Puusta biojalostuksella uusia raaka aineita ja tuotteita Prof. Reijo Lappalainen & team Dept. of Applied Physics & SIB Labs University of Eastern



Samankaltaiset tiedostot
Mitä uutta puusta? Prof. Reijo Lappalainen & team

Mitä uutta puusta? Olavi Raatikainen:

HIDASPYROLYYSI Prof. Reijo Lappalainen

Pyrolyysitekniikalla sivuvirroista lannoitehiiltä

Biometsätalous pyrolyysitekniikat

Mittaustekniikkaa ja biojalostusta

TULEVAISUUDEN BIOENERGIARATKAISUT, TBE

Space for work, meetings and events. Expert Services for knowledge intensive and growth oriented SME s

Etelä-Savon uusien energiainvestointien ympäristövaikutukset

Tekes the Finnish Funding Agency for Technology and Innovation. Copyright Tekes

Sellutehdas biojalostamona Jukka Kilpeläinen, tutkimus- ja kehitysjohtaja, Stora Enso Oyj Biotekniikka kansaa palvelemaan yleisötilaisuus

Puun biojalostuksen uudet liiketoimintamahdollisuudet. Pohjois- Savosta puun biojalostuksen piilaakso

YVA-lain hankeluettelon päivitys - metalli- ja kemianteollisuus

Älykäs erikoistuminen. Kristiina Heiniemi-Pulkkinen

METSÄT JA ENERGIA Kannattaako keskittyä hajautettuun? Pekka Peura

Mineral raw materials Public R&D&I funding in Finland and Europe, Kari Keskinen

Biotalouden mahdollisuudet. Jouko Niinimäki & Antti Haapala Oulun yliopisto

PYROLYYSItuotteista synteettisten kemikaalien korvaajia, hiiltä sekä energiaa

University of Eastern Finland

Faculty of Agriculture and Forestry. Forestry

Maatilayritysten vastuu alueellisesti määräytyvästä kestävyydestä

SmartChemistryPark. Linda Fröberg-Niemi Turku Science Park Oy

Green Growth Sessio - Millaisilla kansainvälistymismalleilla kasvumarkkinoille?

Ympäristötunnusluvut yrityksen ympäristöasioiden hallinnassa

Skene. Games Refueled. Muokkaa perustyyl. for Health, Kuopio

Ympäristöjalanjäljet - miten niitä lasketaan ja mihin niitä käytetään? Hiilijalanjälki

2. Prosessikaavioiden yksityiskohtainen tarkastelu

Suomalaisten korkeakoulujen osallistuminen EU-Canada-ohjelmaan: Hankkeet (EU-CANADA cooperation in higher education and vocational training)

KYMENLAAKSO- FINLAND S LOGISTICS CENTRE- REGION OF OPPORTUNITIES Kai Holmberg, NELI-North European Logistics Institute RIGA

FROM VISION TO CRITERIA: PLANNING SUSTAINABLE TOURISM DESTINATIONS Case Ylläs Lapland

Puutuoteteollisuuden rooli biotaloudessa

Maakunnallisen TKI-kehittämisen lähtökohtia. Maakunnallinen TKI-foorumi Satakuntaliitto

Konetekniikan koulutusohjelman opintojaksomuutokset

Master's Programme in Life Science Technologies (LifeTech) Prof. Juho Rousu Director of the Life Science Technologies programme 3.1.

Ajankohtaisia KBBE -ohjelmasta Raimo Pakkanen Tekes

Keskeisiä näkökulmia RCE-verkoston rakentamisessa Central viewpoints to consider when constructing RCE

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Miten ymmärtää puubiomassan kaasutusta paremmin? - Hiilen kaasutusmallin kehittäminen

Millaisia mahdollisuuksia kyberturva tarjoaa ja kenelle? Ja mitä on saatu aikaan?

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

CHEM-C2300 Solu- ja molekyylibiologia Syksy 2015

Tutkimuksen näkökulmia

Biohiilen merkitys kasvualustassa tulossa Maanhoitoremontti

Fungi infecting cultivated moss can also cause diseases in crop plants

hyvinvointia pohjoisen villamateriaalista

Työpajat: ohjeet ja tulokset. Biojalostustiede-foorumi Biotalouden keskus Joensuu

Biohiili ja pyrolyysitekniikat osana kierrätystaloutta. Kari Tiilikkala Lahti Seminaari: Biolaitostoiminta osana kiertotaloutta

Ilmasto, energia, metsät win-win-win?

