21. February 2013
Kirjoittaja: Tuomo Niemi
2.1. Johdanto selluteollisuuden kehitykseen
1900 –luvun jälkipuolisko muutti tehdastoimintaa merkittävällä tavalla. Yksi oleellinen muutos oli klooridioksidin hyödyntäminen valkaisussa. Tämä mahdollisti myös ns. täysvalkaistun massan tuotannon sulfaattimenetelmällä. Toinen merkittävä tekijä oli MC-teknlogian kehittäminen ja sen laaja käyttöönotto. Lisäksi kehitettiin mustalipeän talteenottolinjaa. Haihduttamoihin lisättiin konsentraattori- ja lisävaiheita siten, että päästiin kuiva-ainetasolle yli 80%. Vuosisadan vaihteessa suomalaiset soodakattilavalmistajat siirtyivät korkeampiin höyryarvoihin, mikä toi mukanaan huomattavan kapasiteetin nousun kattilalaitoksille, mutta edellytti myös korkeampien teräslaatujen käyttöä kattilan rakenne- ja komponenttiosissa.
Sulfiittimenetelmä menetti asemaansa, johon vaikuttivat mm. massan laatutekijät suhteessa täysvalkaistuun sulfaattimassaan (kraft-massa), kemikaalien talteenottoaste sekä ympäristön suojelun edellyttämät mittavat investoinnit asetettujen tavoitearvojen saavuttamiseksi.
Sulfaattimassan keitto tapahtui 1960-luvulla vielä pääosin eräkeittomenetelmällä. Tosin aiemmin pesukyypeissä tapahtuneesta massan pesusta oli jo siirrytty suljetumpaan monivaiheiseen rumpusuodatinpesuun, jolloin, kemikaalien talteenottoaste nousi selvästi. 1970-luvulla eräkeittoprosessin rinnalle yleistyi jatkuvatoiminen vuokeittomenetelmä, joka sittemmin koki monenlaisia kehitysvariaatiota energian ja valkaisukemikaalien vähentämiseksi tuotantolinjalla.
1980-luvun lopulla eräkeittomenetelmä koki suuren muutoksen tehtaan energiataseen parantamiseksi. Tällöin kehitettiin keittolipeiden kierrättämiseen ja lämpöenergiasisällön hyödyntämiseen perustuvia menetelmiä.
Ympäristötekijät muodostuivat aiempaa kriittisemmiksi. 1960-70 taitteessa tehtiin kartoitus tehtaiden päästöistä Pohjoismaissa. Tämän mukaan vuotuisista päästöistä jopa 60% muodostui satunnaispäästöistä, mikä edellytti suuria toimenpiteitä tehdasprosessien hallinnan parantamiseksi. Tämä myös merkitsi sitä, että sekä viranomaiset että ympäristökriittiset tahot kiinnittivät entistä suurempaa huomiota tehtaiden toimintaan.
Positiivinen vaikutus tehtaiden näkökulmasta oli, että vaatimus tehtaiden toiminnan hallinnan parantamiseksi käynnisti voimakkaan kehitystoiminnan sekä tehtailla sisäisesti että toimialan yhteisissä tutkimuslaitoksissa Suomessa ja Ruotsissa.
Energiakriisi 1970-luvun alussa aiheutti energian kulutuksen pienentämis-tarpeen yksikköprosesseissa ja samalla myös mm. vedenkulutuksen vähentämisen pumppaus- ja lämpöenergian säästämiseksi.
Näissä olosuhteissa muodostui selvä tilaus tietokoneohjausten kehittämiseksi ja hyödyntämiseksi. Markkinoille tuli useita järjestelmiä osastokohtaiseen ohjaukseen mutta myös ns. ylemmän tason ohjausjärjestelmiksi. Nämä kuitenkin jäivät vain välivaiheeksi, koska erilaisiin algoritmeihin perustuvat ohjaukset kärsivät luotettavien mittausten puutteesta.
Uusien mittausmenetelmien kehitys sekä digitalisten ohjausjärjestelmien tulo markkinoille toivat tehdasprosessien hallinnan aivan uudelle tasolle ja edellytti mittaustekniikan kehittämistä edelleen prosessitaseiden hallinnan parantamiseksi. Näitä olivat mm. virtaus-, sakeus-, vaaleus- sekä kemikaali-pitoisuusmittaukset. Tällä alueella suomalaisten kehittäjien merkitys on ollut maailman laajuisesti merkittävää. Se myös merkitsi sitä, että perustieto osaprosessien toiminnasta parantui sekä toimintojen määrittely ohjausjärjestelmää varten piti tehdä entistä tarkemmin ja syvällisemmin.
Vedenkäytön vähentämistavoite teki myös keskisakeus- eli MC-prosessit entistä tärkeämmiksi. MC-teknologia edellytti myös oleellista kehitystyötä eri osaprosessien ja laitekomponenttien osalta, kuten esimerkiksi pumput, reaktiotornien syöttö- ja purkulaitteet, kemikaali- ja höyrysekoittimet.
