Lisäarvoa metsäteollisuuden sivuvirroista - Biotuli hanke

Transkriptio

1

2 Lisäarvoa metsäteollisuuden sivuvirroista - Biotuli hanke SUOMI ELÄÄ METSÄSTÄ TAAS IMATRA Heli Sirén Professori, LUT Lappeenranta heli.siren@lut.fi

3 Name Lastname Title

4 BIOTULI biojalostamon uudet tuotteet ja liiketoimintamallit Tavoitteena oli löytää puuperäisistä raaka-aineista bakteereihin vaikuttavia uusia yhdisteitä. Tutkimuksessa lähestyttiin puumateriaalien hajottamista uudenlaisilla prosessimenetelmillä ja prosesseille kehitettiin tekniikat. Hankkeessa: Tutkittiin puun eri osia ja selvitettiin, minkälaisia aktiivisia (kompleksoivia, antibakteerisia) yhdisteitä saadaan erotettua erilaisilla kemiallisilla ja biokemiallisilla keinoilla puumateriaalista Selvitettiin uusien, antibakteeristen tuotteiden markkinoita ja liiketoimintamalleja pk-mittakaavassa. Tarkasteltiin innovaatioprosesseja ja innovaatioaktiivisuutta biojalostukseen liittyvien teknologiatrendien avulla. Selvitettiin syntyvien sivutuotteiden hyödyntämistä mm. torrefiointiprosessilla.

5 BIOTULI Kohdealue: Kaakkois-Suomi Toteutus: syyskuu elokuu 2013 Budjetti: 1,4 milj. (EAKR, Etelä-Karjalan liitto) L 6/2012

6 BIOTULI -toimijat Lappeenrannan teknillinen yliopisto Kymenlaakson ammattikorkeakoulu Kouvola Innovation Saimaan ammattikorkeakoulu Imatran seudun kehittämisyhtiö Stora Enso Wirma Lappeenranta UPM-Kymmene Andritz Kotka-Haminan seudun kehittämisyhtiö

7 BIOTULI biojalostamon uudet tuotteet ja liiketoimintamallit WP 1 Erotustekniikat -LUT Kemia (kemia ja erotustekniikat) - Antti Häkkinen, Mika Mänttäri, Heli Sirén -Saimaan ammattikorkeakoulu Päivi Riikonen -menetelmien ja tekniikoiden kehitys tutkimuksen yhdisteiden eristämiseksi ja identifioimiseksi puumateriaaleista WP 2 Bioliiketoiminnan uudet liiketoimintamahdollisuudet ja -mallit -LUT Kouvola - Risto Seppänen Torrefiointi ja liiketoiminta & Antibakteeriset yhdisteet ja liiketoiminta -Saimia sos & terv ala Saara Eskola Antibakteeristen aineosia sisältävien tuotteiden kartoittaminen WP 4 Uudet komponentit energian lähteenä -Kymenlaakson ammattikorkeakoulu -LUT Energia Esa Vakkilainen Torrefiointikokeissa käytettiin muita biomassoja kuin puuhaketta. Vertailtiin turpeen ja biohiilen ominaisuuksia. Hankkeessa on tehty konsepti tehdasmittakaavaisen torrefiointilaitoksen ja CHP-voimalaitoksen yhteenliittämisestä. WP 5 Biojalostukseen liittyvien teknologiatrendien tarkastelu patenttitilastojen valossa -LUT Tuta Marko Torkkeli

