Rapport från förstudie rörande NS-7 Processer och processystem för massa- och papperstillverkning

Rapport från förstudie rörande NS-7 Processer och processystem för massa- och papperstillverkning Anders Pettersson STFI-Packforsk rapport nr: 269 Maj 2007 a report from STFI-Packforsk

Förord Tack till Stiftelsen Gunnar Sundblads forskningsfond som finansierat förstudien.

Innehållsförteckning Sida 1 Sammanfattning... 1 2 Uppdragsbeskrivning... 1 3 Inledning... 2 4 Genomförande... 3 4.1 Diskuterade och planerade ansökningar... 4 4.1.1 Radikalt nya processer och processystem...4 4.1.2 Tekniker för ökad produktfunktionalitet med lägre materialinsatser...5 4.1.3 Effektiv energianvändning...5 5 Forskningsaktörer... 6 5.1 STFI-Packforsk... 6 5.2 KTH... 6 5.3 Chalmers... 6 5.4 Mittuniversitetet... 6 5.5 Karlstads universitet... 6 5.6 Lunds Tekniska Högskola... 6 5.7 Mälardalens tekniska högskola... 6 5.8 Luleå Tekniska Universitet... 6 5.9 YKI... 7 6 Internationella forskningsaktörer... 7 7 Referenser... 8 8 Bilagor... 1 8.1 Deltagarlista vid Workshop "Processer och processystem för massa- och papperstillverkning" STFI-Packforsk den 9 feb 2007... 1 8.2 Program för workshop... 2 9 Uppgifter för STFI-Packforsks databas... 3

1 1 Sammanfattning Stiftelsen Gunnar Sundblads forskningsfond har via ett anslag initierat ett antal förstudier till stöd för utvecklingen av forskningsprojekt inom den Nationella Strategiska forskningsagendan (NRA) för den skogsbaserade näringen i Sverige och specifikt inom massa och pappersområdet. Uppdraget var att verka för samverkan mellan de svenska forskningsaktörerna för att bereda ansökningar till Branschforskningsprogrammet samt att identifiera specialkompetens både i Sverige och övriga Europa som stöd för ett svenskt deltagande i EU-projekt. Denna rapport beskriver arbetet inom område NS-7, Processer och processystem för massa- och papperstillverkning inom NRA. De viktigaste resultaten från arbetet är: den workshop som genomfördes den 9 februari med ett 30-tal forskningsutförare från 7 olika universitet, högskolor och institut. de nya och uppdaterade kontakter som skapades vid denna workshop och som bör ge upphov till BFP och EU-ansökningar. Flera diskussioner pågår och några redovisades vid seminariet den 22 mars. den presentation över möjliga samverkansmöjligheter och aktörer som redovisades vid seminariet Vägar in i framtiden för svensk massa- och pappersindustri den 22 mars 2007. Den föreliggande rapporten beskriver kortfattat aktiviteterna och en listning av de större forskningsaktörerna aktiva inom NS-7. 2 Uppdragsbeskrivning Ansvariga för respektive område ska samla nyckelaktörer (normalt 3-4) bland forskningsutförarna för att diskutera: - möjligheter till samverkan och kompetensmässig profilering, - möjligheter till gemensamma/samordnade forskningsplaner, - möjligheter till samordnat agerande gentemot forskningsfinansiärer, inkl industrin. BFP-programmet är särskilt aktuellt, - identifiera specialkompetens i Sverige utanför nyckelaktörerna, - identifiera starkaste aktörer att söka samverkan med inom Europa, - diskutera möjligheter till och former för svenskt deltagande i EU-projekt,

