Ekologinen välilamelli hirsiaihioon

Idea protolle saatiin Tervolassa toimivalta Vaaran Sahalta. Yritys oli kiinnostunut luomaan uudenlaisen, ekologisen välilamellin painumattomaan hirsituotteeseen hyödyntäen sahalla syntyvää sivuvirtaa, kuten selluhaketta tai kutteria. Yrityksen toiveena oli, että uudenlaisen puutuotteen avulla voitaisiin maksimoida tukista saatava hyöty hukkaa vähentämällä, sekä lisätä samalla jatkojalostusta osana toimintaa. Tuotteena hukkaa hyödyntävä hirsiaihio tehostaisi resurssien käyttöä yrityksen toiminnassa sekä tarjoaisi markkinoille ekologista rakentamista tukevan, valveutuneita kuluttajia ja jälleenmyyjiä kiinnostavan tuotteen.

Protossa haluttiin kokeilla liiman sijasta ympäristöystävällistä vaihtoehtoa sidesaineelle. Valinta rajautui alkuselvitysvaiheen aikana selluntuotannon sivuvirtana syntyvään ligniiniin, jolla on mahdollista korvata fossiilipohjaisia sideaineita. Lamellin ominaisuuksista kiinnostivat erityisesti lämpö- ja kosteustekninen toiminta sekä rakenne. Välilamellin ei tarvitse toimia hirsiaihiossa kantavana rakenteena, mutta sen tulisi olla tarpeeksi kiinteä kestämään linja-ajon sekä työstön profiiliksi. Lisäksi lamellin tulisi olla hengittävä mutta tarpeeksi eristämiskykyinen.

Käynti Vaaran Sahalla

Ennen protoprosessin aloitusta kävimme tutustumassa paremmin idean antaneen yrityksen toimintaan. Paikan päällä näimme tarkemmin, missä eri työstön vaiheissa tämän hetkisen sivuvirrat syntyvät, sekä miten niitä säilötään ja jatkokäsitellään.

Protomateriaalina puuteollisuuden sivuvirta

Selluhake

Sahalla syntyvistä sivuvirroista proton valmistukseen valikoitui tasalaatuisuutensa vuoksi sellu- ja kuivahake. Potentiaalista, usein polttoon ja energiaksi menevää, hukkamateriaalia lamellin tekoa varten olivat myös sahanpuru, kutterilastu ja puun kuori.

Ligniini

Ligniini on selluteollisuuden sivutuote, jota käytetään hartsien ja liimojen lisäaineena. Ligniinissä nähdään potentiaalia korvaamaan vastaavia fossiilisia materiaaleja. Protossa hyödynnettiin muodoltaan puhtaampaa jauhemuotoista kraftligniiniä.

Puumurska–ligniini-sekoite

Materiaalisekoitteen valmistuksessa on huomioitava muunmuassa puuhakkeen palakoko ja kosteuspitoisuus, ligniinin, veden ja muiden lisäaineiden seossuhteet sekä ainesten yhdistäminen tasaisesti suihkuttaen ja sekoittaen.

Lämmitettävä puristusmuotti

Ligniini vaatii sideaineena aktivoituakseen sekä lämpöä että painetta. Koska emme löytäneet paikallisesti sekä lämmitykseltään että puristusvoimiltaan soveltuvia puristimia työhön, koelevyjen puristustyötä varten teetätettiin metallinen teräsmuotti. Muotin tuli olla sekä lämmitettävissä, että tarpeeksi kestävä käytettäväksi puristustyössä. Tilaamamme kaksiosainen teräsmuotti sisälsi alaosan, johon kiinnitimme sivuille ja pohjaan lämmitettävät, keraamiset vastusmatot sekä yläosan, joka mahtui alaosan sisälle ja joka toimi painimena levyn teossa. Lämmitykseen vaadittava kuumalaitteisto saatiin Lapin AMKin uudistuvan teollisuuden osaamisryhmältä Kemistä lainaan.

Prototyypin valmistus

Tutustuminen materiaaleihin

Puutavaran kuivaus

Puutavaran murskaus ja seulonta

Materiaalisekoitteen valmistus

Muotin voitelu

Lämmityksen konffaus

Muotin lämmitys

Sekoitteen levitys muottiin

Koelevyn puristus

Muotin jäähdytys

Levyn irrotus muotista

Valmiit koelevyt

Prosessin aikana valmistettiin viisi koelevyä, joista kaksi saatiin ehjinä ja kokonaisina ulos. Yksi levyn valmistuksen haasteita oli sen tavanomaista lastulevyä suurempi paksuus, joka vaadittiin siihen, että levy voisi soveltua hirsiaihion lamelliksi. Vaikka valmistusprosessissa pystyttiin hyödyntämään joitakin lastulevyteollisuudesta tuttuja käytänteitä ja arvoja ohjenuorana, proton valmistus oli suurimmilta osin tutkimuksellista työtä.

Koelevyjen välillä oli eroa ligniinin ja veden sekoitussuhteissa sekä tavoitetiheydessä ja siten käytettävän aineksen määrässä. Lisäksi variaatioita oli paineessa, puristuksen kestossa, esipuristuksen käytössä ja jäähdytyksessä. Sekoitussuhteita ja prosessia muutettiin ja kehitettiin puristustöiden aikana saatujen tulosten pohjalta. Ratkaisevaksi tekijäksi puristusprosessissa osoittautui jäähdytys, ja ensimmäisten levyjen arveltiin epäonnistuneen ensisijaisesti liian aikaisen muotista irrotuksen vuoksi. Ligniini–puu-levy saavuttaa lopullisen kovuutensa ja muotonsa vasta jäähdyttyään.

Vesihöyrynläpäisevyystestaukset

Valmiin levyn kosteusteknistä toimintaa testattiin ja verrattiin tiedossa oleviin puun ominaisuuksiin. Testin tarkoituksena oli tutkia, kuinka paljon vesihöyryä siirtyy levyn läpi aikayksikköä kohden.

Testit suoritettiin kuivakuppikokeena. Levystä sahattiin näytepaloja, jotka kiinnitettiin koekuppeihin, joiden pohjalla oli kuivausaineena silikageeliä. Silikageeli absorboi kosteutta näytteiden läpi, jolloin kuppien massa kasvoi. Kuppeja punnittiin säännöllisesti, kunnes massan muutos oli stabiili. Näin saadusta massanmuutosnopeudesta voitiin määrittää levyn vesihöyrynläpäisyominaisuudet.

Tulokseksi levylle saatiin vesihöyrynläpäisevyys δp = 7,510×10−12 kg/(m⋅s⋅Pa). Puun vastaava luku on 3…7×10−12 kg/(m⋅s⋅Pa) (Puulevyteollisuus 2017). Näin ollen ReLog-lamellin vesihöyrynläpäisyominaisuudet vastaavat puulamellia.

Prototyyppi valmistettiin kahden kuukauden aikajänteellä keväällä 2024 osana EKOTEQU-hanketta. Hankkeessa toteutettavat protot keskittyvät lappilaisten pienivolyymisten sivuvirtojen hyödyntämiseen osana uusien innovaatioiden luomista. Kukin kuudesta tehtävästä protosta sisältää kuukauden testaus- ja tutkimusvaiheen sekä kuukauden toteutusajan.

EKOTEQU-hanke toteutetaan aikavälillä 1.8.2023–31.12.2025.

Hankkeen kokonaiskustannukset ovat 495 601 €, joista Lapin liiton myöntämää EAKR- ja valtion rahoitusta on 396 480 €.