Mindre megawatt, mera hjärnkraft: Defibreringen kan bli billigare

av Ragnhild Artimo Forum 1990-18, sida 11-12, 22.11.1990

Taggar: Teman: energipolitik

Mindre megawatt, mera hjärnkraft:

DEFIBRERINGEN KAN BLI BILLIGARE

Text: Ragnhild Artimo

Defibrering är dyrt och energihungrigt. Finland lever av skog men betalar mer än konkurrenterna för denna energi. Tillverkningen av mekanisk massa slukar en tolftedel av nationens elenergi. Att finna en defibreringsmetod med bättre energiekonomi är en överlevnadstråga för skogsindustrin. Jakten intensifieras nu i mikrovärlden.

FSRUN, 18/199 tt stenkast från det blivande tekE notemplet Innopoli i Otnäs ligger Otnäs teknologibv. En handtull brunröda plåtbaracker som mera associerar till hollywoodska vildavästernbyar än högteknologi i vardande.

Vinden skakar om hus ”B”, och aluminiumtrappan som längs ytterväggen leder upp till andra våningen är våt och hal. Uppe väntar Eino Rantala. tekn lic och VD för Technology Agencv Ov/Inc.

TeA är sedan senaste höst på jakt efter en elektromagnetisk metod som skall bli nyckeln till billigare defibrering, rädda den finska skogsindustrins internationella konkurrenskraft. och ge positivt utslag i TeA:s eget årsresultat. En ”elektrisk” defibreringsmetod som enligt Rantala kan skära ner energiförbrukningen i sådan skala ”att vi inte behöver mera kärnkraft”. Det är inte småpotatis.

Det bästa är att TeA i nära samarbete med Kajamaa Engineering Ov är den tekniska lösningen på spåren. Men ännu några år från den kommersiella tillämpningen.

En nulägesrapport om projektet gav Rantala i oktober på ett av Cenirallaboratorium Ab arrangerat seminarium om energieffektivare massaframställning: KCL är koordinator för forskningsprogrammet Kuitu , som på olika fronter söker nya lösningar på dessa problem.

Nyckel eller slägga?

Man fångar mera flugor med honung än ättika. Principen i det elektriska defibreringsprojektet är att få träets fibrer att lossa greppet om varann med list i stället för makt — d v s genom att använda mindre men exakt skräddarsydd energi, i stället för massiv råstyrka som fortfarande är konceptet i konventionell mekanisk massaframställning.

Rantala fick idén till den nya defibreringsmetoden = ”från naturen”. Under vandringar i Lappland gjorde han iakttagelsen att torrfuror föreko vän 1 fortsättnin rikligare, ju längre norrut man kom. Ytskiktet på torrfurors stammar är ren cellulosafiber. Kunde det vara något i de arktiska ljusförhållandena som katalyserade denna naturliga defibreringsprocess? Dagsljuset innehåller ett brett spektrum våglängder — vilken av dem är den nyckel som kunde öppna bindningarna i träets fibrer?

Barken, menar Rantala, är trädets naturliga strålningsskydd: då barken skadas utsätts de underliggande fibrerna i stammen för strålning, och ytskiktet defibreras.

Det måste gå att kopiera och förbättra naturens egen defibreringsteknik. Först måste man ta reda på hur naturen bär sig åt.

Det går inte att med rå styrka slita isär de kemiska byggstenarna i natriumklorid, vanligt bordssalt, men som alla minns från skolfysiken är det en enkel match med elektrolys: nyckelns triumf över släggan. Mekanisk massaframställning är släggan i defibrering. Rantala beslöt våren 1986 att leta efter den elektromagnetiska nyckel som skulle öppna fiberlåsen i cellulosan snabbare och med mindre krosskador än släggmetoden.

Hösten 1989 beviljade handels- och industriministeriet pengar för en för undersökning om möjligheterna av elektrisk defibrering inom ramen för fiberprogrammet. Rantala kontaktade tekn dr Jaakko Kajamaa. som resultatrikt tillämpat sin energibaserade atommodell (se Forum nr 8/90 och 10/ 90) 1 flera praktiska FoU-projekt. Efter otaliga experiment utförda vid olika institutioner och laboratorier ledde en testserie vid VTT:s laboratorium till avgörande utslag i somras. Kajamaa hade funnit det rätta effektområdet som är nyckeln till defibrering på elektromagnetisk väg.

