Keski-Pohjanmaalle. Professori Ulla Lassi

Transkriptio

1 BIOTALOUS JA KEMIA Tutkimuksesta ksesta uusia liiketoimintamahdollisuuksia ksia Keski-Pohjanmaalle Professori Ulla Lassi

2 BIOECONOMY CHALLENGES Global scale Policies of research and innovation play a key role Climate change, emissions, scarcity in energy, clean water and material resources Excess population growth, food productivity and heathcare European interests Energy and material self-sufficiency sufficiency Recycling and sustainability issues National strategies Sustainable raw-material utilization and value addition by continued processing Employment and maintenance of the quality-of-life and status of a welfare state Nordic special characteristics Fragility of the nature, short growth season, harsh climate and logistic challenges Development of local infrastructure and maintaining local workplaces Retaining the environment to support activities related to recreation and tourism

3 BIOECONOMY RESEARCH COMMUNITY(BRC-OULU) Focusing on biomass value addition Recent advances to unite the complimentary research actions of groups in plant biology, chemistry and process engineering Highest possible value addition from biomass valorization The value chain from optimal raw materials to innovative production processes, bioproducts and elimination of waste by recycling.

4 BUILDING THE BIOECONOMY - technology and natural sciences - RAW MATERIAL PROCESS SOLUTIONS SUSTAINABLE NATURAL RESOURCE MANAGEMENT LOGISTICS AND TRANSPORT SYSTEMS BIOMASS RESOURCES Lignocelluloses Process residues Wastes and residues etc. SIDE STREAM UTILIZATION BIOMASS CONVERSION Mechanical Chemical Thermochemical Biological/enzymatical Combined processes CONVERSION AND PRODUCT TECHNOLOGIES SERVICES AND BUSINESS MODELS RECYCLING OF BIOPRODUCTS PRODUCT / MARKET APPLICATIONS BIOMATERIALS Construction Packaging Wood products Paper products Bioplastics Composites Pharmaceuticals BIOCHEMICALS Additives Coatings Fillers Extracts Foodstuff BIOENERGY Heat & power Biofuels

5 BIOECONOMY RESEARCH COMMUNITY Thematic research areas include Biomass growth, recycling and property analysis Chemistry for biomass conversion Conversion technologies and applications

6 BIOECONOMY RESEARCH NETWORK OULU RESEARCH GROUPS Staff in brief Research groups: 7 Professors: 6 Postdocs and seniors: 30 Doctoral students: 55 Other: 14 Total: 110 Biology Plant biology Prof. Hely Häggman Chemistry Organic chemistry Prof. Osmo Hormi Process and Environmental Engineering Fibre and particle engineering Prof. Jouko Niinimäki Scientific merits in peer reviewed scientific publications 100 conference papers Project portfolio over 13 m M.Sc. and D.Sc. theses on the topic Applied and Physical chemistry Prof. Ulla Lassi Structural chemistry Adj. Prof. Sampo Mattila Chemical process engineering Prof. Juha Tanskanen Bioprocess engineering Dr. Sanna Taskila

7 KATALYYTIT BIOMASSAN JALOSTUKSESSA Homogeeninen katalyysi Heterogeeninen katalyysi Entsyymikatalyysi Katalyytit ovat kemian työhevosia Katalyytti valitaan aina käyttötarkoituksen mukaan Keskeisiä vaatimuksia ovat: *Korkea aktiivisuus i *Korkea selektiivisyys *Kierrätettävyys ja uudelleenkäyttö *Tuotteen erottaminen *Stabiilisuus Yli 90% teollisuuden prosesseista on katalysoituja

8 RESEARCH GROUP OF APPLIED CHEMISTRY AND PROCESS CHEMISTRY

9

10 Puhdistetun synteesikaasun katalyyttinen konvertointi dieseliksi/metanoliksi Katalyyttinen reaktio Biomassan kaasutus ja tuotekaasun puhdistus Biodiesel Metanoli Alkoholi- seokset Olefiinit HighBio and HighBio2 projects Romar, Lahti, Tynjälä, Lassi (2011), Topics in Catalysis 54, Romar, Tynjälä, Lassi (2013), Bioresources 8(3), Romar, Liellebø, Tynjälä, Holmen, Blekkan, Lassi (2013) submitted

11 Tuotekaasun katalyyttinen krakkaus -Toluene was selected as a model compound -Cracking catalysts: *modified Ni/Al 2 O 3 catalyst

