Puu taipuu monenlaisiksi tuotteiksi

Aloitatko aamusi lattella? Huomasitko, että avaamasi maitotölkki saattoi olla täysin puupohjainen, jopa sen pinnalla oleva biomuovipäällyste? Törmäämme puupohjaisiin tuotteisiin arkipäivänämme useammin kuin uskommekaan. Moni elintarvike on pakattu puupohjaiseen pakkaukseen, pehmopaperit ovat normaali osa arkea, eikä kahvinkeittokaan luonnistuisi niin kätevästi ilman suodatinpusseja. Lukuisissa elintarvikkeissa, kosmetiikassa ja lääkkeissä on myös puupohjaista selluloosaa erilaisina täyte- ja lisäaineina, kuten esimerkiksi jäätelössä, ketsupissa, lääketableteissa ja hammastahnassa.

Missä kaikkialla puupohjaista selluloosaa onkaan? Katso video! 

Puun eri osat hyödynnetään maksimaalisesti

Puumateriaali hyödynnetään mahdollisimman hyvin useiksi biotuotteiksi. Puun eri osat käytetään eniten lisäarvoa tuottavaan tarkoitukseen. Järeästä puusta, pääosin puun rungon alaosasta, saadaan tukkipuuta, josta tehdään puutuotteita, esimerkiksi sahatavaraa ja vaneria rakentamista varten. Ohuemmasta puusta ja rungon latvaosista saadaan kuitupuuta, josta puolestaan valmistetaan sellua, paperia, kartonkia ja muita biotuotteita. Kuoret ja oksat hyödynnetään uusiutuvana energiana.¹

Suurin osa puusta käytetään massa- ja paperiteollisuudessa, 42 milj. m³. Puutuoteteollisuus käyttää 29 milj. m³, mutta tästä päätyy sivutuotteena syntyvää haketta ja purua vielä lisäksi 10 m³ massa- ja paperiteollisuuden käyttöön.²

Katso, mitä Metsä Springin toimitusjohtaja Niklas von Weymarn ajattelee puun tehokkaasta käytöstä ja sivuvirtojen hyödyntämisestä!

Pakkauksia puukuiduista

Pakkauksen tärkein tehtävä on suojata tuotetta ja toisaalta myös suojata ympäristöä tuotteelta. Se helpottaa tuotteen käsittelyä jakeluketjussa ja kuluttajalla ja viestii tuotteesta. Puupohjaiset pakkaukset ovat biopohjainen ja kierrätettävä vaihtoehto niin elintarvikkeiden kuin käyttötavaroidenkin pakkaamiseen.

Verkkokaupan myötä pakkaamisen tärkeys korostuu jatkuvasti. Aaltopahvi on kestävyydeltään ja keveydeltään voittamaton ratkaisu. Aaltopahvia voidaan hyödyntää myös kylmäkuljetuksissa paisutetun polystyreenin (EPS, puhekielessä myös styroksi) sijasta³. Lisäksi on kehitetty erilaisia puupohjaisia pakkausten sisäsuojamateriaaleja korvaamaan styroksia⁴. Puusta voidaan tehdä myös biomuoveja, joita voidaan käyttää niin kartonkitölkkien pinnoitteena kuin muovatuissa valmisruokapakkauksissa. Alkuvaiheen tuotannossa on myös biomateriaalipohjainen pakkausmateriaali, jonka valmistuksessa on käytetty puukuituja ja jota voidaan käyttää esimerkiksi kassien valmistuksessa⁵. Globaalien toimitusketjujen hallinnassa puolestaan hyödynnetään älypakkauksia, joihin on kiinnitetty esimerkiksi RFID- ja NFC-tunnisteita. Niiden avulla pystytään tunnistamaan ja seuraamaan yksilöllisesti tuotteiden liikettä ja jopa olemaan vuorovaikutuksessa suoraan kuluttajan kanssa.⁶

Katso, mikä rooli kemialla on kertakäyttömuovien korvaamiseksi uusiutuvilla materiaaleilla Kemiran varatoimitusjohtaja Antti Matulan mielestä! 

