Det här betyder att man får ytterligare ett antal år att arbeta med det här sakerna och utöka portföljen, säger Hans Theliander, professor i Skogsindustriell kemiteknik vid Chalmers, och en av forskarna som varit med i Wallenberg Wood Science Center sedan starten 2009. 

Hans Theliander har en sekvens i huvudet för hur skogens vedmaterial kan nyttjas bättre. Tänk att återanvända varje kolmolekyl 40 till 50 gånger innan den förvandlas till koldioxid. I framtiden kommer skogsindustrin vara långt mer än plankor och papper.

– I ett första steg kan olika sågade produkter framställas och användas för olika ändamål i ett antal år. Det kan vara exempelvis i byggnationer eller möbler. Sedan kan man använda vedmaterialet i dessa produkter för att framställa massafibrer, som exempel kan användas för att göra pappersförpackningar eller skrivmaterial – när man cirkulerat fibermaterialet ytterligare ett antal gånger och fibrernas kvalité inte längre är lika bra så skulle man kunna plocka ut nanokomponenter och göra olika material av nanocellulosan som i många fall kan ersätta dagens plastmaterial, cirkulera dessa ett antal gånger för att därefter utvinna cellulosapolymerer och göra olika textila material, exempelvis viskos.

– Jag är inte färdig med det, säger Hans, efter detta kan man plocka ut sockermolekylerna som finns i de textila cellulosabaserade materialen, och jäsa till etanol, ett råmaterial till flera olika kemikalier inte minst bränsle. Jag kan ta flera andra exempel. Vi får börja tänka på det sättet för att få skogen att räcka till i framtiden. Men då gäller att anpassa processerna och materialtyperna. Här har framtida forskare något att pyssla med, säger Hans Theliander.
– Det framkommer väldigt sällan att skogsindustrin med sina sågverk och massabruk har en bra början till en sekventiell ordning. I sågverken, som är det viktiga, sågas det upp som ska bli plankor. Spillet från detta, så kallad sågverksflis och gallringsved, man får när man röjt i skogen, kan gå till massabruken. Lägg till detta den omfattande pappersåtervinningen, så har vi redan de första stegen. Men det gäller givetvis att expandera detta.

Lisbeth OlssonWallenberg Wood Science Center startades 2009. Fokus ligger på grundläggande forskning som syftar till att ta fram kunskap som bas för en ny generation av innovativa material från träd. 
– Någon gång 2008 höll Wallenbergstiftelsen en stor workshop med forskare från en mängd ämnesområden om förnyelse av skog. Efter den gjordes en utlysning inom området riktad till universiteten. Resultatet blev ett centrum mellan KTH och Chalmers. Senare skulle Linköpings Universitet komma med. Det var en tio-årig satsning. Så startades Wallenberg Wood Science Center, berättar Lisbeth Olsson, professor i Industriell bioteknik, som tillsammans med Hans Theliander och Paul Gatenholm, professor i Biopolymerteknologi, är initiativtagare till centret på Chalmers.

– Filosofin hos Wallenberg Wood Science Center är att man ska ta fram mildare processmetoder så att man kan behålla mer av strukturen hos lignin- och hemicellulosa, baserat på det bygga nya material där de inneboende egenskaperna hos träet tas tillvara. Målet är att hela tillverkningsprocessen blir energieffektivare. Ett exempel på detta är avvattning. När man ska få ut fibern – det är ett fast material man ska ha i slutändan. Den processen är enormt energikrävande, det här arbetar Hans Theliander med, säger Lisbeth Ohlsson.

Hans Thelianders meritlista som forskare och innovatör inom sulfatfabrikens återvinningsprocesser är lång. De senaste åren har han arbetat med filtrering och uttag av lignin. Processen - LignoBoost - är idag kommersialiserad och finns i drift vid två massabruk i världen. Den har en potential att vara en central teknologi i framtidens massabruk. Hans har även varit verksam inom massateknikforskningen med betydande insatser rörande bland annat värme- och masstransport under kokning samt inom bioraffinaderirelaterade studier där matematisk modellering varit centralt.
Det behövs kunskap från olika områden för att i slutändan kunna framställa nya spännande material från skogsråvaran, här är det flera olika inriktningar inom material- och processteknik är viktiga. När det gäller de mer ”kemiska” aspekterna behövs hela spektret från grundläggande kemi, via tillämpad kemi till kemiteknik.

Hans ThellianderMitt forskningsområde handlar om de processer som behövs för att producera olika typer av material från vedråvara. Det är kanske inte är riktigt lika sexigt som materialet i sig, men är givetvis en av förutsättningarna för att kunna ta fram olika produkter från vedmaterial. För 20 år sedan var balansen god mellan kemi, tillämpad kemi och kemi-/processteknik. I dagsläget är det stor obalans, säger Hans Theliander.
Idag är det framförallt materialteknik som ökat. Medan Kemitekniken har minskat, vilket är ett problem, menar Hans Theliander, inte bara på Chalmers, utan även internationellt eftersom det behövs ingenjörer med den kompetensen. 

– Det har varit ett stort tapp inom området kemiteknik eller processteknik som det också kan kallas. För 20 år sedan hade Chalmers rejält med kompetens och god fart på den verksamheten. Men sedan dess har flera professorer pensionerats utan att nyrekrytering gjorts, säger Hans Theliander.  

