Teema: Metsäbiomassaan perustuvat tuotteet

Transkriptio

1 Teema: Metsäbiomassaan perustuvat tuotteet Tutkimuskohteet: puuvartisten kasvien biomassa (mukaan lukien lehdet, neulaset, kävyt, kuoret, pihka, mahla, juuret jne), muu metsäbiomassa (sienet, sammalet jne) ja niistä erotettavissa olevat ainesosat ja (bioaktiiviset) yhdisteet ja niistä kehitettävät uudet tuotteet.

2 Teema-alueella Tutkitaan metsäbiomassan bioaktiivisia yhdisteitä ja niiden tuotekehityspotentiaalia. Etsitään ja kehitetään metsäbiomassaan pohjautuvia uusia tuotteita korvaamaan fossiilisia raaka-aineita. PS

3 Bioaktiiviset yhdisteet osana tulevaisuuden biotaloutta Vastuututkija Tytti Sarjala

4 Tavoitteet: Hankkeessa tutkitaan metsästä peräisin olevien biomassojen yhdisteiden tai biomassoista tehtyjen uutteiden bioaktiivisia ominaisuuksia ja kehitetään niiden biotestausta. Biomassan uutos- ja esitestausmenetelmien ja erilaisten in vitro-solumallien avulla pyritään löytämään yhdisteitä ja/tai uutoksia, joilla voisi olla bioteknisiä tai farmakologisia sovelluksia. PS

5 Tutkimusmateriaalit ja testaukset Männyn endofyyttisienet: esim. (TaY) silmän verkkokalvon epiteelisoluviljelmät (silmän ikärappeumamalli), MMP-entsyymit (nivelrikkotutkimus Kuusen sisäkuori, kuusen juuren niska, männyn kanto, männyn embryogeeninen solukko, männyn neulaset Pakuri: puhdasviljelmien eristys, useita kantoja kasvamassa. Pakurin viljely ja eri kantojen vertailu.testataan mm. antioksidatiivisuutta (SCAV, ORAC), TTY:llä. PS

6 Neulasten sikimihappo (mänty) lääketeollisuuden johtoyhdisteeksi Kerätty materiaali eri vuodenaikoina kahdelta eri koeruudulta, kokoomanäyte 4 eri männystä Testattu alustavasti uutosmenetelmää ja HPLCanalyysiä Analysoidaan neulasten sisältämä sikimihapon pitoisuus eri vuodenaikoina Teknologiaselvitys teetetty PS

7 Vahvuudet ja heikkoudet Vahva tutkimusosaaminen, raaka-ainetuntemus ja yhdisteiden puhdistaminen (preparatiivinen HPLC) Testaamista laajennettava ja kehitettävä Kaupallistamisosaamista kehitettävä, löydettävä yrityspartnerit Liiketoimintastrategian puuttuminen Heikko IPR tuntemus, patentointi vai ketterä reagointi? PS

8 Metsäpuihin assosioituneet sienet ja niiden hyödyntäminen 3581 Vastuututkija Taina Pennanen

9 Mitä ovat assosioituneet sienet: Symbionttiset juuristosienet eli mykorritsat ovat välttämättömiä metsäpuiden ravinteiden ja veden otossa sekä suojaavat puita esim. kuivuudelta ja patogeeneiltä. Puiden endofyyttisten sienten tiedetään olevan yhteydessä puiden puolustusaktiivisuuteen, mutta ilmiön tausta tunnetaan huonosti. kuva: Michael Müller PS

10 Tausta: Hyvin kehittynyt juuristo on kookasta versoa tärkeämpi ominaisuus taimen istutuksen jälkeisen kasvun kannalta (Vaario ym. 2009) Kuusen uudistumistuloksessa on puuntuotannon kriteerien valossa paljon parannettavaa (Saksa ym. 2005) Nopeasti yleistyvä koneellinen metsänistutus edellyttää tiivistä, juurien ja sienirihmaston kasassa pitämää juuripaakkua sekä istutusvaiheessa vielä maltillisen pituista versoa. PS

11 Tausta: Uusi kasvinsuojelulaki (2014) edellyttää integroitua tautitorjuntaa (IPM), eli toimenpiteitä joilla parannetaan taimille hyödyllisten mikrobien elinolosuhteita ja siten edistetään taimien luontaista tautien torjuntakykyä. Monien puun sekundäärimetaboliittien on havaittu parantavan taimien puolustusvastetta (Worral ym. 2011) mutta mitään soveltamiskelpoista perustietoa asiasta ei ole olemassa. PS

