Selluloosatutkimuksen tuoreimmat suuntaukset Suomessa ja Japanissa

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Selluloosatutkimuksen tuoreimmat suuntaukset Suomessa ja Japanissa"

Lasse Tikkanen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT OY Selluloosatutkimuksen tuoreimmat suuntaukset Suomessa ja Japanissa Tiedeilta Jenni Rahikainen, PhD, Research Scientist

Kuka olen Maatalous-metsätieteen tohtori, pääaine biotekniikka Väitös vuonna 2013 VTTltä Liittyen selluloosan hyödyntämiseen biokemikaali/polttoaineiden raakaaineena Vierailevana tutkijana Tokion

2 Kuka olen Maatalous-metsätieteen tohtori, pääaine biotekniikka Väitös vuonna 2013 VTTltä Liittyen selluloosan hyödyntämiseen biokemikaali/polttoaineiden raakaaineena Vierailevana tutkijana Tokion yliopistossa (tammi-heinäkuu) 2014 Prof. Masahiro Samejima:n laboratorio (Forest Chemistry laboratory) Selluloosaa hajottavien entsyymien tutkimus videokuvaa tallentavalla nanometriresoluution omaavalla atomivoimamikroskoopilla (AFM), yhteistyössä Kanasawan yliopiston kanssa Tutkijana VTTllä 2014 Selluloosan entsymaattinen muokkaus (materiaalisovellukset) Selluloosan muokaaminen ionisilla nesteillä (materiaalisovellukset)

3 Finnish Forest biomass 100 million m 3 /a: 20 million tn cellulose 15 million tn lignin 15 million tn hemicellulose 10/09/

industry is declining Need for new added

growth of forest biomass is 100 million m

Potential to expand the product portfolio

4 Metsäteollisuus ja sen merkitys Suomen taloudelle Forest industry accounts for 20% of Finnish export (bulk products) (2014) The competitiveness of the forest industry is declining Need for new added value products from forest biomass Annual growth of forest biomass is 100 million m 3, only about 60 million m 3 used Potential to expand the product portfolio and to create new business opportunities

5 Forest industry exports from Finland since Milj. Pulp Paper & Board & Converted Products Sawn and planed goods Wood-based panels Exports 2015 Paper, paperboard and converted products 1000 t Chemical Pulp 1000 t Sawn and planed goods 1000 m Wood-based panels 1000 m Change from prev. year Paper, paperboard and converted products 0,9 % Chemical Pulp 4,0 % Sawn and planed goods 5,2 % Wood-based panels -1,7 % SOURCE: Finnish Customs

6 Product portfolio for cellulose Value Cosmetics, food ingredients Chemicals Textiles Volume Materials Paper, packaging Bioenergy This is where cellulose is used now 10/09/

7 Suomi ja selluloosa- perinteiset tuotteet Metsä Fibre, Rauman sellutehdas Valkaistua paperisellumassaa Sellukuituja eli puusoluja valomikroskoopissa

8 Suomi ja selluloosa uudet tuotteet Selluloosa vaahtomaisena pakkausmateriaalina Esimerkit ja kuvat Uudet puupohjaiset tekstiilit Selluloosa muovituotteiden korvaajana pakkauksissa

9 Tekniikka&Talous ( ) VTTn spin-off yritys Spinnova (perustettu 2015)

10 Uudet tekstiilisovellukset Suomessa kehitettävä Ioncell-F prosessi (Helsingin yliopisto & Aalto yliopisto)

11 Tutkimusinvestointeja selluloosaan VTTllä

toisiinsa muodostaen pitkän ketjun (6 000-14 000 glukoosiyksikköä) Glukoosiketjut pakkautuvat yhteen ja muodostaen 2-4 nm paksuja

12 Selluloosasta on moneen käyttöön miksi? Koska osaamme hyödyntää selluloosan eri rakennetasojen ominaisuuksia: Polymeeri, jossa glukoosi sokeriyksiköt ovat liittyneet toisiinsa muodostaen pitkän ketjun ( glukoosiyksikköä) Glukoosiketjut pakkautuvat yhteen ja muodostaen 2-4 nm paksuja mikrofibrillejä (16-36 glukoosiketjua) Mikrofibrillit pakkautuvat paksummiksi kimpuiksi (makrofibrilli) Puukuitu on mikrofibrillikimppujen muodostama kerrostunut rakenne Kuva: Penttilä, P. (2013) PhD thesis, Univ. of Helsinki

