Projektet pågick mellan juni 2022 och maj 2024.
Projektet avsåg utveckla en ny typ av byggskiva med potential att öka det årliga värdeutbytet med cirka 330 MSEK per år och skapa en årlig klimatnytta genom att 50 000 ton koldioxid inkluderas i en betydligt längre livscykel jämfört förbränning.
Projektets bidrag till FN:s hållbarhetsmål (SDG):
- Mindre formaldehydavgivning från produkten under användningsfasen (SDG3).
- Användningen av mindre andel sågspån främjar ökad effektivitet hos svenska sågverk så att de endast är beroende av barkrester för energiproduktion (SDG7).
- Nya affärsmodeller för skivprodukter i Sverige med en högkvalitativ, lågvärdig rest (sågspån) genom användning av joniska vätskor i stället för konventionella limmer (SDG9).
- Användning av biobaserade produkter i byggnadskonstruktion, där högpresterande produkter kan produceras och ersätta mindre hållbara material (SDG11).
- Etablera praxis där biobaserade byggprodukter ger logiska lösningar på byggbehov för högpresterande material, som kan återvinnas/återanvändas (SDG12).
- Sågspån till flera användningsområden innan det förbränns för energi (SDG13).
- Nya starka band mellan träindustrin och byggsektorn för att säkerställa att de utvecklade idéerna möter tillverkarnas förväntningar och slutanvändarnas behov (DSDG17).
- Projektet avsåg leverera en ny typ av träbaserade skivprodukter från en resursström (sågspån) och metodik (joniska vätskor) som hittills inte har utnyttjats.
Deltagare
Holmen AB, Norra Skog och Luleå tekniska universitet.
Budget
Projektet hade en total budget på 5 MSEK.
Därför var detta viktigt
Projektet demonstrerade potentialen med att tillverka högkvalitativa skivmaterial för byggsektorn som matchar eller överträffar de produkter som används idag, till exempel gipsskivor. Fördelen skulle vara att den nya skivan skulle baseras på lokalt framställt material från sågverk (sågspån) och tillverkas utan lim. Resultatet skulle vara ökad CO2-lagring i långlivade produkter, istället för att spånet direkt eldas vid sågverken, samtidigt som det skulle ge byggprodukter en bättre miljömässig och teknisk profil än vad befintliga produkter idag har.
Förväntade resultat
Projektet förväntades ta fram innovativa skivor för svensk byggsektor från tio procent av sågspånproduktionen vid sågverken.
Därtill förväntades projektet:
- Etablera kapacitet för 67 000 m3 skivproduktion per år från nämnda sågspån (öka den totala svenska skivproduktionen med cirka 13 procent, samtidigt som man ersätter cirka 22 procent av den totala MDF-importen (om den är begränsad till den enda produktersättningen).
- Förädlingskapacitet beräknad till 330 Mkr per år (exklusive produktion och kemikalier).
- Större svensk självförsörjning och förstärkta gröna aspekter för byggande.
Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi
Projektet syftade till att identifiera sätt att tillföra värde till restströmmar från sågverk. Även om användningen av rester kan tillföra bränsleflödet inom sågverk (och torkning i kammare) kan minska energibehovet från icke-förnybara resurser, är förnybara försörjningar väl etablerade i Sverige. När det gäller samhälleliga behov måste industrin identifiera sätt att förbättra vårt byggda samhälle med högfunktionella produkter, särskilt inriktade på energieffektivitet.
Detta innebär inte att resultaten av projektet inte är av kommersiellt intresse. Det visar dock att alternativa tillverkningsvägar kan behöva genomföras (t.ex. via tredje part) eller tillämpa den kunskap som lärts in på andra marknadsområden.
När det gäller de hållbara utvecklingsmål som övervägdes vid projektets början, markeras de uppnådda resultaten i tabellen nedan i fetstil.
SDG3: Projektet kommer att utveckla produkter som ger mindre utsläpp under användningsfasen (på grund av borttagandet av formaldehyd från panelproduktionen). Detta kommer att förbättra inomhusluften och därmed hälsa och välbefinnande. – Utvecklingen av formaldehydfria brädor har bidragit till att uppnå detta mål.
