Papir- og fiberteknologi grunnkurs Papirfiber og papirmasse

Papir- og fiberteknologi grunnkurs Papirfiber og papirmasse Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Innhold Papiret og dets historie... 7 Papirets historie... 9 Papirmakerkunstens utbredelse fra Kina... 10 Framtiden... 10 Papirindustrien... 13 Norsk treforedlingsindustri... 17 Produksjon og forbruk av ulike papirtyper... 19 Norsk masse- og papirproduksjon... 21 Litteratur... 24 Generelt... 24 Referanser... 24 Papirfiber ressurser og råstoff... 25 Ved... 29 Bruk av ulike vedtyper... 32 Vanlige treslag for massevirke... 32 Gran (Picea spp.)... 32 Furu (Pinus spp.)... 32 Bjørk (Betula spp.)... 33 sp, poppel (Populus spp.)... 34 Eukalyptus (Eucalyptus spp.)... 34 Akasie... 34 Andre løvvedarter... 34 Vedens oppbygning og struktur... 35 Barvedstruktur... 37 Løvvedstruktur... 39 Fiberporer... 40 Egenskapsvariasjon innen ett tre... 40 Fiberens indre oppbygning fiberstruktur... 42 Ett- og toårige karplanter ( non-woods )... 45 Bomull (fiber og linters)... 46 Lin... 46 Halm... 47 Bagasse... 48 Jute, kenaf, hamp... 48 Abaca ( manilahamp ), sisal ( sisalhamp )... 48 Bambus... 48 Morbærbark... 48 Returpapir... 48 Brune kvaliteter ( m.m.)... 49 Treholdig trykkpapir (NP, MG)... 50 Kontoravfall (MW)... 50 Andre kvaliteter... 50 Innsamling og sortering... 50 s. 2

Litteratur... 52 Generelt... 52 Referanser... 52 Vedens kjemiske komponenter... 53 Innhold av fiberkomponenter... 56 Litt karbohydratkjemi... 58 Nedbrytning av karbohydrater... 58 Sur hydrolyse... 58 Alkalisk peeling og alkalisk hydrolyse... 59 ksidativ nedbrytning... 60 ellulose... 61 ppbygning... 62 Krystallinsk struktur... 62 Hemicelluloser... 64 ppbygning... 64 Hemicelluloser fra ulike vedtyper har ulik sammensetning... 65 Struktur og nedbrytning... 65 Pektin... 66 Lignin... 67 Ligninet består av ulike byggestener... 68 Lignin har en kompleks kjemisk oppbygning... 70 Ligninet er bundet til karbohydrat i fiberen... 72 Ekstraktivstoffer... 72 Terpener og steroler (terpentin og harpiks)... 73 Fett og voks... 73 Fenoliske ekstraktivstoffer... 76 Mulige problemer forbundet med ekstraktivstoffer i treforedling... 76 Lagring reduserer problemer forbundet med ekstraktivstoffer... 76 Uorganiske stoffer... 77 Litteratur... 79 Generelt... 79 Referanser... 79 Framstilling av papirmasse en innføring... 81 Massetyper og papiregenskaper... 85 Mekanisk masse... 86 Terminologi... 86 Karakterisering... 87 Fiberlengdefordeling... 87 Anvendelsesområder... 88 Avispapir... 88 Magasinpapir... 88 Kartong... 89 Mykpapir (absorpsjonspapir)... 89 Fluffmasse... 89 Slipmasser... 89 Slipesteinen... 89 Trykkslipmasse... 90 s. 3

Raffinørmasser (RMP, TMP)... 91 Latency... 93 Siling, rensing, rejektraffinering... 94 Høyutbyttemasser: Kjemimekaniske og halvkjemiske masser... 94 Terminologi... 96 Masseegenskaper...97 Anvendelsesområder... 98 Trykkpapir... 98 Finpapir... 98 Mykpapir... 98 Kartong... 99 Hygieneprodukter (bleier og bind)... 99 Fluting ( bølgen i bølgepapp)... 99 TMP og MP... 99 Svovelfrie prosesser: APMP og kaldsodaprosessen... 100 Halvkjemisk masse: NSS... 100 Kjemisk masse... 100 Terminologi... 101 Anvendelsesområder... 101 Liner... 101 Sekkepapir... 101 Kartong... 101 Trefritt trykk- og skrivepapir, finpapir... 101 Treholdig trykk- og skrivepapir... 102 Tissue... 102 Grease-proof... 102 Syntetfibre... 102 ellulosederivater... 102 Framstilling av kjemiske masser... 102 Sulfatprosessen... 105 Karakterisering av kokelut... 105 Kappatall og H-faktor... 108 Sulfittprosessen... 109 Karakterisering av kokesyre... 109 Sodaprosessen... 110 Prosesser basert på organiske løsemidler, Solvent pulping... 110 Returfibermasse... 110 Innledning... 110 Terminologi, definisjoner... 111 Karakterisering, egenskaper... 112 Hvor mange ganger blir en fiber resirkulert?... 113 Forurensinger og hygienekrav... 114 Endringer i fiberegenskaper ved resirkulering... 115 Råstoffkategorier og anvendelsesområder... 116 Treholdig trykkpapir... 118 Mykpapir (tissue o.l.)... 118 Liner, hylsepapp, bygningspapp... 118 Finpapir og kontorpapir... 119 Støpte produkter (eggekartonger m.m.)... 119 Generelt om framstilling av returfibermasse... 119 s. 4

Brune kvaliteter... 120 Avsvertede kvaliteter... 121 Stickies... 123 Bleking... 123 Terminologi, definisjoner... 124 Effekt av bleking på fiberens egenskaper... 124 Flertrinnsbleking... 124 Bleking av mekaniske masser... 126 Bisulfitt... 127 Ditionitt (Y/DT)... 127 Peroksid (P)... 127 Bleking av kjemisk masse... 128 Klor ()... 128 Hypokloritt (H)... 128 Klordioksid (D)... 128 ksygen ()... 128 zon (Z)... 129 Peroksid (P)... 129 Kompleksdanner (Q)... 130 Persyrer (Pa/Paa, a/aa)... 130 Enzym (X, xylanase)... 130 Blekesekvenser i industriell skala... 131 Bleking av returfibermasse... 133 Ditionitt (Y/DT)... 133 Peroksid (P)... 134 Formamidinsulfonsyre (FAS)... 134 Litteratur... 135 Generelt... 135 Referanser... 135 s. 5

