Papirindustrien og dens fiberråvarer

Transkript

1 1 Papirindustrien og dens fiberråvarer Forelesning i fag TKP4125 Treforedling, grunnkurs Våren 2006

2 2 Hva er papir? Papir er et ark framstilt av vegetabilske fibre som først er blitt skilt fra hverandre og slemmet opp i vann, og så formet til et ark hvor fibrene i hovedsak er vilkårlig orientert i forhold til hverandre Selv om ordet papir kommer fra papyrus, er papyrus ikke papir siden fibrene i papyrusarket er lagt i kryssende lag og dermed ikke er vilkårlig orientert i forhold til hverandre Det første papiret som er historisk omtalt ble laget av kineseren Ts ai Lun i år 105 E.Kr. Dette papiret ble fremstilt av innerbarken av morbærtreet som ble behandlet med lut, for så å bli mekanisk behandlet til fibrene skilte seg fra hverandre Også bambus og tekstilfiller kunne brukes etter tilsvarende behandling med lut og mekanisk energi

3 3 Hva er papirmasse? Fra definisjonen på papir kan vi sette opp en definisjon på papirmasse: Papirmasse er vegetabilske fibre som først er blitt skilt fra hverandre og slemmet opp i vann Fibrene kan skilles fra hverandre ved bruk av mekanisk energi, kjemikaliebehandling eller en kombinasjon av disse Betegnelsen papirmasse brukes også dersom massen har vært tørket for senere å slemmes opp for å framstille papir Papir er det ferdige produktet Papirmasse er det fiberråstoffet vi lager papir av Papirmasse framstilles igjen av nativt fiberråstoff (ved eller andre planter, men også papir som er samlet inn for resirkulering)

4 4 Papirtyper etter bruksområde Funksjon Kvaliteter Sluttprodukter Kommentar Informasjon Avispapir, magasinpapir, trefritt trykk- og skrivepapir Aviser, magasiner, bøker, datautskrifter, fotokopier Økt bruk av flerfargetrykk og kopiering, elektroniske medier, resirkulering Emballasje Liner, sekkepapir, eskekartong (falskartong), væskekartong, greaseproof Poser, esker, innpakningspapir, beholdere Generelt økt bruk, særlig for matvarer. Økt bruk av kompositter Hygiene Tissue, towel, sanitær Toalettpapir, bleier/ bind, myktissue, engangslaken og klær til helsesektoren Økt bruk med økende levestandard. Endeprodukt ved resirkulering Spesialkvaliteter Filterpapir, brannsikret papir, Sedler, frimerker, luftfilter, kaffefilter, bakepapir, transformatorer, Stadig økning i bruksområder

5 5 Papirmassetyper Mekanisk masse: Masse framstilt ved at fibrene i råstoffet rives fra hverandre med mekanisk energi Tremasse: Gammelt navn på mekanisk masse Kjemisk masse: Masse framstilt ved at ligninet som holder fibrene sammen løses opp ved hjelp av kjemikalier Cellulose: En av hovedbestanddelene av veden. Gammel, ofte brukt (men noe misvisende) betegnelse på kjemisk masse Kjemi(termo)mekanisk masse: Masse framstilt ved at fibrene i råstoffet rives fra hverandre med mekanisk energi etter en moderat forbehandling med kjemikalier Halvkjemisk masse: Masse framstilt ved at noe av ligninet som holder fibrene sammen løses opp ved hjelp av kjemikalier, fulgt av mekanisk defibrering Returfibermasse (returmasse): Masse framstilt fra innsamlet brukt papir. Kan bestå av mekaniske fibre, kjemiske fibre eller (som regel) en blanding av disse

6 6 Papirmassetyper Nyfibermasse Returfibermasse Mekanisk masse ( tremasse ) Halvkjemisk og kjemimekanisk masse Kjemisk masse ( cellulose ) Ublekt Blekt Ublekt Blekt Ublekt Blekt

