Elintarvikealan tutkimus, kehitys ja

Transkriptio

1 Elintarvikealan tutkimus, kehitys ja innovointi ssa Ympäristö- ja kemiantekniikan tutkimusyksikkö Hanna Valkama, Riitta Keiski

2 Ympäristö- ja kemiantekniikan tutkimusyksikkö (ECE) Prof. Riitta Keiski, prof. Risto Laitinen RESEARCH FOCUS IN ECE Ympäristö- ja kemiantekniikka CATALYSIS AND PHOTOCATALYSIS SEPARATION PROCESSES Prosessi- ja kemiantekniikka Ympäristötekniikka Epäorgaaninen kemia MODELLING AND SIMULATION SUSTAINABILITY ASSESSMENT COMBINING CATALYSIS AND SEPARATION TO HYBRID TECHNOLOGIES - Utilization of modelling and sustainability assessment Riitta Keiski KESKEISET TUTKIMUSALUEET JA SOVELLUSALUEET Kestävyyttä luovat ympäristö- ja prosessiteknologiat sekä materiaalit, esim. katalyytit Uusiutuvien ja kierrätettävien materiaalien sekä sivutuote- ja jätevirtojen hyötykäyttö uusina tuotteina, esim. katalyytit, adsorptiomateriaalit, vety, metanoli, biokaasu, kemikaalit Neitseellisten, kierrätettyjen ja korvaavien materiaalien käyttö uusissa materiaalisovelluksissa, esim. katalyytit, adsorptiomateriaalit, hybridimateriaalit Yksikköoperaatioiden ja prosessien kehittäminen ja käyttö biojalostamoissa, kaivos- ja metallurgisessa teollisuudessa, elintarvike-, kemian ja farmaseuttisessa teollisuudessa sekä PK-yrityksissä ja Cleantech-sovelluksissa

3 Riitta Keiski

4 Tutkimusteemat Katalyysi - Prosessikatalyysi - Puhtaat polttoaineet ja kemikaalit. - Ympäristökatalyysi - Kaasumaisten päästöjen käsittely ja hyötykäyttö, vesien puhdistus. - Valokatalyysi - Puhtaat polttoaineet, vesien käsittely. - Materiaalikehitys ja karakterisointi - Uudet materiaalit, nanomateriaalit, hybridimateriaalit. - Katalyyttiset ilmiöt - Reaktiomekanismit, deaktivoituminen. - CO 2 hyötykäyttö. Erotustekniikat - Erotus, puhdistus, konsentrointi, talteenotto, kierrätys. - Adsorptio - Kaasumaisten päästöjen ja vesien puhdistus. - Kalvoerotus - Mikro-, ultra- ja nanosuodatus, käänteisosmoosi, pervaporaatio - Vesien ja tuotekaasujen puhdistus, tuotteiden laadun parannus. - Valokatalyysi - Puhtaat polttoaineet, vesien käsittely. - Kromatografia ja ylikriittinen uutto - Proteiinien erotus - Siemenöljyjen jalostus, turpeen uutto. - Hybridiprosessit - Adsorptio, valokatalyysi, kalvoerotus -yhdistelmät. Juha Sarkkinen Riitta Keiski, Satu Ojala, Mika Huuhtanen

5 Tutkimusteemat Mallinnus - Virtausmallinnus (CFD) - Teollisuuden yksikköprosessit - Lämmön talteenotto ja pintojen likaantumisen hallinta. - Diskreetin faasin mallinnus (DEM) - Partikkelivirtaukset. - Termodynaaminen mallinnus - Liuoskoostumukset, faasitasapainot. - Terveysvaikutusten mallinnus. Kestävä kehitys - Kestävyyden arviointimenetelmät. - Arviointimenetelmien ja -kriteeristöjen kehittäminen - Sustainability Assassment Tool (SAT). - Kiertotalous, sivutuotteiden, jätemateriaalien ja päästöjen hyötykäyttö. - Koko prosessointiketjun arviointi: raaka-aineet, yksikköprosessit, sivuvirtojen hyödyntäminen, pakkaaminen, loppukäyttö, loppukäsittely. - Elinkaariarviointi (Life cycle assessment, LCA) Riitta Keiski, Satu Ojala, Mika Huuhtanen Asia-Europe foundation

