Nya stärkelsebaserade limsystem för att möjliggöra återvinning av träfiberskivor

Projektet pågick mellan juni 2020 och oktober 2022.

Syftet med projektet var att utveckla och validera (både i laboratorium och i en relevant industriell miljö) nya lim baserade på modifierad stärkelse för fiberskivor, samt de sekundära fibrer som skapas i processen. Antagandet var att sådana lim skulle möjliggöra återvinning av fiberskivor, vilket skulle vara ett bra miljöalternativ till förbränning, det enda alternativ som finns tillgängligt och används idag.

Träpanelindustrin använder nästan uteslutande lim baserade på ureaformaldehyd (UF). Det finns emellertid stora farhågor när det gäller användning av dessa i framtiden. Närmare bestämt har formaldehyd nyligen klassificerats som cancerframkallande och den globala förbrukningen av UF-lim är cirka 12,2 miljoner ton per år. Dessutom har den nuvarande UF-produktionen ett betydande kolavtryck på 200 kg CO2-ekv/tn-panel.

Produkten i fokus i detta projekt var träfiberskivor. Idag är det den näst viktigaste paneltypen när det gäller produktion i hela världen, med mer än 100 miljoner m3/år. Tyvärr finns det ingen kommersiellt genomförbar metod för att återvinna fibrer eller produkter som innehåller träfiberskivor.

Minst 220 miljoner m3 träfiberavfall har skapats över hela världen bara under de senaste fem åren. Utifrån nya lovande resultat ville projektet undersöka nya stärkelsebaserade limsystem för träfiberskivor, med en reducerad mängd av syntetisk tvärbindare än vad som används i branschen idag. Detta skulle möjliggöra en miljövänlig generation av sekundära fibrer från träfiberskivor. Ett ytterligare mål i projektet var därför att definiera en livskraftig återvinningsteknologi för dessa.

Industriföretagen i projektet hade en central roll i processen för att integrera de utvecklade koncepten i dagens industri och projektet representeras därför av några av de mest kända aktörerna i värdekedjan; ett kooperativ av jordbruksföretag tillika en stärkelseproducent (Lantmännen) och en producent av träskivor för masstillverkning av möbler (IKEA). Nova Innovation Solutions bistod genom att presentera en ny återvinningsmetod för träskivor baserad på vattenstrålar.

Projektet avsåg att bidra med följande framsteg till den nuvarande tekniken;

  • en mer hållbar produktion genom att ersätta de petroleum-härledda limsystem baserade på ureaformaldehyd som används idag
  • återanvändning av träfiber i produktionen av träfiberskivor, för att minska trycket på skogar för att leverera färska fibrer, såväl som för att mildra den miljöpåverkan som sker vid förbränning av träfiberskivavfall eller avfall som innehåller sådana paneler
  • formaldehydfria träfiberskivor för att uppfylla konsumentens och lagkraven vad gäller formaldehydutsläpp
  • signifikant minskning av klimatavtryck för träfiberskivor.

Projektets aktiviteter var uppdelade i fyra arbetspaket.

WP1 skulle leverera en labbvaliderad teknologi för beredning av stärkelsebaserade lim.

WP2 skulle leverera en labbvaliderad teknik för träfiberskivstillverkning med stärkelsebaserade lim.

WP3 skulle leverera pilotprojekt av tillverkning av träfiberskivor och ett experimentellt koncept för att återvinna fibrer med vattenstrålar.

WP4 skulle leverera en jämförande miljö- och kostnadseffektanalys av teknologier och rekommendationer för industriell implementering och marknadsupptag.

Workshop

Bilden visar ett steg i modifieringsprocessen för vetestärkelse.

Därför var detta viktigt

För att hantera ökad medvetenhet hos konsumenter, lagkrav och alarmerande klimatförändringar krävs innovativa framsteg inom tillverkningen av träfiberskivor. Dessa framsteg skulle minska fossilberoendet, växthusgasutsläppen och de negativa hälsoeffekterna av formaldehyd som används i nuvarande lim.

Förväntade resultat

Projektet avsåg ta itu med alla tekniska, marknadsmässiga och hållbarhetsutmaningar i samband med tillämpande av stärkelsebaserade lim vid tillverkningen av fiberplattor. Projektet förväntades därmed att medföra en ökat hållbar produktion genom att ersätta de petroleum-härledda limsystem baserade på ureaformaldehyd, som används idag, samt att återanvända fiber, vilket minskar trycket på skogar för att leverera färska fibrer. En cirkulär ekonomisk strategi möjliggjorde dessutom för skogs- och jordbruksnäringen att söka alternativ för sina förnybara råmaterial såsom stärkelse, för användningsområden med högre marginaler. Ekonomiskt hållbara och miljövänliga lim skulle innebära bättre möjligheter till marknadsföring och ökad hållbarhet för möbelprodukter.

