Produksjon av en ligninholdig nanocellulosekvalitet

Nanocellulose is a wood-based product with a growing number of applications in various materials such as paper and cardboard, fiberboards, paint, adhesives, composite materials, drilling fluids, and as an additive in food. The material is lightweight, strong, and has good resistance to chemical, mechanical, and thermal breakdown, although it can be broken down by microorganisms in nature. It has particularly good rheological properties and is thixotropic, meaning it is thick when gently stirred and becomes more fluid when vigorously stirred. Cellulose naturally forms in all living plants, and tree cell walls, in particular, are rich in this fibrillar material, composed of cellulose chains, hemicellulose, and lignin. The terms Microfibrillated Cellulose (MFC) and Cellulose Nano Fibrils (CNF) are often used to describe the product. The production of CNF typically involves a process where the wood's binding agent, lignin, is removed to separate the wood cells, or fibers. These fibers are then further broken down into fibrils. Nanocellulose produced in this way practically does not contain lignin. In the LigNano project, a completely new process for nanocellulose production has been established by RISE-PFI and Norske Skog Saugbrugs, where much of the lignin is preserved. This results in new properties and possibilities when using the new CNF product in various materials. The process provides a higher mass yield and lower energy consumption compared to other production methods, potentially leading to lower raw material costs for large-scale production. It has been demonstrated how the amount of lignin (and yield) in the product can be controlled by adjusting various process parameters. Surface charge, fibril dimensions, and rheological properties can also be controlled. It appears to be easier to remove water, achieving higher dry matter without the formation of agglomerates in water-based and water-free solutions compared to references based on chemical pulp. The use of lignin-rich CNF in water-free epoxy and thermoplastics has been demonstrated, showing promising properties in small-scale testing. Fibril dimensions, strength potential in fiber materials, as well as viscosity properties in suspensions, have been tested and proven to be on par with mechanically produced CNF from sulfate pulp. The process has been scaled up in the project more than 20 times from 30 g to 700 g per batch, demonstrating good potential for further scaling to larger pilot plants (10-100 kg/batch) and full-scale plants (tons/batch and continuous). The substrate extracted from the process contains a significant amount of water-soluble sugar, and a project analysis suggests that this could be suitable for biogas production or the production of biochemicals. In the project, several demonstrators and prototypes of the new LigNano-CNF have been created for paper, fiberboards, coatings, adhesives, and films. Norske Skog Saugbrugs aims to continue working on scaling up and piloting the process with the goal of initiating commercial production and sales of LigNano-CNF under the brand name CEBINA in various applications.

Det vurderes at prosjektet gir følgende effekter: - Den vil posisjonere Norske Skog Saugbrugs som en unik CNF-produsent i verdenssammenheng. - Produksjon av CNF fra mekanisk masse vil gi en vesentlig mer kostnadseffektiv produksjon og bedre marginer sammenlignet med CNF fra kjemisk masse. Dette vil gi Norske Skog Saugbrugs konkurransekraft. - Den vil bidra til å opprettholde fremtidig verdiskaping fra norske skogsråvarer i Halden. - Ett nytt biobasert CNF-produkt vil bidra til substituering av fossile produkter; en realisering av innovasjonen vil gi økt biogassproduksjon, gjøre biobaserte materialer mer tilgjengelige og vil åpne for produksjon av biobaserte kjemikalier. - Den spesielle CNF kvaliteten vil kunne gi opphav til forskning på en rekke nye materialer og applikasjoner - Bruk av substrat fra prosessen vil kunne gi opphav til mye ny forskning på anvendelse av disse og konverteringsprosesser inn mot biokjemikalier - Resultater fra avvanningsstudiene er benyttet som grunnlag for bygging av et pilotanlegg for sentrifugering av CNF i industriell skala på Saugbrugs - Applikasjonstester i papir og fiberplater er kommunisert til kunder og benyttet som grunnlag for fullskala applikasjonstester hos flere kunder. Her brukes foreløpig CNF basert på kjemisk masse inntil LigNano varianten blir tilgjengelig i industriell skala - Tester av Epoksy med LigNano i coating og lim er vist kunder som eksempel på fremtidige produkter - Verdiskapningspotensialet er stort og antagelig minst 400 MNOK de neste 5-10 år, men det er fortsatt usikkert når den store tilveksten i volum vil skje. Det er viktig å komme videre i arbeidet med pilotering og oppskalering og tidsplan for dette, samt at man følger utvikling av skala og pris i markedet framover. Da vil man kunne være i posisjon med produktet når markedet setter fart - En realisering av innovasjonen vil være viktig for å sikre Norske Skogs fremtidige konkurranseevne, og således sikre opprettholdelse av norske arbeidsplasser med påfølgende bidrag til BNP. - Vil bidra til en bærekraftig næringsutvikling, og det støtter opp om flere av FNs bærekraftsmål, spesielt 9.2,9.4,12.4

Norske Skog Saugbrugs AS er en av verdens største og mest moderne produsenter av superkalandrert magasinpapir (SC-papir). Fabrikken produserer årlig mekaniske massefibre (TMP) fra omlag 850 000 m3 tømmer, og har en produksjonskapasitet på 485 000 tonn SC-papir fordelt på tre papirmaskiner. Fabrikken har de siste årene jobbet kontinuerlig med å etablere produksjon av nye biobaserte produkter, og startet i 2017 produksjon og salg av biogass. Saugbrugs har videre etablert et pilotanlegg for produksjon av nanocellulose (CNF), et pilotanlegg for produksjon av fiberplater for bygningsformål og det jobbes nå med etablering av et pilotanlegg for produksjon av biokompositter. I løpet av de siste årene har flere aktører startet industriell produksjon av CNF i mindre skala, og Saugbrugs er i dag en av to aktører med mulighet for industriell produksjon i Norge. En videreutvikling av nanocellulose er noe som står sentralt i Norske Saugbrugs sin strategi. I dette prosjektet skal ny kunnskap og teknologi tas fram og videreutvikles for produksjon av en ligninholdig nanocellulosekvalitet med unike egenskaper, med sikte på implementering og økt produksjonskapasitetved anlegget i Halden.