2 - identifiera kandidat/-er för det första Stiftelsen Gunnar Sundblads Forskningsfonds kompetensutvecklingpris (särskild skrivning rörande förutsättningar och kriterier), - utarbeta förslag till inlägg från området vid Stiftelsen Gunnar Sundblads Forskningsfonds jubileumssymposium 22 mars 2007. 3 Inledning Den svenska nationella strategiska forskningsagendan (NRA) för den skogsbaserade näringen i Sverige har prioriterat följande forskningsområden inom området Processer och processystem för massa- och papperstillverkning, NS-7: Radikalt nya processer och processystem Tekniker för ökad produktfunktionalitet med lägre materialinsatser Effektiv energianvändning Processteknik kopplad till vedbaserade bioraffinaderier behandlas i NS-6 och NS-8 och innefattas inte i NS-7. Området kopplar starkt till teknologiplattformen(ftp) och dess strategiska forskningsagenda (SRA) med områdena RA 2-1, RA 2-2 och RA 2-3. NS-7 beskriver vidare mer detaljerat angelägna forskningsaktiviteter inom de tre delområdena: Radikalt nya processer och processystem Utveckling av mindre kapitalintensiva processystem med lägre underhållsbehov och integration av ny processteknologi i existerande system. Utnyttjande av möjligheter som skapas av nya teknologier, t.ex. bio- och nanoteknologi. Utveckling av enhetsprocesser med radikalt ny funktionalitet. Utveckling av verktyg för processmodellering och simulering. Skapande av bättre kunskaper om man-maskin växelverkan. Utveckling av IT-baserade hjälpmedel för processtyrning och on-demand produktion, inklusive mätteknikutveckling. Tekniker för ökad produktfunktionalitet med lägre materialinsatser Framtagning av teknik som förhindrar styrkeförlust hos fibrer under massaframställning. Framtagning av teknik som ger ökad eller ny funktionalitet hos fibrer. Framtagning av teknik som utnyttjar olika fiberkomponenters egenskaper på bästa sätt (t.ex. skiktade pappersstrukturer). Utveckling av metoder för att utifrån råvaror och tillverkningssystem förutsäga pappersegenskaper i nya applikationer. Minimering av vattenförbrukning och restprodukter.

3 Effektiv energianvändning Reduktion av energibehov hos elförbrukande processer, men också hos processer för avvattning, förångning etc. Utveckling av hjälpmedel för att studera och balansera kopplingen produktionseffektivitet produktegenskaper energibehov. Utnyttjande av avancerad processtyrning för att uppnå energieffektivitet. Systemstudier rörande energianvändning och processintegrerad energiproduktion. Energimässiga kopplingar till fabrikernas omvärld. Utnyttjande av bioteknologiska framsteg, t.ex. enzymatisk behandling. Effektivt utnyttjande av spillvärme. Framgång inom det senare forskningsområdet innebär att skogsnäringen kan leverera mer bioenergi för externt bruk. Aktiviteterna handlar mycket om processteknik men också mät- & styrteknik, hjälpmedel, verktyg(t.ex. modellerings- och simuleringsverktyg) och energisystemstudier. Översiktligt kan man konstatera att forskningsaktörer inom området främst finns vid: STFI-Packforsk med dess dotterbolag PFI AS i Norge KTH Mittuniversitetet Karlstads Universitet Chalmers När man detaljstuderar de olika aktiviteterna enligt ovan finner man att flera aktörer tillkommer bla: Lunds Tekniska Universitet energi, modellering, mm Mälardalens högskola styrning, modellering och optimering Luleå Tekniska universitet, styrning, optimering 4 Genomförande Utifrån uppdraget, NRA och de större identifierade aktörerna planerades en workshop med inbjudan till CTH, Karlstads univ., KTH, Mittuniversitetet, Luleå Tekn. univ., Lunds Tekn univ., Mälardalens högskola, STFI-Packforsk och YKI. Workshopen genomfördes den 9 februari med ett 30-tal forskningsutförare från 7 olika universitet, högskolor och institut, se bilaga 8.1. Den genomfördes i form av grupparbeten inom 4 olika områden, se bilaga 8.2. Allmänna slutsatser från workshopen var: Diskussionerna i de olika grupperna visade att man oftast adresserar flera mål, t.ex. radikalt nya processer med mindre råvaru- och energiåtgång. Det är också en gammal iakttagelse att ett projekt måste innehålla flera olika möjliga förbättringar, t.ex. lägre energiåtgång och egenskaps-förbättringar, lägre råvaruåtgång och lägre energiåtgång, etc. för att vara attraktivt.