Papiret og dets historie Torbjørn Helle Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Papirets historie 1 Hva er papir? Papir er en hverdagslig sak. Vi bruker papir hver dag, og svært få tenker på at det skulle være noe spesielt ved dette papiret. Men hvis man tenker over det, er ikke papir bare papir. Papir er alt fra glanset hvitt bokpapir til gulaktig avispapir. Fra kartong til silkepapir. Fra matpapir til tørkepapir. g alt er laget av de samme trærne. Ikke bare skal papiringeniøren lage disse ulike papirtypene fra det samme råstoffet, hun skal til og med lage det så billig at vi kan kjøpe en avis for under ti kroner og kaste avisen når vi har lest den. Men hva er egentlig papir? Papirets forgjenger i det gamle Egypt, papyrusen, er ikke papir. For at et materiale skal kunne kalles papir må det være et ark fremstilt av vegetabilske fibre som først er blitt oppslemmet og adskilt fra hverandre i vann, og så, ved avsiling av suspensjonen på et finmasket formingsnett, formet til et ark hvor fibrene i hovedsak er vilkårlig orientert i forhold til hverandre. Papirets historie er mangslungen, og dets historier like mangslungne. 2 Papirets historie Det er typisk for menneskene at vi har utviklet ulike materialer for våre ulike gjøremål. Stål og betong, plast og papir. Stålet for sverd og skip; betong for de store bygg og de høye broer; plasten til alt mulig rart i våre moderne vidløftige liv. Materialene er så sentrale at de har gitt våre eldste historiske perioder deres navn; steinalder, bronsealder, jernalder. Dessverre var det i første rekke våpenmaterialet som ga epokene navn. Deres historiske betydning var at de ga mulighet for folkegrupper til å beseire andre. Materialenes fremgang sammenfaller ofte med krigene. De har plett på sine skjold. Av betydningsfulle materialer er det ett som har sin historiske sti relativt ren i så henseende, og det er papiret. Det ga aldri krigsherrer noe overtak, men gjorde det mulig for nye ideer og ny kunnskap å vinne fram; å oppbevare erindringen om historiske hendelser, og å samle og videreutvikle filosofi og vitenskap. Papiret har en historie å være stolt av. Papiret har også en historie så fargerik og mangesidig som livet selv. Det var naturligvis kineserne som oppfant det man kan kalle papir. Etter tradisjonen skjedde det i år 105 etter Kristus. ppfinneren het Ts'ai Lun, en evnukk i keisers store kanselli. Ts'ai tok den fiber-rike barken av mulbærtreet, frigjorde fibrene ved å koke den med lut, fortynnet blandingen og formet papirark på en tynn duk av sammenvevde bambusspiler. Ts'ais papir ble populært; han ble utnevnt til marki og høyt æret. Det står alt skrevet i Han-dynastiets offisielle historie, utgitt på papir ca år 445. rdet papir kommer naturligvis av det egyptiske papyrus. Egypterne laget jo sitt papyrus lenge før Tsai's tid, to-tre tusen år tidligere. Men papyrus kan ikke betegnes som papir etter vår definisjon. For at materialet skal kalles papir, må de individuelle fibrene ligger vilkårlig fordelt. Papyrus lages av en sump-plante fra Nilen. Stammen av den skjæres i skiver som legges ved siden av hverandre, med et nytt lag tvers over det første. I hver skive ligger da fibrene parallelle. På grunn av sin struktur kan ikke papyrus brettes, og oppbevares derfor i rull-form, ikke som bøker. Egypterne var alene om å lage papyrus, som hadde sin storhetstid under romerriket. Da det gikk under, forsvant også kunnskapen om papyrus-fremstilling. I europeisk middelalder var skrivematerialet pergament, som har navn fra Pergamon på Tyrkias sørkyst. Pergament lages av geit- og sauehud. Materialet blir sterkt og seigt, men blir svært kostbart. Til en bibel gikk visstnok med skinn fra 300 sauer. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 9

Papiret og dets historie Kineserne utviste en utrolig kulturell aktivitet på Ts'ais tid og fremover, med papir som viktig materiale. Håndskrevne bøker ble laget før år 500, postvesen etablert omkring 700. Toalettpapir ble brukt omkring år 875, spillkort på 900-tallet, pengesedler omkring år 1000. 2.1 Papirmakerkunstens utbredelse fra Kina Kinesere vokter strengt på sine hemmeligheter. Det gjaldt også papirmakerkunsten Kunnskapen lekket først ut østover mot Korea og Japan, omkring år 610, og da typisk ved at Buddhistiske misjonærer der brukte papir for å støtte utbredelsen av sine hellige skrifter. Mot vest gikk utbredelsen av papir enda langsommere. Man har funnet rester av kinesiske dokumenter fra de tidlige år i befestningene langs karavanerutene gjennom Gobi-ørkenen; Silkeveien. Kunnskapen om papirfremstilling slapp først ut av Kina ved et slag ved Samarkand i år 751, mellom kinesere på ekspansjon mot vest, og araberne på vei mot øst. Kineserne tapte, og araberne tok til fange papirmakere. Dette var jo tiden for arabernes store ekspansjon etter Muhammed, og de videreutviklet også papirmakerkunsten raskt. De etablerte hele fabrikker i Bagdad, og brukte tekstil-rester som råstoff. Det hevdes at det første papir-dokument som nådde Europa, var hilsenen fra den legendariske kalifen Harun Al Raschid i Baghdad - den selvsamme historiske person som vi kjenner fra 1001 Natts Eventyr - til Karl den Store; våre forfedres Karlamagnus ; ved kroningen av Karl til keiser i Rom, første juledag år 800. Det er en makeløs introduksjon, ved denne koblingen mellom Østens og Vestens eventyrskikkelser. Man må håpe at historien er sann. - Men om introduksjonen var storslagen, fikk papiret ingen rask fremgang i Europa. Det skulle gå enda 500 år før materialet ble anerkjent her. Dette var tiden med Islam på fremgang, og en kristenhet i vanskelighet. Kirken la for hat alt som kunne forbindes med de vantro, deriblant også papir. Det var da også maurerne som startet papirfremstilling i Europa; omkring 1100, i Spania og på Sicilia. Myndighetene la ned forbud mot bruk av papir i offentlige dokumenter. Men papirets fremgang var ustoppelig. Papir kom langsomt til sin rett fra 1200-tallet av, og da først som praktisk materiale for forretningsdokumenter i de ekspanderende bystatene. Etableringen av boktrykkerkunsten omkring 1440, ble et gjennombrudd i bruken av papir, og for informasjonsutviklingen. Johann Gutenbergs oppfinnelse ga trykksaker av høy kvalitet. Hans berømte bibel forelå ferdig trykt i 1456, og beundres ennå. Trykkeriteknikken som dermed var etablert, fikk en lavine-aktig utbredelse. Før år 1500 var det trykket over 30 000 boktitler. Venezia hadde i 1500 over 150 boktrykkere, som da hadde gitt ut over 4000 titler. Reformasjonen ville vært utenkelig uten boktrykkerkunsten. Dens basis i ønsket om å tenke og lese skriften selv forutsatte rimelig tilgang på informasjonsskrifter. Luthers oversettelse av Det nye testamentet ble spredd i over 100 000 eksemplarer før hans død i 1546. Europeernes verdensbilde ble radikalt endret og utvidet fra tiden omkring år 1500. Det skyldtes ikke bare oppdagelsene av de nye land og verdensdeler, men også de raske utbredelse av informasjon av alle slag, båret på papir. Det tales i dag mye om informasjonsteknologien, IT, og dens seiersgang. Historisk sett har dagens elektronisk baserte IT ennå ikke hatt den samfunnsmessige betydning som den papirbaserte trykk-teknikken har hatt. 3 Framtiden Det tidlige europeiske papir ble laget av tekstil-rester, filler. Forbruket økte, filler ble mangelvare og man fikk et febrilsk arbeid med å finne nye råstoff. mkring 1850 lærte man å lage papir av tre, og dermed var råstoff-bekymringene slutt. Da ble også Norge etablert som et stort papirproduksjonsland. I dag lages det mer enn 2 millioner tonn papir i Norge. Til sammen fremstilles s. 10 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Framtiden det mer enn 300 millioner årstonn på verdensbasis. Det blir omkring 50 kg per person, globalt sett. Men det er stor skjevhet i forbruket. I USA forbrukes det 330 kg pr person, i India bare en prosent av dette, vel 3 kg. Det tales ofte om at papiret i dag er på vei ut, fortrengt av de elektroniske medier. Det er vanskelig å ha sikre meninger om dette. Hittil har bruken av informasjonspapir bare økt raskt. Det typiske for den elektronikk-baserte IT-teknikk er jo dens utrolige hastighet og kapasitet. Hittil er hastighetsøkningen i informasjonsbehandlingen som er det mest iøynefallende, og også papiret har fordel av det. Papiret er overlegen for informasjonspresentasjon. Så lenge folk kan lese, vil nok papiret ha en plass. Men man vil vel kanskje snarere snakke med fremtidens datamaskiner, og med analfabeter vil informasjonspapiret være i vansker. For øvrig går mindre enn halvparten av verdensforbruket av papir i dag til informasjonsformidling. I de industrialiserte land er forbruket av papiremballasje (bølgepapp) betydelig større enn forbruket til trykksaker. Dertil kommer annet brukspapir, som toalettpapir og kjøkkenpapir. Elektronikken gjør altså fremtiden for informasjonspapiret usikker. Men papirets største fordel er dets store anvendelsesområde, og man må vel i alle fall tro at det vil ha en trygg fremtid som dopapir. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 11