8 Biojalostamon uudet tuotteet ja liiketoimintamallit WP 1 Erotustekniikat

9 Biojalostamon uudet tuotteet ja liiketoimintamallit WP 1 Erotustekniikat

10 WP1 LUT Kemia Saimaan ammattikorkeakoulu TAVOITE: Biotuli-hankkeen materiaaleista antibakteeristen yhdisteiden tunnistaminen ja määrien arviointi.kehitettää puuaineksen esikäsittelymenetelmä, jossa erotetaan kiinteä materiaali ja liuos toisistaan. Liuos membraanitekniikalla toteutettavaan konsentrointiin ja kiintoaines esim. torrefiointiin. TULOKSET: On löydetty 2-3 potentiaalista yhdistettä, joilla on hyödynnettävyyttä bakteeritoiminnan estäjinä Bioprosessien ja jätevirtojen kiintoaineen aiempaa tarkempi poisto ja sen uusiohyödyntäminen. On kehitetty menetelmä kalvosuodatuslaitteistolla matriisin ja ylimääräisen veden poistamiseksi ja konsentraatin valmistamiseksi. Suodatusmenetelmäksi on pilot-kokeissa löytynyt nanosuodatus (NF). Sopivia kalvomateriaaleja on myös löydetty näyteliuoksen konsentroimiseksi. Artikkeleita kansainvälisissä julkaisusarjoissa Raportteja tutkimuksen teemoista Patenttihakemus HYÖDYT: Uudet mahdollisuudet hyödyntää puumateriaalia. Arvoaineita lääketeollisuuteen, elintarviketeollisuuteen, materiaalitekniikkaan Puujätteen hyötykäyttö. Materiaalitekniikkaan komposiittien raaka-aine jäämätuotteesta. Käyttämätön puuaines ravinnerikasta hyödynnettäväksi.

11 Uudet yhdisteet ja niiden hyödyntämismahdollisuudet Kuusi Mänty Koivu Kanto Oksat Puuydin Nila Kuori 1.Puun haketus 2. Nesteen ja mikrobin/entsyymin lisäykset 3. Uutto Entsyymit ovat biologisia katalyytteja, eli ne nopeuttavat kemiallisia reaktioita.

12 Uudet yhdisteet ja niiden hyödyntämismahdollisuudet 4.Kiinteäneste - suodatus 5.Membraanisuodatus

13 Flavonoideja ja lignaaneja (Secoisolariciresinol) PDA - 270nm 50 ppm kaikki 50 ppm kaikki-rep Analyysit ja yhdisteiden identifiointi AU AU Minutes

14 Tutkimuksessa löydettyjä antibakteerisia yhdisteitä Secoisolariciresinol Antibakteerisia yhdisteitä ovat a) lovastatin (statiini, 405 g/mol) b) malvidin galactoside (flavonoidi glucosidi, antosyaniini, 529 g/mol) c) gallic acid (170 g/mol) d) polydatin

15 Männyn nila- ja kuorinesteistä identifioituja orgaanisia yhdisteitä, joilla on bakteeritoimintaa haittaava vaikutus mevastatin, lovastatin, simvastatin, pravastatin, fluvastatin, atorvastatin Soveltuvat lääketieteelliseen käyttöön SIM FLU LOV PRA

16 23 erilaista orgaanista happoa 6 fenolista happoa 2 enantiomeerihappoa Lääketieteeseen ja elintarvikkeisiin soveltuvia happoja. Uuttoparametreja ja ainekohtaiset pitoisuudet yksiköllä mg/l. Lämpötila [ C] Paine [bar] Aika [h] Yhdiste Askorbiinih. Sitruunah. Palorypäleh. D-omenah. L-maitoh. D-maitoh. L-omenah. Etikkah. Summa [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] Retentioaika [min] Kuusi nro X X Kuusi-hiiva nro. Kuori 6 25 Nila 1 2Puuydin, Kuori, X X Nila- seos X X muurahaishappo 9 35 voihappo 1 4fumarihappo X etikkahappo oksaalihappo 1 2sukkinihappo X X palorypälehappo maitohappo omenahappo X Hiiva nro. salisyylihappo malonihappo adipiinihappo vanilliinihappo meleiinihappo 1 2viinihappo Kuusi-osterivinokas ferulihappo nro askorbiinihappo 2bentsoehappo X X X X X X salisyylihappo X X X X X X X X X X X X trans-sinnamihappo X X X X X X X vanilliinihappo X X X X X X X ferulihappo X X X X X X X X yhdisteet on tunnistettu, mutta niiden pitoisuudet ovat alle LOQ