Precisionsinstrument

I sjunde våningen i Aura-huset i Helsingfors har Kajamaa sin konsultbyrå. Han börjar dagen tidigt, ofta sjutiden. innan telefonerna hunnit värma upp sig ordentligt. Det är då man får något gjort.

Tekn lic Eino Rantala har satsat på att ”kopiera” naturens egen defibreringsteknik.

Här finns ingen forsknings- och testutrustning, det arbetet sker vid forskningsinstitutioner och laboratorier på kortare eller längre köravstånd. Kajamaa ambulerar bland annat mellan Otnäs och Hervanta i Tammerfors.

Vita tavlan i konferensrummet fylls i rask takt med atombindningar, ekvationer och skisserade testkurvor. Kajamaa hör till dem som måste flerkanalskommunicera. Många kanadensiska pappersingenjörer skulle gärna byta plats med intervjuaren. Figurerna på tavlan är en biljett till bättre konkurrenskraft — men man måste resa själv.

— Vi har hittat det smala effektområde som bryter sönder bindningarna i cellulosan. Det råkar vara ett ganska ”vitt” bälte; att få tillgång till instrument med precis rätt effekt har redan visat sig problematiskt. Det finns väldigt lite applikationer som opererar med detta effektområde.

För att komma vidare och identifiera de rätta parametrarna behövs fortsatta experiment med noggrannare reglerbara instrument än de hittills testade. I första hand undersöker man vilka möjligheter Tekniska högskolan (TKK) i Otnäs och Tekniska högskolan i Tammerfors (TTKK) har att erbjuda dessa testmöjligheter. Men Kajamaa har också sänt förfrågningar till vissa utländska. närmast amerikanska universitet.

All denna finjustering av vissa parametrar kan tyckas pedantisk. men Kajamaa förklarar att det bara är en enda ”nyckel” som bryter bindningarna mellan cellulosafibrerna utan att demolera fiberväggarna: målet är inte bara radikal energibesparing utan samtidigt också bättre fiberkvalitet. Effekter över den rätta faktiskt stärker bindingarna och omöjliggör defibrering.

— I USA finns det vissa aggregat i detta effektområde för ca 5 miljoner a Tekn dr Jaakko Kajamaa jämför elektromagnetisk defibrering med kirurg — precision ger bättre resultat än rå styrka.

USD — en helt realistisk investering för pappersindustrin, men en summa som vi inom ramen för projektet inte har möjlighet att lösgöra för experimentarbetet, konstaterar Kajamaa. — Men det finns också andra lösningar att tillgripa.

Målsättningarna i projekt är n & ett precisionsinstrument som bl a ger den skräddarsydda effekten som bryter bindingarna mellan fibrerna utan att skada fiberväggarn € finslipning av mekanismen i den industriella processe Ö et elektroniskt styrsystem för processen.

Själva defibreringsinstrumentet för den industriella processen kommer inte att vara skrymmande, utan kan enligt Kajamaa i vissa fall integreras i nuvarande produktionslinjer.

Papper eller partiklar?

I Finland slukar skogsindustrins tillverkning av mekanisk massa +5 TWh/år, över 8 procent av nationens hela elförbrukning. I Sverige är motsvarande siffra runt 2 procent. i Kanada knappa 2,5 procent.

En tråkig realitet är också att energiförbrukningen med nuvarande teknik är direkt proportionell till massans kvalitet.

Enligt Eino Rantala ligger den teoretiska verkningsgraden för elenergiförbrukningen vid mekanisk massaframställning runt 0.1…0,.6 procent beroende på massakvaliteten och tekniska detaljer. Vid lösgörandet av grova fibrer och fiberknippen i råmaterialet används primärenergin med ännu sämre verkningsgrad, bara 0.03 procent. Orsaken till den exceptionellt svaga energiverkningsgraden är att träet belastas mycket slumpartat och inexakt med press- och skärkraftimpulser av hög amplitud.

Större selektivitet och träffsäkerhet i energifokuseringen ger potentiella möjligheter till betydande energibesparingar. På basen av de experiment som Kajamaa hittills utfört inom ramen för det elektromagnetiska de fortsänning på sid 3 18/1990 FRUN