Fast ein Viertel der Trockenmasse jedes Baums ist Lignin. Es wird bei der Zellstoffherstellung herausgelöst und traditionell zur Gewinnung von Bioenergie durch Verbrennung eingesetzt. Neue Verwendungen von Lignin bieten jedoch eine Möglichkeit, die Umweltauswirkungen verschiedener Branchen und die Abhängigkeit von fossilen Materialien zu reduzieren. Diese eröffnen für UPM auch eine zusätzliche Ertragsquelle.
Der Einsatz von Lignin in Harzen, Klebern, Bioplastik und Polyurethanen ist Gegenstand jahrzehntelanger Forschungsarbeiten, und UPM einer der Pioniere auf diesem Gebiet.
Seit 2017 wird Lignin bei UPM Plywood als Bestandteil der Verleimtechnologie WISA BioBond eingesetzt. Gegenwärtig kann es etwa zwei Drittel des im Kleber üblicherweise verwendeten Phenols ersetzen. Die Verwendung von WISA BioBond ist dank der Lignin-Aktivierungstechnologie UPM BioPiva und der von UPM Biochemicals entwickelten und patentierten Harztechnologie möglich.
Komplexes Geschenk von Mutter Natur
„Mutter Natur hat dieses Material – seine Struktur und Reaktionsweise – sehr kompliziert gestaltet“, so Christian Hübsch, Director, Lignin Business bei UPM Biochemicals.
Laut Hübsch basieren das Knowhow und die Vorreiterrolle von UPM bei Lignin auf drei wichtigen Erfolgsfaktoren: einem fokussierten und engagierten Team, einem internen und externen Partnernetzwerk sowie dem unverbrüchlichen, langfristigen Engagement seitens UPM.
„Schon früh erkannten wir, dass wir mit Partnern zusammenarbeiten mussten. Wir begannen, Partnerschaften und Netzwerke mit Technologieunternehmen, Lieferanten und Kunden aufzubauen. Offenheit ist der Schlüssel zum Erfolg.“
„In zehn jahren werden Phenolharze auf Lignin-Basis weltweit die neue Norm sein. Die Phenolharzindustrie kann allein schon fast eine Million Tonnen Lignin absorbieren“, erklärt Christian Hübsch.
Die Kernkompetenz von UPM bei Lignin ist die Fähigkeit, kundenspezifische Lösungen für unterschiedliche Verwendungszwecke bereitzustellen:
„Wir verkaufen nicht nur ein Pulver, sondern auch das Wissen darüber, wie es eingesetzt werden kann. Wir arbeiten mit unseren Kunden zusammen, so sie das Produkt auf fachkundige Weise nutzen können“, sagt Suvi Pietarinen, Lignin Business Development Manager bei UPM Biochemicals.
„Mit unserem Know-how in der Lignin-Chemie und im Qualitätsmanagement können wir sicherstellen, dass unsere Produkte für jede Endverbraucheranwendung perfekt sind. Wir bündeln UPM BioPiva™ Lignin-Produkte mit einer individuellen technischen Lösung und unterstützen unsere Kunden von der Einführung bis zur industriellen Implementierung“, erklärt Sanna Valkonen, Senior Manager of Technical Sales and Business Development, Lignin Business bei UPM Biochemicals.
UPM BioPiva™ Lignin und die mit seinem Einsatz verbundene Harztechnologie werden an viele der größten Harzhersteller weltweit geliefert, darunter Prefere Resins in Europa, eines der Vorreiter für Lignin-basierte Kleber für die Sperrholzproduktion.
Eine Zukunftstechnologie die schwer zu vermarkten ist
Dr. Michael Schwab, Vice President of Technology bei Prefere Resins, ist seit ca. 20 Jahren an der Lignin-Forschung beteiligt.
„Ich habe viele Versuche beobachtet, Lignin zu vermarkten. Jetzt passiert es endlich – in Zusammenarbeit mit UPM Biochemicals. Unsere Rolle in der Wertschöpfungskette besteht darin, die Komponenten der Harze zusammenzuführen und das Endprodukt selbst zu erstellen, z. B. für UPM Plywood, indem wir unsere langjährige Erfahrung als führender Hersteller von Phenolharzen mit der Technologie und Erfahrung von UPM verbinden.“
Eine gute Zusammenarbeit war für die Entwicklung des Herstellungsverfahrens entscheidend. „Aus chemischer Sicht funktioniert dies ähnlich wie mit Phenol. Die Lignin-Struktur muss gut in das Bindersystem integriert werden. Dies ist eine äußerst schwierige Aufgabe. Es geht nicht nur darum, eine Substanz durch eine andere zu ersetzen. Je mehr Phenol wir durch Lignin zu ersetzen versuchen, desto schwieriger wird es“, betont Schwab.