17 Erotustekniikat Antibakteerisia ominaisuuksia omaavien yhdisteiden eristäminen puumateriaalista Yhdisteiden karakterisointi Prosessit eroavat kirjallisuudessa esitetyistä ja kaupallistetuista prosesseista paitsi erotusmenetelmien, myös käytettyjen raaka-aineiden osalta. Lisätietoa: Raportti Biotuli- tutkimuksessa löydettyjen antibakteeristen aineiden erotuksesta. Sirén, H., Häkkinen A., Mänttäri M., LUT, (julkaistaan syksyllä 2013)

18 WP4 Uudet komponentit energian lähteenä - tavoitteet LUT Energia, KyAMK Biojaostamon sivutuotteet Biohiili, torrefiointihankkeet Pyrolyysiöljyn käyttö Uusien biomassajakeiden hyödyntäminen energiantuotantoon Biohiilen tuotanto teollisuusyritysten yhteydessä

19 WP 4 Tulokset Hankkeessa on tehty konseptit torrefiointilaitoksen ja CHP-voimalaitoksen yhteen liittämisestä, kapasiteetti olisi noin t/a tai noin t/a. Suunniteltu, rakennettu ja testattu torrefiointilaite Tutkittu liiketoimintamalleja ja eri tyyppisten vaihtoehtojen taloudellisuutta

20 Koelaite biomassan torrefiointiin KyAMK energiatekniikka ja LUT Energia Hannu Sarvelainen Jatkuvatoiminen, torrefioitua haketta 25 kg/h Käsittelylämpötila säädettävissä C Pitoaika säädettävissä, 5-60 min Lämpöä tuotetaan nestekaasupolttimella Laite koostuu neljästä vaiheesta 1. Hakkeen kuivaus 2. Lämmitys tavoitelämpötilaan 3. Pito tavoitelämpötilassa 4. Jäähdytys Haketta kuljetetaan ruuvikuljettimilla putkissa Putkia lämmitetään ulkopuolelta savukaasulla Laite on sijoitettu 20 merikonttiin Lisätietoa: Torrefiointilaitteisto (tutkimusraportti), Sarvelainen, H. KyAMK, julkaistaan syksyn 2013 aikana

21 Koelaite biomassan torrefiointiin Torrefiointi käynnissä Nestekaasupoltin Laitteen valvonta ja ohjaus Näytteitä analysoitavana

22 WP 4 Hyödyt Laboratoriokokeiden tulokset eri tekijöiden vaikutuksesta torrefiointiin Torrefiointikaasujen koostumus Tehtyjen mallien soveltaminen harkittaessa kaupallisen laitoksen rakentamista niin liitettynä alueelliseen lämmöntuotantoon kuin tehtaaseen Torrefiointi on kiinnostava vaihtoehto lämpöyrittäjälle tai lämpöyrittäjyyttä harkitsevalle taloudellisen tuoton saamiseksi myös kesäkuukausina Kyseisen tyyppisiä laitteistoja voisi valmistaa Mahdollisuus hyödyntää paikallisia biomassavaroja

23 WP2 Bioliiketoiminnan uudet liiketoimintamahdollisuudet ja -mallit Tavoitteena tutkia: Millaisilla liiketoimintamalleilla BIOTULI-projektissa löytyneitä bioliiketoimintamahdollisuuksia pystytään hyödyntämään pk-yrityksen näkökulmasta? Kaksi käsiteltävää casea 1.Torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistäminen: Riittävän suurilla tuotantomäärillä ja laitteiston käyttöasteella voi olla mahdollista päästä kannattavaan liiketoimintaan. Liiketoimintamallin synergiaetujen vuoksi toteuttaminen voi olla kannattavaa myös pienillä katteilla. 2.Uuden erottelumenetelmän hyödyntäminen desinfiointiaineiden valmistuksessa: Projektissa tehty perustutkimusta ja kehitetty uusi erottelumenetelmä; ei vielä tietoa teollisuusmittakaavan toteutuksesta ja kaupallisesta potentiaalista Käyttö desinfiointiaineissa on vain yksi mahdollinen hyödyntämiskohde. Seuraavana vaiheena on kehittää potentiaalisten asiakkaiden kanssa valmis tuotekonsepti Mitä yhdisteitä asiakkaat haluavat valmiiseen lopputuotteeseen? Paljonko asiakkaat ovat valmiita maksamaan uudesta tuotteesta? Millaisilla tuotantovolyymeillä asiakas on valmis sisällyttämään uuden tuotteen omaan toimintaansa? Kun tiedetään mitä, kuinka paljon ja mihin hintaan, voidaan alkaa suunnittelemaan toteutusta.