12 Testattavat kysymykset: Kuusen taimituotanto ja mykorritsasienet Voiko istutustaimien alkukehitystä edistää symbionttisten sienien avulla? - Mykorritsasienien eristäminen sekä kasvattaminen teollisessa mittakaavassa (Pennanen ym. käsikirjoitus, Vuorinen ym. 2014) Voiko taimitarhalla siirrostettujen juuristosienien avulla tai bioaktiivisten yhdisteiden avulla torjua taimissa - taimitarhoilla esiintyviä kasvitauteja? PS

13 Testattavat kysymykset: Kuusen taimituotanto ja mykorritsasienet Voiko taimitarhalla siirrostettujen juuristosienien avulla tai bioaktiivisten yhdisteiden avulla torjua taimissa - taimitarhoilla esiintyviä kasvitauteja? (Velmala ym. koe käynnissä) - juurikääpää tai kuivuuden vaikutuksia istutuksen jälkeen? (Hyder ym. 2013, koe käynnissä) PS

14 Vahvuudet ja heikkoudet Vahva tutkimusosaaminen, puihin assosioituneiden sienten tuntemus Osaamisketju: metsä- puu-siemen-sieni (taimen kehitys ja taudinkesto) Hallitaan teolliseen mittakaavaan Heikkoutena teknologian siirto tutkimuksesta käytäntöön: tieto ei aina mene perille PS

15 Lisäarvoa heikkotuottoisille turv le uudet metsäbiomassatuotteet 3611 Vastuututkija Niko Silvan PS

16 Rahkasammalmateriaalin hyödyntämistä kasvualustoiksi on jo alustavasti tutkittu hankkeissa 7186 (vuodesta 2010) ja 7524 (vuodesta 2012) PS

17 Sopivien rahkankorjuualueiden etsintä Metsäojitetut kitusuot, suo- ja turvemaastrategian luonnontilaisuus-luokka 3 n ha korjuukelpoista alaa Suomessa PS

18 Suurimmalle osalle kitumaan metsäojitetuista soista on vaikea keksiä mitään muuta taloudellista hyötykäyttöä kuin rahkasammalbiomassan korjuu! Miten rahkasammalta voi korjata kestävästi uudistuminen varmistaen? PS

19 Talvella pärjätään normaalilla konekalustolla pintarahka on korjattu n. 25 cm syvyydeltä PS

20 Uudistuvatko rahkasammalet? Uudiskasvu käynnistyy nopeasti jo ensimmäisenä vuonna korjuun jälkeen PS

21 Keisarinneva, korjattu 2006 ja kuusi vuotta korjuun jälkeen 2012 kuljumaista korjuupintaa on paikoin yhä nähtävissä mutta paikoin nostopintaa ei enää erota luonnollisesta PS

22 Johtopäätökset tähänastisista tutkimuksista: Alustavien seurantatulostemme mukaan voimme pitää rahkasammalbiomassaa aidosti uusiutuvana kasvihuonekasvualustojen raaka-aineena Kasvualustojen tuotto rahkasammalbiomassasta rinnastuu kiertoaikansa ja uusiutuvuutensa puolesta lähinnä kestävään metsätalouteen Uusiutuvat rahkasammalresurssit riittävät tarvittaessa korvaamaan vaikka koko vaalean kasvuturpeen kysynnän Rahkasammalkasvualusta on laadullisesti yhtä hyvää kasvualustamateriaalia kasvihuonekasvatukseen kuin vaalea rahkaturve tai muut kilpailevat materiaalit Rahkasammalbiomassa on toistaiseksi kuitenkin selvästi vaaleaa kasvuturvetta kalliimpaa nosto- ja kuivausteknologian kehitystyön tarve on suuri! PS

23 Tavoitteet vuodelle 2015: Referoitu julkaisu rahkasammalbiomassan korjuun ympäristövaikutuksista, data kerätty (vähintään käsikirjoitus lähetetty) Viestintä uudesta kasvualustatuotteesta ja sen eduista vaaleaan rahkaturpeeseen verrattuna Rahkasammalpohjaisten kasvualustatuotteiden kokeilu käytännön kasvihuonekasvatuksessa (Oksasen puutarha Oy) Nosto- ja kuivausteknologian uudet innovaatiot, varta vasten rahkasammalen nostoa varten kehitetyt koneratkaisut (yhteistyössä BRT Solutions Oy) Pakurikäävän ymppäyskokeiden laajentaminen, ymppäysajankohdan merkityksen selvittäminen PS