Papiret og dets historie s. 12 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Papirindustrien Størker Moe Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

1 Treforedlingsindustrien Papirindustrien er en global industri som domineres av store, internasjonale aktører. De vestlige stormaktene (USA og EU) er de klart største produsentene (Tabell 1). Den største veksten i papirproduksjonen, som i annen industri, er det likevel Østen som har hatt, produksjonen var der 8 ganger så stor i 1996 som i 1975. Treforedling er en moden industri med relativt lave og stadig synkende produktpriser. Det har over tid vært behov for en sterk strukturrasjonalisering, og verdens største papirindustribedrift hadde i 2003 en omsetning på over 25 millarder dollar [1]. Det største norske papirkonsernet, Norske Skog, lå i 2001 som nummer 14 regnet i tonnasje med en produksjon på ca. 4 millioner tonn i 2000 (Tabell 2). Tabell 1: Produksjon av papir og kartong på verdensbasis og i de viktigste treforedlingsland (mill. tonn) [2]. Verden totalt USA anada Japan Østen a) EU Finland Sverige Norge 2001 317 80,8 19,7 30,7 82,2 12,5 10,5 2,3 2000 323 85,5 20,7 31,8 84,5 13,5 10,8 2,4 1999 315 88,1 20,2 30,6-79,9 12,9 10,1 2,3 1998 301 85,9 18,7 29,9-77,5 12,7 9,9 2,3 1997 298 86,3 19,0 31,0-74,8 12,0 9,8 2,2 1996 281 82,0 18,4 30,0 39,9 68,9 10,3 9,0 2,1 1995 275 83,0 18,7 29,6 36,9 69,2 b) 1994 269 80,7 18,3 28,5 33,9 45,1 c) 10,8 9,2 2,3 10,9 9,4 2,1 1993 252 77,1 17,5 27,8 31,0 41,3 10,0 8,8 2,0 1992 247 75,2 16,6 28,3 29,0 40,8 9,2 8,4 1,7 1991 241 72,1 16,6 29,1 25,2 39,2 8,8 8,3 1,8 1990 240 71,5 16,5 28,1 23,0 38,4 9,0 8,4 1,8 1985 193 60,8 14,4 20,5 14,1 29,4 7,4 7,0 1,6 1980 171 56,8 13,4 18,1 9,0 27,4 5,9 6,2 1,4 1975 131 46,2 9,8 13,6 5,2 20,9 4,0 4,4 1,2 a) Kina, Sør-Korea, Taiwan, Indonesia b) 15 land c) 12 land Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 15

Papirindustrien Tabell 2: Verdens største produsenter av papir og kartong 2001 [3] Firma Rangering, produksjon 1000 tonn Rangering, omsetning msetning Mill. US$ International Paper 1 14423 1 21645,0 USA Hovedkontor Stora Enso 2 12971 4 10410,5 Finland Georgia-Pacific 3 11555 2 13556,0 USA UPM-Kymmene 4 8285 9 7263,6 Finland Nippon Unipac Holding 5 7957 6 10003,5 Japan Smurfit-Stone ontainer orp. 6 7445 7 8163,0 USA ji Paper 7 7111 5 10107,2 Japan Abitibi-onsolidated 8 6406 19 3392,6 anada Mondi International 9 5967 24 2958,0 S.-Afrika Weyerhaeuser 10 5442 11 6519,0 USA Sappi 11 4890 16 4600,0 S.-Afrika Svenska ellulosa (SA) 12 4474 10 6862,8 Sverige M-real 13 4216 12 5435,9 Finland Norske Skogindustrier 14 4080 25 2809,5 Norge Asia Pulp & Paper ompany Jefferson Smurfit Group 15 4035 15 4657,8 Singapore 16 3894 17 4207,6 Irland Kimberly-lark 17 3800 8 7303,2 USA Westvaco 18 3289 21 3311,0 USA Mead 19 3600 18 3539,0 USA Kappa Packaging 20 3415 40 1527,2 Nederland Bowater 21 3404 26 2500,3 USA Willamette Industries 22 2775 22 3215,2 USA ascades 23 2740 34 1903,8 anada Haindl'sche Papierfabriken 24 2390 39 1542,0 Tyskland Boise ascade 25 2300 32 2048,0 USA Temple-Inland 26 2300 31 2093,9 USA s. 16 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Tabell 2: Verdens største produsenter av papir og kartong 2001 [3] Firma Holmen 27 1977 44 1283,5 Sverige Packaging orp. of America Rangering, produksjon 1000 tonn Rangering, omsetning msetning Mill. US$ 28 1964 33 1922,0 USA artiere Burgo 29 1935 37 1647,4 Italia Rengo 30 1860 27 2407,7 Japan Myllykoski 31 1859 45 1248,8 Finland Domtar 32 1846 30 2093,9 anada Arjo Wiggins Appleton 33 1840 13 5369,6 UK Daio Paper 34 1834 23 2984,7 Japan AssiDomän 35 1770 28 2262,5 Sverige Procter & Gamble 36 1550 3 12044,0 USA Hovedkontor 1.1 Norsk treforedlingsindustri Sammenlignet med offshorebransjen er treforedlingsbransjen i Norge relativt liten, og i internasjonal målestokk er Norge bare den 23. største produsenten i verden med Sverige på 7. plass, Finland på 6. plass og USA klart størst. Norsk papirproduksjon utgjør da heller ikke mer enn 0,7% av verdens produksjon. Imidlertid utgjør treforedlingsindustrien en viktig del av vår fastlandsbaserte industri og har en klar distriktsprofil i sin sysselsetting. Norsk treforedlingsindustri består av 25 bedrifter med en samlet omsetning på cirka 21 milliarder kroner. a 90% av omsetningen eksporteres. Av papir- og kartongproduksjonen ble 13% levert innenlands, 62% til land i EU, 1% til EFTA-land og 24% til øvrige land i verden. Treforedlingsindustriens eksport utgjør 6.5% av fastlands- Norges samlede vareeksport. Næringen sysselsetter ca. 7400 personer i Norge. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 17