7 7 Utbytte for ulike massetyper tonn ferdig masse Utbytte = tonn råstoff forbrukt 25 Mekaniske masser: 95-98% Kjemitermomekanisk masse: 90-95% Kjemimekanisk masse: 85-90% Halvkjemisk masse: 70-85% Høyutbytte kjemisk masse: 55-70% Lignininnhold, % Kjemisk masse: 45-55% 5 Dissolving-/derivatmasse: 35-40% 0 Returmasse: 60-95% Utbytte, % av ved Kjemisk Høyutbytte kjemisk Halvkjemisk CMP CTMP Mekanisk Blekbare kvaliteter

8 8 Papirtyper Avispapir (Newsprint): Lav lyshet (58-60 %ISO), lav flatevekt (40-50 g/m2). Mekanisk masse Forbedret avis (Improved News, IN): Som avis, men med høyere lyshet og gjerne noe høyere flatevekt. Mekanisk masse SC: Superkalandrert (glittet) papir med høy overflatejevnhet, middels lyshet (ca. 70 %ISO). Mekanisk masse Bestrøket papir: Fellesbetegnelse på papir som har fått lagt på en ytterskikt av mineraler og bindemiddel. Høy overflatejevnhet og -glans. MFC: Machine Finished Coated (bestrøket) papir med god overflatejevnhet, middels til høy lyshet (70-80 %ISO). Mekanisk masse LWC: Light Weight Coated (bestrøket) papir med høy overflatejevnhet, middels til høy lyshet (70-80 %ISO). Mekanisk + noe kjemisk masse MWC: Medium Weight Coated (bestrøket) papir med høy overflatejevnhet, som LWC men med høyere flatevekt. Mekanisk + noe kjemisk masse HWC: Heavy Weight Coated (bestrøket) papir med høy overflatejevnhet, som MWC men med høyere flatevekt. Mekanisk + noe kjemisk masse

9 9 Flere papirtyper Greaseproof: Meget tett papir til mat-emballasjeformål (matpapir), laget av høymalt masse. Lite gjennom-trengelig for fett. Kjemisk masse, ofte høyt innhold av lim o.a. Kjemikalier Liner: Ytterlaget i bølgepapp, høy stivhet og styrke, ublekt kjemisk masse Fluting: "Bølgen" i bølgepapp, meget høy stivhet, halvkjemisk masse eller ublekt kjemisk masse med høyt innhold av stivelseslim Kartong: Papir av høy flatevekt og høy stivhet. Ofte laget i flere skikt. Mekanisk, kjemimekanisk eller kjemisk masse Tissue: Høyabsorberende papir (ansikts- og toalettpapir). Mekanisk eller kjemisk masse Towel: Som tissue, men grovere/tykkere (tørkepapir). Mekanisk eller kjemisk masse Treholdig papir: Papir framstilt av (mer enn 10%) mekanisk masse Trefritt papir: Papir framstilt av (mer enn 90%) kjemisk masse Finpapir: Trefritt papir med meget høy lyshet ( 90 %ISO) til bruk som skrivepapir eller bokpapir. Kjemisk masse

10 10 Verdens produksjon av papir og kartong Totalt: 323 mill. tonn (2000) Norge 0.7 % Andre 22.8 % USA 26.5 % Sverige 3.3 % Finland 4.2 % Canada 6.4 % Japan 9.8 % EU 26.2 % Kilde: PPI

11 11 Største internasjonale bedrifter (2001) Rangert etter produksjon (1000 tonn) Rangert etter omsetning (Mill. USD) 1. International Paper (US) Stora Enso (FI) Georgia-Pacific (US) UPM-Kymmene (FI) Nippon Unipac (JP) Smurfit-Stone (US) Oji Paper (JP) Abitibi-Consolidated (CA) Mondi International (SA) Weyerhaeuser (US) Norske Skog (NO) 4080 Peterson (NO) 530 Borregaard (NO) International Paper (US) Georgia-Pacific (US) Procter & Gamble (US) Stora Enso (FI) Oji Paper (JP) Nippon Unipac (JP) Smurfit-Stone (US) Kimberly-Clark (US) UPM-Kymmene (FI) SCA (SE) Norske Skog (NO) Peterson (NO) Borregaard (NO) 134 Kilde: PPI

12 12 Produksjonstall >1 Mtonn, Europa Produksjon, 1000 tonn Papir Masse RUS DE UK FR IT SP PL NL BE PT SE AUS CH FI NO

