Kolfiber kan tillverkas av barrved
Kolfiber kan tas fram med barrved som råvara. Ylva Nordström, Luleå tekniska universitet, har i sin doktorsavhandling visat att det är möjligt att producera kolfiber från barrvedslignin, något som kan bli oerhört värdefullt för svensk skogsindustri. Kolfiber är den komponent som kan ge hög styrka åt polymera kompositer, och en industriell process för att framställa kolfiber från barrvedslignin kan få stor betydelse både för lönsamheten hos svensk massa- och pappersindustri och stor betydelse för svensk tillverkningsindustri i stort. Tekniken har också stora fördelar ur miljösynvinkel, eftersom kolfiber med lignin som råvara blir ett förnyelsebart material. Forskningen som ledde fram till Ylva Nordströms doktorsavhandling har genomförts inom projektet LignoCarb, som drivits inom Innventia, med Elisabeth Sjöholm som projektledare. Elisabeth Sjöholm har också varit handledare till Ylva Nordström.
”Tack vare de lovande resultaten från forskning inom området, investerar vi nu i en mer avancerad utrustning för vidare utveckling, berättar Elisabeth Sjöholm.
Karaktärisering av lignin underlättar utvecklingen
Ylva Nordströms forskning har bland annat inneburit den första mekaniska karaktäriseringen av barrvedslignin. Egenskaperna var goda, men styrkeegenskaperna är fortfarande väsentligt sämre än för dagens kommersiellt tillgängliga kolfiberprodukter.
”Den mekaniska karaktäriseringen vi gjort av barrvedslignin kan förhoppningsvis underlätta vidare processoptimering”, säger Ylva Nordström.
Det grundläggande syftet med forskningsprojektet var att finna en metod att smältspinna barrvedslignin, vilket man lyckades med genom att tillsätta små mängder med lågmolekylärt lignin.
Kontakt
Elisabeth Sjöholm, Innventia
E-post: elisabeth.sjoholm@innventia.com
Telefon: 08 676 74 48
Restprodukt från skogen blir kolfiber
Företag och forskningsinstitut arbetar intensivt med att ta fram kolfiber ur lignin. Om några år är sannolikt avancerade lättviktsmaterial från skogsråvara ett faktum.
Nyligen presenterade Innventia mycket lovande forskningsresultat med att ta fram kolfiber från lignin. I laboratoriemiljö lyckades FoU-företaget med att göra trådar av barrvedslignin. Forskarna smälte och formade lignintrådar i en så kallad smältextruder och fick fram en fiber som håller tillräcklig hög kvalitet att vidareförädla.
– Vi har fått fram ett lignin som lämpar sig som råmaterial för kolfibertillverkning. Det här är en början på något forskarvärlden trodde var omöjligt för bara ett par år sedan, säger Peter Axegård, chef för affärsområde Biorefining på Innventia.
Ett stort genombrott i arbetet kom när Innventia lyckades spinna fibrer från barrvedslignin, något som ansetts omöjligt men som är högst intressant för skogsindustrin på våra breddgrader. Här finns skogsråvaran och sulfatmassabruken där ligninet utvinns ur svartluten.
– Lignin från barrved har visat sig svårare att smälta och spinna än lignin från lövved. Däremot är barrvedslignin lättare att hantera senare i processen. Barrvedslignin tvärbinder snabbt när man väl fått fram en tråd. Olika typer av vedråvara kan användas och lövvedsligning är bra mjukgörare för barrvedsligninet, fortsätter Peter Axegård.
Men än är det ett stycke kvar. Innventia kan ännu inte fullt ut kontrollera betingelserna på grund av att mer avancerad utrustning krävs. En bättre extruder för att spinna en stabil ligninfiber med homogena egenskaper längs hela tråden är det som i första hand behövs.
Två patent
Det finns också kommersiella krafter jämte forskningsinstitut, som befinner sig nära produktion. Några tillverkare av kolfiber har börjat titta på lignin som råvara och två patentsökningar är inlämnade.
Bedömare tror att det kommer att offentliggöras mer på området inom ett år. Bakom intresset ligger att industrin efterfrågat en process som kan ge kolfiber med egenskaper som gör det ekonomiskt motiverat att öka användningsområdet och exempelvis ersätta stål.
Kolfiber har många användningsområden, främst tack vare kombinationen av låg vikt, styrka och styvhet. Det som idag begränsar efterfrågan är just den höga produktionskostnaden. Det fossilbaserade materialet, polyakrylonitril, PAN, liksom fiberspinningen för att få fram kolfiber, kostar. Produktionen av kolfiber i världen är därför förhållandevis liten, ca 50 000 årston.
Beräkningar från ett amerikanskt forskningsinstitut visar att det kan bli ca 30 procent billigare att ta fram kolfiber från lignin som råvara framför oljebaserad råvara. Och när det sker ett genombrott för ligninbaserad kolfiber tror man att behovet av kolfiber kommer att öka till så mycket som 800 000 ton. Det kan ske inom den närmaste tioårsperioden.