6 Tutkimusinfrastruktuuri Materiaalien valmistus ja käsittely (katalyytit, synteettiset mineraalit, adsorptiomateriaalit) - Jauhatuslaitteet, materiaalien valmistus nestefaasiympäristössä, kalsinointiuunit - Mikroaalotuunireaktorit - Näytteiden liuotustekniikat: Mikroaaltotekniikka, korkeapainetuhkaus Materiaalien karakterisointi - Faasimuodot: XRD, FTIR, Raman, SEM, TEM, optical microscopes - Alkuaineanalyysit: XRF, ICP-OES, ICP-MS, AAS, ETAAS - Orgaaninen analytiikka: GC, MS (EI, ESI, TOF, ELSD) - Pintaominaisuuksien analysointi: BET-BJH (ASAP2020, TPD/O/R/Rx (Autochem), XPS, electrochemistry) - Pinnan yhdisteiden analysointi: DRIFT, PAS, IRRAS, IR-microscopy Reaktiotekniikka (reaktorit) - Kaasufaasireaktorit: kiintopatja- ja leijukerrosvirtausreaktorit (pako- ja savukaasujen tutkiminen) - Korkeapainereaktorit, autoklaavit - Braun-fermenttori (bioreaktori) - Valokatalyysireaktorit: kaasu- ja nestefaasireaktorit Erotustekniikat - Kalvoerotuslaitteistot: kaasujen kalvotutkimusyksiköt, nestefaasien kalvotutkimusyksiköt: pervaporaatio, käänteisosmoosi, mikro-, ultra- ja nanosuodatus (laboratorio-, bench- ja pilotmittakaavat) - TF-suodatusyksikkö, ÄktaCrossflow -mikro- ja ultrasuodatuslaitteisto - Kromatografia, yhdisteiden erotus monikomponentti/monifaasisista sivuvirroista ja tuotevirroista, EBAleijupetiadsorptiolaitteisto, Äkta Avant -kromatografialaitteisto Laskenta - CFD & DEM & Laskentaklusteri: Simuloinnit, partikkelien sekä neste- ja kaasuvirtausten virtaussimuloinnit - HSC CHEMISTRY & ASPEN PLUS : Termodynamiikka, termokemialliset ja prosessisimuloinnit Riitta Keiski, Mika Huuhtanen

7 Elintarvikealan tutkimus 7

8 Luonnonraaka-aineiden prosessointi Erotus-, puhdistus- ja eri käsittelymenetelmien optimointi: minimaalinen ja kestävä prosessointi. Raaka-aineiden, tuotteiden ja sivutuotteiden laatutekijöiden ja turvallisuuden varmistaminen. Monitieteisyys ja yritysten välinen yhteistyö tutkimus- ja kehitystyössä. Kestävyyden arviointi: arviointimenetelmä ja kriteeristöt. Kuusenkerkät - kuusenkerkkäsiirapin kylmäuuttomenetelmä, sivutuotteena kerkkäsokeri. Mahla - kalvoprosessit MF, vakuumihaihdutus. Maustekasvien ja yrttien (mm. piparminttu, kuminan siemenet) prosessointi ja arvokkaiden jakeiden fraktiointi/erotus. - Ylikriittinen CO 2 -uutto, vakuumitislaus, mikrotislaus öljyjen fraktioimiseksi. Marjojen siemenöljyjen puhdistus. Mustaherukka- ja karpalomehujen selkeytys ja konsentrointi (UF, RO). Antosyaanien uutto mustaherukan puristusjätteestä Hanna Valkama

9 Heran jatkojalostus ja hyötykäyttö Herapermeaatin muokkaus fermentoinnin kasvualustaksi - Osittainen suolojen poisto (NF) - Jatkuvatoiminen fermentointiprosessin hallinta - esim. orgaanisten happojen tuotto ja puhdistus (ioninvaihto), reaktiivinen uutto - Jalostus nurmirehun säilöntäaineeksi. Heraproteiinien fraktiointi, puhdistus ja muokkaus eri käyttökohteisiin - Kalvotekniikat: MF, UF, NF, RO, PV, kemiallinen muokkaus. Maidon antimikrobisten proteiinien (Laktoferriini, Laktoperoksidaasi) erotus ja puhdistus ja toimivuus käyttökohteissa. - Leijupetiadsorptio (Expanded Bed Adsorption, EBA) -ioninvaihto Hanna Valkama

10 Energiatehokkuutta pintojen likaantumisen hallinnalla meijerituotteiden valmistuksessa - MILKFOUL Meijeriteollisuuden tuotantoprosessien energiatehokkuus, vedenkäyttö ja laitteiden puhdistus ovat oleellisia tuotannon taloudellisuuden, turvallisuuden ja ympäristövaikutusten kannalta. Prosessilaitteiden pinnoille muodostuva ei-toivottu likakerrostuma lisää kustannuksia ja haitallisia ympäristövaikutuksia: Heikentää tuotannon energia- ja materiaalitehokkuutta. Lisää tuotteen pilaantumisen riskiä. Lisää puhdistustarvetta ja siten veden ja kemikaalien kulutusta Tiina Pääkkönen