24 WP2 Bioliiketoiminnan uudet liiketoimintamahdollisuudet ja -mallit YHTEENVETO: Torrefiointi ja TOP-pelletit Kaupalliset sovellukset tulossa myyntiin lähiaikoina Muutokset markkinatilanteessa todennäköisesti lisäävät toiminnan kannattavuutta Toteutuksessa painopiste oltava suurissa volyymeissa mahdollisimman pienillä kustannuksilla Synergiaetujen vuoksi torrefioinnin ja lämmöntuotannon yhdistäminen voi olla kannattavaa pienilläkin katteilla Uusi erottelumenetelmä / biohajoava desinfiointiaine Kaupallinen hyödyntäminen vaatii runsaasti kehitystyötä ja resursseja Kehitysresurssien suuntaaminen oikeisiin kohteisiin tärkeää Kyseessä uusi menetelmä, jolla löydetty puumateriaalista uusia yhdisteitä Merkittävä liiketoimintapotentiaali Hyödynnettävyys pk-yritysmittakaavassa ei ole tiedossa Suomen metsäteollisuus tarvitsee tämänkaltaisia innovaatioita säilyttääkseen kilpailukykynsä

25 Antibakteeriseen biojalosteeseen pohjautuvan tuotteen hyödyntäminen sosiaali- ja terveysalalla Hankkeessa on perehdytty antibakteeriseen biojalosteeseen pohjautuvan tuotteen mahdollisiin käyttökohteisiin sosiaali- ja terveysalalla, sekä näiden tarpeisiin ja odotuksiin biopohjaiselta tuotteelta. Lisätietoa: Selvitys Infektioiden torjunta julkisissa tiloissa ja liikennevälineissä Biotulitutkimuksessa löydettyjen antibakteeristen aineiden hyödyntämisnäkymät. Eskola, S. KyAMK, (julkaistaan syksyllä 2013) Puu- ja kantologistiikka Puupohjaisten tuotteiden kohdalla puulogistiikalla on merkittävä vaikutus tuotantoon. Merkityksellisiä ovat mm. puun hinta, saatavuus ja tuoreus. Valmistettavasta tuotteesta riippuen eri tekijöiden merkitys korostuu. Esim. energiantuotannossa hinnalla on merkittävä vaikutus kun taas korkean jalostusarvon tuotteissa, kuten antibakteerisia yhdisteitä hyödyntävät tuotteet, kohdalla puun ominaisuuksien kuten tuoreuden merkitys korostuu. Lisätietoa: Puulogistiikka. Mulari, J. KyAMK, (julkaistaan syksyllä 2013)

26 Bioliiketoiminnan edellytykset Kaakkois-Suomessa Kaakkois-Suomessa on olemassa olevan metsäteollisuuden ja siihen linkittyvän osaamisen myötä hyvät edellytykset bioliiketoimintaan eritoten puupohjaisten tuotteiden osalla. Alan kehittyminen laajassa mittakaavassa edellyttää kuitenkin klusterin muovautumista kokonaisuutena. Tarvitaan uuden osaamisen omaksumista, mikä edellyttää syvällistä yhteistyötä myös toistaiseksi klusterin ulkopuolelle jäävien toimijoiden (ja toimialojen) kanssa. BIOTULI-hankkeen puitteissa toteutetun kyselyn (2012) perusteella voidaan todeta yrityskentän olevan Kaakkois-Suomessa vahvasti tietoinen tulevasta biotaloussiirtymästä. Yritykset ovat halukkaita verkottumaan sekä keskenään että alueen ulkopuolelle muodostaakseen toimivan biotalousklusterin. Lisätietoa: Kaakkoissuomalaisten yritysten bioliiketoimintakyvykkyys. Maunula, M., Kutvonen, A. & Seppänen, R. (julkaistaan syksyllä 2013)

