Uusia tai uudestaan löydettyjä teollisia mahdollisuuksia on jo olemassa. Potentiaaliltaan valtava alue ovat selluloosasta muokattavat tekstiilikuidut, joita myös VTT:n tutkimusprofessori Ali Harlin on tutkinut ja kehittänyt. Hänen tutkimustyöhönsä osaltaan perustuvaa tuotetta kaupallistava yritys, Infinited Fiber, on kuitenkin valinnut raaka-aineekseen kierrätetyn tekstiilikuidun.

– Voisimme valmistaa samalla menetelmällä myös puupohjaisia kuituja, mutta niin ei tarvitse eikä edes kannata tehdä, sillä maailmalla on suuri kysymys, miten päästä tekstiilijätteestä eroon. Ja puusta toki saa kierrätettävää tekstiiliä.

Puupohjaisia tekstiilikuituja tutkivat ja valmistavat esimerkiksi Spinnova ja Metsä Spring. 

Toinen kriittinen alue, jossa on runsaasti tilaa uusille innovaatioille, on elintarvikepakkauksiin käytettävä kartonki ja siitä tehtävät muovipakkauksia korvaavat tuotteet. Niiden kohdalla keskeinen kysymys on, kuinka pitkälle tuote pitäisi jalostaa pohjakartonkia valtavia määriä minuutissa suoltavan koneen vieressä.

– Mitä lähemmäs lopputuotetta ja asiakasta mennään, sitä jalostetummaksi kartonki muuttuu ja sitä pienemmiksi tuotesegmentit käyvät. Kartonki pinnoitetaan, painetaan, leikataan, nuutataan ja lopulta siitä tulee vaikkapa rasia tai kotelo.

Yleensä eri työvaiheista vastaavat niihin erikoistuneet toimijat.

– Suomessa on silti myös isoja yksiköitä, joissa kartonkia jalostetaan tehtaalla, esimerkiksi Imatralla nestepakkauskartongiksi. Lisäarvoa voi myös hakea erityispinnoitettujen tuotteiden kautta, kuten Kotkamills muovittomalla elintarvikepakkauskartongillaan. Ihan loputtoman pitkälle kaikkea ei kuitenkaan voi päällystää kartonkikoneella.

Kertakäyttöisten muovituotteiden käyttöä rajoittava SUP eli Single use plastics -direktiivi on aiheuttanut tiettyä empimistä siinä, kuinka pitkälle jalostettuja kartonkilaatuja voidaan valmistaa, jos ne rinnastetaan muoviin.

– Lisäksi Pakkaukset ja pakkausjätteet -direktiivi edellyttää, että korkealle jalostettujen kartonkilaatujen pitäisi olla yhtä lailla ja yhtä hyvällä hyötysuhteella kartonkikierrätettäviä myös pinnoituskerrostensa osalta. Vaatimus edellyttää merkittävää uutta kehittämistä sen suhteen, miten uusia pinnoitettuja kartonkeja saadaan hyväksytettyä kierrätysjärjestelmään niin, että niitä ei sekoiteta muoviin, Harlin sanoo.

– Monia hankkeita on pysähtynyt epävarmuuden takia. Kierrätettävyys pitää pystyä todistamaan. Se epäilemättä onnistuu, mutta hidastaa kehitystä.

Muotopuristeilla simppeliin prosessiin

Pitkälle edenneitä uusia hankkeita ovat muun muassa Valmetin ja Metsä Springin kuituvalosteknologiaan perustuva puukuitupohjainen muotopuriste, josta kerrotaan toisaalla tässä lehdessä.

– Kuituvalosteknologia eli kananmunakenno­prosessi on alkanut jälleen kiinnostaa. Jos sen avulla pystytään tekemään isoja määriä valmiita lopputuotteita – kuten kuppeja ja lautasia – jo tehtaalla, siinä saadaan samankaltaiset integraatiohyödyt kuin paperinvalmistuksessa, mutta vältytään kartonginvalmistukseen kuuluvalta jatkomuokkaukselta valmiiksi pakkaukseksi. Tuote voidaan toimittaa suoraan asiakkaalle, Harlin sanoo.