Lisää puupohjaisia ratkaisuja

Puumuovikomposiitit puukipseissä, keittiövälineissä, kaiuttimissa, (tulevaisuudessa) autonosissa ja rakennusmateriaaleissa pienentävät ekologista jalanjälkeä ja toimivat lujana materiaalina. Selluloosa-asetaattia puolestaan voidaan hyödyntää esimerkiksi matkapuhelinten LCD-näytöissä, silmälasien sangoissa ja työkalujen kahvoissa, kuten ruuvimeisseleissä⁷. Puurakentaminen ja puun käyttö sisustuksessa kasvaa jatkuvasti, kun ihmiset haluavat luonnonmukaisia, terveitä ja moderneja tiloja ja tunnelmaa. Puu on energiatehokas rakennusmateriaali ja se sitoo hiiltä pitkäikäisissä tuotteissa. Yleisimmät insinööripuutuotteet ovat ristiinlaminoitu puu (CLT), liimalaminoitupuu (GLT) ja kertopuu (LVL)⁸.

Uusia biotuotteita kehitetään jatkuvasti

Perinteisten puupohjaisten tuotteiden lisäksi puuta voidaan hyödyntää myös uusissa biotuotteissa raaka-aineena. Tekstiilien kulutus ja tarve kasvaa tulevaisuudessa ja puuvillalle ja keinokuiduille on löydettävä kestävämpiä vaihtoehtoja. Puupohjaisia tekstiilejä, kuten viskoosia ja Tencel’iä, on ollut markkinoilla pidempään, viskoosia jopa yli sata vuotta, mutta merkittävästi ympäristöystävällisempiä tekstiilinvalmistusteknologioille on edelleen tarvetta ^12,13.

Tällä hetkellä kehitetään tekstiilinvalmistusteknologioita, jotka kuluttavat vähemmän energiaa ja haastavia kemikaaleja. Esimerkiksi sellua voidaan mekaanisesti käsitellä erittäin pieneksi, mikrofibrilloiduksi selluksi, mistä saadaan valmistettua kuitua suoraan ilman liuottimia.¹⁴ Toisessa kehitettävässä tekstiiliteknologiassa sellua liuotetaan aluksi ionisessa nesteessä, jonka jälkeen muodostuva massa puristetaan ohuiksi säikeiksi, mistä puolestaan saadaan kehrättyä lankaa¹⁵. Kolmannessa teknologiassa puolestaan hyödynnetään teknologiaa, missä erotetaan ensin kuidut, sitten muutetaan materiaali ensin nestemäiseksi ja sen jälkeen neste tekstiilikuiduiksi.¹⁶ Näiden tekstiiliteknologioiden raaka-aineeksi soveltuu osin puuperäisen selluloosan lisäksi maatalouden jätevirroista, kuten oljista, ja kierrätystekstiilikuiduista saatava selluloosa.¹⁷

Puupohjaisia biokemikaaleja kehitetään myös ahkerasti. Esimerkiksi raakamäntyöljyä, tärpättiä ja ksyloosia voidaan hyödyntää kemikaali-, muovi- ja rakennusalalla.¹⁸ Mäntyöljyä jatkojalostetaan tisleeksi ja sitä käytetään kemianteollisuudessa esimerkiksi maaleissa ja lakoissa ja kosmetiikkatuotteissa kuten hajuvesissä. Myös haavansidonnassa ja lääketablettien pohjana hyödynnetään puun ainesosia ja puupohjaisia materiaaleja.

Puupohjaiset uusiutuvat liikennepolttoaineet tarjoavat vaihtoehdon fossiilisille polttoaineille. Sellunkeiton sivutuotteena syntyvästä mäntyöljystä saadaan tehtyä puupohjaista uusiutuvaa dieseliä. Hiilidioksidipäästöjä voidaan pienentää lähes 80 % fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna, sillä energialähteenä on biopohjainen, sellunvalmistuksessa syntyvä energia, vetykäsittelyssä käytettävää maakaasusta valmistettua vetyä lukuun ottamatta ²¹. Mäntyöljystä saadaan myös toisen sukupolven bioetanolia korvaamaan fossiilista bensiiniä.