13 Selluloosan sisältävän sokerin hyödyntäminen kemikaali ja polttoainetuotannossa (biokemiallinen reitti) cell factory

14 Selluloosa raaka-aineena polttoaineille ja kemikaaleille YLE uutiset, Talous,

ammoniakkikäsittely Purdue University image/pablo Zavattieri

15 Selluloosan kiderakenteen muokkaaminen mikrofibrillitasolla Röntgensäteiden diffraktio selluloosan eri kidemuodoista ammoniakkikäsittely Purdue University image/pablo Zavattieri Selluloosa (kidemuoto Iα) Selluloosa kidemuoto (III I ) Selluloosa ei kidemuotoa

Nano-kokoluokan selluloosafibrillien hyödyntäminen Nanoselluloosa on ollut viimeiset 10 vuotta paljon esillä Ensimmäiset kaupalliset sovellukset markkinoilla Sovelluskohteita: Kevyitä ja vahvoja

16 Nano-kokoluokan selluloosafibrillien hyödyntäminen Nanoselluloosa on ollut viimeiset 10 vuotta paljon esillä Ensimmäiset kaupalliset sovellukset markkinoilla Sovelluskohteita: Kevyitä ja vahvoja materiaaleja, komposiitit, reologian muokkaus, kalvot, huokoiset rakenteet Mielenkiintoinen nanoselluloosan valmistusmenetelmä kehitetty Japanissa, Tokion yliopistossa Perustuu selluloosan kemialliseen muokkaukseen Prof. Akira Isogai Aalto yliopisto, tekniikan kunniatohtori 2016 Entsyymejä hyödyntävä nanoselluloosan valmistusmenetelmä kehitteillä VTTllä Kuva: cellulosefromfinland.fi/nanocellulose 16

Nanosellulosasovellukset solukasvatusalustan lanseeraus (GrowDex) UPM Biochemicals 25.3.2017 9.12.

17 Nanosellulosasovellukset solukasvatusalustan lanseeraus (GrowDex) UPM Biochemicals UPM Biochemicals Web page: The price of a 5 ml vial is $ 180 in US and 160 for deliveries outside US 17

18 Kokonaisten puukuitujen hyödyntäminen

Selluloosatutkimuksia Japanista Puuta hajottavat sienet tuottavat entsyymejä jotka hajottavat ja muokkaavat myös selluloosaa Entsyymejä voidaan tuottaa teollisessa mittakaavassa ja käyttää

19 Selluloosatutkimuksia Japanista Puuta hajottavat sienet tuottavat entsyymejä jotka hajottavat ja muokkaavat myös selluloosaa Entsyymejä voidaan tuottaa teollisessa mittakaavassa ja käyttää selluloosan muokkaukseen/hajotukseen Entsyymejä kaupallisesti saatavilla molempiin tarkoituksiin Japani-vierailun aikana tutkin erään selluloosaa hajottavan entsyymin toimintaa mikroskoopilla, jolla pystytään kuvaamaan hajotusprosessi selluloosamikrofibrillin pinnalla Entsyymien toimintaa ymmärtämällä niitä voidaan kehittä paremmiksi Heterobasidion annosum 19

20 Selluloosaketjun hajoitus sellobiohydrolaasientsyymillä Selluloosafibrillin pinta

21 Sellobiohydrollasi entsyymi hajottamassa selluloosakidettä

22 Kiitokset University of Tokyo: Prof. Masahiro Samejima, Assoc Prof. Kiyohiko Igarashi, Dr. Akihiko Nakamura, Dr. Taku Uchiyama Kanzawa University: Dr. Takyuki Uchihashi, Prof. Toshio Ando VTT: Dr. Anu Koivula, Prof. Kristiina Kruus Roal: Terhi Puranen

23 TEKNOLOGIASTA TULOSTA

24 Hongo-kampus Tokiossa vihreä keidas keskellä suurkaupunkia Sanshiro-lampi ja puutarha keskellä kampusta

25 Selluloosan mikrofibrillikimppujen rakenne = teräsvaijeri? Uusimman tutkimuksen mukaan mikrofibrillien rakenne on kiertynyt kuten teräsvaijereissa

Samankaltaiset tiedostot

Puun biojalostuksen uudet liiketoimintamahdollisuudet. Pohjois- Savosta puun biojalostuksen piilaakso 7.10.2014

Puun biojalostuksen uudet liiketoimintamahdollisuudet Pohjois- Savosta puun biojalostuksen piilaakso 7.10.2014 Sisältö 1. Johdanto 2. Yhteenveto 3. Esimerkkejä 2 Towards Bioeconomy Next Steps? Many value