– Monivaiheisen pakkausarvoketjun ohittaminen on radikaalisti uusi ajatus, joka muuttaa bisneksen totaalisen erilaiseksi.

Paperiteollisuudessa ovat vastakkain massa­tuotannon edut ja vaatimukset sekä loppuasiakas-­kuluttajan tarpeet. Lisäarvo on perinteisesti tuotettu lähellä kuluttajaa.

– Kääntäen voisi sanoa, että mitä hitaammin tuote liikkuu linjalla, sitä korkeampi on siitä saatava hinta. Jos pitkälle jalostettu lopputuote tehdään Suomessa, sellunteosta joka tapauksessa syntyvä lämpö ja energia voidaan myydä hyvällä hinnalla samassa paketissa eli päästään lähemmäs paperiajan integroitua mallia.

Muovin korvaajat

Puupohjaisesta materiaalista voidaan myös tuottaa muovin kaltaista kalvoa, jota voi ajaa nykyaikaisissa pakkauskoneissa muovin asemasta ja johon kone voi puristaa muodon. Myös Harlinin työryhmä VTT:llä on etsinyt sopivaa muovi­­kalvon korvaajaa jo useamman vuoden ajan.

Aluksi työ keskittyi termoplastiseen eli lämpömuokattavaan selluun, jonka kehityksessä päästiin pitkälle, mutta joka valitettavasti luokitellaan SUP-direktiivin mukaisesti muoviksi. Niinpä tutkijat palasivat tämän vuosikymmenen alussa kaksi askelta ajassa taakse päin, sata vuotta sitten keksittyyn liuoksesta valmistettuun filmiin kuten sellofaaniin.

– Sellofaani oli alun perin luksustuote, jota alettiin käyttää II maailmansodassa sotilaiden muona-annosten pakkaamiseen, sillä havaittiin että se on kevyt, helppokäyttöinen ja se pitää tuotteen pitkään tuoreena. Sodan loputtua sellofaani siirtyi siviilikäyttöön, ja se itse asiassa toimi protoasteena muoville, joka valtasi markkinat 1970-luvun alussa, Harlin kertoo.

Sellutehdas on tosi asiassa biovoimalaitos, joka tuottaa sivu-tuotteenaan sellua.

– Muovin läpimurron aikaan muovikuidusta yritettiin jopa tehdä paperia. Silloinkin sanottiin, että maailmasta loppuu metsät ja paperia pitää tehdä muovista. Ei siitä koskaan mitään tullut. Sen sijaan saatiin kyllä kuitu- ja harsokankaita.

Koronapandemian vuoksi VTT pääsi rauhassa kehittämään liuottamalla valmistettua modernia kirkasta selluloosafilmiä. Se on 2020-luvun teknologiaosaamisella saatu muovinomaiseksi ja venyväksi, mutta myös biohajoavaksi. Valmistusprosessin kemia on kehitetty vaarattomaksi, ja tuotteessa voidaan nyt käyttää edullisempaa ja puuta aikaisempaa tehokkaammin hyödyntävää raaka-ainetta.

– Yhdistämme olemassa olevia ja tunnettuja asioita uudella innovatiivisella tavalla. Mikään matka Marsiin tämä toimeksianto ei ole.

Kalliita erikoismateriaaleja

Mahdollisuuksia kehittää muoville korvikkeita tarjoaa myös teknisen muovien ja polymeerien maailma, johon sisältyy erilaisia liimoja, absorbentti­massoja, membraanimateriaaleja, hygienia­tuotteita, teknisiä polymeereja, pinnoitteita ja myös sähkö- ja lämpöeristeitä. Puusta saadaan prosessoitua myös liimoja ja betonin lisäaineita.

