När trycket ökar på att leverera resultat inom den gröna omställningen har pappersindustrin möjlighet att ta marknadsandelar. Redan idag ersätter papper och wellpapp många gånger plast och andra ändliga resurser som förpackningsmaterial. Men pappersprodukter har också sina utmaningar. Wellpappen ska skydda innehållet i förpackningarna, men om den förlorar sina egenskaper kan innehållet skadas eller i värsta fall förstöras.  

Investerar i forskning som utvecklar hela värdekedjan 

Stora Enso är en av Sveriges största skogsägare och driver bland annat pappersbruk som tillverkar pappersprodukter för wellpapp och förpackningar. Bolaget investerar i forskning för att utveckla hela värdekedjan i pappersbruken, bland annat inom ramen för Forskningsprogram Bioekonomi, som drivs av RISE. 

– Den största utmaningen i vår bransch är att ta fram ett material som ger starkare wellpapplådor till en rimlig kostnad. Om vi lyckas minska vikten på våra produkter och förpackningar kan vi spara mycket material. Vi vill ge hela kedjan förutsättningar att vara så effektiv och ekonomisk om möjligt, säger Atso Laakso, projektledare inom produktutveckling på Stora Enso. 

Vatten papprets största fiende  

Wellpapp kan utsättas för så kallad krypning, eller creep på engelska. Då ändrar pappret form och storlek på grund av vatten, fukt och vikt som verkar över tid. Vanliga påfrestningar för wellpappen som ofta transporteras långa sträckor och står staplade på lager i längre perioder. Men det finns potential att få bukt med krypning och att producera starkare papper.  

– Genom att modifiera fiberråvaran på olika sätt kan vi ändra på saker som styrka, styvhet och krypning. För att göra det tittar vi på hela tillverkningskedjan – från fiberlinje och mäldberedning till liner- och flutingproduktion, säger Atso Laakso. 

På väg mot botemedlet för krypning  

I projektet Corrugated Packaging, som alltså drivits inom ramen för Forskningsprogram Bioekonomi, har man inte bara fokuserat på fibermodifiering, utan även på just krypning som är ett relativt nytt område att undersöka inom pappersproduktion. 

– Vi har fått fram ny kunskap om krypning som hjälper oss att forska vidare. Med mer kunskap om hur vi kan öka krypmotståndet kan fiberbaserade material få en betydligt större konkurrensfördel mot till exempel plast, säger Atso Laakso. 

Nya sätt att mala kan spara råvara 

RISE har forskningsteam med experter inom flera olika områden som forskar genom hela värdekedjan. I det här projektet har de kunnat kombinera sina kunskaper om fibermalning och krypning för att stoppa pappret från att krypa. Det är ett nytt sätt att arbeta på, som har lett till nya framsteg. 

– Vi har kunnat implementera nya insikter om fibermalning i ett av våra bruk, som gör att vi nu får fram starkare återvunna material. Bara ett bruk omsätter flera hundra miljoner euro, så det ger mycket, säger Atso Laakso.  

I en annan del av projektet tog man hjälp av vibrationsbord i en av RISEs forskningsanläggningar för att simulera vibrationer. Då undersökte man hur det påverkar wellpapp och tittade på hur en fylld låda beter sig när den kommer ut i transport. Förhoppningen är att hitta metoder som gör materialet mer motståndskraftigt. 

 – RISEs testutrustning för förpackningsprovning är värdefull för oss i det här projektet. I nuläget hade vi inte kunnat genomföra samma tester utan deras resurser, säger Atso Laakso.  

Astrid Glasenapp på RISE är Consortium Manager för forskningsprojektet. Hon menar att den här tekniken har stor potential att spara råvara och öka prestanda. 

– Vi är unika på så sätt att vi har kompetens och utrustning inom hela livscykeln av wellpapp. Det är roligt att Stora Enso har använt vår kunskap för att förbättra sina processer. Har vi lyckats ta fram något som hjälper dem att använda sitt material på ett bättre sätt så är det ett kvitto på att vi skapat innovation.  

Mot en mer hållbar framtid 

Forskningen inom konsortiet har givit Stora Enso insikter som kan bidra till att uppfylla bolagets mål om att öka produktionens effektivitet och hållbarhet. 

– RISE är en vetenskapligt kompetent partner. De hittar grunden till orsakerna och har en vetenskaplig förståelse för dessa områden och produkter. Våra studier ger oss ny kunskap, vilket är bra, säger Atso Laakso. 

– Det här är den mest komplicerade integrerade processen vi någonsin har genomfört, säger Woodrow Wiest, laboratorieingenjör vid Applikationscenter för additiv tillverkning hos RISE, och fortsätter:

– Att använda stora industrirobotar för 3D-printning och bearbetning i en oavbruten rörelse är inte vanligt förekommande. För oss är det helt nytt. Vi vet att det har finns robotstyrda fräsar och slipar, och robotstyrd 3D-printning har också funnits i några år. Men att kombinera de två olika disciplinerna, det vill säga adderande och subtraherande processer, är nytt.