Papirindustrien Tabell 3: Norske treforedlingsbedrifter (Kilde: TFB/PIL) Bedrift Lokalisering Produkt Ahlstrom ores AS Hommelvik Papphylser Borregaard Industries Ltd. www.borregaard.com Glomma Papp AS www.glommapapp.no Hellevad AS Huhtamaki Norway AS www.huhtamaki.com Sarpsborg Sarpsborg Hokksund (Hellefos) Kragerø (Vafos) Hønefoss Kjemisk cellulose, lignosulfonater, vanillin, etanol Div. spesialpapp Treholdig trykkpapir Markedsmasse, mekanisk Støpte fiberprodukter (eggekartong, papirtallerkener, m.m.) Hunsfos Fabrikker ASA Vennesla Finpapir, tapetpapir Hunton Fiber AS www.hunton.no Hurum fabrikker www.returkartong.no Hydro Fritzøe AS www.hydro-fritzoe.no Gjøvik Tofte Barkåker Trefiberplater Diverse kontorpapir Hagebark Kappa Rena AS Rena Fiskeemballasje, massivpapp Larvik ell AS Larvik Markedsmasse, halvkjemisk Peterson Linerboard AS www.peterson.no Norske Skog ASA www.norske-skog.com Nordic Paper AS www.nordic-paper.com Moss Ranheim Hønefoss (Follum) Halden (Saugbrugs) Skogn Skien (Union) Geithus Greaker Kraftliner Testliner Treholdig trykkpapir: Avis, forbedret avis, kopi-/datapapir, bestrøkne kvaliteter S magasinpapir Avispapir Bokpapir (treholdig) Greaseproof Greaseproof Norsk Wallboard A/S Vennesla Trefiberplater Rygene-Smith & Thommesen AS Rykene Markedsmasse, TMP AS Skjærdalens Brug Tyristrand Mykpapir, krepp-papir, servietter Smurfit Sunland-Eker AS www.danorprodukter.no/sundlek.htm Södra ell www.sodra.com www.sodrafabrikk.no Drammen Mykpapir Folla Tofte Markedsmasse, TMP Markedsmasse, sulfat s. 18 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Produksjon og forbruk av ulike papirtyper Noen definisjoner Ferskfiber Returfiber Mekanisk masse (tremasse) Kjemisk masse ( cellulose, cellulosemasse ) Treholdig papir Trefritt papir Bestrøket papir Mykpapir Fiber utvunnet fra ved eller annet fiberholdig plantemateriale Fiber utvunnet fra innsamlet returpapir Papirmasse som er framstilt ved at fibrene i vedråstoffet skilles fra hverandre med mekanisk energi Papirmasse som er framstilt ved at ligninet som holder fibrene i vedråstoffet sammen løses opp ved hjelp av kjemikalier Papir som er laget av (overveiende) mekanisk masse Papir som er laget av kjemisk masse. Kan inneholde små mengder (<10%) mekanisk masse Papir som har et ytterskikt av en bestrykningsmasse. Har høy glans Myke papirtyper som brukes for deres absorberende egenskaper eller tilsvarende. Toalettpapir, tørkepapir o.l. Kartong Papir gjerne flere skikt med en flatevekt over ca. 150 g/m 2 Flatevekt Liner Vekten av en m 2 papir Ytterlaget i bølgepapp 2 Produksjon og forbruk av ulike papirtyper Papir har vært i bruk i mer enn to tusen år og er ikke blitt utkonkurrert av moderne elektroniske informasjonsmedier, eller avanserte plastiske emballasjematerialer. I vårt moderne samfunn benyttes mange ulike papir og kartong typer, og Tabell 4 viser bredden i typiske forbruksområder for ulike kategorier papir og kartong. En trend er at for ett produkt skal flere funksjoner kombineres. Et eksempel på dette er trykking på emballasje og hygienepapir. Tabell 5 viser antatt produksjonsmengde og økning i denne for forskjellige papir- og kartong typer i perioden 1990-2000. Det er forventet en økning i produksjonen av alle papir- og kartongkvaliteter. Verdens kapasitet for produksjon av ferskfibermasse er vist i Figur 1. Total kapasitet for ferskfibermasse i verden var i 2003 175 millioner tonn. I praksis var den meste av den mekaniske massen fra barved. Av sulfatmassen var i 1997 omkring 61% fra barved mens omkring 39% var fra løvved. Barved har lange fibre og gir gode styrkeegenskaper og derfor en viktig fiberkilde. Et annet poeng er at de industrialiserte landene, som står for den største delen av papirproduksjonen ligger i beltet rundt 60 nord med mye barved. De siste årene har vi imidlertid sett en dreining mot økt produksjon av blekt kortfibersulfatmasse basert på plantasjeskog. Dette er primært eukalyptus og akasie, fra Syd-Amerika (Brasil), Syd-Afrika og Indonesia. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 19

Papirindustrien Tabell 4: Bruksområder og bruksegenskaper til ulike typer papir og kartong [4]. Funksjon Typisk kvalitet Typisk sluttprodukt Viktige trender Informasjon Samling Distribusjon ppbevaring Avispapir Magasinpapir, bestrøket og ubestrøket (S og LW) Trefritt trykk- og skrivepapir, bestrøket og ubestrøket Aviser Journaler Bøker Datautskrifter Xerox-kopier Illustrasjoner Økt bruk av flerfargetrykk og -kopiering. Elektroniske medier tar over forretnings- og bankdokumenter. Økt grad av resirkulering. Økt bruk av tilsetningsstoffer Emballasje Transport Distribusjon Beskyttelse Liner (dekkpapir) Sekkepapir Bølgepapp Eskekartong (falskartong) Væskekartong Innpakking Poser Esker Innpakningspapir Beholdere Økt bruk for distribusjon av matvarer. Generell økning i resirkulering av inpakningsmateriale. Økt bruk av kombinasjonsmaterialer (composites). Hygiene Tissue Towel Sanitær Toalettpapir Bleier Myk tissue Papirhånduker Engangs laken og klær til sykehus Bruken øker generelt med levestandarden. Endeprodukt ved resirkulering av papirfibre. Ferskfiber for beste kvaliteter. Spesialkvaliteter ffisielle papir Filterpapir Brannsikret papir Brev Frimerker Luftfilter Kaffefilter Bakepapir En stadig økning i antallet nye bruksområder. Tabell 5: Antatt produksjonsmengde og produksjonsøkning på verdensbasis for forskjellige papir- og kartongtyper i perioden 1990-2000 [3]. Type Mill. tonn/year 1990 2000 Vekst i % per år Avispapir 34,0 44,1 2,6 Ubestrøket treholdig 11,3 14,1 2,2 Ubestrøket trefritt 32,3 44 3,2 Bestrøket treholdig 10,7 18,6 5,6 Bestrøket trefritt 11,9 16,9 4,4 S-fluting 11,4 14,1 2,2 R-fluting 12,2 20,3 5,2 Kartong 19,6 25,9 2,9 Tissue 13,6 18,4 3,0 Liner 42,2 60,4 4,3 s. 20 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Produksjon og forbruk av ulike papirtyper Blekt sulfitt 3.3 MT (2 %) Ublekt sulfitt 0.9 MT (0.5 %) Halvkjemisk 6.9 MT (4 %) Mekanisk 47.5 MT (27 %) Blekt sulfat 81.6 MT (48 %) Ublekt sulfat 33.4 MT (19 %) Figur 1: Verdens kapasitet for produksjon av ferskfibermasse fra ved i 2003, mill. tonn [5] 2.1 Norsk masse- og papirproduksjon I Norge er produksjon treholdig trykkpapir dominerende. Disse kvalitetene brukes til avispapir, magasinpapir og lignende. Fra Figur 2 ser vi at produksjonen av avispapir har gått noe ned de senere åra, mens produksjonen av annet treholdig papir og papir fra kjemisk masse øker. Tabell 6 viser strukturen i norsk treforedlingsindustri de siste ti årene, mens Figur 3 viser utviklingen de siste to hundre årene. Gullalderen for norsk treforedling var fra begynnelsen av forrige århundre og fram til 1950. Fra 1950 til omkring midten av 1980-tallet skjedde det en kraftig strukturomlegging i den norske bransjen, og en rekke norske fabrikker måtte stenge. Imidlertid gikk dette ikke ut over den totale produksjonen. Antallet fabrikker har de siste ti årene ikke endret seg mye. Vi ser en dreining mot større fabrikker, men ingen dramatiske endringer. Av de norske fabrikkene som drev med produksjon av papir og papirmasse i 2003 er produksjon av mekanisk masse (tremasse) og papir dominerende. Mekanisk masse produseres hovedsaklig i integrerte fabrikker, dvs. i fabrikker der massen føres direkte til papirproduksjon fra massefabrikken. Bare fem små fabrikker framstiller mekanisk masse for salg. Av tre fabrikker som fremstiller kjemisk masse har sulfittprosessen en relativt stor andel i Norge med ett anlegg. 65% av den produserte kjemiske massen ble solgt videre. Sulfatmasse selges f.eks til produsenter av magasinpapir (LW og S), der den blandes inn i mek-massen for å gjøre denne sterkere (armeringsmasse). Dissolving- og derivatcellulose fremstilt ved sulfittprosessen selges for videreforedling til andre produkter enn papir, f.eks viskose til klær eller som råstoff for cellulosederivater. Tabell 7 viser produksjon av de ulike massetypene i Norge og andelen av disse som blir solgt. Vi ser at ca 50% av sulfatmassen produseres for salg og all produsert halvkjemisk masse blir solgt. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 21