Utmaningen har också observerats inom industrin, som har varit med och initierat ett nytt bioinnovationsprogram kallat ”Resurssmarta industriella processer”. Målet är att förstärka process-/kemitekniken i Sverige. Programmet är anledningen till att Hans Theliander fortfarande arbetar 40 procent.
– ​Tanken är nu att Merima Hasani, forskare och docent inom området Skogsindustriell kemiteknik tar över efter mig. Det är ett nationellt program på Chalmers med elva doktorander och postdocs och finansierat av Vinnova, industrin och akademien. 

Vad betyder utvecklingen av processtekniken för skogsindustrin?
– Det här handlar om väldigt mycket. Energin har varit så jäkla billig att man från början har ”slösat” med den, vilket gjorde att man inte alltid hade de smartaste processlösningar. Men med kemitekniska och processtekniska kunskaper går det att optimera processerna, göra dessa mer energieffektiva och utnyttja skogsmaterialet bättre, få bättre materialverkningsgard helt enkelt. Tittar man på en sulfatmassafabrik idag – så eldar man upp hälften – och hälften blir massafibrer. Det är ett dåligt materialutbyte. Man måste öka det. Vilket varit ett av mina mantran senaste 15–20 åren, skrattar Hans.
– Folk börjar få upp ögonen för detta, trots allt är veden den mesta kostsamma delen när man producerar pappersmassa. Man vill ha ut så mycket som möjligt, säger han. 
Hans Thelianders forskargrupp har arbetat med ett antal förslag om hur man exempelvis kan utnyttja även grenar och toppar på ett smartare sätt. Idag används prima massaved som utgångsmaterial för att göra viskos. 
– Man kan göra på annat sätt. När man gör viskos behöver man polymerer, inte en massa fina fibrer, det räcker att polymeren är okey – det kan man ta från grenar och toppar.
Det är sådana tankar man måste ha i framtiden för att få biomaterialet att räcka till.

Hur gör man processerna mer hållbara och energieffektivare?
– Jag brukar säga så här. Vi har ett unikt medium och det är vatten, vilket också är en bra och miljövänlig kemikalie. Den ska vi fortsätta att arbeta med. Det finns två problem med vatten, jag brukar skämtsamt säga att det ena är 4,18 (kJ/kg K) – alltså värmekapaciteten – det vill säga hur mycket energi man behöver använda per grad och kilo vatten.
Det andra är 2300 (kJ/kg) – det är så mycket energi man behöver för att förånga ett kilo vatten. Det är ett högt ångbildningsvärde. Ett exempel är: När vi kokat veden är massafibrerna suspenderade i kokluten. Vi tvättar ren massafibern med vatten och ju mer vatten vi använder desto större energibehov har vi senare i processen. Här gäller det att effektivisera tvätten av massafibern, använda så lite vatten som möjligt, för att minimera värmebehovet i efterföljande indunstningssteg. 

Är vatten en bristvara här?
– Nja, det är nog inte bristen på vatten utan kostsamt energimässigt att få bort vattnet. Här handlar det om jättestora mängder energi. Bara för att ge någon slags proportion – ett delsteg i massaprocessen är man indunstar, och koncentrerar svartluten. Varje sekund i Sverige kokas det bort mer än en kubikmeter vatten. Enorma mängder. Det görs på ett smart sätt idag, men här finns det så mycket mer att göra. 

Om man lyckas göra alla dessa effektiviseringar, skulle det då gå åt mindre skog?
– Man kan uttrycka det så, men kan också säga att man behöver få ut mer av samma mängd skog. Ska vi ersätta petroleumbaserade produkter – så är det så enormt mycket vi behöver. Vi använder så otroligt mycket petroleumbaserade produkter i dagsläget. För att få skogen att räcka måste vi verkligen vara effektiva.
– Det som är så himla intressant – som inte så många tänker på är att för mer än 100 år sedan insåg man att man behövde plantera skog. Det stiftades olika lagar om hur man borde förvalta skog. Därför har vi så gott om skogsråvara idag.
Hade man inte gjort det – så hade väl Halland sett ut som vissa delar av England. Grönt. Med mycket hedmarker, säger Hans Theliander.

Hur skogens bäst bör nyttjas diskuteras flitigt av samhällets olika aktörer så vilka möjligheter ser du framöver?
– Allting är sammankopplat och komplext. Det är mycket politik i det hela. Jag hoppas verkligen att man får rätsida på diskussionen om skogen. I stort kan man nog säga att det finns mycket välskött skog i Sverige – och på något sätt bör vi kunna nyttja den på ett hållbart sätt, men inte överutnyttja någonting. Med smartare processteknik kan vi bidra till att man kan får ut högre verkningsgrad på det man plockar ut ur skogen. Man får då ut mer per ton uttagen skog.
– Det är ett viktigt budskap om varför man ska förfina processteknik. Personligen tycker jag inte att det är effektivt när man eldar upp veden direkt, utan i stället skall vi tillverka olika material och kemikalier. Att vi sedan efter flera användningscykler använder det som energikälla måste vara OK.
– En annan viktig sak – är att vi ska kunna återanvända och cirkulera material på ett bra sätt. Här har skogsindustrin gått i bräschen när det gäller pappersinsamling och hur man använder fibrerna flera gånger. Det måste vi bli ännu bättre på än var vi är i dagsläget, avslutar Hans Theliander.

Text: Ann-Christine Nordin

​​​​​

Sidansvarig Publicerad: må 09 maj 2022.