Konkreta resultat

Projektet utförde forskning som skulle optimera både framställning och applicering av stärkelsebaserade lim, både i laboratoriet och i en industrirelevant miljö. Man ville producera återvinningsbara träfiberskivor genom att:

  • definiera protokoll för stärkelseoxidation, syntes och validering i laboratorieskala av stärkelsebaserade lim
  • tillverkning och validering av träfiberskivor med stärkelsebaserade lim
  • pilottillverkning av fiberskivor
  • återvinningsbarhet av träfiberskivor med hydroblästring
  • marknad och miljömässig hållbarhet.

Viktiga resultat är:

1 publikation har skickats till BioResources tidskrift och är för närvarande under granskning;

1 svensk patentansökan är för närvarande under utvärdering.

Resultatens effekter och potential

Ett lim baserat på 50 % oxiderad stärkelse i nuvarande industriella miljöer och med dagens priser för att tillverka fiberskivor, skulle vara ganska konkurrenskraftiga när det gäller materialkostnader, jämfört med standard industriskivor limmade med UF-harts. Även om dialdehydstärkelse kan leda till nästan 100 % biobaserade lim, skulle det kräva dubbla kostnader. Ytterligare optimeringssteg krävs vad gäller förbrukning av kemikalier och applicerings-/pressningsparametrar för att nå en högre TRL-nivå.

Projektet visade också att en hydroblästringsteknik har en stor potential för återvinning av träfiberskivor, vilket är en av de stora flaskhalsarna i branschen idag. Det var möjligt att erhålla jämförelsevis längre fibrer och lägre finfraktioner med alla typer av träfiberskivor tillverkade med stärkelsebaserade lim, än med de som tillverkats med kommersiellt UF. Emellertid behövs förbehandling av fiberskivor och justeringar av processparametrar under hydroblästring, för att erhålla fiberdimensioner som är lämpliga för användning tillbaka till fiberskivor.

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

Det finns stora farhågor när det gäller användningen av petroleumhärdade härdplaster (främst urea-formaldehyd, UF) i träbaserad paneltillverkning. Formaldehyd har nyligen omklassificerats som ett cancerframkallande ämne i kategori 1B. Den globala förbrukningen av UF-hartser är ca. 12,2 miljoner ton/år på torr bas, och den nuvarande UF-produktionen har ett betydande koldioxidavtryck på 200 kg CO2-eq/ton panel i produktion.

Med tanke på de enorma volymerna producerade paneler ( 54,7 miljoner m3/år endast i Europa), kan nya miljövänliga lim ha en betydande inverkan på hållbarheten i denna sektor. Projektet föreslog två nya metoder för kemisk modifiering av vetestärkelse baserade på oxidation för att skapa mer funktionella material för limtillverkning. Dialdehyd och oxiderade stärkelsepolymerer skulle effektivt kunna användas i limrecept för träfiberskivor och nå 50 % till nästan helt total biobaserad halt.

Träfiberskivor är den näst viktigaste paneltypen i världen med mer än 100 miljoner m3/år. Tyvärr finns det ingen kommersiellt gångbar metod att återvinna träfiberskivor eller produkter som innehåller träfiberskivor. Minst 220 miljoner m3 träfiberavfall har skapats över hela världen under de senaste fem åren. Detta gör återvinningssektorn osäker och länder måste hitta återvinningsmetoder för miljontals m3 träfiberskivor under de kommande åren. Ett koncepttest (proof of concept) presenterades, baserat på hydroblästring, för återvinning av träfiberskivor tillverkade med de modifierade stärkelselimmen. Ytterligare optimeringssteg är nödvändiga för att både limapplicering och återvinning av paneler ska nå en högre TRL.

Projektet stödde Sveriges vision att vara en biobaserad och cirkulär ekonomi år 2050 samtidigt som vikten av effektiv användning av naturresurser (trä) och återvinning (fiberskivor) betonas starkt i Agenda 2030 med FN:s 17 globala mål för hållbar utveckling.

Nästa steg

Projektpartners har beslutat att fortsätta verksamheten vid högre TRL och ansöker därför om ett demonstrationsprojekt i BioInnovations utlysning Möjliggörande teknologier och processer för biobaserade produkter.

Deltagare

Linnéuniversitetet, Sveriges lantbruksuniversitet, Lantmännen, IKEA och Nova Innovation Solutions.

Budget

Projektets budget var 3,9 MSEK.

Läs mer om projektet på Linnéuniversitetets webb.