13 13 Eksporttall masse og papir (2000) Eksport, 1000 tonn Finland Sverige Østerrike Norge Portugal Masse Papir Kilde: PPI

14 14 Eksporttall masse og papir (2000) Masse Papir Eksport, 1000 tonn Canada Finland Sverige Indonesia Russland Brasil Østerrike Norge Chile Portugal Sør-Afrika Kilde: PPI

15 15 Andel av Norges vareeksport (2001) Olje og oljeprodukter Annet Gass Kjemiske produkter Papir og papirmasse 2.6% Skip og oljeplattformer Fisk Metaller Maskineri Kilde: SSB

16 16 Andel av Norges vareeksport eks. olje/gass Maskineri Metall Fisk Annet Kjemiske produkter Papir og papirmasse 6.8% Skip og oljeplattformer Kilde: SSB

17 17 Norsk papirproduksjon 2001 Bestrøkne kvaliteter Pappkassematerialer Annen innpakning Emballasje Sanitær og < 150g/m 2 husholdning Ubestrøket trefritt Avispapir Ubestrøket treholdig Kilde: TFB

18 18 Norske bedrifter Bedrift Lokalisering Produkt Borregaard Sarpsborg Glomma Papp Sarpsborg Spesialpapp Hellevad Hokksund (Hellefos) Kragerø (Vafos) Cellulose, lignosulfonater, vanillin, etanol Treholdig trykkpapir Markedsmasse (mek.) Huhtamaki Norway Hønefoss Støpte fiberprodukter Hunsfos Vennesla Finpapir, tapetpapir Hurum Tofte Kontorpapirkvaliteter Larvik Cell Larvik Markedsmasse (BCMP) Peterson Moss Ranheim Kraftliner Testliner, hylsepapp Kilde: TFB, Nettavisen

19 19 Norske bedrifter Bedrift Lokalisering Produkt Norske Skog Nordic Paper Rygene-Smith & Thommesen Hønefoss (Follum) Halden (Saugbrugs) Skogn Geithus Greaker Rykene Avis, forbedret avis, MFC SC-papir Avis Greaseproof Greaseproof Smurfit Sunland-Eker Drammen Mykpapir Södra Cell Tofte Follafoss (Folla) Markedsmasse (mek.) Markedsmasse (blekt sulfat) Markedsmasse (BCTMP) Kilde: TFB

20 20 Nedgang i antall fabrikker 70 Antall produksjonsenheter Massefabrikker Papirfabrikker

21 21 men ikke nedgang i produksjon! Antall produksjonsenheter Produksjon, 1000 tonn Massefabrikker Papirfabrikker Masseproduksjon Papirproduksjon

22 22 Typer av fiberråstoff Fiberråstoff for papir Ferskfiber ca. 60% Returfiber ca. 40% Ved ca. 90% "Non-woods" ca. 10% Barved ca. 65% Løvved ca. 35%

23 23 Forbruk av fiberråstoff (1997) "Non-woods" 6 % Returpapir 42 % Ved 52 %

24 24 Forbruk av fiberråstoff (historisk) Returfiber Ferskfiber

25 25 Verdens papirforbruk 400 Forbruk av papir og kartong per capita BNP per capita (USD) Enkeltland Regioner Kilder: PPI, CIA

26 26 Verdens papirforbruk 400 Forbruk av papir og kartong per capita Afrika Asia Latin-Amerika Øst-Europa Taiwan Australasia Europa Macao Sverige Qatar Finland EU Belgia Japan Canada Island Vest-Europa eks. EU Singapore Norge Forente Arabiske Emirater USA Nord-Amerika Luxembourg Enkeltland Regioner Verden 0 Brunei BNP per capita (USD) Kilder: PPI, CIA

27 27 Trender verdensbasis I løpet av de siste 40 årene har verdens papirforbruk økt med fem ganger FAO antar en fordobling fra 1990 til 2010 (mer enn 60% av dette i Nord-Amerika, Europa og Japan) I 1997 var verdens produksjon av papir ca. 300 mill. tonn, hvorav 128 (42%) var basert på returfiber Ca. 90% av verdens nyfiber kommer fra trær, ca. 10% fra ett- og toårige planter ( non-woods ) Den forventede sterke økningen i papirforbruk kan dekkes ved Bedret utnyttelse av skog i lite industrialiserte land (primært Russland) Økt plantasjedyrking av trær Økt utnyttelse av ett- og toårige planter Økt resirkulering av papir Økt skogutnyttelse medfører etiske og miljømessige problemstillinger

