Metsäkuusen (Picea abies) kuivahienojauhatus iskuihin
perustuvilla hienojauhatusmyllyillä

Väitöstyössä tutkittiin metsäkuusen kuivahienojauhatusta kolmella erilaisella hienojauhatusmyllyllä, joissa hienontaminen perustuu erilaisten törmäyksien aiheuttamiin iskuihin. Puun kuivahienojauhatuksesta on erittäin heikosti tietoa saatavilla ja nykyinen ymmärrys on riittämätön hienonnusprosessin suunnitteluun sekä optimoimiseen eri sovelluksia ajatellen. Sovelluksista mainittakoon esimerkiksi puujauheiden käyttö biokomposiittien täyte- tai lujiteaineena taikka raaka-aineena hienojakoiselle selluloosalle, puuperäisille kemikaaleille ja biopolttoaineelle. Kyseisiä sovelluksia varten on tärkeää ymmärtää, kuinka puun morfologia, eli koko ja muoto, sekä puussa esiintyvän selluloosan suhteellinen kiteisyys muuttuu kuivahienojauhatuksessa. Kyseisten ominaisuuksien lisäksi on myös tärkeää, että kuivahienojauhatus kuluttaa mahdollisimman vähän energiaa.

Metsäkuusen kuivahienojauhatusta tutkittiin vastinsuihku-, isku- ja tärymyllyllä. Jokaisen myllyn tapauksessa tutkittiin, kuinka kuivatun metsäkuusen morfologia ja selluloosan suhteellinen kiteisyys muuttuu kuivahienojauhatuksessa myllyn operointiparametrien suhteen. Puun esikäsittelyinä tutkittiin, kuinka morfologia ja selluloosan suhteellinen kiteisyys muuttuu tärymyllytyksessä tuoreen metsäkuusen kuivauksen sekä kuivatun metsäkuusen torrefioinnin myötä. Torrefiointi on lämpökäsittely, jolla puun rakenne voidaan muuttaa hauraammaksi. Lisäksi tutkittiin, kuinka tuoreen ja kuivatun metsäkuusen morfologia ja selluloosan suhteellinen kiteisyys muuttuu, kun tärymyllytys suoritetaan kryogeenisissä olosuhteissa. Tutkimuksessa tarkasteltiin lisäksi, kuinka kuivahienojauhatuksen ominaisenergiankulutusta voidaan vähentää.

Väitöstyössä löydettiin selkeä ero kuivan metsäkuusen morfologian ja selluloosan suhteellisen kiteisyyden muutoksessa kuivahienojauhatuksessa, kun hienojauhatus suoritetaan tärymyllyllä isku- tai suihkumyllyn sijaan. Tärymyllytykselle on ominaista jauhinkappalemyllyissä esiintyvät törmäykset, joissa puu jää kahden kiinteän materiaalin väliin puristukseen. Kyseistä ilmiötä ei esiinny isku- ja suihkumyllyissä. Isku- ja suihkumyllyllä kuivahienojauhetun metsäkuusen ominaisuuksissa oli vain vähäisiä eroja, mutta ominaisenergiankulutus oli suihkumyllyssä merkittävästi korkeampi kuin isku- tai tärymyllyssä. Lisäksi havaittiin, että puun kosteuspitoisuudella sekä kryogeenisillä jauhatusolosuhteilla on merkittävä vaikutus metsäkuusen morfologiaan ja selluloosan suhteelliseen kiteisyyteen tärymyllytyksessä. Tärymyllytyksen ominaisenergiankulutusta onnistuttiin vähentämään torrefioimalla kuivattu metsäkuusi ennen jauhatusta.