Ny forskning sänker elförbrukningen och ökar produktionen: ”Ett jättesteg”

Att minska elförbrukningen inom tung processindustri och samtidigt öka produktionen låter som en omöjlighet.

Men på Stora Enso Skoghall är det precis vad man har gjort. Tillsammans med forskare från Chalmers har man både förbättrat produktionen och minskat elbehovet i en del av massafabriken.

– Det är ett jättesteg. Vi är längst fram i världen, säger driftingenjören Magnus Konradsson.

De gigantiska kartongmaskinerna på Skoghall producerar kartong till var sjätte vätskekartongförpackning i världen. Och när miljardinvesteringen som ska genomföras de kommande månaderna (se separat artikel) är genomförd kommer produktionen att öka ytterligare.

Brukets båda kartongmaskiner KM7 och KM8 matas i ena änden med massa, till konsistensen liknande vattnig havregrynsgröt. I andra änden maskinen, 300 meter längre bort i KM 8:s fall, rullas den färdiga kartongen upp på gigantiska rullar som exporteras till kunder i hela världen.

Cirka 85 procent av den massa som förbrukas, eller cirka 650 000 ton per år, tillverkas på bruket, i den intilliggande massafabriken. Nära hälften, 300 000 ton, är så kallad mekanisk massa.

Maler flis under högt tryck

I den mekaniska massatillverkningen är en av de centrala punkterna raffinören. Det som sker där är att en elmotor driver gjutna metallskivor med sinnrikt utformade tänder som under högt tryck snurrar och pressas mot varandra och maler träflisen.

En ”svart låda”

Teknik- och investeringschefen Hans Olsson kallar den här delen av processen för en av brukets ”svarta lådor”. Med det menar han att övervakningen av temperatur och andra parametrar har varit omöjliga att övervaka i realtid, och därför vet man inte allt om vad som händer där inne. Det har försvårat arbetet med att optimera produktionen.

– När det kommer ut får vi ta labbprov, och 30 minuter senare får vi reda på resultatet. Sedan får vi göra justeringar, öka eller minska energimängden, höja eller sänka temperaturen och göra ett nytt test.

Ett forsknings- och utvecklingsarbete inleddes med Chalmers 2015, bland annat för att öppna denna ”svarta låda”. Det började som ett rent energiprojekt, och fick stöd av Energimyndigheten.

Med tanke på att processindustrin tillhör de mest elkrävande sektorerna i näringslivet finns det mycket att vinna på att få ner förbrukningen, både för det enskilda företaget och för samhället.

Jobbat tillammans

Forsknings- och utvecklingsarbetet skedde i samarbete mellan Chalmersforskarna och personalen i massabruket. Tillsammans har de hittat innovationer och lösningar på olika problem.

– Det är en stor mängd mantimmar där våra operatörer, instrumentare och andra har varit med i det här.

Byte av delar i maskinerna har skett i samband med olika stopp.

– Vi kör vår produktion dygnet runt, och det tar emot att gå in och fingra i produktionen. Men vi ville vara med.

Man började med att försöka mäta temperaturen i raffinören under drift. Det är något man inte har kunnat göra tidigare då den tekniska utrustningen helt enkelt inte har funnits.

– Vi fick hjälp av mängder av företag här i regionen för kunna installera en temperatursensor som mäter i realtid under produktion.

Måste vara slitstark

Sensorn ska inte bara mäta rätt utan också tåla en hel del stryk.

– De första åren var livslängden på de här temperatursensorerna alltifrån två veckor till en månad. Och vi kör 353 dagar per år.

I dag är temperatursensorerna tåligare och ger forskarna den data de behöver.

– Över tid har vi lärt oss att när temperaturen ändrar sig då ändras även andra parametrar uppåt eller nedåt. Chalmers har skapat en algoritm och nu har vi kommit så långt att vi har en regulator, som utifrån temperatur själv styr produktionen upp och ner.

Det forskarna på Chalmers har lyckats med är att förstå sambandet mellan temperatur och övriga parametrar och skapa en algoritm.

Kunskaperna och den mekaniska kompetensen för att skapa mätverktygen var ett avgörande första steg, men processförståelsen och teknologin som krävs för att tolka datan och skapa en effektivare produktion är den stora landvinningen, menar Hans Olsson.

– Forskningen om hur man kan koppla något mätbart till något annat är det stora steget här.

Tioprocentig besparing

Grundsyftet, att spara el, har uppnåtts.

– Vi har klarat att öka produktionen och samtidigt minska elförbrukningen i det här processavsnittet med tio procent.

Energibesparingen motsvarar elförbrukningen från 3000 villor under ett år, enligt Hans Olsson.

– Det tycker vi är rätt mycket.

Energieffektiviseringen har gått hand i hand med en kvalitets- och produktionshöjning.

– Jämför med en slalomåkare som åker i vida svängar mot en som håller sig så tajt som möjligt runt centrumlinjen. Tack vare att vi kan styra jämnare kan vi också öka farten och köra fler ton per dygn.

– Vi får en mycket jämnare kvalitet på produkten när vi mäter realtid.

”Inspirerande”

Chalmers har varit tacksamma för att de fått möjlighet att testa sina teorier i en kommersiell pilotanläggning. För personalen i massabruket har det varit intressant att delta i innovationsarbetet.

– Det är väldigt inspirerande – det här är ett jättesteg. Vi ligger längst fram i hela världen, säger driftingenjör Magnus Konradsson.

Platschef Marie Morin säger att Chalmerssamarbetet har startat en ”kunskapsresa”, som även inbegriper regionala företag.

– Utan dem kommer vi inte vidare. Nu jobbar vi för att ta nästa steg. Vi har ögonen öppna för nästa utmaning, säger Marie Morin.

– I början mätte vi temperaturen i maskinen och styrde elmotorn och produktionen, säger Hans Olsson. Nu bygger vi ut systemet och mäter på fler saker. Vi ska utveckla maskinstyrningen så att vi törs ta nästa steg så att även andra parametrar får berätta vad som ska ändras. Vi eftersträvar en överordnad styrning. Det är då vi tror att vi bättre ska kunna styra kvaliteten och växla upp.