12 Biomassasta muoveja?

13 Synteesikaasun hyödyntäminen ja hiilidioksidin talteenotto (GREENHOUSE) Kivelä, Tuuttila, Hakala ja Lassi, Greenhouse application (2011)

14 Tärkkelyspohjaisen perunan kuorijätteen katalyyttinen hyödyntäminen Katalyyttiset liuottimet 1. Ei reaktiota N + N Cl - N N + Cl - SO 3 H 2. Liukeneminen+ TRS hydrolyysi Tärkkelys Eikäitt Esikäsittely (US, MW) Hapot Vesi 3. Samanaikainen liuotus ja hydrolyysi Entsyymikatalysoitu hydrolyysi Hernoux, Leveque, Lassi, Boisseau, Marais, Carbohydrate Polymers, 92 (2013), Hernoux-Villière et al. (2013) Catalysis Today, accepted for publication. Hernoux-Villière, Lassi, Leveque, Hu, Cravotto et al. (2013) ACS Sust. Chem. and Eng. Hernoux-Villière, Leveque, Lassi (2013) Ultrasonics Sonochem. 20(6), Hernoux-Villière, A., Doctoral dissertation (2013)

15 Sellutehtaan sivutuotteen katalyyttinen esikäsittely Katalyyttiset liuottimet -Ioniset nesteet -Hapot 1. Ei reaktiota 2. Liukeneminen+ hydrolyysi Lignoselluloosa Esikäsittely 3. Samanaikainen liukeneminen ja hajotus TRS Entsymaattinen tti hydrolyysi Holm, Lassi (2011) Ionic liquids in the pretreatment of lignocellulosics biomass, Book Chapter in: Ionic liquids- Applications and perspectives (ed. Kokorin), InTech, ISBN Holm, Lassi, Hernoux-Villière (2013), Biomass and Bioenergy 56, Holm, Lassi, Lahti, Romar, Kärkkäinen, Lajunen (2012), Catalysis Today 196: Holm, Zinchenko, Lassi, Hernoux-Villière, Kärkkäinen (2013) Biomass Conversion and Biorefinery (in press), Holm (doctoral thesis 2013)

16 Overview of Forest Refine project The purpose of this Finnish-Swedish cooperation is to analyze and improve the raw material supply to biorefineries. Forestry and chemistry are combined

17 Samples for lignin and carbohydrate analysis Laboratory experiments with wood samples -pine -spruce - birch Laboratory experiments with pulp mill residues Pretreatment and hydrolysis of samples - Analysis of Lignin (in wood samples) Carbohydrates (in wood samples and fibre sludge)

18 Wood fractionation Sub-project 3: Chemical and physical requirements of the forest biomass to biorefineries, fractionation of biomass, and preparation of bio-chemicals Pretreatment and hydrolysis of the wood samples Chydenius and Centria (in close collaboration with Metla) Pilot-scale fermentation test (Processum)

19 Furfuraalit Furfuraali on orgaaninen yhdiste (heterosyklinen aldehydi), joka on väriltään keltaista nestettä (huoneenlämpötilassa) Furfuraali on kemianteollisuuden tärkeä raaka-aine (liuotin) ja sitä käytetään mm. eräiden muovien ja selluloosa-asetaatin valmistuksessa. Furfuraalia muodostuu sivutuotteena esim. biomassan jalostuksessa pentooseista t (C 5 -sokereista) tai pentoosipitoisista it i i t aineista, i kuten oljesta, tai lehtipuusta (koivu, pyökki) laimean happohydrolyysin avulla. -3H 2 O Biomassa sisältää sokereita, joista voidaan valmistaa furfuraalia ja edelleen 2,5-dimetyylifuraania.

20 Furfuraalin valmistus: Katalyytit ja liuottimet Liuottimet: Vesiliuoksessa saannot heikkoja, erityisesti glukoosista ja lämpötilat korkeat Orgaanisia liuottimia mm. butanoli, dimetyylisulfoksidi, dimetyyliformamidi Ongelmana heksoosien huono liukoisuus ja tuotteen erottaminen liuottimesta Kaksifaasiset vesiorgaaninen liuotin systeemit Happokat. reaktio Roman-Leshkov et al. Nature, 2007, 447,

21 Miksi furfuraali?

22 Kiitos mielenkiinnostanne! Lisätietoja: kemia Lisätietoja: Prof. Ulla Lassi, Oulun yliopisto/kokkolan yliopistokeskus Chydenius, sähköposti: puhelin: