Framställning och cirkulation av PLA från skogsråvara

Projektet pågick mellan juni 2020 och juni 2022.

Projektet syftade till att utveckla processer samt biobaserade komponenter och produkter från skogsråvara för att möjliggöra ökad och mer hållbar användning av biobaserad plast. Mer specifikt syftade projektet till att utveckla;

  • processer för att framställa polymeren polymjölksyra (PLA) från restprodukter från skogsindustrin
  • plastmaterial och halvfabrikat baserade på skogsbaserad PLA
  • modell för cirkulationssystem för vissa tillämpningar för PLA.

Målet var att ha verifierat processer för att framställa polymeren PLA från skogsbaserad råvara, halvfabrikat och produkter av denna samt en modell för cirkulationssystem för PLA i vissa tillämpningar.

I projektet utvecklades mer specifikt processer för framställning av mjölksyra från fiberslam samt för framställning av PLA från mjölksyran. Vidare utvecklades PLA-kompound för filament för 3D-printing samt för förpackningar. Ett cirkulationssystem för PLA-baserade förpackningar som används B2B skulle utvecklas liksom en go-to-market-strategi och affärskoncept för PLA från skogsråvara. Slutligen ingick en mer detaljerad hållbarhetsanalys för att identifiera och kvantifiera de viktigaste hållbarhetsvinsterna med PLA från skogsråvara.

Projektet innehåll följande arbetspaket:

  • Arbetspaket 1, Utveckling av process för produktion av mjölksyra
  • Arbetspaket 2, Utveckling av process för produktion av PLA
  • Arbetspaket 3, Utveckling av kompound och halvfabrikat baserade på PLA
  • Arbetspaket 4, Utveckling av modell för cirkulationssystem för PLA
  • Arbetspaket 5, Systemanalys ekologisk och ekonomisk hållbarhet

Deltagare

Domsjö fabriker, RISE Processum, Chalmers tekniska högskola, Chalmers Industriteknik, Add North AB, Bervero AB och Kinds Produkter AB.

Budget

Projektet hade en total budget på 5,2 MSEK.

Därför var detta viktigt

Omställningen från fossilbaserad till biobaserad plast går för långsamt, i många fall beroende på att det finns osäkerhet kring hållbarheten i att använda livsmedelsråvaror för produktion av biobaserad plast. Detta projekt, som använder restprodukter från skogsindustrin som råvara, skulle bidra till att minska osäkerheten och samtidigt göra Sverige till en storproducent av biobaserade plastmaterial.

Förväntade resultat

PLA från skogsbaserad råvara, som till exempel restprodukter från massatillverkning, är inte huvudsakligen avsedd att ersätta PLA baserad på andra råvaror. Istället siktade projektet på att skogsbaserad PLA ska undanröja hållbarhetsrelaterade tveksamheter som finns med dagens PLA, tillverkad av socker från grödor, och nå en bred acceptans och ersätta fossilbaserade plaster.

Skogsbaserad PLA skulle också kunna bidra till att öka tillgängligheten av PLA på marknaden. Potentialen för PLA att bidra till omställningen till biobaserad samhällsekonomi är mycket stor, inte minst då PLA kan ersätta många fossilbaserade plaster i förpackningar, som är den tillämpning som använder mest plast (40% av plastanvändningen) idag. Om PLA kunde ersätta 10% av plastförpackningarna som sätts på marknaden under ett år i Sverige, skulle utsläpp på ca 30 000 ton CO2-ekvivalenter kunna undvikas.

Konkreta resultat

Projektet har visat att det går att ta fram högkvalitativ PLA av restströmmar från den svenska skogsindustrin. Målet att framställa större volym för att bearbeta vidare visade sig vara mer utmanande och mer kostsamma än i den ursprungliga planen. Detta har medfört att förutsättningarna för att bygga kunskap kring de teknoekonomiska förutsättningarna, go-to-market strategier samt hållbarhetsanalyser inte heller har kunnat genomföras enligt plan. Projektet avslutas därför i förtid utan att ha levererat på målen för Arbetspaket 3, 4 samt 5. Projektet vill dock påtala att resultaten från Arbetspaket 1 respektive 2 visar på en hög potential gällande möjligheten att framställa PLA från skogliga restströmmar och att det skulle vara motiverat att arbeta vidare med ett liknande projekt. Det kommer dock kräva ett utredande arbete gällande tillgänglighet av processutrustning samt potentialen med olika processtekniker för framställning av högkvalitativ PLA.