28 28 Mulige økninger i råstofftilgang Fiberråstoff for papir Ferskfiber ca. 60% Returfiber ca. 40% Sterk økning Ved ca. 90% "Non-woods" ca. 10% Kapasitet for økning Barved ca. 65% Løvved ca. 35% Forventet økning (plantasjer)

29 29 Tilgang av massevirke, Norge Mill. fm Norsk rundvirke Norsk flis Import Kilde: TFB

30 30 Tilgang av massevirke, Norge 4 Mill. fm Norsk rundvirke Norsk flis Import Kilde: TFB

31 31 Ressurstilgang i Norge Volum av stående skog i Norge Løv Furu Gran Mill. m År Kilde: TFB

32 32 Ulike fiberråstoff Plantetype L, mm d, μm Dimensjoner (normal) L/d Ved Halm Gressplanter Rørplanter Barved 1,5-6 (3-4) (30-40) 100 Løvved 0,5-2,5 (1-1,5) (10-30) 90 Ris 0, Hvete, rug 1, Bagasse 0,8-3 (1,7) (20) 80 Bambus 0,4-7 (2,8) 5-30 (15) 180 Esparto 1, Kommentar Sabai 0,5-5 (2) 5-30 (10) 200 Primært i India. Viktigste nyfiberråstoff (ca. 90% av verdensmarkedet) Ofte slanke fibre med gode egenskaper. Silikater kan gi prosessproblemer D.s.s. sukkerrør. Avfall fra sukkerproduksjon etter at sukkeret er ekstrahert ut fra plantematerialet. Fibrene ligner endel på halmfibre. Høyt innhold av silikater. Dyrkes endel i nord-afrika og syd- Europa. Har meget tynne fibre. Gir et mykt papir med god opasitet

33 33 Ulike fiberråstoff Plantetype Dimensjoner (normal) L, mm d, μm L/d Kommentar Bast (ytterst, 40%). Har blitt utnyttet Jute, til tauverk o.l. kenaf Stick, kjerne (innerst, 60%). 0, Uutnyttet ressurs Utnyttes til tauverk o.l. Politisk Planter Hamp 5-55 (20) (20) 1000 vanskelig dyrket for Manila (abaca) produksjon av Sisal 2, fibre for Ramie annet formål Nesten ren cellulose. De korte Bomull (linters) 3-7 (4) (20) 200 frøhårene (linters) utnyttes. Binder dårlig i arket, må males sterkt. Oljelin har fibre som ikke egner seg Lin (30) (20) 1500 til tekstilproduksjon, kan utnyttes til papir Sivplanter 0,4-3,5 (1,9) 6-20 (15) 125 Primært i Kina og Nord-Korea

34 34 Ved som fiberråstoff Utgjør ca. 90% av verdens nyfiberproduksjon Velegnet som råstoff (høsting året rundt, gode lagringsegenskaper) Utnytter både heltre og avfall Heltreutnyttelse konkurrerer med annen bruk av vedråstoffet (trelast, brensel) Lavverdig skog, toppstokk og avskjær/flis fra trelastindustrien utnyttes i stor grad Ansvarlig for avskoging i deler av verden Begrenset tilgang på råstoff fra naturlige skoger Økt plantasjedyrking av arter med kort omløpstid (eukalyptus, akasie, sydstatsfuru og radiatafuru) konkurrerer med tradisjonell skogsdrift i Norden og Canada

35 35 Ett- og toårige planter (nonwoods) Utgjør en liten andel (ca. 10%) av verdens totale nyfiberproduksjon Viktig råstoff i en del utviklingsland Især der ved er en begrenset ressurs Bagasse, sivplanter og halm er de viktigste typene For halm utnyttes kun 0,2% av verdens råstoff til fiberproduksjon Bomullslinters brukes også til framstilling av spesialcellulose (dissolving og derivat) En del fibre har egenskaper som gjør dem velegnet til spesialkvaliteter Politisk korrekt i en del miljøer ( save our forests ) Sesongvariasjoner i høsting og dårlig lagringsevne gjør mange non-woods dårlig egnet for kontinuerlig fiberproduksjon