4 Kontakter fanns förstås redan men som kunde utvecklas ytterligare samt att några nya potentiella samarbeten identifierades. En ytterligare förbättring på att ta in och lära från nya områden måste till. De viktigaste resultaten från arbetet var den workshop som genomfördes den 9 februari med ett 30-tal forskningsutförare från 7 olika universitet, högskolor och institut. de nya och uppdaterade kontakter som skapades vid denna workshop och som bör ge upphov till BFP och EU-ansökningar. Flera diskussioner pågår och några redovisades vid seminariet den 22 mars. den presentation över möjliga samverkansmöjligheter och aktörer som redovisades vid seminariet Vägar in i framtiden för svensk massa- och pappersindustri den 22 mars 2007. 4.1 Diskuterade och planerade ansökningar 4.1.1 Radikalt nya processer och processystem Svartlutsförgasning, Dahlqvist, Mälardalens TH o Pågår till EU, inte nu i maj; ev. BFP på vägen o Ett antal industripartners finns, nationellt och internat. o Möjliga: KTH, STFI-PF, CTH, mfl Förbättrad avvattning i fiberlinjen, M. Lindström, KTH o Idéer om nya sätt avvattna massa. o Industripartners behövs Structural Control Optimisation and Paper Quality Estimation - SCOPE, Birk, Luleå Tekn. Univ. o Improving control systems in pulp-mill o Ansökan inlämnad 2 maj till BFP Centre for Advanced Paper Production Innovation - CAPPI, Söderberg, STFI- Packforsk med KTH och MiUn. o Ansökan inlämnad 15 feb., kompletterad ansökan i aug 2007. o Industri delvis via STFI-PFs klusterprogram Nanotechnology, MFC produktion and use in biocomposites o EU-ansökan, steg 1, inlämnad 4 maj. 2-stegs förfarande. o STFI-Packforsk koordinerar, stort EU-konsortium bildas.

5 Inom massaprocessteknik diskuterades 2 idéer: Hitta nya sätt att modifiera massans/cellulosans reaktivitet med exempelvis enzymatiska behandlingar för att öka dess reaktivitet mot efterföljande processer. Ny processteknik innefattande oxidativ kemisk delignifiering vid låg temperatur i kombination med förgasning kan vara en möjlig väg att framställa en ny fibrer. Alternativa vedslag som råvara för förenklade kemiska massaprocesser ansågs också vara ett intressant område. Ett exempel som diskuterades var användandet av asp/hybridasp i kombination med modifierade sodakok för framställning av ren cellulosamassa för vidareförädling som derivatmassor eller råvara för kemikalieproduktion. Inga konkreta planer på ansökningar finns f.n. 4.1.2 Tekniker för ökad produktfunktionalitet med lägre materialinsatser Inom detta område diskuterades mycket runt i framtiden sannolikt dominerande produkter i Sverige. Vilka är viktiga forskningsområden för olika produkter? Produkter framställda med långfiber behöver fou-insatser inom tex elenergi, körbarhet (papeprsmaskiner&tryckpressar), yt- och Z-styrka och optiska egenskaper. KaU, KTH, MiUn och STFI-Packforsk är tänkbara aktörer. På kartongsidan behövs FoU kring elenergi, konverting och hållbara material, här finns många aktörer. Tissue behöver FoU om elenergi (TAD), mjukhet/bulk/styrka och lenhet. Här är KaU och STFI-Packforsk några aktörer. Inga kända planer på ansökningar f.n. 4.1.3 Effektiv energianvändning En ansökan diskutersades med målen att utveckla ett energilednings-/optimeringssystem som på ett effektivt sätt kan ge feedback till operatörer och sektionsledare i bruket. utveckla verktyg för ett integrerat bruk som tar in förändringar i processparametrar men också tar hänsyn till olika råvaror och olika papperskvaliteter. Både termisk and elektrisk energi inkluderas i analysen. Fokus på pappers-tillverkning och försök att unyttja redan befintliga delar från massabruk och energisidan. Potentiella partners: LTU, MiUn, STFI-Packforsk, KTH, KaU, LiTH, VTT?, En konsortiebildande ansökan till BFP diskuteras f.n., sannolikt sen-hösten 2007