– Pakkaamisen muovit ja vaatetus ovat alueina määrällisesti isoja ja markkinoilla on niille tilaa. Teknisen muovin alueella on kuitenkin paljon sellaisia tuotteita, joiden volyymit ovat murto-­osa massatuotteista, mutta joiden hinta on todella korkea, Harlin sanoo.

Yksittäistä sellutehdasta ei kannata perustaa tällaisten pienten erikoistuotteiden varaan. Harlin ennustaa, että sellutehtaiden ympärille rakentuu jatkossa entistä enemmän teollisuuspuistoja, joissa on erinäköisiä keskenään ketjuuntuvia yrityksiä.

– Korkeita lisäarvoja löydetään esimerkiksi vaativien komposiittirakenteiden, kuten tuulimyllyn siipien valmistuksessa. Siihen tarvittavaa hiilikuitua ja hartsia saadaan perinteisessä selluntuotannossa energiaksi poltettavasta ligniinistä, joka on kokenut renessanssin, kun samasta puumäärästä pitäisi saada enemmän myytävää tuotetta.

Kysymys on, miten paljon jotain ainesosaa voi ottaa ja kuinka arvokasta tuotetta siitä voidaan tehdä.

– Puupohjaisen akkuhiilen merkittävä etu fossiiliseen grafiittiin verrattuna on, että ligniinistä tehty hiili on huokoista, jolloin akku latautuu sitä käytettäessä nopeammin kuin konventionaalisella tekniikalla toteutettuna. Ligniinihiili voi myös olla se tie, joka tekee natriumakuista todellisuutta paikallisina kiinteinä energiavarastoina. Se ratkaisisi akkuihin liittyvän raaka-aineongelman, sillä suolaa maailmassa kyllä riittää.

Kierrätettävyys etusijalla

Keskeinen tulevaisuuden vaatimus materiaaleille on tuotteen mahdollisimman helppo kierrätettävyys. Vaikka SUP-direktiiviä on ehdotettu muutettavaksi niin, että myös muovin määrällä olisi merkitystä, tuotteen kierrätys on joka tapauksessa pyrittävä ratkaisemaan. Helpointa on käyttää kierrätettäviä ja direktiivin mukaisia materiaaleja pakkauksen sisältöä suojaavana kosteussulkuna.

– Elintarvikepakkauksiin tarkoitettu kartonki osataan jo koetehtaalla päällystää muun pakkauksen mukana kierrätettävällä selluloosalla. Neste­pakkauksissa, kuten maitopurkeissa, muovin käyttö on edelleen välttämätöntä ja kierrätystä on parannettava, Harlin sanoo.

– Se on täysin mahdollista. Jos halutaan olla mukana lisäarvoisissa kartonkituotteissa, tuotteet täytyy ihan oikeasti suunnitella kierrätystä varten.

Kissanhännänveto muovin ja kartongin välillä tulee kuitenkin jatkumaan hamaan loppuun asti, Harlin ennustaa.

– Aikanaan tullaan puhumaan uudelleen käytettävistä pakkauksista, mutta se on jo toinen tarina. Minulla oli armeijassa pakki, jonka pohjan leima oli vuodelta 1932, eli sillä oli siihen aikaan jo 50 vuotta palvelua takana. 

Metsäteollisuuden suuri harppaus vasta edessä

Suomalainen metsäteollisuus on luopunut tällä vuosituhannella paperikoneistaan 2–3 koneen vuosivauhtia. Paperin kulutus on romahtanut ja sekin paperi, jolle on edelleen kysyntää, kannattaa valmistaa lähempänä keskieurooppalaisia kuluttaja-asiakkaita.

– Paperin valmistaminen Suomessa lisää kyllä liikevaihtoa, mutta voittoa se ei juuri kasvata, Ali Harlin tiivistää.

