Kalevi Pihlaja Prof. Emeritus, Kemian laitos, Turun yliopisto. Turpeen kemianteknologian sovellusmahdollisuudet

Transkriptio

1 Kalevi Pihlaja Prof. Emeritus, Kemian laitos, Turun yliopisto Turpeen kemianteknologian sovellusmahdollisuudet

2

3

4

5

6

7

8 Turpeen (mahdollisia) käyttötarkoituksia Ympäristönsuojelu - öljyn, metallien ja saasteiden poisto - septinen turvesysteemi likaveden puhdistukseen (USA) Pyrolyysi* -hiiltojäännöstuotteet (semikoksi, koksi ja aktiivihiili) -terva ja kaasut (pääasiassa polttoaineeksi) Turpeen märkähiilto C* -sokerit hydrolysoituvat osittain (voidaan käyttää etanoliksi huonolla saannolla) -voidaan tuottaa erilaisia kemikaaleja, esim. furfuraalia, oksaalihappoa ym.

9 Puutarhanhoito Maanviljelys (maanparannusaineena, karjan kuivikkeena) Lannoitteet (humuspohjaiset) o Turveterapia ja balneologia Biologisesti aktiiviset aineet o - sterolit, humus- ja fulvohapot Etanolia hiilihydraateista o Vahat, hartsit ja sterolit o Humusaineet o *Ei ole todettu kannattaviksi, vaikka periaate on varsin hyvin selvitetty. o Nämä ovat edelleen kehittämisen arvoisia. Keskityn seuraavassa näihin.

10 TURPEEN HIILIHYDRAATIT [1,4] syntyvät hydrolysoimalla turvenäytteiden pektiinejä, hemiselluloosaa ja selluloosaa 72 % rikkihapolla (selluloosa hydrolysoituu vain väkevällä hapolla). Varsinais-Suomen soita tutkiessamme saimme 152 näytteen keskimääräisiksi sekä glukoosi/muut monosakkaridit pitoisuuksiksi 0,5 m syvyydessä n. 40 % (25/15), 1,5 metrin syvyydessä n. 38 % (25/13), 1,9 metrin syvyydessä n. 29 % (19/10) monosakkaridimäärien laskiessa lähes lineaarisesti näytesyvyyden funktiona. Kaikkien 8 suon ka. oli 20.4/10.5 %.

11 Etanolin tuotanto [1,3-6] turpeesta voisi nyt sen polttoainelisänä käytön vuoksi - tulla kysymykseen varsinkin, kun viljan käyttöä ao. tarkoitukseen EU:ssa tullaan ilmeisesti rajoittamaan. Myöskään Brasiliassa sokeriruo-kosta valmistettava etanoli ei täytä ekologisia ehtoja. Käytännössä turpeen hydrolyysissa muodostuvien, käy-misprosessiin soveltuvien pelkistävien sokerien määrä tuskin ylittäisi kg/kuiva turvetonni, jolloin teo-reettinen etanolisaalis olisi kg/turvetonni käy-tännön maksimin jäädessä todennäköisesti kg välille. Hanketta pitäisin kuitenkin selvittämisen arvoise-na! Turvehydrolysaattia on käytetty myös hiivan (yksiso-lu-proteiinin, esim. Torulan) tuotantoon saannon on esitetty nousevan jopa 34 % turpeen kuivapainosta.

12 Vahat, sterolit, humus- ja fulvohapot sekä hiilihydraatit [1,4-7] ovat turvekemikaaleja, jotka periaatteessa tarjoavat mahdollisuuksia teolliseen hyödyntämiseen. Sen esteenä ovat kuitenkin olleet sekä kustannuskysymykset että erityisesti ihmisten lyhytnäköisyys vaihtoehtoisia menetelmiä tiettyjen tuotteiden saamiseksi ei ole haluttu kehittää - niin kauan kuin esim. öljyä riittää - kaikista kestävän kehityksen puheista piittaamatta.

13 Vahat ja hartsit [1,4-6] Ne voidaan erottaa jauhetusta, ilmakuivatusta turpeesta (20-30 %) uuttamalla esim. asetonin ja dikloorimetaanin 1:9 v/v seoksella. Vaha-aines voidaan erottaa liuottamalla uutetta kuumaan 94 % etanoliin, annetaan seoksen seistä tunti huoneen lämpötilassa, jolloin vaha saostuu (loppuosa 18 C) ja muut aineosat jäävät liuokseen. Vahoja voidaan käyttää korvaamaan esim. montaani- ja karnaubavahaa. Turvehartsifraktio sisältää arvokkaita steroleja ja triterpenoideja. Turvelipideistä löytyy myös C22-C24- rasvahappoja, joita voidaan käyttää rasvoissa, kosmetiikassa, kaupallisissa vahoissa ja pehmittimissä. Pitkäketjuisia alkoholeja on käytetty voiteluaineina kumi-, muovi- ja kuituteollisuudessa.

