Puu tunkeutuu elektroniikkaan – sähköakuista tehdään ekologisempia puupohjaisilla osilla

1.9.2020 / Artikkeli
Sähköpyörä. Kuva: Shutterstock
Maailman akkumarkkinoiden ennustetaan kymmenkertaistuvan viidessä vuodessa etenkin lisääntyvän sähköisen autoilun, pyöräilyn ja muun liikkumisen vuoksi. Kuva: Shutterstock

Selluntuotannon sivutuote mustalipeä on perinteisesti poltettu suoraan energiaksi. Sille kuitenkin etsitään jatkuvasti arvokkaampia käyttökohteita.

Yksi on Stora Enson vaihtoehto akkuteollisuudessa käytettävälle grafiitille. Sen raaka-aine on mustalipeästä erotettu erikoiskuiva ligniini.

Kari Nikunen. Kuva: Stora Enso
Kari Nikunen. Kuva: Stora Enso

Stora Enson hanke on yksi esimerkki metsäteollisuuden tarpeesta löytää arvokkaampaa käyttöä selluteollisuuden sivutuotteelle mustalipeälle, josta ligniinikin tehdään.

”Olemme Sunilan tehtaallamme panostaneet ligniinin hyödyntämiseen jo pitkään ja nyt kehitys huipentuu ainutlaatuiseen koelaitokseen”, sanoo koetehtaiden johtaja Kari Nikunen Stora Ensolta.

Koelaitoksen tavoitteena on kokonaan biopohjainen, myrkytön ja lopulta myös tehokkaampi vaihtoehto akuissa ja paristoissa käytettävälle fossiiliselle grafiitille.

Sunilan vuotuinen ligniinin tuotantokapasiteetti on 50 000 tonnia, mikä tekee Stora Ensosta maailman suurimman sulfaattisellun tuotannosta saatavan kraftligniinin tuottajan.

Mustalipeä halutaan materiaalikäyttöön

Sellutehtaalle tulevasta puusta noin puolet muuttuu selluksi ja loppu on perinteisesti poltettu suoraan energiaksi, lämmöksi ja sähköksi. Energiatehokkuuden lisääntyessä metsäteollisuuden tarve polttaa mustalipeää energiaksi on vähentynyt. Näin on tullut tilaa uusille vaihtoehdoille.

Tavoitteena on mustalipeän materiaalikäyttö, jonka kannattavuus on suoraa polttoa suurempi ja joka jo lähtökohtaisesti perustuu uusiutuviin raaka-aineisiin.

Lauri Lehtonen. Kuva: Stora Enso
Käyttämällä ligniinipohjaista anodimateriaalia akusta on mahdollista saada myös ominaisuuksiltaan parempi, uskoo Stora Enson Biomaterials-divisioonan innovaatiojohtaja Lauri Lehtonen. Kuva: Stora Enso

Vaikka ligniinin teollista käyttöä on pidetty hankalana, jo nyt sillä korvataan öljypohjaisia fenoliliimoja esimerkiksi vanerin ja viilupuun valmistuksessa. Tulevaisuudessa valmistetaan yhä enemmän ligniinipohjaisia liimoja, mutta myös päällysteitä, erikoiskemikaaleja ja jopa hiilikuituja.

Ligniini on liima myös luonnossa. Se on puun sidosaine ja vanhan sanonnan mukaan se pitää puun pystyssä. Noin kolmasosa puusta ja valtaosa mustalipeästä on ligniiniä.

Tavoitteena on parempi akku

Grafiitin käyttö akuissa perustuu siihen, että se johtaa sähköä hyvin. Perinteisesti litiumioniakkujen katodi on tehty litiumoksidista ja anodi grafiitista (akun toiminta, ks. täältä).

”Grafiittianodin osuus akun painosta on noin viidennes”, sanoo Stora Enson Biomaterials-divisioonan innovaatiojohtaja Lauri Lehtonen.