11 Energiatehokkuutta pintojen likaantumisen hallinnalla meijerituotteiden valmistuksessa - MILKFOUL Hankkeen tavoitteena: Tuottaa uutta tietoa ja osaamista energia- ja materiaalitehokkuuden parantamisesta meijeriteollisuudessa vähentää tuotannon hiilijalanjälkeä ja parantaa alan yritysten kilpailukykyä. Kehittää case-esimerkkien kautta laajasti sovellettavia menetelmiä proteiineja, suoloja ja rasvoja sisältävien elintarvike- ja biotuoteteollisuuden likaantumisongelmien hallintaan Tiina Pääkkönen

12 Maatalousmaan ja -veden arseenikontaminaation arviointi ja hallinta (Evaluation and management of arsenic contamination in agricultural soil and water AgriAs) ( ) Tavoite: Maataloudesta peräisin olevan arseenialtistuksen riskinarviointi ja -hallita Euroopassa - Tutkimuksen sisältö: Hyödynnetään olemassa olevia kansallisia ja Euroopan laajuisia tietokantoja, kehitetään ja testataan uusia teknologioita ja arvioidaan arseenin aiheuttamia riskejä. - Hankeryhmä: Koostuu eurooppalaisista yliopistoista, tutkimuslaitoksista ja yrityksistä, joilla pitkä kansainvälinen kokemus arseenitutkimuksesta. - Tulosten hyödyntäminen: - Tulosten levitys sekä käytännön sovellusten ja pilotointikohteiden esittely vuorovaikutuksessa alan toimijoiden, päättäjien ja kansalaisten kanssa. - Tulosten hyödyntäminen veden ja maaperän puhdistukseen soveltuvina kaupallisina tuotteina. - Erityisesti bioindikaattoreita, arseenin puhdistustekniikoita ja maanparannusaineita tuotteistavat pk-yritykset Riitta Keiski, Kirsti Loukola-Ruskeeniemi (GTK)

13 Koulutus 13

14 BioTask Biotalouden asiantuntijakoulutus Tavoitteet: - Tuottaa laadukasta, sisällöllisesti uutta sekä työelämän tarpeita vastaavaa koulutustarjontaa. - Luoda 25 opintopisteen osaamiskokonaisuus ja oppimateriaali. - Alan tutkimustiedon välittäminen yrityksille mahdollistaa uusia innovaatioita. - Koulutustilaisuuksissa tutkijat saavat tietoa yrityksille tärkeistä tutkimusaiheista. - Koulutusaineistoja voidaan räätälöidä ja hyödyntää biotalousalan asiantuntijoiden perus-, täydennys-, ja muuntokoulutuksessa. - Tullaan hyödyntämään teknillisen tiedekunnan perus- ja jatkokoulutuksessa sekä yhteistyökumppaneiden muussa koulutustoiminnassa. - Oppimateriaalit toimitetaan digitaaliseen, helposti jaettavaan muotoon ja niiden tuotannossa otetaan huomioon mahdollisimman laaja käyttömahdollisuus kaikessa biotalouteen liittyvässä koulutuksessa. - Pohto Oy kokoaa toimialakohtaisesti asiantuntijaryhmiä, joiden kanssa toteutetaan biotalouden workshop- ja seminaaritilaisuuksia

15 BioTask Biotalouden asiantuntijakoulutus Aiheet: 1. Lignoselluloosan hiilihydraattien biokemiallinen ja kemiallinen konversio. 2. Elintarviketuotannon uudet sovellukset ja tuotteet. 3. Lignoselluloosapohjaisen biomassan jalostus ja tuotteet sekä uudet biomassapohjaiset rakennusmateriaalit ja pinnoitteet. 4. Teolliset symbioosit metallurgisen teollisuuden näkökulmasta. Toteuttajat: -, Teknillinen tiedekunta - POHTO Osallistuvat yritykset: - Chempolis Oy - Luonnonvarakeskus Luke - Rakennustietosäätiö RTS - Stora Enso Paper Oulun tehdas - Tmi Hannu Kuopanportti - Outokumpu Chrome (Tornio) - SSAB Europa (Raahe) - Process Genius Oy

16 Kiitos! p

17