Stora Enson Sunilan tehtaiden koelaitoksen tavoitteena on tuottaa ligniinipohjaista biohiiltä akkuteollisuuden tarpeisiin ja kaupalliseen tuotantoon jo muutamassa vuodessa.
Maailman akkumarkkinoiden ennustetaan kymmenkertaistuvan viidessä vuodessa etenkin liikkumisen sähköistymisen vuoksi.
Akkuja tarvitaan yhä enemmän myös kulutustavarateollisuudessa ja suurissa energian varastointijärjestelmissä.
Tällä hetkellä akkujen anodimateriaalina eli sähköä johtavana välittäjäaineena käytetään joko kaivoksista louhittua tai synteettistä grafiittia.
Nämä ovat fossiilipohjaisia aineita, jotka Stora Enso aikoo nyt korvata uusiutuvalla, ligniinipohjaisella biohiilellä.
Biohiilen raaka-aine ligniini syntyy selluntuotannon sivutuotteena
Ligniinipohjaisen biohiilen mahdollisuuksia on tutkittu Stora Enson Sicklan innovaatiokeskuksessa Tukholman lähellä viitisen vuotta. Biohiilen tuotantoa päätettiin kokeilla Sunilassa, jossa ligniiniä on valmistettu vuodesta 2015.
– Sicklassa kehitetään nimenomaan uusia biotuotesovelluksia, ja käsittääkseni ligniinistä valmistettava, akkumateriaaleja korvaava biohiili keksittiin hiilikuitututkimuksen sivujuonena, Stora Enson Biomaterials-divisioonan koelaitosten toiminnasta vastaava johtaja Kari Nikunen kertoo.
Perinteisesti selluntuotannon sivutuote mustalipeä on poltettu suoraan energiaksi.
– Nykyään mustalipeästä erotetaan ligniini, josta asiakkaamme valmistavat esimerkiksi teollisuuden tarvitsemia liimoja ja hartsia. Biohiilen valmistus on nostamassa ligniininjalostusta seuraavalle tasolle.
Sunilan ligniinilaitos on maailman ensimmäinen erikoiskuivaa ja -puhdasta ligniiniä tuottava laitos. Hiilikoelaitoksen tavoitteena on kokonaan biopohjainen, myrkytön ja lopulta myös tehokkaampi vaihtoehto akuissa ja paristoissa käytettävälle fossiiliselle grafiitille.
Biohiilessä tärkeintä on puhtaus
Ligniini on puun sidosaine, joka vanhan sanonnan mukaan ”pitää puun pystyssä”. Se on luonnon toiseksi yleisin makromolekyyli selluloosan jälkeen. Noin kolmasosa puusta on ligniiniä.
Biohiilen valmistamiseksi ligniini täytyy lämpökäsitellä. Hiilestämiseksi kutsutun prosessin aikana siitä poistuu kaikki muu paitsi hiili, ja lopputulos on äärimmäisen puhdasta tummaa pölyä. Jotta biohiiltä voidaan käyttää akkuteollisuudessa, siitä valmistetaan ensiksi erittäin ohuita kalvoja.
Kesän aikana Sunilassa vielä viriteltiin prosesseja.
– Oleellista on saada prosessien materiaalivirrat stabiileiksi. Helposti sulava ligniini on haastava materiaali. Toinen tärkeä tavoite on pystyä tuottamaan asiakkaiden korkeita laatuvaatimuksia vastaavaa tuotetta. Toimiakseen akkumateriaalina biohiilen täytyy olla äärimmäisen tasalaatuista, ilman mitään epäpuhtauksia, Nikunen painottaa.
– Esimerkiksi lentokoneissa ylikuumenevat älylaitteiden akut ovat sellaisia, joiden materiaalien puhtaudessa on puutteita.
Sunilasta lähetetään jatkuvasti muutaman kilon biohiilipusseja Sicklan innovaatiokeskukseen analysoitavaksi. Materiaalin jatkotutkimus tähtää vieläkin pidemmälle, akun suurempaan lataus- ja purkunopeuteen sekä tehoon. Näissä onnistuminen tarkoittaisi sitä, että akkuja tarvittaisiin vähemmän saman sähkömäärän varaamiseen.
Noin kilosta laadukasta havupuuta saadaan riittävästi akkumateriaalia kahteen kännykän akkuun
Jos koelaitoksessa onnistutaan prosessien ja laadun suhteen, teollisen mittakaavan tuotantoon voidaan edetä muutamassa vuodessa. Sitä varten tarvitaan investointipäätös ja uusi laitos. Jatkossa biohiiltä olisi mahdollista tuottaa millä tahansa sellutehtaalla.
Uudet biotuotteet antavat aivan uutta merkitystä sellutehtaille, joita on joskus pidetty pelkän bulkin tuottajina. Tämä käsitys ei enää päde.
Sellutehtaiden uudet biotuotteet mahdollistavat puuraaka-aineen tarkan hyödyntämisen ja tuovat ympäristön kannalta kestäviä ratkaisuja fossiilisten raaka-aineiden korvaajina.
