Kuitulaboratorion osaamista biotuotetehtaisiin

Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulun Kuitulaboratorio on alusta alkaen tehnyt paljon työtä sellu- ja keittoprosessin jatkuvatoimisten uusien mittausjärjestelmien kehittämiseksi ja hyödyntämiseksi. Osaaminen ja mittausteknologioiden perhe ovat nyt kantamassa hedelmää biotuotetehtaiden kehittämisessä, optimoinnissa ja toiminnan tehostamisessa.

Pitkäjänteisin kehitystyö on tehty kuvantavissa mittauksissa, ja näistä pisimmällä ollaan kaasukuplien kokojakauman mittauksessa. Kuitulaboratoriolla Andritzin kanssa yhteistyössä tehdyn menetelmäkehitystyön ja tutkimusten perusteella suunniteltiin ja toteutettiin on-line-mittausjärjestelmä yhteistyössä Pixact Oy:n kanssa.

Pixact Oy tuottaa räätälöityjä on-line-kuvantamisjärjestelmiä prosessiteollisuuteen.  Kuitulaboratorion käytössä on nyt kolme on-line-mittaria, ja niitä sovelletaan pääasiassa happivaiheen jatkuvatoimiseen seurantaan eri tehtailla. Toisena sovelluskehityksenä on ollut tuoda refraktometriin perustuvaa kuiva-ainemittausta ruskean massan pesun seurantaan ja säätöön yhteistyössä K-Patentsin ja Andritzin kanssa.

Tätä pesumittaussovellusta on tutkittu jo viitisentoista vuotta yhteistyössä, ja lopulta nyt se on lyömässä itsensä läpi sekä laitevalmistajalla että sellutehtaissa. Kuitulaboratoriolla on myös otettu käyttöön uutta kaasupitoisuuden mittausteknologia, jota on vielä hyvin vähän sovellettu biotuotetehtaissa. Menetelmän on toimittanut Buckman Ltd., joka myy erilaisia kemikaaleja sellutehtaalle.

Meneillään olevissa GasOpti- ja KuituMod-hankkeissa nämä mittausteknologiat on yhdistetty samalle kuitulinjalle, mikä antaa aivan uuden mahdollisuuden seurata prosessin toimintaa ja hakea parannuskohteita. Prosessista on jo löydetty happivaiheen toimintaa rajoittavat tekijät, joiden optimointi antaa mahdollisuuden tehostaa tehtaan toimintaa huomattavasti.

Kansainvälistä yhteistyötä eri suuntiin

Seuraavana mittausrypästä tullaan soveltamaan eri tyyppisissä tehtaissa tavoitteena saada uutta tietoa prosessien toiminnasta sekä osoittaa mittausten hyödyt prosessien seurannan ja säädön kannalta. Erityisesti haussa on eukalyptuspuuta raaka-aineena käyttävä tehdas aiempien suomalaisten havu- ja koivutehtaiden lisäksi.

Suomesta mielenkiinnon kohteena olisi Äänekosken uusi biojalostamo, jossa käytetään vuorottain sekä koivua että havua. Tällöin voitaisiin nähdä yhdessä mittauspositiossa eri puulajien erot mittauksiin. Alustavia kyselyjä onkin jo tehty Portugalin ja Brasilian suuntaan ja lisäksi keskusteluja on käyty mittausten toteuttamisesta Pohjois-Amerikassa sijaitsevissa tehtaissa.

Alustavissa kyselyissä on käytetty hyväksi Andritzin ja K-Patentsin kontakteja alueen tehtaisiin. Tieteellistä yhteistyötä asian tiimoilta on menossa mm. University of Mainen kanssa, jossa rakennetaan mallia happivaiheen toiminnan mallintamiseen professori Adriaan van Heiningenin tutkimusryhmän kanssa. Van Heiningen on aiemmin toteuttanut happidelignifiointiprosessin mallinnuksen, mutta hapen aineensiirtoa ei tällöin voitu mallintaa kunnolla, koska hapen käyttäytymisestä prosessissa ei ollut tarpeeksi tietoa.

Jos ko. mallinnustyössä onnistutaan, avaa tämä aivan uudella tavalla ymmärrystä happidelignifioinnin kemiasta sekä parhaimmillaan mahdollistaa mallin hyödyntämisen prosessien säädössä. Happivaiheen ja pesun mittauksista on pidetty useita esitelmiä kansainvälisissä konferensseissa ja seuraavat esitykset tullaan pitämään ensi syksynä TAPPI PEERS -konferenssissa St Louisissa Yhdysvalloissa.

Datan käsittely pullonkaulana ja mahdollisuutena

On-line-mittaustekniikoiden kehittämisessä olennaisin vaihe on niiden testaaminen tehdasympäristössä sekä itse tehdastutkimukset, joissa todennetaan uusilla mittauksilla saavutettavat hyödyt.  Tehdastutkimuksissa kerätään valtavat määrät on-line-mittausdataa. Suurten tietomäärien tiedonsiirto ja järjestely analysointia varten voi helposti muodostua ongelmaksi tulosten hyödyntämisessä ja siten pullonkaulaksi tutkimuksen etenemiselle.

Meneillään olevassa Biokasvu-hankkeessa mm. tutkitaan ja integroidaan tekniikoita, joiden avulla datan kulku, keräys ja analysointi voitaisiin tehdä mahdollisimman automatisoidusti ja sulavasti. Kyseinen toiminta luo myös pohjaa prosessiteollisuuden uusien IoT-toimintojen kehitystyölle.