A new manufacturing process for microcrystalline cellulose (MCC)

Mikrokiteinen selluloosa (MCC) on 1950-luvulla keksitty selluloosapohjainen jauhomainen tuote, jonka tyypillisimpiä loppukäyttökohteita ovat nykyään lääke- ja elintarvikesovellukset. Ensimmäinen tuotantolaitos, 6,800 tonnia vuosikapasiteetiltaan, rakennettiin vuonna 1962 Yhdysvaltoihin, Delawaren osavaltioon, Newarkin kaupunkiin. Nykypäivänä MCC:n maailmanlaajuinen tuotanto on 120,000 tonnia vuodessa, mikä on suhteellisen pieni luku verrattuna kemiallisiin selluloosamassoihin, joita tuotetaan noin 135,820,000 tonnia vuodessa. Suurin osa MCC:tä koskevista tutkimuksista keskittyy itse lopputuotteeseen, ei niinkään valmistusmenetelmään. Tämä työ tarjoaakin kokonaisvaltaisen tieteellisen tutkimuksen MCC:n valmistuksesta ottaen huomioon niin teknilliset, taloudelliset kuin ympäristöllisetkin näkökohdat. Pyrkimyksenä oli löytää ratkaisu siihen, kuinka MCC:n valmistus toteutetaan teollisessa mittakaavassa siten, että tuotantokustannukset ovat edulliset ja mahdollistavat tuotekapasiteetin merkittävät noston ja lopputuotteen hinnan laskun, luoden uusia käyttökohteita ja sovelluksia. Lähtökohtana työlle oli toteuttaa MCC:n valmistusprosessin integrointi kemiallisessa sellutehtaassa. Tehdyissä laboratoriokokeissa raaka-aineena käytettiin sulfaattipohjaista havusellua, niin valkaisematonta kuin valkaistuakin. Koeolosuhteet valittiin niin, että prosessin ylösskaalaus sellutehtaaseen on mahdollista. Työssä kehitettiin myös uusi MCC -tuote (ligniinipitoinen MCC) ja testattiin MCC:n soveltuvuutta mikrofibrilloidun selluloosan (MFC) raaka-aineena. Tulokset osoittivat, että MCC:tä voidaan valmistaa olosuhteissa, jotka on mahdollisia toteuttaa teollisen mittakaavan prosessissa sellutehtaaseen integroituna. Reaktio-olosuhteita muuttamalla voidaan valmistaa erilaisia tuotelaatuja. Täysin uudenlaisia tuotteita voidaan valmistaa käyttämällä raaka-aineena valkaisematonta sellua. MCC osoittautui toimivaksi raaka-aineeksi MFC:n valmistuksessa. Tulokset osoittivat myös, että sekä stand-alone -tyyppisen tehdasyksikön että sellutehtaaseen integroidun MCC -laitoksen toteuttaminen on teknisesti mahdollista ja ne ovat taloudellisesti kannattavia. Kuitenkin sellutehtaaseen integroituna MCC-prosessi osoittautui vielä kannattavammaksi, koska tehdas tarjoaa energiaomavaraisen alustan joka jo sisältää tiettyjä laitteita, vähentäen näin investointikustannuksia. Kun tarkasteltiin uutta valmistusmenetelmää ympäristönäkökohtien kannalta, huomattiin, että uusi menetelmä tarjoaa ympäristövaikutuksiltaan alemman kuormituksen kuin olemassa olevat menetelmät, kun vaikutusluokkana käytetään GWP:tä (global warming potential). Muita vaikutusluokkia ei tutkittu tarkemmin. Tämän työn jatkoksi on tutkimuksissa keskityttävä teollisen mittakaavan prosessilaitteiden testaukseen ja uusien, suurta kapasiteettia vaativien tuoteapplikaatioiden kehittämiseen.