Katepaperia pelloille muovin sijaan

Miten markkinoille kehitettiin biohajoava mutta riittävän kestävä katepaperi, joka korvaa luonnossa hitaasti hajoavat katemuovit? Erikoistutkija Antti Korpela kertoo tuotteen taustalla olevasta tutkimus- ja kehitystyöstä.

Suomalaisille ehkä tutuin katemuovi on mansikkamailla käytettävä musta ”mansikkamuovi”. Katteen päätarkoitus on rikkaruohojen kasvun estäminen, maan lämpötila- ja kosteusvaihtelujen tasaaminen ja eroosion esto. Maailmanlaajuisesti arviolta jo 90 000 km² viljelymaata peittyy vuosittain katemuovien alle. Niistä on paljon hyötyä, joten käyttömäärien ennustetaan edelleen kasvavan.

Muovikalvoilla ikäviä lieveilmiöitä

Mutta katemuoveihin liittyy iso ongelma, joka liittyy niiden pääasialliseen raaka-aineeseen, polyeteeniin. Polyeteeni on edullinen ja siitä voidaan valmistaa ohuita ja mekaanisesti lujia katemuoveja. Polyeteenikalvo kuitenkin hajoaa viljelymaassa hyvin hitaasti. Jotta viljelymaan laatu ei kärsisi ja jotta vältyttäisiin muoviroskan kulkeutumiselta viljelmiltä ympäristöön, pitäisi katemuovi poistaa käytön jälkeen viljelymaasta hyvin tarkkaan. Se on kuitenkin työlästä, usein myös kallista eikä aina edes onnistu täydellisesti. Katemuovijätteeseen kiinnittyy maa-aineksia, joten se ei sovellu hyvin poltettavaksi polttolaitoksissa. Kierrättäminenkään ei ole osoittautunut taloudellisesti kannattavaksi ainakaan laajassa mitassa. Käytöstä poistetut muovikatteet päätyvät siis kaatopaikoille, mikä taas maksaa paljon. Ympäristöhaittoja syntyy maailmalla, kun muovijätettä läjitetään viljelmien laidoille ja poltetaan pelloilla.

Polyeteenikatteita korvaamaan on kehitetty biohajoavia katemuoveja, jotka voidaan viljelykauden jälkeen jättää viljelymaahan maatumaan. Biohajoavia katemuoveja käytettäessä vältytään käytettyjen katemuovien keräämisen ja hävittämisen vaivalta ja kustannuksilta. Niiden käyttö on kuitenkin pysynyt vähäisenä korkean hinnan takia. Biohajoavien katemuovien käyttö on yleisintä alueilla, joilla katemuovijätteen keräys- ja hävityskustannukset ovat hyvin suuret.

Uutta käyttöä paperikoneille

VTT ja Helsingin yliopiston maataloustieteiden laitos käynnistivätkin vuonna 2010 Agripap-projektin, jossa kehitettiin menetelmiä katemuoveja korvaavien paperisten katteiden valmistamiseksi. Osin Tekesin rahoittamaan projektiin osallistuivat aktiivisesti myös Stora Enso, UPM, Walki, Kemira ja maatalouskoneisiin erikoistunut Avagro.

Puukuiduista valmistettava paperi on luonnostaan biohajoava materiaali, ja kuten Agipap-projektin alkaessa arvioitiin, voisi katepaperi olla neliö- ja metrihinnaltaan hyvin kilpailukykyinen vaihtoehto biohajoaville katemuoveille. Maailmanlaajuisten markkinoiden koko on huomattava: 90 000 km2:n peittämiseen tarvittaisiin vuosittain noin 5–6 miljoonaa tonnia katepaperia.

Agripap-projektin alussa perehdyin kollegojeni kanssa kateviljelyyn. Mukana projektissamme oli paperifysiikan, paperinvalmistuksen kemian, biohajoamisen, tuoteturvallisuuden ja ekotaselaskennan asiantuntijoita. Sanakirjaa oli ainakin minun käytettävä aluksi tiuhaan, kun teksteissä ja esitelmissä tuli vastaan viljelytermejä. Kysymyksiä heräsi myös projektin ohjausryhmässä: Mikä on levityskone ja miten se toimii? Mikä on penkki ja miksi se tehdään? Millainen on tippaletku? Onneksemme agroteknologian professori Jukka Ahokas selvitti termit meille.

Projektiin sisältyi runsaasti laboratoriotutkimuksia ja kenttäkokeita. Kenttäkokeita tehtiin koeviljelmillä Suomessa, Turkissa ja Espanjassa, ja ne paljastivat jo projektin alkumetreillä, ettei mikään normaali paperi toimi katteena hyvin.