36 36 Returpapir som fiberråstoff Utgjør over 40% av verdens fiberråstoff Den sterkest økende fiberråstoffkategorien Består av en blanding av ulike fibertyper Gode sorteringsrutiner er nødvendig Ved innsamling Sortering av allerede innsamlet papir Brukt papir anses av mange forbrukere som søppel Ofte beheftet med forurensinger av ulike slag Økt resirkuleringsgrad medfører større problemer med forurensing av råstoffet I enkelte strøk av verden en meget viktig råstoffkategori F.eks. Kina o.a. land i fjerne Østen importerer store mengder returpapir, bl.a. pga. manglende langfiberressurser innenlands

37 37 Årstall og teknologiske milepæler 105 Papirets oppfinnelse i Kina 650 Papirproduksjon i Samarkand 794 Papirproduksjon i Bagdad, stivelsesliming 900 Papirproduksjon i Egypt 1100 Papirproduksjon i Europa (Spania og Sicilia) 1774 Avsverting av brukt brevpapir 1798 Den første papirmaskinen patenteres 1845 Slip-prosessen patenteres 1853 Industriell sodakoking 1859 Den første rejektraffinøren 1861 Sodakoking av esparto patenteres 1866 Sursulfittprosessen patenteres 1872 Bisulfittprosessen patenteres Hypoklorittbleking 1884 Sulfatprosessen patenteres 1885 Første sulfatfabrikk (Munksjö) 1931 Asplund-prosessen for trykksatt raffinering av fiberplateråstoff 1933 Kontinuerlig klorbleking (Johan C.F.C. Richter/Kamyr) 1934 Sodakjelen 1950 Første Kamyr-koker (Fengersfors) 1955 RMP-prosessen 1963 TMP-prosessen 1968 Første TMP-fabrikk (Rockhammar) 1970 Oksygendelignifisering (SAPPI Enstra) 1980 MC oksygendelignifisering (Moss) 1994 Første RTS- (Perlen) og Thermopulpinstallasjon (Ortviken)

38 38 Norske årstall 1800 Eker Papirfabrikk startet av Hans Nielsen Hauge 1838 Norges første papirmaskin (Bentse Brug, Christiania) 1863 Første tresliperi (Bentse Brug, Christiania) 1881 Første cellulosefabrikk (Skien Cellulosefabrikk) 1883 Oppstart av Moss Cellulosefabrikk 1889 Borregaard Cellulosefabrikk bygges 1923 Papirindustriens Forskningsinstitutt (PFI) opprettes 1938 Professorat i cellulosekjemi ved NTH opprettes (gave fra Borregaard) 1946 Carl C. Andersen tiltrer professoratet i cellulosekjemi ved NTH 1955 Hans W. Giertz etterfølger Carl C. Andersen som professor i treforedlingskjemi 1962 Nordenfjelske Treforedling (Norske Skog) blir grunnlagt på Skogn 1989 Store Norske Skog blir dannet ved storfusjonen mellom Norske Skog (Nordenfjelske Treforedling), Follum og Tofte, samt oppkjøp av Saugbrugs Norske Skog bygger fabrikken i Golbey og tar første skritt ut av Norge 1998 PFI flytter til Trondheim og samlokaliseres med 2000 Norske Skog kjøper Fletcher Challenge og rykker opp i den internasjonale klassen, selger virksomheter som ikke er trykkpapirfokusert

39 39 Papirets fremtid Det påstås at papiret er på vei ut Elektroniske medier Mindre enn halvparten av verdens papir brukes til informasjonsformidling Større forbruk av emballasjepapir enn trykkpapir i den industrialiserte verden Bruken av absorpsjonspapir vokser Hittil kun økning i papirforbruket Forsterket av PC-revolusjonen på åttitallet Det papirløse kontor kommer nok en gang omtrent to år før det papirløse toalett 2002 by BoGrace World Rights reserved