Innventia tror på stor användning för ligninbaserad kolfiber i produkter som inte fordrar de högpresterande egenskaper som PAN-kolfiber ger till konstruktioner i satelliter, flygplan och militär utrustning. Användningsområdet forskningsinstitutet ser framför sig är inledningsvis vardagsprodukter som ska vara förhållandevis starka men framförallt lätta. Det kan vara vitvaror i hemmen eller chassin i bilar för att uppnå en förbättrad driftekonomi.
Istället för att bränna sulfatlignin och utvinna energin som massabruken gör idag, kan ligninet alltså tas tillvara som förnyelsebar råvara och ersätta den oljebaserade råvaran i kolfibern.
Det återstår att koppla ihop massafabrikerna med konventionell kolfiberframställning.
– Ingen dramatisk utveckling krävs för att ta fram någon ny värdekedja. Vi utnyttjar bara befintliga massabruk och kolfibertillverkningens processer, avslutar Peter Axegård.
(Artikeln är tidigare publicerad i Process Nordic 7/2012)
Kontakt
Peter Axegård, Director Business Area Biorefining.
Telefon: 08-676 70 00
Mail: peter.axegard@innventia.com
Bild: Motorhuv i kolfiber från JPC Composite
Tekniken
LignoBoost är en teknik för att ta ut lignin ur sulfatmassabrukens svartlut. Detta lignin har sådan hög renhet att endast mindre modifieringar krävs för att det ska gå att göra kolfiber av lignin. LignoBoost-processen har utvecklats av Chalmers och Innventia och ägs av och kommersialiseras idag av Metso.
Forskning om nya material ämne för World Biorefinery 2012
Forskning för att utveckla nya produkter och affärsområden för skogsindustrin stod i centrum när World Biorefinery genomfördes i Jönköping den 29 och 30 maj. Forskare och företag redovisade en rad projekt och program med målet att plocka ut fler värdefulla råmaterial och kemikalier ur traditionella skogsindustriprocesser. ”Jag tror inte vi kommer att se några greenfieldprojekt för bioraffinaderier, menade Prof. Hans Theliander. Infrastrukturen är omfattande och dyr, det blir mycket effektivare att använda den som skogsindustrin redan byggt upp.”
Hans Theliander betonade hur viktig långsiktigheten är för WWSC, Wallenberg Wood Science Center. ”WWSC har fördelen att ha en långsiktig finansiering över tio år. Det gör att vi kan ta större risker för att hitta helt nya idéer.” Bland annat arbetar WWSC med elektrospinning för att producera träbaserat trådmaterial som kan ersätta bomull.
– En nyckelfråga är att höja utbyte och energiåtgång i processerna, berättade Hans Theliander. I dag är dessa för dåliga.
(Bild WWSC)
Kolfiber kan skapa stora värden
Vid Innventia pågår projekt för att producera kolfiber från vedråvara. Innventias process Lignoboost ger ett lignin som kan användas som råvara.
– Våra försök visar att lignoboost ger en bra råvara för att producera kolfiber, berättade Birgit Backlund, forskningsledare vid Innventia. I dag kan Innventia producera bra kolfiber av hundra procent lignin från sulfatprocessen.
Nu behövs en utveckling som ger en ännu högre kvalitet och samtidigt gör denna kolfiber billigare att producera. Då kan den användas i större skala som material i bilar och vindkraftverk. (Se även tidigare artikel på GreenIndustry.se: ”Lovande forskningsresultat med kolfiber från lignin” den 23 april 2012)
Birgit Backlund pekade även mot den intressanta utvecklingen för hemicellulosan xylan, som genom kemisk modifiering kan bli ett intressant material för filmer. Xylan utgör en stor del av massa från björk, men har haft problem som material bland annat på grund av vattenlöslighet och bristande formbarhet. Genom modifiering med laktid, ett naturligt ämne, kan xylan bli ett intressant och lönsamt material att använda i filmer. Det kan även användas för att göra fibrer mer aktiva och därmed få en effektivare kemikalieanvändning vid produktion av fibermaterial. (Foto Innventia)
Biomaterial även från mekanisk massa
En intressant utveckling pågår även vid Mittuniversitetets centrum för fiberforskning, FSCN. Medan merparten av forskning kring bioraffinaderier hittills handlat om sulfatprocessen, arbetar FSCN med att hitta nya produkter och processer för den mekaniska massaindustrin. Mekanisk massa och dess huvudprodukter tidnings- och journalpapper har haft en sjunkande lönsamhet och är i stort behov av nya intäktskällor. Och förutsättningarna finns, menade forskarna från Mittuniversitetet.
– Vi har hittat kemikalier och mikrofibriller i biströmmar, som kan plockas ut ur processen utan att störa huvudströmmarna. Tvärtom handlar det ofta om sådant som stör papperstillverkningen, så vi får fördelar på båda håll.
Bland annat handlar detta om hydrofoba extraktivämnen, som beräknas stå för cirka hälften av alla processtörningar i papperstillverkningen. Som ny produkt skulle de i stället kunna generera inkomster. Likande fördelar kan skapas genom att plocka ut värdefulla men störande metaller ur massan.
Kontakt
Birgit Backlund
Mail: birgit.backlund@innventia.com
Tel: 08 676 70 00