Papirindustrien 1000 1000 tonn 800 600 400 200 Avispapir Ubestrøket treholdig Avispapir Ubestrøket tr Pappkassem Bestrøket pa Annet papir o Sanitær og h Pappkassematerialer Bestrøket papir Annet Sanitær og 0 husholdning 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Figur 2: Produksjon av papir og kartong i Norge i perioden 1993-2003 [2] Tabell 6: Struktur i norsk treforedlingsindustri 1987-2001, papir- og kartongfabrikker [2]. Størrelse i årstonn 1987 1995 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 1000-10000 1 - - 1 1 1 1 0 0 10.000-25000 5 2 3 2 2 2 3 3 3 25000-50000 4 7 5 4 4 4 3 3 3 50000-100000 3 2 3 2 1 1 2 2 2 100000 og over 5 6 6 5 6 6 5 5 5 Total 18 17 17 14 14 14 14 13 13 Antall papir- og kartongmaskiner 40 39 39 35 35 35 35 34 33 s. 22 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Produksjon og forbruk av ulike papirtyper 80 3.0 70 2.5 Produksjonsenheter 60 50 40 30 20 Masse Papp og papir Masse 2.0 1.5 1.0 Produksjon, mill. tonn 10 Papp og papir 0.5 0 1800 1850 1900 1950 2000 0.0 Figur 3: Produksjon og produksjonsforhold i norsk treforedlingsindustri 1800-2003 [2,6] Tabell 7: Produksjonsforhold i norsk treforedlingsindustri i 2003 [2]. Antall fabrikker Kapasitet (i 1000 tonn) Totalt Herav salgsmasse Totalt Herav salgsmasse Mekanisk masse ( tremasse ) 9 2 1817 209 Kjemisk masse ( cellulose ) Sulfitt 1 1 148 148 Sulfat 2 1 560 385 Halvkjemisk 1 1 40 40 Papir og kartong 13-2595 - Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 23

Papirindustrien 3 Litteratur 3.1 Generelt Bækkelund, B. (2001): Tid for skog, Norsk skogbruksmuseums årbok nr 15, Norsk skogbruksmuseum, Elverum, ISBN 82-90660-22-7 Hansen, S.. (2004): Kampen om kaken, Håndverksarbeidernes forening, Norske skog Saugbruks, Halden, ISBN 82-303-0179-4 Kaldal, I (1989): Papirabeidernes historie: Norsk Papirindustriarbeiderforbund 1913-1988, Tiden Norsk Forlag, ISBN 82-10-03204-6 Lange, E: (1985): Fra Linderud til Eidsvold Værk Treforedlingens epoke: 1895-1970, Dr.- avhandling, Universitetet i slo, ISBN 82-09-10308-3 Moen, E. (1998): The Decline of the Pulp and Paper Industry in Norway, 1950-1980: A Study of a losed System in an pen Economy, Dr. Philos-avhandling, Universitetet i slo, ISBN 82-00-12959-4 3.2 Referanser 1 PriceWaterhouseoopers Global Forest and Paper Industry Survey 2004, www.pwcglobal.com/forestry 2 Treforedlingens Bransjeforening: Hovedtall 2003, http://www.pulp-and-paper.no/html/n_kkeltall.html. 3 Pulp and Paper International Annual Review 2001, JULY 2001, Volume 43, Number 7 4 European IPP Bureau, Integrated Pollution, Prevention and ontrol (IPP): Draft Reference Document on Best Available Techniques in the Pulp and Paper Industry, 2000. http://eippcb.jrc.es/pages/factivities.htm 5 FA pulp, paper and paperboard capacity survey 2003-2008 ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/007/y5515t/y5515t00.pdf 6 Moen, E. (1998): The decline of the pulp and paper industry in Norway, 1950-1980 : a study of a closed system in an open economy, Dr.Philos-thesis, Acta humaniora 37, Historisk-filosofisk Fakultet, Ui, slo, ISBN 82-00-12959-4 s. 24 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Papirfiber ressurser og råstoff Størker Moe Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

1 Innledning I prinsippet kan nesten ethvert fibrig materiale utnyttes som råstoff for papirmasse og papir. I praksis er det plantefibre, først og fremst vedfibre fra trær, som utnyttes 1. Papirmassefibre kan utvinnes fra nesten enhver karplante som finnes i naturen (se Tabell 1 for en oversikt over aktuelle fiberråvarer). Imidlertid må plantene gi et relativt høyt fiberutbytte for å være av økonomisk verdi. I tillegg til fiber utvunnet direkte fra plantemateriale (her kalt ferskfiber), dekkes nå en større og større andel av verdens fiberbehov av fiber som utvinnes fra allerede fremstilt papir, såkalt returfiber. Ved- og plantefibre er celler med en rørformet struktur, der veggene i stor grad består av cellulose. For trefibre er forholdet mellom lengde og diameter (L/d) normalt omkring 100:1. Forøvrig har fibre som utnyttes til papir sterkt varierende dimensjoner, med lengder normalt i området 0,5-5 mm (i enkelte tilfeller mer enn 50 mm), og med store forskjeller i fiberveggtykkelse. Både lengde og veggtykkelse har stor betydning for hva slags papir man bruker råstoffet til. Utnyttelsen av ved- og andre plantefibre avhenger av vedens og fibrenes struktur og egnethet til papirframstilling. Den overlegent viktigste kilde for ferskfiber er verdens skoger. Av en samlet papirmasseproduksjon i 1997 på ca 320 millioner tonn kom 175 millioner tonn fra vedråstoff og bare 18 millioner tonn (omkring 6%) fra non-woods 2. Resten, omkring 130 millioner tonn, var returpapir (se Figur 1). Fibre som skal være egnet til papirproduksjon må være i stand til å fordele seg jevnt i arket og forme seg etter hverandre når arket (fibermatten) dannes. De må også være i stand til å danne sterke bindinger mellom fibrene i kontaktpunktene. Hvor jevnt fibrene fordeler seg i arket kan måles som arkets formasjon, i hvilken grad fibrene former seg etter hverandre kan måles som tetthet og/eller porøsitet, mens graden av bindingsdannelse gjenspeiles i arkets mekaniske styrke. Noen papirmasser er i utgangspunktet mindre egnet for papirframstiling fordi fibrene er stive og lite bindingsaktive. Slike fibre må behandles mekanisk (i vann) for å få utviklet deres papirdannende egenskaper. Denne prosessen kalles maling. I tillegg til fiberlengde og -bredde (se Tabell 11, s. 47) vil også fibrenes veggtykkelse være av betydning for de papirdannende egenskapene. Tynnveggede fibre vil lettere danne flate bånd under arkformingen, spesielt hvis massen er malt. Båndformede fibre er mer fleksible enn rørformede og vil gi et tettere ark. Bortsett fra frøhår vil vegetabilske fibre i sin naturlige form være innsluttet i en matrise som ikke har fiberkarakter. Dette materialet består hovedsaklig av lignin, men også andre stoffer som hemicellulose og harpiks. Fibrene må løses ut av ligninmatrisen ved hjelp av kjemiske eller mekaniske prosesser eller kombinasjoner av disse. Det er en klar trend at returpapir er det sterkest økende råstoffet for papirfiber, og uttrykket the urban forest har av og til blitt brukt for å beskrive råstofftilgangen for returfiber. Dette kan vi også se av at produksjonen av non-wood -basert ferskfiber har gått jevnt nedover siden 1996 mens denne fiberen til en viss grad har blitt erstattet av fiber basert på returpapir. Spesielt de senere årene har renseteknologien for returfiber gjort at slik fiber i endel sammenhenger er et kvalitetsmessig fullverdig alternativ til ferskfiber. 1. Syntetiske fibre brukes i en viss utstrekning til framstilling av spesielt rivsterkt papir 2. Ett- og toårige karplanter Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 27

