Mitä sellun tekemisestä jää tähteeksi – ja miksi siitä pitäisi olla nyt kiinnostunut?

Puun sisältämästä hiilestä suurin osa on sitoutunut ligniiniin, joka on yksi puun päärakennusaineista. Kun ligniini otetaan sellutehtaalla talteen ja hyödynnetään vaikkapa liiman valmistuksessa, sen sisältämä hiili ei enää vapaudu suoraan ilmakehään vaan varastoituu pitkäksi aikaa erilaisiin käyttötuotteisiin.

Luennoitsijan ligniini-innostusta ihmetellyt Suvi Pietarinen on nykyisin UPM Biochemicalsin ligniiniliiketoiminnan kehityspäällikkö, jonka tehtävänä on löytää uusia kaupallisia käyttötarkoituksia ligniinille ja siitä jalostetuille tuotteille. Hänen vastuullaan on myös UPM:n ligniiniaiheinen patenttisalkku eli keksinnöt, jotka liittyvät ligniinin valmistukseen ja käyttöön.

Tiesitkö, että puusta voi tehdä liimaa?

Kun puusta keitetään sellua paperin ja kartongin raaka-aineeksi, jäljelle jää ligniiniä. Siitä yhä yli 90 prosenttia poltetaan energiaksi. Viime vuosina kehitettyjen menetelmien ansiosta ligniini pystytään kuitenkin irrottamaan selluloosasta entistä tarkemmin ja puhtaampana. Siksi sitä voidaan käyttää erilaisten tuotteiden raaka-aineena energiatuotannon sijaan.

Lähes kaikessa ympärillämme on mukana fossiilisia raaka-aineita. Vaikka vain osa niistä korvattaisiin ligniinistä valmistetuilla raaka-aineilla, öljyn käyttöä voidaan vähentää ja samalla saadaan varastoitua hiiltä esimerkiksi rakennuksiin, kalusteisiin ja käyttötavaroihin.

Ligniiniä käytetään esimerkiksi hartsien, liimojen, muovien ja eristeiden valmistuksessa. Näissä tuotteissa on pitkään käytetty vain öljypohjaisia, uusiutumattomia raaka-aineita.

”Esimerkiksi hartseja käytetään monissa pitkään käytössä olevissa materiaaleissa, kuten vanerissa. Vanerista valmistettu huonekalu, kuten Artekin jakkara, kiertää perintökalleutena sukupolvelta toiselle. Keittiötason laminaattikin voi sitoa hiiltä vuosikymmenten ajan”, UPM Biochemicalsin ligniiniliiketoiminnan kehityspäällikkö Suvi Pietarinen sanoo.
 

Ratkaiseeko ligniini ilmastonmuutoksen?

Toistaiseksi ligniiniä käytetään yleensä yhdessä muovien tai muiden petrokemian tuotteiden kanssa. Ligniini voi korvata yhä suuremman osan muovipolymeeristä, mutta sen monimutkaisen kemiallisen rakenteen takia siitä ei ole vielä onnistuttu valmistamaan esimerkiksi muovia, joka olisi tehty sataprosenttisesti biopohjaisista materiaaleista.

On mahdollista, että tulevaisuudessa ligniinin ominaisuuksia kehitetään niin, että se voi korvata öljypohjaiset raaka-aineet kokonaan.

Ensimmäiset korkealaatuiset ligniinipohjaiset hartsit ja liimat tulivat markkinoille jo 2000-luvun alkupuolella, ja ne ovat kehittyneet ominaisuuksiltaan ja käyttötavoiltaan niin vauhdikkaasti, että ne voivat korvata öljypohjaiset nopeastikin. Muovin valmistuksessa läpimurtoa taas saatetaan joutua odottamaan pitkään. Se vaatii teknologiakehityksen lisäksi kustannustehokkaampia ratkaisuja. Teknisesti jauhemaisen ligniinin käyttö vaatii erilaisia prosesseja ja laitteistoja kuin nestemäisen öljyn.

Viime vuosina on tutkittu ligniinin käyttöä esimerkiksi lentokonepolttoaineiden valmistuksessa sekä akkuteollisuudessa. Fossiilisten raaka-aineiden korvaaminen on usein kustannuskysymys, sillä prosesseja on kehitettävä uudentyyppisiksi ja niitä ei ole vielä riittävästi.