Ligniiniä on kaikissa kasveissa ja puissa jopa 30 % biomassasta. Sitä hyödynnetään biopolttoaineiden lisäksi erilaisissa teollisuuden sovelluksissa, kuten hartseissa, liimoissa, biomuoveissa ja polyuretaaneissa. ^19,20

Nanoselluloosa on erittäin pieniksi pilkottua kuitua, jolla on kokonsa vuoksi uniikit ominaisuudet. Sen dimensiot ovat nanometrin luokkaa, yleensä alle 100 nm. Pienen kokonsa ansiosta nanoselluloosan lujuutta ja pinnan ominaisuuksia voidaan hyödyntää erilaisissa sovellutuksissa, kuten kartongin ja komposiittien keventäjänä, pakkauksissa tuomaan lujuutta, ja reologian muokkaajina kosmetiikassa, ruuassa, maaleissa ja päällysteissä.²²

Miten puukuitupohjaisia materiaaleja valmistetaan?

Puu koostuu selluloosasta, ligniinistä ja hemiselluloosista. Kaikilla näillä on erilainen kemiallinen rakenne ja toisaalta myös erilainen rakenteellinen tarkoitus puusoluissa. Tuotteesta ja halutuista ominaisuuksista riippuen puuta jalostetaan eri tavoin. Seuraavaksi pääset perehtymään tarkemmin sellunkeitosta alkaviin kemiallisiin puunjalostuksen prosesseihin ja tuotteisiin. Lisäksi on olemassa puutuoteteollisuuden prosessit, joissa puuta jalostetaan mekaanisesti sahaamalla ja höyläämällä esimerkiksi rakennusmateriaalien valmistamiseksi.

Tuotteiden valmistus alkaa kuitumassan valmistamisella

Puuta voidaan käsitellä eri tavoin: mekaanisia, kemiallisia tai lämpöä hyödyntäviä tapoja käyttäen. Ensin puu kuoritaan. Mekaaniset massat valmistetaan hiomalla puuta hiomakiveä vasten tai hiertämällä haketta levyjauhimilla. Mekaanisten massojen saanto on lähes 100 % eli juuri mitään ei mene hukkaan. Huonona puolena on, että mekaanisen massan valmistus kuluttaa paljon energiaa ja massoille jää huonot lujuusominaisuudet.²³

Kemiallisten massojen valmistuksessa puuta käsitellään kemiallisesti, jolloin kuitujen väliset sidokset heikkenevät niin pitkälle, että kuidut voidaan erottaa toisistaan ilman voimakasta mekaanista käsittelyä. Saanto jää huonommaksi, koska keitossa liukenee noin puolet puusta (ligniini ja tekstiililaadun sellua valmistettaessa myös hemiselluloosa).²³

Kemiallista massaa valmistavan sulfaattisellutehtaan keittoprosessi koostuu kolmesta integroidusta vaiheesta:

• Kuitulinjasta, jossa puun eri komponentit erotetaan toisistaan.
• Soodakattilasta, jossa keittokemikaalit otetaan talteen ja liuennut ligniini poltetaan höyryn ja sähkön tuottamiseksi tehtaalla.
• Ja kemikaalien regeneroinnista, missä keittokemikaalit aktivoidaan uudestaan. Puun uuteaineista eli pihkasta valmistetaan sivutuotteena mäntyöljyä ja ligniinistä voidaan valmistaa liimahartseja.

Sulfaattikeittoprosessin lisäksi sellua voidaan valmistaa myös erilaisilla sulfiittikeittoprosesseilla.²⁶

Moderneissa sellutehtaissa syntyy enemmän energiaa kuin sitä kulutetaan. Energiaa syntyy, kun mustalipeää poltetaan soodakattilassa. Sellutehtaiden yhteydessä olevat paperitehtaat voivat hyvin hyödyntää tätä ylijäämäenergiaa. Sivutuotteiden ja -sivuvirtojen hyödyntäminen vähentääkin sellutehtaan ulkopuolisen energian ja kemikaalien tarvetta. Nykyään puhutaankin enemmän biotuotetehtaista ja biojalostamoista sellutehtaiden sijaan.²⁷

Moderni sellutehdas tuottaa energiaa yli tarpeensa lukuisten sivutuotteiden lisäksi. Katso lisää!