Resultatens effekter och potential

TRL: Egentligen skulle man kunna sätta slut TRL på 9 eftersom tekniken att framställa PLA är känd så fort man har nått laktid. Då vi för att förbättra effektiviteten och hållbarheten hos materialet gärna hade testat reaktiv extrudering men inte kommit till stor skala ansätter vi TRL 5.

MRL:  I ansökan låg MRL på en startnivå 1 men över tid har definitionen av nivåerna förändrats och startpunkten kan i stället anses vara 4. Projektet har inte rört sig avseende MRL då större kvantiteter inte har tagits fram i projektet som planerat vilket är en förutsättning för att komma vidare.

SRL: Har också definierats om och startpunkten för projektet kan anses vara 2 då PLA är biobaserat och därmed anses vara bättre ur hållbarhetssynpunkt än fossilbaserade alternativ. De förslag på process för storskalig produktion som har angetts i projektet har inte kunnat värderas därav ingen förflyttning i SRL. Det är dock ett rimligt antagande att hållbarheten för PLA tillverkad med reaktiv extrudering kommer att vara bättre än traditionell tillverkning.

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

PLA, Polylactic Acid, en efterfrågad biobaserad, nedbrytbar polymer som kan ersätta fossilbaserade polymerer i många applikationer, framställs huvudsakligen av sockerarter från antingen majs eller sockerrör. Användning av dessa råvaror ifrågasätts av många eftersom det är grödor som direkt kan användas till mat eller att jordbruksarealer som skulle kunna användas för att odla mat i stället används för att framställa plast, men man tar inte bara resurser i form av arealer i anspråk utan även andra resurser som tid, gödsel osv. Att då i stället framställa PLA från restströmmar från skogsindustrin, som idag används för energiproduktion, skulle däremot kunna möjliggöra en ökad och mer hållbar produktion av PLA från en relativt billig och lite resurskrävande råvara som inte kan användas till livsmedel.

PLA går att återvinna, men då materialet är bionedbrytbar kan det inte hanteras i samma avfallsströmmar som andra plaster, polymerer, utan måste cirkuleras som en egen ström. I tidigare projekt har ett B2B affärssystem som involverade AddNorth och filament för 3D-printing föreslagits och etablerats. I detta projekt har vi inte kommit vidare med andra B2B modeller som planerat. Viss återvinning av eget verksamhetsspill har studerats men mycket arbete återstår.

Extern synlighet

Projektet har inte lett till några publikationer eller patent men det har presenterats vid Vinnväxts Klimatledande Processindustri, insatsområde Förnybart, samt vid Naturvårdsverkets dag ”Vad är på gång inom plastforskningen”.

Nästa steg

Projektet ser goda möjligheter och en stor potential för att ta fram PLA från svensk skogsråvara. Projektet vill därför rekommendera att nya projekt ges möjlighet att arbeta vidare med de utmaningar som har identifierats.

Först och främst är det upprening av fermentationsvätskan. Ultrafiltrering fungerar men efterföljande steg behöver studeras mer för att få en effektiv process. Tillverkning av etyllaktat med efterföljande extraktion fungerar i labbskala men behöver utvärderas på industriell skala.

För tillverkning av PLA visar projektets resultat att genom att kombinera kunskap från industriella processer med ny kunskap såsom med mikrovågsteknik och reaktiv extrudering så finns det goda möjligheter att framställa PLA från svenska skog på ett hållbart och teknoekonomiskt intressant och effektivt sätt.

Ytterligare arbete med att se över cirkulära modeller för PLA är också intressant utifrån att det mesta av PLA strömmarna inte återvinns idag.

Projektets har haft som fokus att framställa PLA, en efterfrågad biobaserad plast. Men under projektets gång har vi även sett att det också kan vara relevant att arbeta vidare med mjölksyran eller oligomer PLA som intermediärer, plattformar för att ersätta andra fossilbaserade kemikalier.