6 5 Forskningsaktörer Nedan beskrivs mycket kortfattat de större forskningsaktörernas huvudområden inom NS-7. 5.1 STFI-Packforsk Aktiva inom de flesta av de nämnda områdena. Världsklass inom pappersprocessteknik, speciellt områdena mäldberedning (malning, fraktionering, pappers- och mäldkemi), formning, avvattning och pressning. Flödesmekanik t.ex. vid formning och malning och i nära samarbete med KTH. Massateknisk forskning med kokning-blekning och systemmodelleringar av massalinjen map slutning och processfrämmande grundämnen. Mätteknik- och mätsystemutveckling, processmodellering och simulering, 5.2 KTH Processteknik vid papperstillverkning inom strömningslära, massateknik och fibermodifiering. Viss verksamhet inom reglerteknik och optimering. 5.3 Chalmers Mäldkemi, fiberflödesmekanik, processintegration och kemiska massatillverkning. 5.4 Mittuniversitetet Mekanisk massatillverkning, energisystem samt modellering och simulering av papperstillverkning. 5.5 Karlstads universitet Ytbehandling, speciellt bestrykning samt i mindre omfattning massa- och pappersteknisk forskning. 5.6 Lunds Tekniska Högskola Modellering och simulering inom våtpressning och torkning, systemsyn på energifrågor och reglerteknik. 5.7 Mälardalens tekniska högskola Modellering, styrning och optimering. 5.8 Luleå Tekniska Universitet Centrat Process IT Innovations har aktivitet inom områdena styrning och optimering samt mätteknik och modellering.

7 5.9 YKI Ytkemi inom process och produkter. 6 Internationella forskningsaktörer I uppdraget ingick också att identifiera de starkaste aktörerna för att söka samverkan med inom Europa och diskutera möjligheter till och former för svenskt deltagande i EUprojekt, De större instituten och universiteten i Europa men utanför Sverige är: Institut VTT, Finland KCL, Finland CTP, Frankrike PFI, Norge PTS, Tyskland Universitet Helsinki University of technology, Finland Univ. of Jyväskylä, Finland Univ. of Oulu, Finland Tampere Univ. of technology, Finland Åbo Akademi, Finland NTNU, Norge Technical University of Darmstadt, Tyskland När det gäller processteknisk såväl som mät- och styrteknisk utveckling finns också ett fåtal stora leverantörer, främst: Systemleverantörer: Andritz, Metso, Voith Kemikalier: BASF, Eka Chemicals, Hercules, Kemira Mät- och styrsystem: ABB, BTG, Honeywell, Siemens(Voith)

8 7 Referenser Skogsindustrierna, Vinnova, Energimyndigheten, Formas, Nov. 2006 En nationell strategisk forskningsagenda (NRA) för den skogsbaserade näringen Finns på www.nra-sweden.se Eriksson L, Förster W: Inventory of scientific and technical research capabilities at institutes and universities in the pulp and paper field within COST countries, 2003. COST Office, sept. 2005 http://www.cost.esf.org/fileadmin/cost_documents/domains/ffp/cost_tc_ffp_inven tory_of_scientific_and_technical_research_v5.pdf Web-adresser: 1. STFI-Packforsk AB www.stfi-packforsk.se 2. KTH www.kth.se 3. Chalmers www.chalmers.se 4. Mittuniversitetet www.miun.se 5. Karlstads universitet www.kau.se 6. Lunds universitet www.lth.se 7. Mälardalens tekniska högskola www.mdh.se 8. Luleå tekniska universitet www.ltu.se 9. YKI www.yki.se