Kuusesta ja männystä saadaan laadukasta ligniiniä
Nikunen korostaa laadun lähtevän metsästä. Laadukas puu on kaatotuoretta, ja siksi myös raaka-aineen tasainen saatavuus läpi vuoden on oleellista.
– Sunilassa käytetään vain kuusta ja mäntyä. Liimojen ja hartsin valmistuksen yhteydessä tehdyt vertailevat tutkimukset ovat osoittaneet, että parasta ligniiniä saadaan pohjoisesta havupuusta. Biohiilen kohdalla vastaavaa ei ole vielä tehty.
Puu on myös riittoisa raaka-aine; noin yhdestä kilosta laadukasta havupuuta voidaan valmistaa riittävästi akkumateriaalia kahteen kännykän akkuun.
Uudet ligniinisovellukset eivät suoraan lisää puun käyttöä, koska ligniiniä saadaan selluntuotannon sivutuotteena.
Sen sijaan ne tarkoittavat sitä, että arvokas puuraaka-aine käytetään entistä tarkemmin hyödyksi. Toiseksi metsäteollisuuden uudet tuotteet varmistavat osaltaan selluntuotannon ja puunkysynnän jatkuvuutta koko maassa.
– Aikaisemmin lähinnä energiaksi poltetut sivuvirrat ovat tänä päivänä potentiaalisia uusien tuotteiden raaka-aineita. Uudet tuotteet ovat myös kaivattuja korkean lisäarvon tuotteita, Nikunen mainitsee.
Onnistuessaan biohiilituotannolla voi näin olla merkittäviä kansantaloudellisia vaikutuksia muun muassa työpaikkojen ja vientitulojen luojana.
Stora Enson Sunilan koelaitoksen johtaja Kari Nikunen kertoo, että koelaitos tuottaa nyt biohiiltä akkutehtaiden kehitys- ja testaustarpeisiin. Tavoitteena on edetä teollisen mittakaavan tuotantoon lähivuosina.
Asiakkaiden kiinnostus on suurta
Kiinnostus vastuullisempia akkumateriaaleja kohtaan on suurta ympäri maailman. Metsäteollisuudessa nähdään, että ligniinipohjaisen anodimateriaalin kysynnän kasvupotentiaali on ainutlaatuisen suuri koko teollisuudenalan historiassa.
Kiinnostusta Euroopassa lisää se, että olemme tällä hetkellä riippuvaisia kiinalaisesta grafiitin tuotannosta. Kriittisten akkumateriaalien tuotannossa on painetta omavaraisuuden lisäämiseen.
Nikusen mukaan asiakkaat haluaisivat jo päästä testaamaan materiaalia.
– Meillä on kovat tavoitteet edetä asiassa nopeasti.
Teknisiltä ominaisuuksiltaan biohiilipohjainen anodimateriaali on kilpailukykyinen grafiittiin nähden.
– Jotkut akun käyttöön liittyvät tekniset ominaisuudet ovat parempiakin kuin grafiitilla, mutta tärkeintä tässä on raaka-aineen biopohjaisuus ja uusiutuvuus. Se tuo asiaan aivan uuden näkökulman.
Biohiili on ajankohtainen esimerkki Stora Enson pyrkimyksestä kehittää uusiutuvia ratkaisuja fossiilisten materiaalien korvaamiseen. Suomessakin on käynnissä lukuisia kaivoshankkeita grafiitin louhimiseen maaperästä. Biohiili tarjoaisi vaihtoehdon, jossa raaka-aine on peräisin uusiutuvasta lähimetsästä.
Tiesitkö tätä Sunilasta?
Sunilan tehdas Kotkassa on tuottanut sellua yli 80 vuotta. Ensimmäiset sellupaalit valmistuivat toukokuussa 1938. Tehtaan tarpeisiin rakennettiin aikoinaan rautatie, satama ja Sunilan asuinalue. Tehtaan ja asuinalueen, jotka muodostavat ainutlaatuisen kokonaisuuden, on suunnitellut Alvar Aalto. Tehdasta onkin useassa yhteydessä sanottu maailman kauneimmaksi tehtaaksi.
Suomen teollistumisen symbolinakin pidetty tehdas on vahvasti ajan hengessä mukana. Se tuottaa itse kaiken tarvitsemansa energian ja valmistaa maailman ensimmäisenä tehtaana huippukuivaa biohiiltä kasvavan akkuteollisuuden tarpeisiin. Sunilan vuosikapasiteetti on 375 000 tonnia valkaistua sellua ja 50 000 tonnia ligniiniä havupuusta. Työntekijöitä tehtaalla on runsaat 150, ja pääosa tuotannosta menee vientiin.
Artikkeli on julkaistu Terve Metsä-lehdessä 3/2021
Teksti: Minna Kalajoki
Kuvat: Adobe Stock ja Stora Enso