Papirfiber ressurser og råstoff Tabell 1: Ulike fibertyper som brukes til papirproduksjon Fibertype Kommentar Brukes til Abaca Bagasse Bambus Bomull ogongress Esparto Gampi Halm (hvete, ris, bygg m.m.) Hamp Jute Kenaf (bast) Kenaf (hel) Lin Musa textilis. gså kjent som Manilahamp Sukkerrør etter at saften er presset ut. Avfall fra sukkerproduksjon Både viltvoksende og plantasjedyrket. Inneholder relativt høye nivåer av silikater. Bomullslinters (korte frøhår, avfall fra bomullsfiberproduksjon), ny bomullsfiber eller brukt bomull ( klutepapir ) Alang-alang (Imperata cylindrica), en gressart fra Sydøst-Asia Stipa tenacissima, en gressart som dyrkes i Nordvest-Afrika og sydlige Spania Gampitre, Diplomorpha sikokiana, et lavtvoksende tre fra Japan. Bastfibrene (innerbarken) utnyttes til papir, som for morbær Relativt store ressurser på verdensbasis. Landbruksavfall. Inneholder relativt høye nivåer av silikater annabis sativa. Noe omstridt, siden enkelte hamptyper brukes som rusmiddel. Dyrkes i Sydøst-Asia. Kun basten utnyttes. Fiberen brukes primært til strie, tau, m.m. Hibiscus cannabinus L pprinnelig fra Afrika, men dyrkes i India og Sydøst- Europa. Bastfibrene brukes til tauverk o.l. Frøene utnyttes til oljeproduksjon. Fibre fra oljelin er ikke egnet til linfiber, men kan brukes til papirproduksjon. gså fiberlin, enten ny eller brukt ( klutepapir ) Dokumentpapir, seddelpapir, sikkerhetspapir, teposer, filter, emballasje Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), tissue, emballasje Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), emballasje Dokumentpapir, seddelpapir, sikkerhetspapir, trefritt trykk- og skrivepapir Håndlaget papir, kunstpapir Trykk- og skrivepapir (trefritt) Håndlaget papir, kunstpapir Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), emballasje Sigarettpapir, dokumentpapir, seddelpapir, sikkerhetspapir, trefritt trykk- og skrivepapir Trykk- og skrivepapir, emballasje Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), emballasje, sigarettpapir, tissue Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), emballasje, tissue Dokumentpapir, seddelpapir, sikkerhetspapir, trefritt trykk- og skrivepapir, sigarettpapir Lokta Barkfibre. Planten kalles også Daphne Håndlaget papir, kunstpapir Morbær Broussonetia papyrifera. Fibre fra innerbarken brukes. Håndlaget papir, kunstpapir. Papiret kalles også Kozo eller Washi på japansk og er det opprinnelige papiret. Papyrus En sivplante opprinnelig fra Egypt Håndlaget papir, kunstpapir Sisal Sivplanter En agaveart, Agave sisalana. Utnyttes til tauproduksjon Dokumentpapir, seddelpapir, sikkerhetspapir, teposer, filter, emballasje Trykk- og skrivepapir (treholdig og trefritt), emballasje Ull Blandes med plantefibre som f.eks. bomull Håndlaget papir, kunstpapir Ved Industrielt viktigst Alle typer papir s. 28 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Ved Returfiber 40 % (128 MT) Vedbasert ferskfiber 54 % (175 MT) 2 Ved "Non-wood"-basert ferskfiber 6 % (18 MT) Figur 1: Verdens forbruk av fibermateriale 1997 [1-3] a 1/3 av jordens landareal er dekket av skog. Klimatiske forhold gjør at skogen hovedsaklig finnes i to områder, langs ekvator (blandet løvskog, delvis tropisk regnskog) og omkring 60 nord (barskog, ensartet sammensetning). Man skulle forvente mye skog i beltet ved 60 sør. Det er imidlertid svært lite landareal i dette området. Som man ser av Tabell 2 går over halparten av verdens produksjon av rundvirke til brensel. Det er hovedsaklig løvved som brennes, i Latinamerika, Asia og Afrika. Et viktig unntak er den store barvedandelen som brennes i det tidligere Sovjetunionen og i Kina. Dette er en viktig, potensiell fiberkilde for papirproduksjon. På verdensbasis er det omlag 33% barskog. De store bartreressursene finner vi først og fremst i Sovjetunionen og i Nord-Amerika. Mer enn halvparten av skogsarealet regnes som utilgjengelig i økonomisk forstand, det vil si at skogen ikke kan utnyttes industrielt på grunn av vanskelig terreng, avstand fra markedet og mangel på transportmuligheter. Videre er det omlag en tredel av den tilgjengelige skogen som ikke er utnyttet. Det er barveden som er av størst industriell interesse, og det meste går til fremstilling av trelast. Fram til 1950 årene var det hovedsaklig rundvirke som gikk til framstilling av papirmasse. I senere år er det i stadig større grad tatt i bruk avfallsvirke fra sagbruk, finer- og parkettfabrikker og lignende som råstoff for papirindustrien. Dette skyldes for en stor del fremstilling av mekanisk masse i raffinører, altså med flis som råstoff i stedet for rundvirke som er nødvendig for framstilling av slipmasse. mtrent 30 % av råstoffet kommer nå fra slike kilder. Mens det inntil for kort tid siden var stor bekymring for global avskoging på grunn av uttak av trær til papirråstoff, er denne årsaken til global avskoging i dag ansett som mindre viktig. Uttak av brensel og nedbrenning av skog for å frigjøre jordbruksarealer er i dag regnet for å være viktigere årsaker til avskogingen i verden. Dette skyldes antakeligvis en kombinasjon av økt plantasjedyrking av trær for papirproduksjon og en sterk økning i resirkulering av papir. Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 29