14 Sterolit [1,4,7] Turve sisältää vajaasta 1-4 g steroleja/kg kuivaa turvetta, joissakin soissa jopa 2-4 g/kg. Runsaimmin esiintyy - sitosterolia (aina hieman yli 2 g/kg asti) ja -sitostanolia ( g/kg asti). Muita mukana olevia steroleja ovat brassika-, kampe- ja stigmasteroli sekä kampestanoli. Aikanaan selvitimme mahdollisuutta eristää steroleja/ stanoleja turpeesta lääketeollisuutta varten, mutta kustannukset muodostuivat tässäkin lopulta esteeksi. Humusaineet [1,5,6,10] Humus- (saostuvat, kun ph 2) ja fulvohapot (liukoisia kaikissa olosuhteissa) sekä humiinit (liukenematon). Pidetään keskei-sesti vaikuttavina aineina turveterapiassa ja -balneologiassa. Omaavat myös kasvien kasvua edistävää vaikutusta ja niitä käytetään myös lannoitteissa.

15 VISIO [1] Mielestäni edelleen parhaiten toteutettavissa olisi sellainen turvetta kemiallisesti hyödyntävä laitos [1], joka ottaa talteen turpeen orgaanisia aineosia monipuolisesti. Vahojen ja hartsien poisto ei sanottavasti vaikuta sen jälkeen tapahtuvaan hiilihydraattien hydrolysointiin (etanolin valmistusta silmälläpitäen). Jäännöksestä voidaan edelleen saada talteen liukoiset humusaineet alkaliuutolla. Jäännös voidaan edelleen polttaa.

16 Viitteitä [1] K. Pihlaja (1982). Turpeen kemiallinen hyväksikäyttö ja teollisuus. Kemia-Kemi, [2] V. Pohjola (1978): Industrial utilization of plant carbohydrates via acid hydrolysis. Kemia-Kemi, [3] M. Linko (1975): Energiaa ja proteiinia selluloosasta. Kemia-Kemi, [4] K. Pihlaja, J. Peuravuori ja R. Aaltonen (1991): Raportti eräiden Varsinais-Suomen soiden kemiallisesta kartoituksesta (ISBN ). [5] J. Peuravuori (1994): Turpeen moninaiskäyttö ja kemia. Turun yliopiston offset-paino, ISBN [6] TURPEEN MONINAISKÄYTTÖ (1992): Nykytilanne, markkinanäkymät sekä tutkimus- ja kehitystarpeet. Osa I. Yhteenvetoraportit, KTM Katsauksia B:115 sekä Osa II. Osaraportit 1-9, KTM katsauksia B:116. [7] K. Pihlaja, E. Luomala and M. Ketola (1981): The sterol content of peat lipids: separation, identification and quantification. Proc. Int. Peat Symp., Bemidji, Minnesota (USA), Oct

17 [8] J. Kirkinen, S. Soimakallio, T. Mäkinen, I. Savolainen (2010): Greenhouse impact assessment of peat-based Fischer-Tropsch diesel life-cycle. Energy Policy 38, [9] F. Winde (2011): Peatlands as Filters for Polluted Mine Water? A Case Study from a Uranium-Contaminated Karst System in South Africa Part IV: Quantifying the Chemical Filter Component, Water 2011, [10] A. A. Bogush, V. G. Voronin (2011): Application of a Peat humic Agent for Treatment of Acid Mine Drainage, Mine Water Environ. 30, [11] Y. Zhou, P. Lu, J. Lu (2012): Application of natural biosorbent and modified peat for bisphenol removal from aqueous solution, Carbohydrate Polymers 88, [12] N. N. Bambalov (2012): Use of Peat as an Organic Raw Material for Chemical Processing. Solid Fuel Chemistry 45, [13] J. Yli-Kauhaluoma (Project Coordinator): EC-FP7-K BBE B Wood bark and peat based bioactive compounds, specialty chemicals, and remediation materials: from innovation to aplications (FORESTSPECS). Ei mitään uutta turpeesta! [14] H. Uosukainen and K. Pihlaja (2006): PEAT in balneology and therapy, Terraviva Oy, ISBN