Nowe zrównoważone technologie rozwłókniania
Obecnie do izolowania włókien celulozowych w procesie rozwłókniania drewna na potrzeby produkcji papieru wykorzystuje się opracowane ponad sto lat temu energochłonne technologie, które wymagają stosowania substancji chemicznych pochodzenia kopalnego. Panuje ogólna zgoda co do potrzeby bardziej ekologicznych procesów, wymagających mniejszej ilości energii, bardziej zrównoważonych, a jednocześnie pozwalających utrzymać wydajność produkcji wysokiej jakości masy celulozowej. Przemysł papierniczy może w znacznym stopniu przyczynić się do tworzenia świata zasobooszczędnego poprzez wsparcie globalnych działań na rzecz biogospodarki niskoemisyjnej. Partnerzy finansowanego ze środków unijnych projektu PROVIDES opracowali innowacyjną technologię związaną z drewnem i surowcami lignocelulozowymi pochodzenia rolniczego. „Naszym celem było osiągnięcie 40-procentowego zmniejszenia zużycia energii oraz 80-procentowego zmniejszenia emisji CO2 w przemyśle celulozowym i papierniczym”, wyjaśnia koordynatorka projektu, Annita Westenbroek. Rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES) Technologia PROVIDES opiera się na rozpuszczalnikach głęboko eutektycznych (DES), które stanowią nową klasę naturalnych rozpuszczalników. Poszczególne składniki DES charakteryzują się naturalnie wysokimi temperaturami topnienia powyżej 100°C, ale po zmieszaniu tworzą ciecze o niskiej lotności w temperaturze pokojowej. Odkryte 15 lat temu rozpuszczalniki DES znalazły już zastosowanie w branży elektrochemicznej. „Zaledwie pięć lat temu odkryto, że niektóre naturalne DES wykazują bardzo wysoką rozpuszczalność ligniny, co wskazuje na to, że można je wykorzystywać jako nowatorskie rozpuszczalniki w produkcji masy celulozowej. W naszym projekcie użyliśmy rozpuszczalników DES w niskiej temperaturze i pod ciśnieniem atmosferycznym do wyizolowania ligniny z drewna, dzięki czemu mogliśmy uzyskać czyste, wysokiej jakości włókna celulozowe do produkcji papieru”, dodaje Westenbroek. W ramach projektu PROVIDES opracowano ponad sto rozpuszczalników DES. Niektóre z nich wykazały się wyjątkową zdolnością rozpuszczania i tym samym – łagodnego frakcjonowania drewna. Wytworzone włókna celulozowe były proste i dobrze ukształtowane, co stanowi podstawę papieru o dobrych parametrach, takich jak wiązania między włóknami i wytrzymałość na rozciąganie. Strumienie uboczne ligniny i hemicelulozy można przekazywać do dalszej waloryzacji. Kolejnym znaczącym osiągnięciem w projekcie było opracowanie pierwszych hydrofobowych rozpuszczalników DES, znacznie zwiększających odizolowanie składników z wodnej masy celulozowej. Coś więcej niż bardziej ekologiczna technologia „DES to naturalne, odnawialne, ulegające biodegradacji i opłacalne rozpuszczalniki, których nigdy wcześniej nie wykorzystywano w przemyśle celulozowym, papierniczym ani w żadnej innej branży zajmującej się frakcjonowaniem biomasy”, podkreśla Westenbroek. Bez wątpienia odkrycie DES może potencjalnie przyczynić się do zrewolucjonizowania procesu przeróbki masy celulozowej, otwierając drogę do produkcji masy celulozowej przy minimalnym zużyciu energii, minimalnych emisjach i pozostałościach. Co ważne, wdrożenie tej przełomowej technologii w przemyśle papierniczym ma wzmocnić zrównoważony rozwój poprzez efektywność energetyczną i kosztową oraz zasobooszczędność. Ponadto rozpuszczalniki DES można wykorzystywać do odzyskiwania celulozy z odpadów, a także rozpuszczania tuszów i zanieczyszczeń obecnych w papierze do recyklingu. Istnieje jednak wiele braków technologicznych, którym należy zaradzić, aby wprowadzić tę laboratoryjną technologię na kolejny poziom. Bieżące działania konsorcjum PROVIDES mają na celu optymalizację procesu delignifikacji oraz poprawę procesu odzyskiwania i ponownego wykorzystania rozpuszczalników DES. Obecnie badacze przygotowują się do fazy pilotażowej mającej na celu przetestowanie DES na większą skalę i potwierdzenie wpływu tych rozpuszczalników na środowisko oraz korzyści dla klimatu. Wpływ projektu PROVIDES na środowisko wykracza daleko poza granice przemysłu papierniczego, gdyż w sektorze chemicznym czysta lignina może zastąpić związki aromatyczne oparte na kopalinach. Podsumowując, celem projektu PROVIDES jest uzyskanie lepszych wyników niż te z tradycyjnych procesów rozwłókniania poprzez wytwarzanie najwyższej jakości produktów przy najniższym zużyciu energii i najniższych kosztach. Najważniejszym celem, według Westenbroek, jest „komercyjne wdrożenie innowacji technologicznych związanych z DES do 2030 r. w celu działań proklimatycznych w przemyśle celulozowym i papierniczym”.
Słowa kluczowe
PROVIDES, rozwłóknianie, emisja dwutlenku węgla, rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES)