När Melker of Sweden kontaktade RISE med sin nya kajakidé uppstod en möjlighet att utforska gränserna för robotstyrd 3D-printning och multifunktionsverktyg. Arbetet för att omvandla konceptet till färdig prototyp krävde ett nära samarbete mellan flera parter. Adaxis tillhandahöll både den kompetens och mjukvarulösning som krävdes för en integrering av 3D-printning och bearbetning. Biofiber Tech bidrog med sina biobaserade material, medan ABB:s mjukvara användes för att generera robotens utskriftsprogram. Förutom den banbrytande komplexiteten involverade processen flera innovativa delmoment, såsom produktionen av luckringarna.

– Att printa på redan printat material är inte helt enkelt, eftersom det kräver att man lyckas skapa en bra bindning mellan substratet och det nya materialet. Det är en ung teknik som öppnar för mängder av nya möjligheter. Storskalig additiv tillverkning är problematiskt vid vinklar över 45 grader. Om vi skriver ut sidledes linjerar inte lagren med varandra, vilket i slutänden kan leda till att materialet kollapsar. För att undvika detta brukar vi vanligtvis printa tillägg separat och limma på dem för hand, förklarar Woodrow Wiest.

Nya forskningsmöjligheter

Enligt Woodrow Wiest har möjligheten att printa på redan printat material öppnat upp flera nya forskningsområden. Hur man förbättrar vidhäftningen är ett av dem.

– Hur får du den nya utskriften att fästa på den tidigare, när den tidigare utskriften är kall och den kontinuerliga processen är bruten? Det är ännu inte löst. Det går att göra, med lite tur, genom att leta sig fram till en punkt där alla inställningar fungerar och behålla dem där. Men man skulle behöva ha ordentliga simuleringar på plats som faktiskt visar att det är möjligt.

En annan innovativ lösning som såg dagens ljus vid kajaktillverkningen var att automatiskt variera extruderingsprocessen på vissa ytor. Detta gjordes för att öka tjockleken på skrovets botten och därigenom säkerställa att det fanns tillräckligt med material för fräsning. Frässpindeln hade integrerats med roboten tidigare under våren och detta var fjärde gången den kördes i en process.

– Det är ett ganska stort glapp mellan professionell mjukvara för fräsning och mjukvara för 3D-printning. Detta är också ett område som behöver utforskas: vid vilken punkt är mjukvaran lämpligast för 3D-printning, hur långt måste vi ta fräsen som en in-situ-process, och när vill vi separera de två processerna?

Konkret industrinytta

Utöver nya forskningsmöjligheter öppnar lärdomarna från kajaktillverkningen nya dörrar för tillverkningsindustrin.

– Om någon del av branschen behöver en stor och snabbt producerad komponent, med borrade hål och frästa ytor, går det att ordna. Systemet är väldigt flexibelt; eftersom det är en robotarm på en bana kan vi nå många olika platser och anpassa roboten efter specifika produkter. Plast, cement eller metall – alla dessa material kan printas och sedan fräsas, poleras eller målas av roboten, säger Woodrow Wiest.

Ett specifikt område där denna nya teknik verkligen kan komma till användning är vid tillverkning av negativa formar.

– Formar tillverkas ofta av jättestora block av skummad härdplast, vilka inte är särskilt återvinningsbara. Stora mängder material fräses bort för att komma åt en liten bit i mitten. Denna teknik tillåter oss att printa objekt nära den slutgiltiga formen och sedan bearbeta dem till de färdiga måtten med minimalt materialspill. Och i teorin skulle formen kunna malas ned och återanvändas som råmaterial för en ny form, vilket minskar miljöpåverkan.

Fler case gynnar utvecklingen

Trots processens komplexitet och mängden nya element som ingick i den, gick allt enligt plan – ett resultat som överraskade Woodrow Wiest:

– När det gäller robotstyrd additiv tillverkning fungerar saker vanligen inte på första försöket. Men det är lätt att dela framgångar och tala lågt om misslyckanden, så människor tenderar att tro att tekniken är långt mer avancerad än vad den verkligen är. Tekniken är naturligtvis mycket kapabel, och man kan få fram fantastiska delar, men det återstår fortfarande mycket arbete när det gäller storskalig printning.

Woodrow Wiest anser att initiativ som denna kajaktillverkning är avgörande för att driva utvecklingen framåt och skapa nya insikter.

– Vi måste arbeta med processen oavbrutet, och öka antalet aktiviteter knutna till printning och fräsning. Riktiga case är avgörande för att vi ska kunna finjustera systemet och upptäcka dess användningsområden. Genom att vårda vår nära relation till industrin och ständigt söka nya samarbetsmöjligheter, kommer vi tveklöst att upptäcka en mängd applikationer för denna teknik.

Grundämnet kol är vårt samhälles välsignelse – och förbannelse. 

En stor del av den klimatkris vi just nu upplever, och de miljömässiga utmaningar vi måste hantera, beror på material- och energiframställning av – framförallt – fossilt kol. 