„Es funktioniert tatsächlich. Die Leistung von UPM BioPiva™ Lignin in Produkten wie Sperrholz entspricht wirklich der Leistung von rein petrochemischen Lösungen. Derzeit liegt das größte Potenzial im Bauwesen und bei Holzanwendungen“, fügt er hinzu.
Kampf um höchste Qualität
Durch die enge Zusammenarbeit mit führenden Sperrholzanbietern hat UPM Plywood die Produktentwicklung vorangetrieben und extrem hohe Maßstäbe für die Qualität von Lignin- Lösungen gesetzt. UPM Plywood ist bekannt für erstklassige Qualität und Produkte, die im Bauwesen eingesetzt werden, und kann daher keine Kompromisse bei der Nachhaltigkeit und Funktionalität seiner Produkte eingehen. Die ersten Versuche wurden 2013 durchgeführt.
„Die Zusammenarbeit verlief gut, und wir meisterten die gesamte Wertschöpfungskette, sobald wir mit der Forschung und Entwicklung begannen. Dies bedeutete, dass wir unsere Lösungen frühzeitig patentieren konnten. Damit haben wir den Umfang unseres Patentschutzes erweitert und diese Patente über die Jahre erfolgreich verteidigt“, sagt Pietarinen.
Sanna Valkonen (links) und Suvi Pietarinen sind begeisterte Befürworter der Lignin-Technologie.
„Wir hatten von Anfang an strenge Erfolgskriterien. Die Qualität der Endprodukte muss in jeder Hinsicht mindestens so gut wie vorher sein. Wir streben danach, uns selbst neu zu erfinden, so Mika Kekki, Vice President of Production & Operations bei UPM Plywood.
Der kommerziellen Einführung gingen umfangreiche Tests und Probeläufe voraus. „Anlagentests sind notwendig, wenn man neue Lösungen auf den Markt bringt, und natürlich wirken sie sich auf die normalen Produktionspläne aus. Dies ist eine Herausforderung, wenn eine große Nachfrage besteht. Dies zeigt, wie stark sich beide Unternehmen von Anfang an für die Entwicklungsarbeit einsetzten“, sagt Susanna Rinne, Vice President of Business Development bei UPM Plywood.
WISA BioBond wird von UPM Plywood derzeit in zwei Anlagen eingesetzt und in weiteren Anlagen eingeführt. WISA BioBond wurde auch für eine extrem anspruchsvolle Endverbraucheranwendung zertifiziert, bei der Sperrholz in den Isolierungskomponenten von LNGSchiffen verwendet wird, die Erdgas auf dem Seeweg befördern.
Die Produktentwicklung läuft noch, weil bei Sperrholz verschiedene Verleimtechnologien eingesetzt werden. Der Kleber wird an die Holzart – Birke oder Fichte – angepasst.
„Ein sorgfältiges Änderungsmanagement ist bei derart umfangreichen Entwicklungsarbeiten unerlässlich, damit Kunden den Umweltwert von WISA BioBond in ihren Produkten sicher nutzen und vermarkten können“, erklärt Rinne.
Bahnbrechender Augenblick
„Die Entwicklungsarbeit war nicht immer einfach. Dennoch hatten wir das Gefühl, dass Lignin ein großes Potenzial hat. Dieses ist in den letzten Jahren durch die zunehmende Debatte über fossile Rohstoffe starker geworden. Als Teil des Wandels sind wir sehr motiviert, die Forschung fortzusetzen“, sagt Pietarinen.
UPM Biochemicals ist überzeugt, dass die Verwendung von Lignin auf lange Sicht in etlichen Branchen und Anwendungen zur Norm wird.
Hübsch geht davon aus, dass Phenolharze auf Ligninbasis in zehn Jahren die neue globale Norm sein werden: Die Phenolharzindustrie allein kann nahezu eine Million Tonnen Lignin absorbieren.
„Lignin bietet großartige Möglich keiten. Der Weg vor uns wird immer breiter. Mit jedem Erfolg kommen wir einen weiteren Schritt voran. Auch kommerzielle Erfolge und neue Märkte treiben die Forschung und Produktentwicklung voran“, fügt er hinzu.
Die Anwendung von Lignin in Phenolharzen ist nur eine Facette des geschäftlichen Potenzials der Lignin-Lösungen von UPM. In der letzten Zeit hat UPM Biochemicals erfolgreich neue Lignin-Lösungen mit noch größerem Mengenpotenzial entwickelt. Darüber hinaus werden stets auch neue Produkteinführungen geplant.
Weitere Informationen zu unseren LIGNIN-Lösungen
Text: Saara Töyssy
Fotos: Janne Lehtinen; UPM, Mit freundlicher Genehmigung des Interviewpartners