Mekaanisella massallakin on paikkansa

Tiettyihin tarkoituksiin, kuten aaltopahvin aallotetun välikerroksen, flutingin, valmistukseen, kemiallinen massa on liian korkealaatuista ja kallista, kun taas mekaaninen massa ei täytyä laatuvaatimuksia. Tällöin voidaan käyttää kemimekaanista massaa, joka valmistetaan yhdistämällä kemiallisen ja mekaanisen käsittelyn vaikutuksia kuituihin.²³

Mekaanista massaa käytetään sanomalehdissä, päällystämättömissä papereissa ja kevyesti päällystetyissä aikakauslehdissä. Myös eri kartongeissa ja pehmopapereissa käytetään sitä ²⁴. Kuidut eivät ole välttämättä niin pitkiä ja lujia kuin kemiallisilla massoilla, mutta mekaanisilla massoilla on parempi opasiteetti eli läpinäkymättömyys ja ne tuovat täten hyvät optiset ominaisuudet muun muassa aikakauslehtiin. ²⁵

Paperinvalmistuksessa kuitumassa kuivataan

Paperin ja kartongin valmistuksen idea on pohjimmiltaan yksinkertainen: Ensin kuitumassa sekoitetaan veteen ja levitetään tasaisesti paperikoneen viiralle, jotta vettä saadaan poistettua. Sitten vettä poistetaan paineen ja lämmön avulla. Nykyaikainen moderni paperikone on kuitenkin erittäin hienostunut ja tekninen laite. Esimerkiksi maailman nopeimmat paperikoneet tuottavat paperia 300 m²/s nopeudella vuorokauden ja vuoden ympäri. Paperin paksuus on noin 0.1 mm ja laadun tulee olla tasaista, jotta painokoneella saadaan tuotettua hyvää jälkeä.²⁸

Paperia ja kartonkia voidaan päällystää lopputuotteen vaatimusten mukaisesti. Paperin ulkonäkö ja laatu sekä painatusjälki paranee, kun päällyste täyttää paperin pinnan epätasaisuudet. Kuitenkin 50-80 % päällystettyjen papereiden ominaisuuksista riippuu pohjapaperin ominaisuuksista. Päällyste koostuu pigmenteistä, kuten kaoliinista tai kalsiumkarbonaatista. Lisäksi päällysteessä on side- ja lisäaineita. ²⁹

Elintarvikkeet vaativat monesti veden ja/tai rasvan kestäviä suojakerroksia pakkaukseen. Tällöin kartonki päällystetään öljy- tai biopohjaisella (kuten mäntyöljy- tai sokeriruokopohjaisella) muovilla tai dispersiolla.

Kuitu kiertää seitsemän kertaa

Kierrätyskuitua hyödynnetään muun muassa pehmopaperin valmistuksessa, pakkauksissa ja sanomalehtipaperissa. Keräyskuidusta poistetaan painoväri. Kuitua voi kierrättää teoriassa äärettömästi, mutta käytännön syistä seitsemän kertaa on yleensä maksimi.^30,31 Suomen paperi- ja kartonkiteollisuudessa käytetystä kuituraaka-aineesta vain noin 5 % on kierrätyskuitua, koska Suomi vie valmistamastaan paperista yli 90 % ulkomaille. Käytännössä kaikki saatavilla oleva kierrätyskuitu käytetään Suomessa ja kotikeräyspaperin talteenottoaste on noin 80 %. Ensikuitu on luonnollinen raaka-aine Suomessa, koska täällä on runsaat metsävarat ja vähän asukkaita.  Sen sijaan Euroopassa kierrätyskuidun osuus raaka-aineista on noin 50 %.³¹ Ensikuitua tarvitaan ainakin osin tuotteisiin, joilta vaaditaan lujuutta tai tiettyjä optisia ominaisuuksia. Ensikuitu on myös turvallinen materiaali pakkauksiin, joissa kuidut ovat suorassa kontaktissa elintarvikkeisiin.

Puukuitupohjaisia tekstiilejä tarvitaan tulevaisuudessa. Katso lisää, miksi!

Puurakentaminen muuttaa rakentamisen tapaa. Katso lisää!