MoRe-forskaren Raghu Deshpande har i sitt doktorandarbete och det fortsatta postdoc-arbetet tagit fram nya forskningsresultat som öppnar nya möjligheter till optimering av sulfitprocessen. Resultaten av sammanlagt sju års forskningsarbete presenterades under rubrikerna ”Sodium sulfit pulping of softwood” och ”Lignin-carbohydrate complexes studies during dissolving pulps production” nyligen hos MoRe Research.
– Jag har studerat vad som sker under olika processförhållanden i båda stegen av en tvåstegs natriumbaserad sulfitprocess med gran och tall som råvara för produktion av dissolvingmassa för textilier. Frågeställningar var bland annat dessa: Vad händer i koket, hur är de kinetiska förhållandena och hur separeras vedkomponenterna ifrån varandra? Hur skiljer sig de kinetiska förhållandena mellan gran och tall i sulfitkokets steg, vilka sidoreaktioner blir det och konsekvenserna av dem? säger Raghu Deshpande.
– Tallmassaved är billigare är massaved av gran varför det är intressant att även kunna använda 100 procent tall i sulfitprocessen, vilket är svårt vid låga pH. Därför gjordes flera kokförsök i MoRes pilotkokeri med flis av gran, tall samt av ren kärnved från tall. Försöksserien visade att tvåstegs natriumbisulfit fungerar bra både med flis från gran och tall, men inte med kärnvedsflis av tall vilket i enstegs natriumsulfitprocess resulterade i svartkok.
I industriell produktion är det svårt att hålla isär och undersöka vad som händer i respektive steg i en tvåstegsprocess som i praktiken sker i samma kokare. Doktorandarbetet har däremot gjort detta i pilotkokeriet där varje steg kunnat utföras separat och resultatet därefter analyserats.
– Med hjälp av försöken i MoRes pilotkokeri kunde vi tränga in djupare i vedkomponenterna. Vi kunde simulera olika kokförhållanden och sedan analysera lignin-kolhydratbindningarna av de olika proven vid Karlstads universitet. Med hjälp av speciell analysteknik hos KTH har jag kunnat studera hur bindningarna mellan lignin och hemicellulosa bryts upp, säger Raghu Deshpande.
– I sulfitkoket bryts hemicellulosan ner till olika polysackarider. Genom att känna aktiveringsenergierna för hemicellulosan och polysackariderna, huvudsakligen glukomannan och xylos, samt lignin kan man räkna bakåt och få ett bra värde på cellulosans renhet. Praktiskt betyder det att man då kan justera kokvillkoren för att dels få ren cellulosa och dels optimera volymen biprodukter.
– Om man gör en enkel sammanfattning av doktorandarbetet visar resultaten att både tall och gran kan användas i tvåstegs natriumbisulfitkokning och att metoden kan få en renässans som kokmetod för dissolvingcellulosa.
Efter fem års doktorandstudier mellan 2012 och 2017 fortsatte arbetet i en tvåårig postdoc-tjänst med placering hos MoRe och i samarbete med KTH, Karlstads universitet, Domsjö Fabriker, MoRe, och RISE Processum. Som finansiärer har även Kempestiftelserna samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse fungerat.
Slutsatserna av doktorandarbetet och postdoc-arbetet är dessa:
- Försöken med kokvätska från Domsjö Fabriker och laboratorietillverkad kokvätska gav olika resultat som en följd av att i den industriella kokvätskan ingår komponenter som följd av återvinningen.
- Kokförsöken med kärnved från tall respektive vanlig tallflis visade att ligninkondensation sker vid lägre temperatur för kärnved samt att tallflis ger högre delignifiering än ren kärnved.
- Högre temperatur ökar bildning av tiosulfat.
- Sidoreaktioner var mer omfattande vid laboratoriekok av tall.
- Temperaturen kan användas för att kontrollera sammansättningen av hemicellulosa och R18-värdet.
- LCC-bindningar hittades mellan lignin-xylan samt mellan lignin-glukomannan.
- LCC-bindningar mellan lignin och polysackarider i ved kan vara en flaskhals vid sulfitkok.