SDG7: Även om användningen av sågspån som normalt är avsett för förbränning kan verka negativt för ren energi, kommer det faktiskt att främja ökad effektivitet i svenska sågverk så att de endast är beroende av barkrester för energiproduktion. – Konceptet med denna policy demonstrerades och utvärderades i livscykelkostnader, och även om processvägarna var ekonomiskt acceptabla, var kraven på innovativa brädor för närvarande för krävande.
SDG9: Skapa livskraftiga affärsvägar för produktion av panelprodukter i Sverige med hjälp av högkvalitativa, lågvärdiga rester (sågspån) genom användning av jonvätskor istället för konventionella hartssystem. Industrin är redo att anta sådana system som passar för att möta marknadens efterfrågan från befintliga resurser. – Rollen för jonvätskor visade sig vara mindre övertygande när det gäller förväntade produktegenskaper och visade sig vara skadlig när det gäller de ekonomiska kostnaderna för deras inköp. Dock visade sig rollen för imidazol (en komponent i jonvätskor) lovande.
SDG11: Etablera vägar för användning av biobaserade produkter i modern konstruktion, där högpresterande produkter kan produceras och ersätta mindre hållbara material. – Även om de kommersiella vägarna inte visade sig vara acceptabla för omedelbar tillämpning, utgör konceptet att utveckla nya brädmaterial med brandskydd, hållbarhet, låga utsläpp etc. ett fortsatt långsiktigt mål.
SDG12: Etablera metoder där biobaserade byggprodukter ger logiska lösningar för byggbehov av högpresterande material, som kan återvinnas/återanvändas efter deras förväntade livslängd. – Utvecklingen av dessa metoder fortsätter utöver projektets omfattning.
SDG13: Etablera en väg för cascading sawdust till flera användningsområden innan det förbränns för energi. Detta kommer att hjälpa genom att binda kol under längre perioder och underlätta kolreducering. – Kaskadvägen för alternativa användningar och återanvändningar av sågspån har demonstrerats effektivt på labbnivå.
SDG17: Bygg starka länkar med industrin och byggsektorn för att säkerställa att de idéer som utvecklas i detta projekt möter tillverkarens förväntningar och behoven hos slutanvändare/allmänheten. Detta kommer att säkerställa produktionen av nya träbaserade paneler med förbättrade miljöfördelar som uppfyller eller överträffar de för närvarande tillgängliga panelerna. – Länkarna med industrin har stärkts som ett resultat av detta projekt och kommer att fortsätta att utvecklas, inte bara utifrån projektets mål utan även inom parallella idéer till detta arbete.
Konkreta resultat och leverabler
Nyckeln till framgången med detta projekt var att hitta och utvärdera ett bindemedelssystem som inte innehöll konventionella system som formaldehyd. Detta uppnåddes genom användning av imidazol eller succinimid. Dessa föreningar fungerade rimligt bra på egen hand, men det fanns förbättringar tack vare en synergistisk effekt mellan dessa föreningar och citronsyra. Citronsyra är känd för att genomgå en polyesterifikationspolymerisation med träkomponenter och det är troligt att detta ger en ytterligare ryggrad för bindningen av imidazol respektive succinimid.
Projektet genomförde en rad tillverkningstester i liten skala för att identifiera brädornas egenskaper. Dessa hjälpte till att identifiera de mest effektiva prototyperna utifrån olika prestandakriterier. Det möjliggjorde också jämförelse av brandegenskaper som ett resultat av olika brandskyddsbehandlingar.
Resultaten diskuterades med industriella partners under hela projektets gång, även om det för närvarande inte fanns någon önskan att investera i immateriella rättigheter. Detta möjliggjorde dock publicering av vetenskapliga artiklar (vissa redan publicerade, vissa under tryckning) i granskade tidskrifter och på vetenskapliga konferenser.