1 8 Bilagor 8.1 Deltagarlista vid Workshop "Processer och processystem för massa- och papperstillverkning" STFI-Packforsk den 9 feb 2007 Namn Företag Grupp E-mail Germgård Ulf KaU 4 Ulf.germgard@kau.se Beghello Luciano KaU 2 Luciano.beghello@kau.se Rättö Peter KaU 1 Peter.ratto@kau.se Yang Li KaU 2 li.yang@kau.se Hollmark Holger KaU 3 Hollmark.imptec@telia.com Wågberg Lars KTH Ej wagberg@polymer.kth.se Martin Andrew KTH 3 Andrew.martin@energy.kth.se Östlund Sören KTH Ej soren@hallf.kth.se Lindström Mikael KTH 1 mili@polymer.kth.se Gellerstedt Göran KTH 4 ggell@polymer.kth.se Teder Ants KTH 4 teder@polymer.kth.se Alfredsson Henrik KTH 1 hal@mech.kth.se Lundell Fredrik KTH 1 fredrik@mech.kth.se Stenström Stig LTH 3 Stig.stenstrom@chemeng.lth.se Birk Wolfgang LTU 1 Wolfgang.birk@ltu.se Htun Myat Mittuniversitet 2 Myat.htun@miun.se Uesaka Tetsu Mittuniversitet 1 Tetsu.uesaka@miun.se Engstrand Per Mittuniversitet 1 Per.engstrand@miun.se Björkqvist Olof Mittuniversitetet 3 Olof.bjorkqvist@miun.se Dahlquist Erik Mälardalens högskola 1 Erik.dahlquist@mdh.se Pettersson Anders STFI-Packforsk 3 Anders.pettersson@stfi.se Lundqvist Sven-Olof STFI-Packforsk 2 Svenolof.lundqvist@stfi.se Söderberg Daniel STFI-Packforsk 1 Daniel.soderberg@stfi.se Vomhoff Hannes STFI-Packforsk 3 Hannes.vomhoff@stfi.se Mohlin Ulla-Britt STFI-Packforsk 3 Ullabritt.mohlin@stfi.se Hansen Peter STFI-Packforsk 1 Peter.hansen@stfi.se Lindström Tom STFIackforsk/KTH 2 Tom.lindstrom@stfi.se Lundqvist Fredrik STFI-Packforsk 4 Fredrik.lundqvist@stfi.se Lucisano Marco STFI-Packforsk 3 Marco.lucisano@stfi.se

2 8.2 Program för workshop Program Inledning Workshop "Processer och processystem för massa- och papperstillverkning" inom Branschforskningsprogrammet. Presentation av deltagarna 9 Februari kl 10-15 STFI-salen STFI-Packforsk, Drottning Kristinas väg 61 Gruppdiskussioner kring potentiella projektideer till BFP. Grupp 1 Radikalt nya processer och processystem Processledare: Daniel Söderberg Grupp 2 Tekniker för ökad produktfunktionalitet med lägre materialinsatser Processledare: Sven-Olof Lundqvist Grupp 3 Effektiv energianvändning Processledare: Marco Lucisano Grupp 4 Kemisk massatillverkning Processledare: Fredrik Lundqvist Presentationer från grupperna Summering

According to STFI-Packforsk's Confidentiality Policy this report is confidential until Rapport från förstudie rörande NS-7 3 9 Uppgifter för STFI-Packforsks databas Titel Rapport från förstudie rörande NS-7 Processer och processystem för massa- och papperstillverkning Författare Anders Pettersson Referat Stiftelsen Gunnar Sundblads forskningsfond har via ett anslag initierat ett antal förstudier till stöd för utvecklingen av forskningsprojekt inom den den Nationella Strategiska forskningsagendan (NRA) för den skogsbaserade näringen i Sverige och specifikt inom massa och pappersområdet. Uppdraget var att verka för samverkan mellan de svenska forskningsaktörerna och att identifiera specialkomptens både i Sverige och övriga Europa som stöd för ett svenskt deltagande i EU-projekt. Denna rapport beskriver arbetet inom område NS-7, Processer och processystem för massa- och papperstillverkning inom NRAn. Nyckelord Pulping, papermaking, energy Klassifikation Rapportslag Öppen publikation Rapportnummer 269 Publikationsår Maj 2007 Språk Svenska

STFI-Packforsk is one of the world s leading R&D companies in the fields of pulp, paper, graphic media, packaging and logistics. The activities range from basic research to direct assignments along three value chains: packaging, graphic media, and bio-based energy and chemicals. The combined competence, from material science to consumer value, is utilised to find solutions applicable at the customers. STFI-Packforsk is located in Stockholm and Örnsköldsvik, and in Trondheim, Norway through its subsidiary PFI AS. STFI-Packforsk AB Besök Drottning Kristinas väg 61 Postadress Box 5604, SE-114 86 Stockholm Tel 08-676 70 00 Fax 08-411 55 18 www.stfi-packforsk.se info@stfi.se VATnr SE556603110901