Voiko ligniinistä kuitenkin puhua uutena öljynä? Kanadassa vuonna 2020 julkaistun tieteellisen tutkimuksen mukaan selluteollisuuden ligniinivirroilla voitaisiin korvata kaksi prosenttia maailmassa käytetyistä petrokemian tuotteista. Olisi siis rajua liioittelua sanoa, että nykyisin saatavilla oleva ligniini ratkaisisi maailman riippuvuuden öljystä ja sen johdannaisista.

Sata miljoonaa tonnia fossiilisia korvaavaa raaka-ainetta

Ligniiniä syntyy maailman paperi- ja kartonkiteollisuuden sivutuotteena vuosittain arviolta sata miljoonaa tonnia. Ligniiniraaka-ainetta siis riittää ilman, että kaadetaan yhtään ylimääräistä puuta.

”Kemistin silmissä ligniini on kiehtova möllykkä, jolla on monenlaisia ominaisuuksia. Kun ymmärrys ligniinistä lisääntyy, sille voi löytyä yllättäviäkin uusia käyttötapoja. Esimerkiksi ligniinin roolista maaperän hiilen kierrossa on vielä paljon opittavaa. Tiedetään, että ligniini toimii hiilen varastona myös maaperässä ja muodostaa kasveille tärkeitä yhdisteistä hajotessaan”, Suvi Pietarinen sanoo.

UPM kehittää uusia tapoja hyödyntää ligniiniä ja auttaa myös asiakkaitaan tarvittavan teknologian kehittämisessä ja soveltamisessa. Esimerkiksi ligniinin käyttöä vanerin valmistuksessa on kehitetty yhteistyössä UPM:n oman vaneriliiketoiminnan sekä hartsi- ja liima-alan yritysten kanssa. Vastaavia yhteistyöhankkeita on käynnissä eri toimialoilla.

Pari vuotta sitten Kanadassa julkaistun tutkimuksen mukaan esimerkiksi yksittäinen muoviteollisuuden haara, fenolihartsiteollisuus, voisi käyttää vuosittain jopa miljoona tonnia ligniiniä. Tämä vastaisi noin prosenttia paperi- ja kartonkiteollisuudessa syntyvän ligniinin kokonaismäärästä.

”Ligniinin käytön näinkin voimakas kasvu tarkoittaisi sitä, ettei se olisi metsäteollisuudelle enää pelkkä sivutuote, vaan merkittävä tulonlähde. Se muuttaisi koko metsäteollisuutta”, Suvi Pietarinen sanoo.

Mitä hyötyä sellutehtaasta on ruoan tuotannossa?

Tarvittiin innovatiivinen edelläkävijä ja savinen pelto, niin sellutehtaassa syntyvälle ligniinille löytyi ilmastoviisas käyttökohde myös maataloudesta.

Kun pelto on hyvässä kunnossa, se kestää paremmin sään ääri-ilmiöitä ja tuottaa enemmän ravintoa.  Maaperän mikrobeja voidaan elvyttää puupohjaisilla aineilla, ja samalla maaperään sitoutuu entistä enemmän hiiltä.

”Puukuiduilla parannettu maaperä on paremman veden- ja ravinteidenpidätyskykynsä ansiosta entistä säänkestävämpi”, sanoo Juuso Joona, maanviljelijä ja yksi kiertotalousyritys Soilfood Oy:n perustajista.

Kun Joona opiskeli maataloutta Helsingin yliopistossa ja oli samoihin aikoihin ottamassa vastuuta sukutilastaan Joutsenossa, hän ryhtyi tutkimaan, miten savisia eteläkarjalaisia peltoja voisi elvyttää ja parantaa. Metsäteollisuusalueella kun oltiin, hän kiinnostui metsäteollisuuden sivuvirtojen hyödyntämisestä.

Juuso Joonan, Saara Kankaanrinnan, Ilkka Herlinin ja Eljas Jokisen vuonna 2016 perustama Soilfood tutkii ja kehittää ympäristöystävällisiä lannoitteita ja maanparannusaineita muun muassa metsäteollisuuden sivuvirtatuotteista, esimerkiksi kuitulietteistä ja ligniinistä, jotka perinteisesti on poltettu energiaksi.

”Orgaaniset lannoitteet ja maanparannusaineet auttavat maaperää säilyttämään ravinteet paremmin kuin perinteiset mineraalipohjaiset lannoitteet. Sadot ovat parantuneet, vaikka kesät ovat olleet kuumia ja kuivia”, Joona kertoo.

UPM julkaisee tällä sivustolla juttuja, joissa mietitään, millaisen huomisen haluamme, ja kerrotaan, mitä työtä UPM tekee sen hyväksi.