Samtidigt har vi samma kol att tacka för mycket av det välstånd vi upplevt de senaste decennierna. 

Kolatomer centralt i materialframställning 

– Det finns kolbaserade molekyler i nästan alla material vi använder i vardagen. Tänk bara på alla olika typer av plaster och det vi producerar med trä som grundråvara. Allt innehåller kolatomer, säger Markus Norström, affärsutvecklingschef inom bioekonomi och hälsa på RISE. . 

När samhället nu ska ställa om i hållbar riktning måste vi, åtminstone inom en överblickbar framtid, hitta nya sätt att använda kol och energi vid materialframställning. 

– Vi har vant oss vid att ha ett i princip obegränsat utbud av kolatomer, men vi kommer över tid att behöva bli mindre koltörstande, säger Markus Norström. 

Om vi vill bibehålla vår levnadsstandard kommer vi därför behöva hitta hållbara sätt att använda kolatomerna för nya material. Återvinning av olika plaster och att gå över till material som framställs av biomassa. 

– Vad gäller biomassa finns det ett begränsat utbud och det råder konkurrens. Det är en del av lösningen, men inte hela, säger Markus Norström. 

Fortfarande återvinns en försvinnande liten del av all plast som framställs. 

– Det mesta energiåtervinns, det vill säga eldas upp för att framställa värme och energi, säger Markus Norström. 

Koldioxidinfångning kan användas för nya material 

Men vare sig biomassa eller återvinning av befintligt material kommer räcka till. Om vi då vill komma bort från fossila kolkällor kommer vi behöva hitta andra sätt att få fram de nödvändiga kolatomerna. 

Ett sätt att få tillgång till mer är att fånga in kolet där det ofta hamnar efter användning - som koldioxid i alla industriella skorstenar. Koldioxidinfångning och lagring djupt nere i berggrunden, CCS, har länge diskuterats och flera större projekt är på gång. Men varför inte utnyttja kolatomerna som fångas in i stället för att slutförvara dem? 

Faktum är att försök med så kallad CCU (Carbon Capture and Utilization) redan pågår. Alla stora koldioxidalstrande anläggningar, som till exempel värmeverk och pappers- och massafabriker, har potential att fånga in och återanvända koldioxiden. Som en del av detta utvecklar RISE:s experter mobila pilotanläggningar för att fånga in koldioxid. 

– Det här är en metod med stor potential. Det finns enorma mängder kol i industriella skorstenar och förbränningen kommer att pågå i överskådlig tid. Och infångning som metod är redan etablerad, säger Markus Norström. 

– Nästa steg är att använda vår reningsanläggning för att få fram rätt kvalitet på koldioxiden. Kraven skiljer sig åt beroende på vad man vill göra av den. 

Under de närmaste åren gör lagstiftningen ingen skillnad på vilken källa som används, men EU-regleringar kräver att fossilt kol fasas ut fram till 2040. 

– Under utfasningen kommer det finnas mycket fossilt kol i skorstenarna ändå, så då kan man lika gärna använda det. Men det är viktigt att CCU inte blir ett alibi för att fortsätta använda fossilt eftersom det tillförs atmosfären, om än med en ”fördröjning” i och med att det hamnar i en produkt till först, säger Markus Norström. 

Olika tekniker för att omvandla koldioxid till produkter 

Det finns olika tekniker för att omvandla koldioxid till produkter. De flesta involverar vätgas. Ett annat exempel är elektrokemisk direktkonvertering, som kan användas för att få fram kemikalier och andra ämnen som kan användas i vidare tillverkning. Kruxet är att det oavsett teknik som används går åt mycket energi, som man tidigare fick direkt från olja och kol, men som nu måste tillföras med hjälp av förnybar el. 

– Det krävs mycket energi för att få den här typen av processer att fungera. Och så länge fossilt inte betalar för sin klimatpåverkan kommer det att vara billigare. För att få till en förändring behövs stöd till de som är först ut och som tar de största riskerna, men också andra politiska styrmedel, säger Markus Norström. 

– Billig, klimatvänlig elframställning kommer att vara centralt för att metoden ska kunna konkurrera. Vad fossilt egentligen handlar om är att man får både kolatomer och energi i samma paket. När man tar fram nya produkter kommer man behöva tillföra energi på andra sätt, och det blir med förnybar el. 

– Men här ligger vi i Norden särskilt bra till. Vi har metoderna och relativt god tillgång till fossilfri el. 

För att visa hur Sverige på sikt ska kunna minska halten koldioxid i atmosfären, ta en ledande roll inom EU och utveckla en ny exportindustri för bio-CCS och bio-CCU har Fossilfritt Sverige, med stöd från RISE, tagit fram en strategi för biogen koldioxidinfångning.

– Koldioxidinfångning är tillsammans med fotosyntesen och återvinning av kol från produkter ett av tre sätt att producera hållbart kol, säger Markus Norström. Vi har goda förutsättningar för att lyckas bygga en industri kring detta i Sverige, med stora punktutsläpp av grön koldioxid från industri och tillgång till fossilfri el.