24 Bioetanolin, biohiilen, erikoissokereiden, ja ligniinihemiselluloosapohjaisten biorefinetuotteiden valmistus metsistä, pelloilta ja soilta saatavista uusiutuvista raakaaineista Vastuututkija Hannu Ilvesniemi

25 Prosesseista Tutkittavat raaka-aineet Puuhake, metsähake, rakennusjätepuu, olki, suosammaleet ja turve Pääasialliset menetelmät Paineistettu kuumavesiuutto (PHWE) Biomassan hiillostus Hydrolyysi ja fermentointi PS

26 Eri kokoluokat Laboratorio Pilot Vertaa 12/16/2014 PS

27 Paineistetun kuumavesiuuton etuja Vettä käyttävä ympäristöystävällinen menetelmä Uusiutuvat raaka-ainelähteet Polymeerinen hemiselluloosa 12/16/ PS

28 Ligniini Rikitön puuligniini paineistetulla kuumavesiuutolla Lineaarinen rakenne uuton jälkeen etu kuitujen valmistuksessa Ei rikkiä ei pahaa hajua Tahmeaa voitaisiin käytää liimoissa Tämänhetkinen tilanne Sellun keitosta saatava ligniinin kondensoitunutta ja sen rakenne monimutkainen Paineistettu kuumavesiuutto lupaava menetelmä ligniinin erotukseen ei vielä kaupallista toimintaa Kuumavesiuuton hyödyntämistä paikallisissa laitoksissa kuitujen ja komposiittien valmistuksessa Kasvava tarve liuotinvapaille liimoille kuumavesiuutettu ligniini voisi olla uusi raaka-ainelähde PS

29 Prosessikuvaus Raaka-aine Hemiselluloosa Paineistettu kuumavesiuutto Uuttojäännös Hydrolyysi Hiilto Sokerimonomeerit Puuhiili Fermentointi Harvinaiset sokerit Bioetanoli

30 Vihreää kemiaa metsästä innovatiiviset prosessit ja tuotteet 3618 Vastuututkija Pekka Saranpää

31 Hankkeessa tutkitaan ja kehitetään menetelmiä metsäperäisen biomassan käytön monipuolistamiseen. Tutkimuksen kohteena ovat biomassan pääainesosat; selluloosa, hemiselluloosa, ligniini ja uuteaineet. Uusia menetelmiä kehitetään näiden aineosien eristämiseen, puhdistamiseen sekä tuottamiseen kokeelliseen käyttöön ja jatkosovelluksia varten. PS

32 Rawmaterial Forest Agro BIOMASS Forest residues Extraction Extract PHWE Extracted biomass Alkaline extraction NaOH extract Refining products Hemicellulose Lignin Polyphenols Polyesters Epoxies Acidification Precipitation Filtration Fractioning Filtration Fractioning Sulfur free lignin Barries Filters Coating Impregnation Biocomposites High value end uses PS

33 Hanke sisältää neljä työpakettia: 1. Biomassan fraktiointi 2. Selluloosan ja hemiselluloosan puhdistus biomassasta 3. Rikittömän ligniinin muokkaus tuotteiksi 4. Bioaktiiviset yhdisteet PS

34 Tavoitteena saada toimiva 3 litran PHWE-uuttolaite ja puhdistaa sekä kanto- että oksapuusta lignaaneja taimikäsittelyihin (Metsäpuihin assosioituneet sienet ja niiden hyödyntäminen) Kuusen kuoren stilbeenit ja niiden hyödyntäminen (Nilan toiminta ja topokemia, Tuula Jyske) Neulasten sikimihappoa (Bioaktiiviset yhdisteet osana tulevaisuuden biotaloutta) testaamista varten. PS

35 Vahvuudet ja heikkoudet Vahva tutkimusosaaminen, tunnetaan puun kasvuun ja kemialliseen koostumukseen vaikuttavat tekijät Vanha osaamisketju: metsä-puu-raaka-ainelaatu Pilotointimahdollisuus Yrityskontaktien puute IPR-asioiden puutteellinen tuntemus PS