Stora Enson vaihtoehto ei sinällään ole grafiittia kevyempi. Materiaalin jatkotutkimus tähtää kuitenkin akun suurempaan lataus- ja purkunopeuteen sekä tehoon. Jos näissä onnistutaan, akkuja tarvitaan vähemmän saman sähkömäärän varaamiseen.

Ligniinipohjainen hiilimateriaali. Kuva: Stora Enso
Stora Enson laboratoriossa kehittämää ligniinipohjaista anodimateriaalia. Kuva: Stora Enso

Stora Enson vaihtoehdon raaka-aineena on Sunilan erikoiskuiva ligniini. Sen painosta 97 prosenttia on kuiva-ainetta.

Anodimateriaalin valmistuksessa ligniinin sisältämä happi poistetaan ja materiaali kevenee huomattavasti. Jos anodimateriaalia aletaan valmistaa Sunilassa teollisesti, nykyisestä ligniinimäärästä sitä saadaan noin 200 000 sähköauton akkuihin vuodessa. Lehtosen mukaan se olisi merkittävä määrä.

Koelaitos valmistuu ensi vuonna

Kymmenen miljoonan euron investointi koelaitokseen tehtiin viime vuonna ja laitos valmistuu alkuvuodesta 2021. Lehtosen mukaan sen kapasiteetilla ei ole merkitystä, koska kyseessä on koelaitos. Laitoksen koko riittää siihen, että mahdolliset asiakkaat voivat testata tuotteen käyttökelpoisuutta.

”Jos koelaitoksessa onnistutaan ja teollinen tuotanto osoittautuu mielekkääksi, investointipäätös voidaan tehdä. Sen ratkaisevat koelaitoksesta saatavat tulokset”, sanoo Lehtonen.

Litiumioniakku ja LCD-nayttö. Kuva: Stora Enso
Koekäyttöön valmistettu Stora Enson anodimateriaaliin perustuva litiumioniakku ja LCD-nayttö. Kuva: Stora Enso

Grafiitti on luonnossa hiilen yleisin muoto. Sitä louhitaan kaivoksista, se on fossiilinen raaka-aine ja akkujen lisäksi sitä käytetään esimerkiksi sähkömoottoreissa, voiteluaineena, ydinreaktoreissa ja lyijykynissä.

Luonnongrafiitti sisältää paljon epäpuhtauksia, esimerkiksi metalleja, jotka pitää poistaa. Puhdistuksessa käytetään myrkyllisiä happoja.

Akuissa käytetty grafiitti on nykyään usein synteettistä, mutta senkin raaka-aine on fossiilinen öljyntuotannon sivutuote, jonka saatavuus on vähenemään päin ja hyödyntäminen suhteellisen hankalaa.

Mahdollisuudet metsäteollisuudelle ovat ennennäkemättömät

Maailman akkumarkkinoiden ennustetaan kymmenkertaistuvan viidessä vuodessa etenkin lisääntyvän sähköisen autoilun, pyöräilyn ja muun liikkumisen vuoksi. Akkuja tarvitsee myös kasvava kulutustavarateollisuus ja suuret energian varastointijärjestelmät.

Ligniinipohjaisen anodimateriaalin kysynnän kasvupotentiaali on ainutlaatuisen suuri koko metsäteollisuuden historiassa. Stora Enson mukaan kasvu kyetään myös tyydyttämään ligniinillä: se on luonnon toiseksi yleisin makromolekyyli selluloosan jälkeen.

Ligniiniä on kaikissa kasveissa ja toistaiseksi sillä on hyvin vähän teollista käyttöä. Sen riittävyyden puolesta puhuu sekin, että jos sitä valmistetaan mustalipeästä, se ei suoraan lisää puun käyttöä, koska se tehdään selluntuotannon sivutuotteesta.


Aiemmin forest.fi:ssä: Liuskekaasun käyttö tuo tilaa ligniinille


Hannes Mäntyranta

Kirjoita kommentti