– Muutosaskel on jo otettu. Viime vuonna Suomessa tuotettiin ensimmäistä kertaa enemmän kartonkia kuin paperia.

Kartongin tuotannon kasvattamisen lisäksi menetettyjä paperimarkkinoita on kompensoitu investoimalla miljardeja pitkäkuituisen havuselluloosan tuotantoon. Sen mukana muuttui moni muukin asia.

– Painopaperien valmistuksessa Suomessa oltiin pitkälti siirrytty mekaanisen massan käyttöön, jolla tehtaalle tuodusta puusta lopputuotteeseen päätyvä osuus eli saanto oli kaikkein suurimmillaan, mutta joka tarvitsi runsaasti energiaa, Harlin kertaa kehitystä.

– Nyt, kun pinnoitetulle painopaperille ei ole enää kysyntää, tuo sinällään loistava teollinen yhtälö, jossa maksimoitiin puusta saatava ainesosa ja sitten vielä lisättiin puutuotteeseen täyteaineeksi mahdollisimman paljon kiveä ja savea, ei enää toimi. Nyt tuotetaan mahdollisimman suurissa yksiköissä sellua ja halpaa bioenergiaa.

Bioenergiaa vai biomateriaaleja?

Havusellulle löytyy maailmassa ottajia, sillä sitä tarvitaan kasvattamaan maailmanmarkkinoilla keskeisestä eukalyptussellusta tehtyjen tuotteiden lujuutta. 

– Kaikki Suomessa tuotettu sellu saadaan myytyä, mutta painopapereihin verrattuna sellun jalostusaste ja siten myös Suomeen jäävän työn määrä on matalampi.

Samalla myös energiamarkkinat ovat menneet uusiksi. Vielä 20 vuotta sitten puhuttiin useammasta uudesta ydinvoimayksiköstä, joiden tuottamaa energiaa oli tarkoitus käyttää puun jauhamiseen ja paperin jalostusarvon nostamiseen. Paperintuotannon vähentyminen ja uusien sellutehtaiden tuottama bioenergia veivät ydinvoiman lisärakentamiselta kuitenkin nopeasti pohjan pois.

– Sellutehdas on tosi asiassa biovoimalaitos, joka tuottaa sivutuotteenaan sellua, sillä vain 36 prosenttia puusta päätyy materiaaliseen tuotteeseen. Loppu on lähinnä sellun tuotannossa syntyvää bioenergiaa, johon meidän energiataloutemme tukeutuu, Harlin kertoo.

– Se sopi hyvin silloiseen politiikkaan, sillä puusta saatiin edelleenkin myös vientituotetta ja metsäteollisuus ja -talous pystyttiin pitämään käynnissä.

Tällä vuosikymmenellä koko ajattelu ja yhtälö on kuitenkin jälleen kerran vaihtunut. On tullut ilmeiseksi, että maassa on raaka-ainerajoite, jonka takia tilaa uusille sellutehtaille ei ole.

– Hiilinielukeskustelussa vallalla on ajatus, että metsästä pitää ottaa vähemmän puuta, jotta sinne jäisi enemmän hiiltä. Ainoa tapa lisätä tuotteiden määrää on nostaa puun käytön hyötysuhdetta ja raakapuusta lopputuotteeseen päätyvän materiaalin määrää. Siihen tarvittaisiin kuitenkin jostain 5–10 TWh lisätehoa, jolla korvattaisiin sellutehtaiden tuottama bioenergia.

Käytännössä tarvittaisiin lisää ydinvoimaloita, sillä tuulivoimaloilla ei pidetä isoja tehtaita käynnissä, Harlin sanoo.

– Jos haluamme vähentää puun polttamista, sellutehtaat pitäisi muuttaa joksikin muuksi. Niiden tilalle pitäisi löytää ihan uudenlaisia tuotteita, kun puutalojakaan ei voi loputtomasti rakentaa, eikä lankkujenkaan lisäarvo ole kovin korkea.