Paperin, kartongin, sellun ja tekstiilikuitujen valmistuksessa kuivaus on koko tuotantoketjun suurin energiasyöppö. Perinteisessä kontaktikuivauksessa vesi haihdutetaan kuiturainasta kuumien höyrysylintereiden ja ilmapuhalluksen avulla. Menetelmän haaste on lämpöhukka, sillä arvokasta energiaa karkaa kostean poistoilman mukana taivaalle.
Tähän ongelmaan haetaan teollisen mittakaavan ratkaisua VTT:n johdolla kehitettävästä SteamDry-teknologiasta. Siinä perinteinen kuivausilma korvataan suljetussa, hapettomassa tilassa kiertävällä 200–300-asteisella tulistetulla vesihöyryllä (superheated steam).
Lämmöt talteen suoraan tehdasintegraattiin
Märälle kuitupinnalle osuessaan tulistettu höyry saa rainan veden kiehumaan välittömästi pois, mutta säilyttää itse kaasumaisen muotonsa. Teollisuudelle ratkaisun valtti on sen poikkeuksellinen energiatehokkuus.
Koska kuivauskammiosta poistuva aine on puhdasta vesihöyryä – eikä ilman ja höyryn laimeaa seosta – se voidaan lauhduttaa takaisin vedeksi ja sitoutunut lämpöenergia ottaa talteen lähes sataprosenttisesti.
”Lämpöenergian kierrätyksen ansiosta prosessin kuivausvaiheen energiankulutus voi pudota 60–80 prosenttia”, arvioi VTT:n teknologiakonsepteista vastaava päällikkö Juha Maijala.
Talteen otetun höyryn hyödyntämiseen on kaksi keskeistä polkua. Ensimmäisessä vaihtoehdossa korvataan vain osa nykyisestä kuivaimesta. Höyrykuivurissa syntyvä höyry johdetaan suoraan jäljellä oleviin kuivatussylintereihin, mikä tuo noin 45 prosentin energiansäästön perinteiseen kuivatukseen verrattuna.
Toinen vaihtoehto on uusia koko kuivatusosa kerralla, jolloin säästöt voivat nousta yli 80 prosenttiin. Koska höyryä syntyy tällöin yli kuivauksen omien tarpeiden, huippusäästöt edellyttävät, että ylijäämähöyrylle on tehtaalla tai sen lähellä sopiva käyttökohde, kuten prosessivesien lämmitys.
Lisää bulkkia ja jäykkyyttä – säästöä neitseelliseen kuituun
Energiansäästön lisäksi teknologia tuo merkittäviä raaka-ainehyötyjä erityisesti kartongin- ja pakkausmateriaalien valmistajille.
Kun kuitu kuumenee yli sadan asteen lämpötilassa hapettomassa tilassa, puun luontainen sidosaine,
ligniini, alkaa pehmetä ja sulaa. Se kulkeutuu kuitujen risteyskohtiin ja muodostaa jäähtyessään sulateliiman kaltaisia, erittäin lujia sidoksia. Samaan aikaan kuitujen sisällä kiehuva vesi synnyttää höyrynpaineen, joka paisuttaa kuituja sisältäpäin.
”Tuloksena syntyy korkeampi bulkki eli kuohkeampi ja paksumpi materiaali. Koska paksumpi rakenne tuo luontaista taivutusjäykkyyttä, sama mekaaninen lujuus saavutetaan pienemmällä neliömassalla ja alhaisemmalla kuitumäärällä”, taustoittaa VTT:n asiantuntija Harri Kiiskinen.
Vaikka valoa sirottava pinta-ala samalla hieman vähenee ja voi heikentää materiaalin optisia ominaisuuksia, pakkaus- ja teollisuuskartongeissa lujuus ja keveys ratkaisevat.
Jyväskylän pilot-ajot luovat pohjaa investoinneille
Menetelmän teollista toimivuutta ja skaalautuvuutta testataan parhaillaan VTT:n SAMPO-koekoneella Jyväskylässä. Kyseessä on EU-tason tutkimushanke, jossa on mukana useita kansainvälisiä teollisuuskumppaneita ja laitevalmistajia.
”Teknologiaa voidaan soveltaa nykyisiin kuivatusosiin, ja tämän hetken arvion mukaan ensimmäinen teollinen sovellus on noin viiden vuoden päässä. Seuraava askel kehitystyössä on osoittaa toimivuus täydellä tuotantonopeudella ja vakuuttaa metsäyhtiöt tulistetun höyryn toimintavarmuudesta teollisessa mittakaavassa”, Kiiskinen summaa.
