Energieffektiv tillverkning av Pressboard och algbaserade material

Syfte och mål

Genom att kombinera avancerade laboratorieexperiment med numerisk modellering syftar projektet till att klarlägga hur vatten avlägsnas från täta mattor under varmpressningsförhållanden och att använda den kunskapen för att optimera processen. Projektet kommer att bygga en fysikbaserad simuleringsmodell som efterliknar den verkliga press- och torkprocessen och validera den mot experimentella data.

Därför är detta viktigt

Samhället elektrifieras snabbt och behovet av hållbar produktion ökar. I dagens transformatorer används pressboard – ett cellulosabaserat isolationsmaterial – och i nästa generation bioekonomiska produkter har odlad algbiomassa potential att bli en viktig råvara.

Båda materialen innehåller mycket vatten vid tillverkning. Först pressas vattnet ut mekaniskt, därefter måste den svåraste delen avlägsnas genom uppvärmning och torkning. Just torkningen är energislukaren: när man har nått omkring 50 procents torrhalt efter pressning krävs förångning av resten, vilket driver energiåtgång, kostnad och klimatpåverkan. Varje extra procentenhet torrhalt som nås mekaniskt vid pressningen kan minska torkenergibehovet markant.

Förväntat resultat

I projektet utvecklas en digital tvilling (en virtuell kopia av pressnings- och torkprocessen) för två fall:

1.)  pressboard tillverkat av träfiber hos Hitachi Energy och

2.)  avvattning av algbiomassa som processas av Nordic Seafarm för användning som biobaserat material.

Genom att kombinera avancerade laboratorieexperiment (t.ex. röntgen-/neutronspridning, NMR och optiska metoder) med fysikbaserad modellering vill forskarna se in i det täta fibernätverket respektive algbädden när de utsätts för högt tryck och temperatur. Kunskapen om hur vattnet rör sig, om och när ånga bildas, och hur strukturen packas om – översätts till beräkningsmodeller som kan förutsäga utfallet och föreslå effektivare körsätt.

Arbetet leds av KTH. Industripartnerna Hitachi Energy och Nordic Seafarm medverkar med processdata, provmaterial och medfinansiering.

Projektet går från tidig forskningsnivå till en verifierad prototyp (TRL 4). Den digitala tvillingen utvecklas först som en detaljerad forskningsmodell för att sedan tillämpas som ett processtyrningsstöd som kan köras parallellt med verklig drift.

Förväntade resultat är ny kunskap om hur vatten avlägsnas ur biobaserade materialsystem under tillverkningsprocessen, en validerad beräkningsmodell och en prototyp till digital tvilling.

Redan under projekttiden kan modellen användas off-line för tänk-om-studier: till exempel hur flera presssteg, korta högtemperaturpulser eller ändrad hålltid påverkar slutlig fukthalt och torkbelastning. På sikt kan tvillingen kopplas till sensorer i industrin och ge operatörer rekommendationer i realtid för energisnål och stabil produktion.

Målsättningen är att möjliggöra omkring 10 procents lägre energiåtgång i torkningen. Det minskar kostnader och klimatpåverkan, ger jämnare densitet och fuktfördelning samt stärker elektriska egenskaper hos pressboard.

För algmaterial innebär det en stabilare råvara med önskad fukthalt och integritet. Vinsterna bidrar både till ett robustare elnät och till att den blå och skogsbaserade bioekonomin växer med lägre resursåtgång.

Metoderna och insikterna är generiska och kan spridas till andra fiber- och biomassa-processer, som kartong, pappersmassa och fiberkompositer. Resultaten kommer att delas genom vetenskapliga publikationer, branschseminarier och Treesearch-nätverket. Sammantaget väntas projektet leverera praktiska verktyg för processintensifiering och ett tydligt steg mot mer energieffektiv och konkurrenskraftig produktion av biobaserade material.