Utfallet från de planerade leveranserna listas nedan (markerade i fetstil):
D1: Översikt av aktuell marknadsanalys – detta genomfördes som en uppgift mellan alla projektpartners, men med tanke på konfidentialitetsnivån i övervägandena var det inte möjligt att beskriva dessa i detalj. Det räcker att säga att den nuvarande kommersiella tillgången inte mötte projektets behov utöver dess tvååriga varaktighet.
D2.1: Preliminära pressförhållanden – dessa genomfördes på en rad material, effektivt för varje kombination av behandlingslösningar som övervägdes. För vissa (t.ex. jonvätskor) blev det omedelbart klart att resultaten inte var tillräckligt bra, medan andra krävde analyser av tid, temperatur och procentuell sammansättning för att möjliggöra att gå vidare till nästa leveranser.
D2.2: Översikt av optimalt tillverkningssystem – detta uppnåddes för imidazol, succinimid, citronsyra/sorbitol-brädor tillsammans med deras analoger med ytterligare behandlingar (t.ex. brandskyddsmedel).
D3.1: Tillsats av stabilitets- och hållbarhetskemikalier – det visade sig att behandlingen med imidazol och succinimid resulterade i mycket stabila brädsystem, kapabla att motstå kokande vattentester i de bästa fallen, vilket minskade behovet av ytterligare kemikalier som skulle komplicera systemet.
D3.2: Tillsats av brandskyddsmedel – Tillsatsen av jonvätske-brandskyddsmedel gav inte den förväntade skyddsnivån, vilket troligen berodde på de höga pressningstemperaturerna som användes i detta projekt. Användningen av ett mer traditionellt brandskyddsmedel (ammoniumdihydrogenfosfat) gav mer gynnsamma resultat och visade potentialen för denna metod.
D4.1: Översikt av mekaniska egenskaper, stabilitet hos brädor i liten skala – detta arbete genomfördes enligt europeisk standard EN312 och visade begränsade mekaniska egenskaper jämfört med konventionellt tillverkade brädor med formaldehydbaserade hartser, men jämförbart med nya biobaserade hartser som för närvarande utvärderas. Brädornas stabilitet var upp till de högsta teststandarderna (klassificerade som P7-brädor).
D4.2 Resultat från långvariga testmetoder (hållbarhet, brandskydd) – för att bedöma hållbarhet applicerades behandlingarna på massivt trä, för att undvika långsiktigt fel av spånskivor under högfuktighetsförhållanden. Dessa tester (vissa fortfarande pågående) verkar visa förmågan att ge hög hållbarhet. Brandskyddsarbete på behandlade prover (med och utan brandskyddsmedel) visade fördelarna med deras tillsats.
D5.1: Bestämning av livscykelkostnader, sociala aspekter – dessa resultat var delvis konfidentiella med de inblandade företagen. Dock insåg man snabbt att användning av jonvätskor inte var ett genomförbart alternativ på grund av de höga kostnaderna som uppstod. Detta skulle göra varje uppskalning praktiskt taget omöjlig på en ekonomisk nivå. De sociala aspekterna indikerade de fördelar som kunde uppnås genom återanvändning av material.
D5.2: LCA-bedömning av tillverkade brädor: – Eftersom detta inte genomfördes i full pilotskala, beaktades det inte helt. Men när det gäller kemisk säkerhet var brädor tillverkade med succinimid mer fördelaktiga på grund av vissa potentiella risker med användningen av imidazol. Dock föreslog alla brädor fördelar jämfört med traditionella formaldehydbrädor.
D6.1: Teknisk bedömning av tillverkningsbarhet – även om resultaten baserades på småskalig tillverkning, verkar de tyda på att tillverkning av brädor skulle kunna uppnås lätt, även om partikeldimensionerna från sågverken inte var idealiska för brädtillverkning.
D6.2: Semikommersiella brädor redo för marknadsvärdering – på grund av bristen på tillgänglig utrustning för större skala, begränsades provstorlekarna till 30×30 cm storlek. Framtida arbete skulle kunna se processen utvärderad på en större anläggning i ett annat land (t.ex. Storbritannien), men detta var inte tillgängligt under projektet på grund av utrustningsfel och dess användning i andra projekt, samt att det skulle medföra betydande driftkostnader.
