Artikkelit jotka sisältää sanan 'butanoli'

Tässä tutkimuksessa pyrittiin hyödyntämään metsäteollisuuden sivuvirtoja, kuten rehevöityvää (EL) ja mesotrofista (ML) järvenpohjan biomassaa sekä kahdeksaa sellun ja paperin valmistuksen sivuvirtaa (PPMS) sellunvalmistusprosessin eri vaiheista (PI – PVIII) biopolttoaineiden tuottamiseksi. Teoreettisia biokaasun ja bioetanolin tuotantomuotoja mallinnettiin Aspen Plus® -simulaatiolla 1) sokeroinnin ja käymisen, 2) kaasutuksen ja sekaalkoholisynteesin, 3) kaasutus-synteesikaasukäymisen ja (4) anaerobisten mädätysprosessien kautta. Lisäksi massan ja paperin sivuvirtojen eri prosessivaiheita tutkittiin ABE-fermentoinnilla Clostridium acetobutylicum DSM 1731:llä. Korkea tuhkapitoisuus ML:ssä (79,6 %) oli epäedullista bioetanolin tuotannolle; 57,1L/t (kuiva-aine) supistui suurempaan etanolin saantoon 244,5L/t (kuiva-aine) EL-biomassan kaasutuksesta. Alkuaineanalyysitulokset osoittivat, että sekä EL- että ML-biomassan tuhkaa voitaisiin käyttää lannoitteena metsätaloudessa. ML- ja EL-biomassat tuottivat biokaasua, jonka pitoisuus oli 38,9 ml/g haihtuvaa kiinteää ainetta ja 136,6 ml/g haihtuvaa kiinteää ainetta. Laimennettu happo 0,2 % H2SO4 180 oC:ssa 10 minuuttia oli tehokas esikäsittelymenetelmä ABE-fermentaatiossa. PI-näytteen korkein sokeripitoisuus oli mahdollinen substraatti butanolin valmistukseen. Lisäksi pesemätön PI-sivuvirta tuotti korkeimman ABE-pitoisuuden, 12,8 g/l, verrattuna vastaavasti pesemättömiin PII- ja PIII-sivuvirtoihin, 5,2 g/l ja 6,3 g/l. Märkä primääriliete (PII), jota muodostuu 300 000 tonnia/vuosi (72 600 kuivatonnia), tuotti vedetöntä etanolia noin 3011 kg/h (24 090 tonnia/vuosi) kaasutus-synteesikaasukäymisprosessimallilla. PII:n etanolin tuotannon taloudellinen kannattavuus voidaan saavuttaa joko ottamalla käyttöön ESP 0,61–0,71 €/l etanoliavustuksen kanssa 150 €/t eri verokannoilla tai ottamalla käyttöön ESP 0,60–0,70 €/l porttimaksun 20 €/t kanssa.

• Sandar, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: sandra.sandar@uef.fi

Puuraaka-aineet ja muut kasvipohjaiset materiaalit (esim. olki) sisältävät selluloosaa, hemiselluloosaa ja ligniiniä tiiviissä kompaktissa muodossa. Teollisissa prosesseissa selluloosa on tällä hetkellä tehokkaasti jatkojalostettu materiaaleiksi, kuten paperiksi ja muiksi tuotteiksi, kun taas jäljelle jäävästä ligniinistä ja hemiselluloosasta on enimmäkseen tehty bioenergiaa. Tutkimustyö on kuitenkin vilkasta sekä ligniinin että hemiselluloosan jalostamiseksi arvokkaammiksi tuotteiksi. Metsäteollisuuden ja maatalouden jalostusprosessien sivuvirrat tarjoavat erinomaisen mahdollisuudenbiotalouden ja kiertotalouden kehittämiseen.

Haasteena hemiselluloosa- ja ligniinijakeiden jalostamisessa biomateriaaleiksi tai kemikaaleiksi on uusien prosessien kustannustehokkuus. Monet biojalostusprosessit tuottavat sivuvirtoja, joissa hemiselluloosa ja ligniini ovat erottuneena, mutta niiden pitoisuus voi olla pieni ja ne voivat olla hajonneina tai muodossa, joka estää niiden jatkojalostuksen. Lisäksi usein sivuvirrat sisältävät joko prosessikemikaaleja tai materiaalin hajoamistuotteita niin paljon, että jalostettavien kemikaalien erottaminen on teknologisesti monimutkaista ja liian kallista.

FM Suvi Kuittisen tutkimustyössä haettiin suomalaisille raaka-aineille hemiselluloosan erotusmenetelmää, jossa hemiselluloosan sokerit vapautuisivat helposti edelleen jalostettavassa muodossa. Työssä tutkittiin kolmea erilaista raaka-ainetta; ohran olkea, siperianpajua sekä kuusta. Työn tuloksena tuotettiin parametrit raaka-aineiden esikäsittelyä varten niin, että suurin osa raaka-aineen hemiselluloosa saadaan irrotettua välttäen jatkojalostusta haittaavia hajoamistuotteita. Lisäksi selluloosajae saatiin säilytettyä pääosin kiinteässä muodossa, joten myös sen jatkojalostus biomateriaaleiksi on mahdollista. Tutkimuksessa esikäsittelyssä erotetun hemiselluloosaliuoksen sokereista tuotettiin edelleen asetoni-butanoli-etanoli-fermentoinnin avulla onnistuneesti biobutanolia, joka on käytettävissä muun muassa liikennebiopolttoaineena ja kemian teollisuuden raaka-aineena.

Merkittävä tulos tutkimuksessa oli se, että toteutetuilla esikäsittelymenetelmillä tuotettu hemiselluloosaliuos pystyttiin käyttämään fermentointiprosessissa ilman monimutkaisia ja kalliita jälkikäsittelyjä. Lisäksi yhdistämällä hemiselluloosaliuokseen ohran tärkkelystä sisältävää liuosta, fermentaatioprosessi pystyttiin toteuttamaan onnistuneesti ilman muita lisättäviä ravinteita. Tutkimuksessa tuotetun siperianpajun hemiselluloosaliuoksen sokerit fermentoitiin butanoliksi käyttämällä Clostridium acetobutylicum-bakteeria, joka pystyy hyödyntämään myös hemiselluloosasta peräisin olevia viisihiilisiä sokereita, kuten ksyloosia. Esimerkiksi yleisesti etanolifermentoinneissa käytetyt mikrobit hyödyntävät luontaisesti kuusihiilisiä sokereita, kuten glukoosia. Suurin osa lehtipuiden ja esimerkiksi ohran oljen hemiselluloosasta on kuitenkin viisihiilisiä sokereita.

Tutkimuksen johtopäätöksenä todettiin, että raaka-aineen mukaisesti valitut esikäsittelyparametrit mahdollistavat sekä hemiselluloosasokereiden hyödyntämisen uusiksi biotuotteiksi, että selluloosafraktion säästämisen jatkojalostukseen. Suunnittelemalla erilaisten teollisuuden sivuvirtojen yhdistämistä entistä tehokkaammin, voidaan välttää tuotantoprosessin välivaiheita, kuten fermentointimikrobeille haitallisten aineiden poistamista ja ylimääräisten ravinteiden lisäämistä fermentointia varten. Tämä tarjoaa kiinnostavan näkökulman jatkotutkimuksille ja biojalostuprosessien kehittämiselle entistä monipuolisempaan ja kestävämpään suuntaan.

• Kuittinen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: suvi.kuittinen@uef.fi

• Yang, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: ming.yang@uef.fi