Papirfiber ressurser og råstoff Tabell 2: Verdens tømmerproduksjon 2004 (mill. fm 3 ) [4] Rundvirke totalt Brensel Massevirke Barved Løvved Barved Løvved Verden totalt 3384 204 1593 282 212 Afrika 613 13 533 3,7 6,9 Asia 1005 94 688 9,0 13 Kina 284 77 114 4,7 1,8 Europa 587 40 67 125 61 Nord- og sentral- Amerika Finland 53 2,0 2,5 20 5,0 Norge 8,6 0,4 0,7 3,2 0,0 Sverige 68 3,0 3,0 23 3,1 Baltikum 30 2,4 2,2 4,4 3,1 Portugal 8,7 0,2 0,4 0,7 4,9 Russiske Føderasjon 174 20 29 32 21 774 39 120 114 77 anada 200 0,5 2,4 13 15 USA 478 14 59 100 62 ceania 63 1,6 11 7,7 7,4 Syd-Amerika 343 17 173 23 47 Brasil 237 13 121 14 32 I utviklingslandene forventes en klar nedgang i skogsarealet på grunn av økning av jordbruksareal ved brenning av skog fulgt av dyrking og senere gjengroing. En følge av dette og senere års tørke er også en større grad av jorderosjon og forørkning. Eksempelvis taper Afrika ca 2 mill ha/år, Latin Amerika ca 6.5 mill ha/år og Asia 9.5 mill ha/år. Flere land i Asia f.eks Thailand, Indonesia og Filippinene legger nå restriksjoner på eksport av massevirke for å begrense rovdriften på skogen og beskytte sin egen industristruktur. Dette er tegn som tyder på at det i fremtiden ikke blir så lett å skaffe massevirke til fabrikker i skogfattige land ved å importere fra fjerntliggende land. Selv i industrialiserte land har man eksempler på lite bærekraftig skogsdrift. I anada finnes fabrikker som har forbrukt skogen i sin nærhet uten nyplanting slik at virket må hentes stadig lenger vekk, i ekstreme tilfeller helt fra Sibir (1000 km unna.) For å motvirke dette drives skogreising i form av kunstig regenerering (gjenplanting av samme treslag som før) og plantasjedrift. Særlig i varme land erstattes tropisk løvskog, som har en mengde arter som ikke alle er velegnet som papirmassevirke, med monokulturer av hurtigvoksende virke som pinus radiata (barved) eller eukalyptus (løvved). Ved genetisk forsking har man lykkes å øke utbyttet fra slike plantasjer sterkt. Det synes rimelig at det økende behovet for massevirke i fremtiden dekkes av plantasjedrift i land som USA (Sørstatene), Brasil, hile, Argentina og Indonesia. I etterkant av Kyoto-avtalen har det kommet et sterkt fokus på skogen som deponi for 2. I den grad volumet av stående skog øker, er dette et reelt argument. Mens den norske skogen i 1930 omkring 300 millioner fm 3 bandt anslagsvis 14 millioner tonn 2 per år, regner man i dag s. 30 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Ved Tabell 3: msetning av rund- og massevirke i Norge [5]. Alle tall i mill. fm 3 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Avvirkning (ved, skur- og massevirke) 8,17 8,43 8,16 8,31 8,05 Norsk rundvirke (massevirke) til treforedlingsindustien 2,91 2,95 3,19 2,88 3,22 2,69 Norsk sagbruksflis til treforedlingsindustien 1,39 1,39 1,37 1,31 1,45 1,18 Import av rundvirke og flis til treforedlingsindustien 3,05 2,59 2,46 2,84 2,50 2,83 Total virkestilgang til treforedlingsindustien 7,35 6,93 7,03 7,03 7,17 6,70 med at norsk skog alene tar opp rundt 30 millioner tonn 2 årlig. Etter fradrag for avvirking og nedbrytning av død ved gir dette et netto opptak av 2 i skog på rundt 14 mill. tonn. Uten å sette inn særskilte tiltak kan vi forsiktig anslå at 2 -binding i skog vil kunne øke med 50% (6.5 mill. tonn 2 ) fram mot år 2020. Gjennom særskilte tiltak i retning av målrettet økning i skogressursene, økt bruk av treprodukter og 2 -binding i slike, planting av energiskog og økt bruk av bioenergi m.v.bør skogbruk og skogindustri ytterligere kunne øke vår handlefrihet i forhold til forpliktelsene i Kyotoavtalen. Ikke alle land har bærekraftig skogbruk av den type vi f.eks finner i de nordiske landene. Imidlertid er det et paradoks at det i Norge, til tross for at vi har mer enn nok skog til å dekke den produksjonskapasiteten vi har for vedbaserte materialer, var nødvendig å importere nesten 3 millioner fm 3 massevirke 1 i 2003. Årsakene til dette kan være mange. Press fra naturvernorganisasjoner om barskogvern og mindre intensivt skogbruk samt en jevn nedgang i prisene, spesielt på massevirke, har ført til at noen skogeiere har sluttet med skogsdrift. 800 600 Løv Furu Gran Mill. m 3 400 200 0 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Figur 2: Volum av stående skog i Norge 1925-2000 (kilde: TFB [5], SSB [6]) År 1. fm 3 : Fastkubikkmeter; kubikkmeter massivt treverk Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 31

Papirfiber ressurser og råstoff 22,5% av fastlands-norge regnes som produktivt skogsareal. På disse vel 72000 km 2 vokser det hvert år rundt regnet 20 millioner fm 3 trevirke, hvorav vel 8 millioner fm 3 (noe under 40%) tas ut for salg hvert år. mkring halvparten av dette går til sagbruksformål, resten går stort sett til treforedlingsbransjen (i 2002 4,7 mill. fm 3 [5]) og som ved. I tillegg går en stor andel av sagbruksvirket videre som sagbruksflis til treforedlingsformål. Store mengder av trevirket som brukes til framstilling av papp og papir er dermed lavverdig virke som er uegnet til trelastformål (f.eks. tynningsvirke) eller flis som blir produsert ved sagbrukene, fra deler av stokken som ikke kan utnyttes til trelast (f.eks. bakhon). Det totale forbruk i masse- og papirindustrien var imidlertid 7,17 mill. fm 3, slik at en viss import av virke var nødvendig. 2.1 Bruk av ulike vedtyper Når man omtaler vedfibre som råstoff for papir, skiller man i første rekke mellom barved (langfiber, softwood ) og løvved (kortfiber, hardwood ). Mens barvedfiber normalt er omkring 3-4 mm lange og rundt 30 µm i diameter, er løvvedfiber betydelig kortere (1-1.5 mm). Dette gir fibrene ulike egenskaper som papirråstoff, og generelt kan man si at barvedfiber brukes der styrke er en viktig egenskap (eksempelvis i emballasjepapir), mens løvvedfibre brukes der overflatejevnhet er viktigst (for eksempel i trykk- og skrivepapir). Dette bildet kompliseres noe av at man gjerne tilsetter noe langfiber i en trykkpapirfurnish for å oppnå tilstrekkelig styrke, og av at meget få løvvedarter egner seg for framstilling av mekanisk masse, som er den billigste massetypen og derfor egner seg til framstilling av rimelige trykkpapirkvaliteter som avis- og magasinpapir. Både barved og løvved inneholder omkring 40% cellulose. Barved er noe mer ligninrik enn løvved, med omkring 30% lignin i barved og i overkant av 25% lignin i løvved. I begge tilfellene utgjøres resten (henholdsvis ca. 30% og i underkant av 35%) av hemicelluloser. 2.2 Vanlige treslag for massevirke 2.2.1 Gran (Picea spp.) Gran egner seg meget godt til trykkpapir. Lange, slanke og relativt tynnveggete fibre gir papiret gode trykkegenskaper, slik at gran er et meget godt egnet råstoff for raffinørmasse til trykkpapir og som kjemisk framstilt armeringsmasse for eksempelvis magasinpapir. Gran inneholder nokså lave mengder harpiks, noe som gjør den spesielt godt egnet til mekanisk masse, og norsk gran (Picea abies) var sammen med vannkraft ressursgrunnlaget for den sterke norske utbyggingen av tresliperier i begynnelsen av det tjuende århundre. Gran er i dag hovedråstoffet i norsk treforedling, og den utnyttes både til mekanisk masse og kjemisk masse. Gran finnes hovedsaklig i den nordlige delen av barskogbeltet, mao. i Norden, anada og Russland (Sibir). 2.2.2 Furu (Pinus spp.) Furufibre er generelt noe grovere enn granfibre, og furufiberens egenskaper utnyttes dermed bedre i emballasjekvaliteter som liner (ytterlaget i bølgepappen). På grunn av høyere innhold av harpiks, er ikke furu like godt egnet som gran som råstoff for raffinørmasse, men det kan lages nokså god slipmasse av furu. I Norge utnyttes furu til framstilling av kjemisk masse. På grunn av den relativt lave prisen på furu sammenlignet med gran, er det stor interesse for å utvikle prosessløsninger som gjør furuvirke enda bedre egnet som råstoff, både til mekanisk og kjemisk masse. Furu finner man både i kaldere strøk og i mer tempererte strøk sammenlignet med grana, men de store mengdene med furu finnes i de varmere, sydligere delene av barskogbeltet. Southern pine (loblolly, longleaf, shortleaf og/eller slash pine) er en velkjent råstoffkvalitet som gir relativt s. 32 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU

Ved Tabell 4: Vanlige barvedarter brukt som papirråstoff Navn Finnes Gran (Norway spruce) Picea abies Europa (nord) Black spruce Picea mariana Nord-Amerika (nord) White spruce Picea glauca Nord-Amerika (nord) Engelmann spruce Picea engelmannii Nord-Amerika (vest) Sitkagran (Sitka spruce) Picea sitchensis Nord-Amerika (vest), innført til Europa Furu (Scots pine) Pinus sylvestris Europa (nord) Svartfuru (Black pine) Pinus nigra Europa (mellom/syd) Radiatafuru (Monterey pine) Pinus radiata alifornia, plantasjer i Syd-Amerika, Syd-Afrika, New Zealand og Australia Loblolly pine Pinus taeda Nord-Amerika (syd), plantasjer Longleaf pine Pinus palustris Nord-Amerika (syd) Shortleaf pine Pinus echinata Nord-Amerika (syd) Slash pine Pinus elliottii Nord-Amerika (syd) ontortafuru (Lodgepole pine, vrifuru) Pinus contorta Nord-Amerika (vest), innført til Europa Ponderosa pine Pinus ponderosa Nord-Amerika (vest) Western white pine Pinus monticola Nord-Amerika (vest) Eastern white pine Pinus strobus Nord-Amerika (øst) Jack pine Pinus banksiana Nord-Amerika (øst) Red pine Pinus resinosa Nord-Amerika (øst) Lerk (European larch) Larix decidua Europa Podocarp Podocarpus spp. Australasia Western larch Larix occidentalis Nord-Amerika Bald cypress Taxodium disthicum Nord-Amerika (syd) Douglas fir Pseudtsuga menziesii Nord-Amerika (vest) Redwood Sequoia sempervirens Nord-Amerika (vest) Western hemlock Tsuga heterophylla Nord-Amerika (vest) Western redcedar Thuja plicata Nord-Amerika (vest) Balsam fir Abies balsamea Nord-Amerika (øst) Parana (Parana pine) Araucaria angustifolia Syd-Amerika grove, tykkveggete fibre. I den senere tiden har radiatafuru fra plantasjer i Sydamerika, Syd- Afrika og New Zealand/Australia blitt en viktig råstoffressurs, med tilvekst opp mot 40-50 m 3 /ha/ år. I sydøstlige USA finnes også også endel plantasjer med loblollyfuru. 2.2.3 Bjørk (Betula spp.) Fullblekt bjørkemasse kom på markedet på 1940-tallet og ble etterhvert en ettertraktet råvare for finpapir og mykpapir. Fiberen egnet seg så godt til formålet at den på sikt bidro til å utkonkurrere sulfittmassen som lenge var ansett som enerådende til finpapir. Det produseres fremdeles store Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU s. 33

Papirfiber ressurser og råstoff Tabell 5: Vanlige løvvedarter brukt som papirråstoff Bjørk Navn Betula pendula (hengebjørk) Betula pubescens (dunbjørk) Europa (nord) Bøk, european beech Fagus sylvatica Europa Finnes sp, quaking aspen Populus tremuloides Europa, Nord-Amerika (nord) Lønn, maple Acer spp. Europa, Nord-Amerika Eik, oak Quercus spp. Europa, Nord-Amerika Hickory arya spp. Nord-Amerika Paper birch Betula papyrifera Nord-Amerika (nord) Redgum (sweetgum) Liquidambar styraciflua Nord-Amerika (syd) Eastern cottonwood Populus deltoides Nord-Amerika (øst) Tupelo gums Nyssa spp. Nord-Amerika (øst) Eukalyptus Eucalyptus spp. Australia, New Zealand, plantasjer i Syd-Amerika og Syd-Afrika Akasie, acacia Acacia spp. Australia, Øst-Asia, Syd-Afrika, plantasjer mengder bjørkemasse, blant annet i Sverige og Finland, men bjørkefiber har i den senere tiden møtt sterk konkurranse fra eukalyptus- og akasiefiber fra plantasjer i subtropiske land. Det fantes tidligere én norsk fabrikk som utnyttet bjørk (Sande Paper Mill), basert på importert virke. Sande er nå konkurs. 2.2.4 sp, poppel (Populus spp.) sp har en lys og relativt løs ved og var tidlig funnet å være nærmest perfekt egnet som materiale for fyrstikker. sp er også på grunn av den løse veden en av de ytterst få løvvedartene som egner seg til framstilling av mekanisk masse. Denne massen har egenskaper som gjør at den egner seg meget godt til ulike trykkpapirkvaliteter. Poppel er relativt nært beslektet med osp og er for tiden meget populær som modellorganisme for genmodifisering av trær. En norsk fabrikk (Larvik ell) utnytter importert osp for framstilling av halvkjemisk markedsmasse. 2.2.5 Eukalyptus (Eucalyptus spp.) Eukalyptus er innført til en rekke land fra Australia og er i dag et av de mest populære treslagene for papirråstoff. Eukalyptus dyrkes i dag i store plantasjer i Sydamerika og Syd-Afrika. En av verdens største markedsmasseprodusenter (Aracruz i Brasil) baserer seg 100% på eukalyptus fra egne plantasjer. Eukalyptusfiber egner seg til trykkpapir og mykpapir. En norsk fabrikk (Södra ell Tofte) utnytter i dag importert eukalyptus for framstilling av kjemisk masse. 2.2.6 Akasie Akasie er en annen sterkt økende råstoffkategori. Akasie dyrkes i plantasjer i Syd-Afrika, Brasil og Indonesia. 2.2.7 Andre løvvedarter gså andre arter utnyttes som råstoff for papir. Imidlertid er disse av mindre betydning globalt sett og brukes ofte i blandinger (eks. Northern Mixed Hardwood ). Det kan også nevnes at det er en viss utnyttelse av bøk i Europa. s. 34 Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU