Apurahat ja residenssipaikat

Tiede

Uudenlaisten esikäsittelymenetelmien ja kierrätettävien katalyyttien hyödyntäminen teollisuuden lignoselluloosapitoisten sivuvirtojen muuntamisessa peruskemikaaleiksi.

Hakemuksen tiivistelmä

Luonnonvarojen, kuten biomassan kestävä käyttö on yksi tärkeimmistä asioista maailmantaloudessa. Tässä tutkimuksessa pyritään edistämään jätebiomassan hyödyntämistä käyttämällä raaka-aineena eri teollisuuden aloilla syntyviä sivuvirtoja, kuten lignoselluloosapohjaista sahanpurua ja selluloosapitoista kuitulietettä. Tutkimuksessa sahanpurun selluloosa-, hemiselluloosa- ja ligniinikomponentit erotetaan toisistaan hyödyntämällä perinteisistä menetelmistä poikkeavia, uudenlaisia ja tehokkaita biomassan esikäsittelymenetelmiä, kuten ultraääni- ja mikroaaltokäsittelyä. Komponenttien erottaminen on haastavaa, mutta se mahdollistaa sivuvirtojen kokonaisvaltaisen hyödyntämisen. Selluloosa- ja hemiselluloosakomponenteista valmistetaan arvokkaita peruskemikaaleja, 5-hydroksimetyylifurfuraalia (HMF) ja furfuraalia, mikroaaltoaktivoinnin ja uudenlaisten kierrätettävien katalyyttien avulla. Katalyytit valmistetaan sahanpurusta erotetusta ligniinikomponentista yhteistyössä Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksen kanssa. Katalyyttien toimivuutta verrataan yhteistyössä Chalmersin teknillisen yliopiston kanssa valmistettuihin zeoliittipohjaisiin katalyyttimateriaaleihin. Lisäksi yhteistyössä Grenoblen yliopiston kanssa tutkitaan ultraäänikäsittelyn vaikutusta selluloosapitoisen kuitulietteen muuntamiseen HMF:ksi. Furfuraalista ja HMF:sta valmistettavia kemikaaleja voidaan käyttää mm. biopolttoaineina, biomuoveina ja lääkeaineina.

Hankkeessa tutkittiin keinoja edistää eri teollisuuden aloilla syntyvien jätebiomassojen hyödyntämistä. Hanke keskittyi erityisesti koivun sahanpuruun, sillä sitä syntyy Suomessa vuosittain yli 3 miljoonaa kuutiometriä. Hankkeessa sahanpurun selluloosa-, hemiselluloosa- ja ligniinikomponentit erotettiin toisistaan hyödyntämällä uudenlaisia ja tehokkaita biomassan käsittelymenetelmiä. Komponenteista ensimmäisenä erotettiin hemiselluloosa. Pääasiallisina menetelminä käytettiin ultraääni- ja mikroaaltoavusteista kuumavesikäsittelyä. Vaihtoehtoisena menetelmänä tutkittiin ultraääniaktivoinnin ja happokäsittelyn yhdistämistä niistä saatavan yhteisvaikutuksen vuoksi. Käsittelyissä hemiselluloosa liuotettiin vesiliuokseen ja jäljelle jääneestä kiintoainefraktiosta erotettiin seuraavaksi selluloosa. Selluloosan erotus suoritettiin ensin kuumavesikäsittelynä painereaktorissa. Vaihtoehtoisena menetelmänä tutkittiin selluloosan liuottamista vesipitoiseen syväeutektiseen liuottimeen, jolloin siitä liukenemisprosessin aikana muodostui arvokasta peruskemikaalia, 5-hydroksimetyylifurfuraalia. Myös prosessin ensimmäisessä vaiheessa veteen liuenneesta hemiselluloosasta valmistettiin syväeutektisessa liuottimessa arvokasta peruskemikaalia, furfuraalia. Sekä 5-hydroksimetyylifurfuraalin että furfuraalin arvo peruskemikaaleina perustuu siihen, että niistä voidaan valmistaa lukuisia muita kemikaaleja, joita voidaan käyttää esimerkiksi biopolttoaineina, biomuoveina ja lääkeaineina tai niiden valmistukseen. Kiintoaineeseen jäljelle jääneen komponentin, ligniinin, hyödyntäminen osoittautui hieman haastavammaksi. Ligniinistä valmistettiin aktiivihiilipohjaisia katalyyttejä, joita testattiin selluloosan ja hemiselluloosan muuntamisessa 5-hydroksimetyylifurfuraaliksi ja furfuraaliksi. Katalyyttien avulla saadut peruskemikaalien saannot jäivät kuitenkin selkeästi alhaisemmiksi kuin syväeutektisen liuottimen avulla saadut saannot. Tutkimukset siis jatkuvat vielä ligniinin hyödyntämisen osalta.

Takaisin apurahalistaukseen