Resultatens effekter och potential
Resultatens påverkan kan innebära framtida utveckling av kompositplattor. Det finns fortfarande ett intresse för de erhållna resultaten och hur dessa kan vidareutvecklas, särskilt när det gäller brandsäkerhet och långsiktig beständighet av dessa flamskyddsmedel. Konceptet skulle kunna utvecklas som en underleverantörsprocess eller av andra företag som utvecklar relaterade processer. Värdekedjan kan dra nytta av användningen av korta partiklar i nya produkter, och denna kunskap kan länkas till andra företag.
Samhälleliga förutsättningar
Strävan mot European Bauhaus har lagt större vikt vid biobaserade lösningar för modern konstruktion. Dessa produkter ska inte bara uppfylla prestandakriterierna för de konventionella material som används idag, utan de ska också ge ett samhälleligt mervärde. Användningen av sågverksrester minskar trycket på att avverka material för en rad olika produkter, såsom skivprodukter. Detta ger stora fördelar för samhället som helhet genom bevarandet av skogar och mångfalden av flora och fauna, samtidigt som material som traditionellt används för energi ersätts med mer miljövänliga förnybara källor (även om trä för energi i sig anses miljövänligt – saker kan alltid förbättras).
Strävan efter innovation kan hjälpa till att driva detta projekt framåt, om inte för hela produkten, så för dess komponenter (såsom inkorporering av flamskyddsmedel och användning av material som påverkar hållbarhet och dimensionsstabilitet).
Extern synlighet
Projektet rapporterades genom den digitala årsrapporten för BioInnovations för 2023. Artikeln kan laddas ner från https://arsrapport.bioinnovation.se/2023/klimatsmart-trabyggande/sagspan-fran-svenska-sagverk-blir-miljovanligt-byggmaterial/.
Dessutom presenterades projektet vid International Panel Products Symposium, som hölls i Llandudno, Storbritannien den 3-4 oktober 2023, och vid Wood Science and Engineering-konferensen i Ås, Norge den 10-12 oktober 2023. Konferensdokumentation av dessa presentationer förbereddes också.
Fullständiga vetenskapliga publikationer har hittills publicerats enligt följande:
Scharf, A., Sandberg, D., Jones, D. (2024). The influence of chemical content and pressing temperature on the properties of citric acid-bonded particleboards from softwood sawmilling residues. Wood Material Science & Engineering. https://doi.org/10.1080/17480272.2024.2367608.
Scharf, A., Popescu, C.-M., Oja, J., Ormondroyd, G., Medved, S., Sandberg, D., Jones, D. (2023). Particleboards Bonded by an Imidazole-Based Adhesive System. Materials, 16(22), 7201.
Nästa steg
Marknaden för träbaserade skivmaterial av den typ som studerats i projektet är i första hand för användning i byggande och boende, dvs en förhållandevis lokal marknad som är starkt konkurrensutsatt. Råmaterialkostnader, transportkostnader och andra, ofta icke biobaserade materials prisbild, blir viktiga aspekter att utvärdera. Förutom de enbart tekniska kraven på materialet blir det då viktigt att addera kundvärden, vilket har varit en viktig del av det nu avslutade projektet där vi fokuserat på den mycket viktiga egenskapen brandbeständighet. I den marknadsanalys som gjordes i projektet visade biobaserade isoleringsmaterial passade bättre (än den typ av spånskiva som studerades i projektet) in i den råvarubild etc som de i projektet deltagande företagen baserade sin verksamhet på. Andra företag komma ha andra förutsättningar. En naturlig fortsättning på projektet är därför att verifiera och om möjligt förstärka den tekniska prestandan hos nu utvecklat skivmaterial samt att se om mer kundvärde kan adderas. Vidare, marknadsanalyser behöver generaliseras för olika regioner och marknader för att bättre kunna identifiera rätt utvecklingsbas för denna typ av material. Det är dock inga tvivel om att byggbranschen behöver nya typer av biobaserade byggskivor, men det måste vara konkurrenskraftiga mot andra material.