27 BIOTULI julkaisut Lämpöyrittäjäkonsepti biotuotteelle Sarvelainen, Hannu - Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta, energiatekniikka, uusiutuvat energiajärjestelmät, 2011 Economics of combined power plant and pyrolysis bio-oil production Shtyk, Dmitry Alexandrovich - Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta, energiatekniikka, uusiutuvat energiajärjestelmät, 2011 Energy producing possibilities and new products - presentation summary Marcelo Cardoso, Marcelo Hamaguchi, Esa Vakkilainen, 2011 Extraction of Scots Pine by Polar Solvent Zhou Yuanlin, Saimaan AMK, 2011 Extraction of Scots Pine with Non-polar solvents Li Yuman, Saimaan AMK, 2011 Wood chemistry and isolation of extractives from wood (literature study for BIOTULI project) Guangyu Yang & Pirjo Jaakkola, Saimaan AMK 2011 Research Work on Extractives from Wood (literature study for BIOTULI project) Guangyu Yang & Pirjo Jaakkola, Saimaan AMK, Innovation Management of Biorefineries in Finnish Forest Sector Melina Maunula, LUT Kouvola 2012 Extractives with Antimicrobial Properties from Scots Pine Guangyu Yang, Pirjo Jaakkola, Saimaan AMK 2012 Integration of Torrefaction with Steam Power Plant Bahnam Zakri, Jussi Saari, Ekaterina Sermyagina, Esa Vakkilainen, LUT Energia, 2013

28 BIOTULI julkaisut Torrefiointilaitteisto (tutkimusraportti) Hannu Sarvelainen, KyAMK, 2013 Biojalostukseen liittyvien teknologiatrendien tarkastelu patenttitilastojen valossa Pekka Salmi, LUT Kouvola, 2013 Wood-based bio-products Guangyu Yang, Saimaan AMK, 2013 Bioliiketoiminnan uudet liiketoimintamahdollisuudet ja mallit Eetu Hönö, LUT, 2013 Puulogistiikka Jyri Mulari, KyAMK, 2013 (julkaistaan syksyllä 2013) Bioliiketoiminta ja sen näkymät Kaakkois-Suomessa, Wirma Lappeerannan toimesta tulossa Sijoittautumis- ja markkinapotentiaaliselvitys, 2013 Kehyn ja Wirma Lappeenrannan toimesta tulossa Yrittäjyyspotentiaali bio-alalla - Kehyn toimesta tulossa Tutkimustiedon jalkauttaminen pk-yritysten hyödynnettäväksi, Taru Martikainen, Kinno, 2013 Kaakkoissuomalaisten yritysten bioliiketoimintakyvykkyys, Melina Maunula, LUT Kouvola, 2013 BIOTULI- toiminta ja tulokset (kooste hankkeesta), julkaistaan loka-marraskuussa 2013 Tiedeartikkeleita aihealueesta erityisesti LUT Kemin osaamisalalta

29 Projektin tiedottaminen Seminaarit kevät 2013-syksy 2013 (Kotka, Kouvola, Lappeenranta ja Imatra) Kyselytutkimuksen pohjalta toteutetut yrityskontaktoinnit niin kansallisella kuin kansainvälisellä kentällä Kv-messuosallistumiset (mm. Rotterdam ja Hannover keväällä 2013)

30 Kokoava raportti BIOTULI-hankkeesta ilmestyy syksyn aikana osoitteeseen: LISÄTIETOA HANKKEESTA: Melina Maunula Tutkija, LUT Kouvola Vesa Junttila Kehittämispäällikkö, Kinno

31 KIITOS!