Sellutehdas
Sellutehdas on tuotantolaitos, jossa puuhakkeesta valmistetaan sellua, josta voidaan edelleen jalostaa paperia tai kartonkia. Sellua valmistetaan kemiallisesti, paperimassaa voidaan valmistaa myös mekaanisilla ja kemimekaanisilla massanvalmistusmenetelmillä, joissa puukuidut irrotetaan toisistaan pääosin tai kokonaan mekaanisesti. Englanninkielinen termi ”Pulp mill” käsittää sekä sellutehtaan että mekaanisen massan valmistuslaitoksen.
Puun kuiduissa on veden lisäksi kolmea tärkeää ainetta, selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä, joka sitoo puukuidut, eli puutuneet kasvisolut toisiinsa ja lujittaa puukuitua. Sellun valmistusprosessin keittovaiheessa tarkoituksena on erottaa puun kuidut toisistaan ilman merkittävää mekaanista työtä liuottamalla niitä sitova ligniini kuitujen välistä. Useimmiten valmistetaan valkaistua massaa, jolloin ligniinistä päästään kokonaan eroon valkaisuprosessissa. Keiton yhteydessä liuotetaan myös suuri osa kuitujen hemiselluloosista. Tavoitteena on päästä ligniinistä keiton aikana mahdollisimman hyvin eroon ilman liian suurta hemiselluloosien liukenemista. Jos hemiselluloosat liukenevat liiaksi vaikuttaa tämä kuidun jauhautuvuuteen ja sellunvalmistusprosessin saantoon.
Puu tuodaan sellutehtaille yleensä tukkeina. Puut kuoritaan ja kuorittu puu haketetaan. Syntynyt hake seulotaan.
Kemiallisissa sellun valmistusmenetelmissä hake keitetään painereaktoreissa, ns. sellukattiloissa. Kemialliset sellun valmistusmenetelmät, kuten sulfaattimenetelmä (Kraftin menetelmä) ja sulfiittimenetelmä, poistavat suuren osan hemiselluloosasta ja ligniinistä. Emäksinen sulfaattimenetelmä jättää hapanta sulfiittimenetelmää paremmin puukuitujen selluloosamolekyylit ehjiksi, mikä johtaa suurempaan kuitulujuuteen. Sulfaattimenetelmän haittana pidetään toisaalta keitetyn massan alempaa vaaleutta ja huonompaa valkaistavuutta, mikä lisää klooridioksidin käyttötarvetta massan valkaisussa. Keitetyn sulfaattimassan vaaleus on huomattavasti natiivin puun vaaleutta alempi, koska kuumassa alkalisessa keitossa puusolut ja erityisesti niihin jäänyt ligniini tummenee huomattavasti.
Sellun keitto voidaan suorittaa erä- tai jatkuvatoimisena prosessina. Eräkeitossa tyhjä sellukeitin täytetään aluksi hakkeella, hakkeessa oleva ilma poistetaan matalapainehöyrytyksellä, minkä jälkeen keitin paineistetaan ja täytetään keittonesteellä. Tämän jälkeen keitin kuumennetaan lopulliseen lämpötilaan, esimerkiksi 170 C asteeseen. Lämpötilaa ylläpidetään, kunnes hakkeista on poistunut riittävä määrä ligniiniä. Tämän jälkeen keitto lopetetaan esimerkiksi syrjäyttämällä kuuma keittoneste viileämmällä nesteellä ja keitin puretaan keittimen alapuolella olevan purkupumpun avulla. Tasaisen massantuotannon takaamiseksi eräkeitossa käytetään useita eri vaiheissa olevia rinnakkain toimivia keittimiä, niin että keittimiä täytetään ja puretaan aina yhtä kerrallaan. Jatkuvatoimisessa keitossa edellä mainitut keittovaiheet suoritetaan jatkuvatoimisena virtana yhdessä tai kahdessa suuressa sarjaan kytketyssä keittimessä.
Keitetty massa pestään ja mahdollisesti valkaistaan. Valkaisu voi tapahtua esimerkiksi hapen, otsonin, klooridioksidin tai vetyperoksidin avulla. Hapen avulla tehtävää valkaisua kutsutaan happidelignifioinniksi ja siinä erottuva jäteliuos voidaan johtaa jäteliuoksen talteenottoon. Sen sijaan varsinaisten valkaisuvaiheiden jätevesiä ei käytännössä kierrätetä, vaan ne johdetaan jätevedenpuhdistukseen. Jätevedet puhdistetaan ilmastoimalla niitä aktiivilietemenetelmällä toimivissa puhdistuslaitoksissa, joihin voidaan johtaa myös muita jätevesiä, kuten paperitehtaan tai yhdyskuntien jätevesiä.
Seuraavaksi massa lajitellaan, kuivataan ja puristetaan ohueksi levyksi. Levy leikataan ja paalataan paperitehtaalle kuljettamista varten. Sellua voidaan käyttää tiettyihin paperilaatuihin myös kuivaamattomana, ns. pumppumassana, jos riittävän lähellä on paperikone. Markkinasellu on yleensä kuivattua ja pitkälle valkaistua havu- tai lehtipuusellua.
Suurin osa maailman sellusta valmistetaan sulfaattimenetelmällä, mutta puuhakkeesta saadaan paperimassaa myös joko osittain tai täysin mekaanisilla menetelmillä. Mekaaniset paperimassan valmistusmenetelmät repivät puun kuidut irti toisistaan. Kuituihin jää silti yhä paljon ligniiniä, eivätkä kuidut sitoudu toisiinsa niin hyvin kuin sellu. Kuitujen katkeilu lyhyemmiksi ja sellukuituja suurempi jäykkyys heikentävät massasta valmistetun paperiradan kestävyyttä. Toisaalta mekaaninen massa on lähes yhtä vaaleata kuin tuore puu, lisäksi massaa voidaan vaalentaa esimerkiksi vetyperoksidin tai ditioniitin avulla.
Osittain mekanisissa menetelmissä puuhaketta käsitellään ensin kemiallisesti tai kuumuudella, minkä jälkeen kuidut erotellaan toisistaan mekaanisesti. Kemialliset tai kuumuuskäsittelyt vähentävät mekaanisen käsittelyn vaatimaa energiaa ja kuitujen vaurioita.
Sellu voidaan valmistaa myös oljesta. Heinien keittämiseen tarvitaan vähemmän kemikaaleja. Heinäkasvien ongelmana on kuitenkin se, että niissä on silikakiteitä, joten mustalipeään päätyy epäorgaanista silikaattia, mikä hankaloittaa kierrätystä. Toisekseen oljen tiheys on pieni, joten sen kuljettaminen on kallista verrattuna tiheään puutukkiin. Heinäkasvisellun valmistus kuluttuu merkittävästi enemmän energiaa ja vettä, eikä sitä ole saatavilla vuoden ympäri. Näiden eri syiden takia heinäkasvisellun markkinaosuus on jäänyt pieneksi (5-10%) eikä heinäkasveja yleensä käytetä ellei siihen ole jotain erityistä käyttötarkoitusta.
Sellutehtaissa syntyy erilaisia lietteitä, joita ovat bioliete, kemiallinen liete, pastaliete, siistausliete ja viherlipeä eli soodasakka.
Sellutehdas tuottaa valmistusprosessin aikana enemmän energiaa kuin se kuluttaa, joten useat sellutehtaat myyvät ylijäämäenergiansa. Erityisen paljon tehtaasta voidaan saada lämpöenergiaa paineistettujen höyryjen muodossa, muun muassa tämän takia sellu- ja paperitehtaat ovat usein integroitu toisiinsa vähintään energian käytön suhteen.
Suomessa toimii 18 sellutehdasta puolisellutehtaat (3) mukaan luettuna. Lisäksi Raumalla on fluff-sellulinja. Viimeisimpänä suljettiin Kaskisten sellutehdas maaliskuussa 2009. Kaikki Suomessa toimivat sellutehtaat toimivat sulfaattimenetelmällä. Laajemmassa mittakaavassa sulfiittitehtaiden aikakausi päättyi 1980-lvulla. Suomen viimeinen sulfiittisellutehdas suljettiin vuonna 1991. Tervasaaressa jatkoi sulfiittimenetelmään perustuva SAP-sellulinja vuoteen 2007 saakka.