Massatehtaan kokonaisvedenkulutus laski aiemmalta 150 m3/t tasolta tasolle 80 m3 /t ja edelleen nykyiselle 40 m3 /t tasolle .
Valkaisuteknologiassa ympäristötekijöiden kriittisyys vauhditti myös prosessikehitystä. Ensin edellytettiin ulkoisia toimenpiteitä raja-arvojen saavuttamiseksi. Kuitenkin voimakas tutkimus- ja kehitystoiminta sai aikaan sen, että prosessien kehittämisen tuloksena saavutettiin asetetut päästöjen vähentämistavoitteet ja pystyttiin luopumaan kokonaan elementaarikloorista ja hypokloriitista valkaisusekvensseissä kun samalla klooridioksidin merkitys kasvoi oleellisesti.
Happivalkaisuun investointia hidasti, merkittävästä tutkimus- ja kehitystoiminnasta huolimatta se, että tehtaiden prosessitaseet olivat useimmiten lipeäkiertorajoitteisia, eikä happivalkaisusta aiheutunutta kuiva-aineen lisäystä voitu kemikaalien talteenotossa käsitellä ilman tuotantotason alenemista. Tästä syystä Suomessa painotettiin enemmän panostamista jätevesien käsittelyyn. Talteenottolinjojen investointien myötä suhtautuminen happivalkaisuun muuttui positiivisemmaksi, mutta myös siksi että ligniinin poiston painotusta keiton ja happivalkaisun välillä opittiin tasapainottamaan ja samalla massan laatu säilyttämään.
Lisäksi kehitystoiminta toi myös muita uusia potentiaalisia kemikaaleja esiin, mutta niistä ainoastaan vetyperoksidi on saanut laajempaa merkitystä.
Täysin kloorikemikaalivapaa valkaisu (TCF) on saanut jonkinlaisen osuuden valkaisumenetelmänä, mutta ei ole pystynyt syrjäyttämään klooridioksidipohjaista valkaisusekvenssiä.
Aktiivikloorin kulutus laski havumassan valkaisussa tasolta 120-140 kg aktiiviklooria/t tasolle 80-100 kg/t ja nykyiselle 40-60 kg/t tasolle. Lyhytkuitumassan kulutus on nykyisin tasolla 30-40 kg aktiiviklooria/t.
Näillä prosessien sisäisillä energian, veden ja valkaisukemikaalien kulutustasoilla on Suomessa saavutettu kaikki vaaditut päästörajatavoitteet, jotka ovat myös nykyisin maailmanlaajuisesti uusien projektien tavoitetasoina. Rinnalla kehitetyt ulkoiset käsittelymenetelmät jäivät siten tarpeettomiksi. Tätä kehitystyötä on sittemmin kuitenkin pystytty osittain hyödyntämään muualla tehdasprosesseissa.
1980-luvulla alkoi maailman markkinoille tulla enenevässä määrin eteläamerikkalaista eukalyptus-massaa. Tuolloin tehtiin merkittävää tutkimus- ja kehitystoimintaa kotimaisen koivumassan markkinaosuuden säilyttämiseksi ja massan ominaisuuksien luonnehtimiseksi sekä kehittämiseksi.
Eräs merkillepantava kehityskulku on ollut myös se, että aikaisemmin, 1960-70-luvuilla tehtailla oli varsin vahvat tutkimus- ja kehitysresurssit ja siten vahva oma panos sekä tehdasprosessien että menetelmien kehittämisessä. Samalla tätä toimintaa tapahtui myös tehtaiden yhteisten tutkimus- ja kehityslaboratorioiden puitteissa ja yhteisinä ohjelmatöinä.
1970-luvun lopun suuren laman seurauksena näitä toimintoja selvästi supistettiin ja ne siirtyivät enenevässä määrin laitetoimittajien työnkuvaan. Samalla niistä tuli enemmän kone- ja laiteteknisiä ratkaisuja itse prosessi-tekniikan ja –kemian painotuksen sijaan. Lisäksi kehitystoimesta tuli laitetoimittajien kilpailutekijä, jolloin tehtaan ja tehtaan tuotteen vaatimukset jäivät taka-alalle.
1960-luvulla sulfaattimassatehtaan linjakoot olivat suuruusluokkaa 100 000 – 200 000 t/a. Kapasiteetti nousi 1970-luvulla tasolle 250 000 t/a ja edelleen 1980-luvulla 300 000 – 400 000 t/d. Nykyisin havusulfaattimassatehtaan kapasiteettitaso on 750 000 – 1000 000 t/a ja nopeakasvuisen lyhytkuitupuun tehtaan 1 300 000 – 1 600 000 t/a.