Study of environmental impacts of LWC paper quality development

Abstract

This master's thesis is part of a research project entitled "Technology impacts on environment", which is undertaken by Oy Keskuslaboratorio - Centrallaboratorium Ab. In this work the purpose was to describe and find the relationships between LWC paper quality development and environmental impacts. The study covers mechanical pulp bleaching and papermaking line up to calendering. The environmental impacts under examination are energy and water consumption.

At the beginning of the study the quality of LWC paper is defined with product analysis. The aim of the process analysis was to find out the important process parts influencing on critical properties of LWC paper and their development. In process analysis the focus is also on defining the relative importance of different process parts in terms of energy and water consumption.

The changes in quality, water consumption and energy consumption were examined with technological development. In order to do this survey of technological development was performed. The influences of process development on quality and environmental load were illustrated. In the case study, which is located at the end of the study, few selected process parts were examined in more detail. The purpose of the case study was to support the examination of technological development. With different cases the so-called eco-efficiency factor was tested, for comparing the different technologies. Before a case study the effects and results of technological development on printability and run ability, and also on energy and water consumptions were presented and discussed.

The technological development has focused to a large degree on better runnability. The quality has been promoted in terms of the most important printability properties. Brightness and gloss have increased whereas opacity has remained the same. The impacts of technological development on printability are not always direct, e.g. customers and competitors also influenced greatly on printing property development. Technological development had a more direct influence on runnability. The combination of quality and environmental impacts in complex relationships is difficult. In simple and well-restricted cases the eco-efficiency indicator is useful.

Tämä diplomityö tehtiin osana Oy Keskuslaboratorio - Centrallaboratorium Ab:n tutkimusprojektia "Technology impacts on environment". Työssä tarkasteltiin LWC-paperin laadun sekä ympäristövaikutusten kehitystä. Tarkoituksena oli kuvata näitä vaikutuksia rinnakkain ja havaita, näiden välisiä riippuvuuksia. Tarkastelussa rajoituttiin paperikoneprosesseihin, sekä mekaanisen massan valkaisuun. Ympäristövaikutuksista tarkastelussa keskityttiin energian ja vedenkulutukseen.

Työn alussa tuoteanalyysin avulla määritettiin LWC-paperin kriittiset laatuominaisuudet, jotta laadun kehitystä voitaisiin kuvata. Prosessianalyysin tarkoituksena oli huomata ja havainnollistaa eri paperikoneprosessien vaikutukset LWC-paperin laadun kehittymisessä. Prosessianalyysiin sisällytettiin myös energian ja vedenkulutuksen tarkastelu. Näin selvitettiin eri osaprosessien merkitys ympäristökuormituksen muodostumisessa.

Laadun sekä veden ja energiankulutuksen muutoksia seurattiin teknologisen kehityksen avulla. Tätä varten mekaanisen massan valkaisun ja paperikoneen teknologinen kehitys kartoitettiin. Teknologiakartoituksen yhteydessä eri prosessimuutosten vaikutukset laadun kehittymiseen sekä ympäristökuormaan esitettiin. Työn lopussa olevassa case-tarkastelussa muutamia valittuja prosessimuutoksia tutkittiin tarkemmin. Case-tarkastelun tarkoitus oli tukea teknologisen kehityksen vaikutusten tarkastelua. Case:n avulla testattiin myös ns. eko-tehokkuusindikaattorin soveltuvuutta ympäristövaikutusten sekä laadun kehityksen kuvaamiseen. Ennen case-tarkastelua teknologisen kehityksen seurauksia tarkasteltiin ja esitettiin painettavuuden ja ajettavuuden kannalta sekä energian ja vedenkulutuksen suhteen.

Työssä havaittiin teknologisen kehityksen keskittyneen huomattavalta osin ajettavuuden parantamiseen. Laatu tärkeimpien painettavuusominaisuuksien suhteen oli parantunut vaaleuden sekä kiillon osalta. Opasiteetti oli pysynyt samana. Painettavuuden kehitystä ohjasivat teknisen kehityksen lisäksi myös muut tekijät (kilpailijat, asiakkaat). Ajettavuuteen vaikutettiin laitekehityksellä. Laadun ja ympäristövaikutusten yhdistäminen monimutkaisissa riippuvuussuhteissa osoittautui vaikeaksi. Yksinkertaistetuissa tapauksissa ekotehokkuusindikaattori oli käyttökelpoinen.