Katteeksi kelpaa vain kestävä ja hitaasti maatuva paperi

Katepaperilla on kaksi kriittistä ominaisuutta: Ensinnäkin katteen on oltava niin kestävä, että se on levitettävissä peltoon koneellisesti. Levitysvaiheessa katepaperiin kohdistuu voimakasta mekaanista rasitusta, joka paperin on kestettävä repeämättä. Parasta olisi, jos levitys onnistuisi samoilla levityskoneilla kuin muovikatteiden levitys ja yhtä vauhdikkaasti.

Kuva: Stora Enso

Toiseksi katepaperin on oltava niin hitaasti maatuva, että se kestää ehjänä viljelykauden loppuun asti. Erityisesti katepaperin reunat, joiden päälle kasataan multaa katepaperin sitomiseksi maahan, ovat alttiita maatumiselle. Reunojen heikentyessä maatumisen vaikutuksesta tuuli voi irrottaa katepaperin maasta ja viedä sen mennessään.

Tutkimus osoitti, että on helppoa valmistaa katepaperia, joka on mekaanisesti kyllin lujaa, tai katepaperia, joka on riittävän hitaasti maatuvaa. On kuitenkin vaikeata valmistaa katepaperia, joka on samanaikaisesti sekä kyllin lujaa että riittävän hitaasti maatuvaa. Esimerkiksi tavallinen säkkipaperi sopisi lujuutensa puolesta hyvin katekäyttöön, mutta kosteassa ja lämpimässä peltomaassa säkkipaperi maatuu 3–4 viikossa lähes täydellisesti. Ligniinipitoisista kuiduista valmistettava paperi vastustaa maatumista paljon paremmin, mutta niistä on vaikeata valmistaa riittävän lujaa katepaperia.

Erilaisilla kemiallisilla lisäaineilla on mahdollista parantaa paperin lujuutta ja hidastaa maatumistakin, mutta koska viljelykasvit, vaikkapa mansikat tai salaatinlehdet, voivat olla kosketuksissa katemateriaaliin, on kaikkien käytettävien raaka-aineiden ja lisäaineiden oltava ihmisille ja ympäristölle täysin turvallisia. Suositeltavaa on, että katepaperi täyttää elintarvikepakkausmateriaaleille asettavat tiukat tuoteturvallisuusvaatimukset. Tämä rajaa keinovalikoimasta monen sinänsä tehokkaan ja lujuutta parantavan tai maatumista hidastavan lisäaineen käytön.

Agripap-projektin päätyttyä vuonna 2014 osa projektissa mukana olleista yrityksissä jatkoi katepaperin kehittämistä. Yritykset ovat tutkineet kokeellisten katepapereiden toimivuutta sekä ulkomaisilla että kotimaisilla viljelmillä. Siinä muun muassa MTT:n (nykyinen Luonnonvarakeskus Luke) osaamisesta on ollut yrityksille iso apu.

Maailmanlaajuisille markkinoille

Yrityksille katepapereiden kehittäminen on merkinnyt uusien asioiden opettelua: muun muassa maa- ja aluekohtaista maanviljelyksen käytäntöjen ja tarpeiden selvittämistä ja myynnin ja jakelun suunnittelua. Markkina-alue on maailmanlaajuinen.

Muutama vuosi sitten tapasin kaksi pohjoisamerikkalaista paperinvalmistusyrityksen tuotekehittäjää Agricultural Film -konferenssissa, jossa olimme keräämässä katemuoveja ja -viljelyä koskevaa tietoa. Tuotekehittäjät totesivat, että paperikate on heidän yrityksensä kannalta kiinnostava tuote, koska sen markkinat voivat olla tulevaisuudessa suuret, mutta katepaperin valmistukseen ja myyntiin ”liittyy aivan liian paljon kaikenlaista opeteltavaa”. Sen jälkeen herrat huokasivat syvään.

Keväällä 2016 Stora Enso toi markkinoille koneellisesti levitettävän, laajamittaiseen viljelykäyttöön tarkoitetun katepaperin. Siihen haluan omasta, kollegoideni ja yhteistyökumppaneidemme puolesta sanoa, että hienoa Stora Enso – todella hyvä saavutus! Toivottavasti kaikki uuden opettelu ja monivuotinen panostus paperikatteen kehittämiseen palkitaan!

Antti Korpela, erikoistutkija

 

Kuva: Stora Enso

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s