BIOENV Laitoskokous Departmental Meeting

Biomassaresurssin kokonaishyödyntäminen

Societal Challenge 5: Climate action, resource efficiency and raw materials

Fighting diffuse nutrient load: Multifunctional water management concept in natural reed beds

Social and Regional Economic Impacts of Use of Bioenergy and Energy Wood Harvesting in Suomussalmi

FIMECC Mahdollisuudet teollisuuden murroksessa. Dr. Kalle Kantola CTO / FIMECC

Biotalouden uudet arvoverkot

Biotaloudesta liiketoimintaa myös Varsinais-Suomeen Resurssiviisas tulevaisuus - Cleantech ja biotalous tarvitsevat pot

Uusi Opetussuunnitelma 2017 New Curriculum from 2017

Kestävää kasvua biotaloudesta. Suomen biotalousstrategia

Suomen metsäbiotalouden tulevaisuus

Tork Paperipyyhe. etu. tuotteen ominaisuudet. kuvaus. Väri: Valkoinen Malli: Vetopyyhe

Tekesin innovaatiorahoitus ja Green Growth ohjelma

HUMAN RESOURCE DEVELOPMENT PROJECT AT THE UNIVERSITY OF NAMIBIA LIBRARY

Business Finland kansainvälistä kasvua ja houkuttelevia ekosysteemejä

Infrastruktuurin asemoituminen kansalliseen ja kansainväliseen kenttään Outi Ala-Honkola Tiedeasiantuntija

Tarua vai totta: sähkön vähittäismarkkina ei toimi? Satu Viljainen Professori, sähkömarkkinat

Biotalous Tekesin silmin Satakunnan maaseutuverkostopäivä Heikki Aro

Finnish way to build competitiveness

Sivuainekokonaisuus: Moninäkökulmainen asiantuntijuus kiertotaloudessa

Laitoskokous Departmental meeting

Kemianteollisuuden tulevaisuuden näkymät

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY RAMBOLL FINLAND OY, ILMANLAATU JA MELU RAMBOLL FINLAND LTD.

SUOMI ELÄÄ METSÄSTÄ TAAS! Metsäbiotalous Roadshow 2013 Uusi Wood Materials Science -kokonaisuus

ProAgria. Opportunities For Success

Puuperäinen Biohiili osaksi hiilineutraalia aluetaloutta. Kaikki irti puusta. Kari Tiilikkala.

Kaasutus tulevaisuuden teknologiana haasteita ja mahdollisuuksia

Plant protection of cereals current situation

Kun toimeen tartutaan

METSÄN UUDET MAHDOLLISUUDET UPM BIOFORE YHTIÖ. ProSuomi-projektin päätösseminari , Juuso Konttinen

ACTA FORESTALIA FENNICA

Metli. Palveluliiketoimintaa metsäteollisuuden lietteistä. Gasumin kaasurahaston seminaari (Tapahtumatalo Bank, Unioninkatu 20)

Tulevaisuus ei ole ennallaan - missä metsäteollisuuden uudet menestystrendit?

Accommodation statistics

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LTD. Puusta pöytään. Nutritech seminaari Terhi Hakala VTT Technical Research Centre of Finland

Re-use of Surplus Foundry Sand by Composting (LIFE13 ENV/FI/000285)

Rikasta Pohjoista 2019 Uudistuva teollisuus Teollisten innovaatioiden tulevaisuus

Pellettien ja puunkuivauksessa syntyneiden kondenssivesien biohajoavuustutkimus

Hulevedet ja biohiilen merkitys

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

Ajankohtaista Elintarvikkeet, maatalous, kalatalous ja bioteknologia (KBBE) - ohjelmasta

RFID ja etäanturit sovelluksia ja uutta teknologiaa. Kaarle Jaakkola VTT Technical Research Centre of Finland

Vähähiilinen puukerrostalo

Puun termiset aineominaisuudet pyrolyysissa

EU FP7 EURATOM vuoden 2011 työohjelman valmistelu, mitä tiedetää. ään n? Reaktoriturvallisuus

MAISTERIVAIHEEN UUDET OPINTOSUUNNAT

Koivutisleen ja biohiilen vaikutus glyfosaatin ympäristökohtaloon

Sivuainekokonaisuus: Moninäkökulmainen asiantuntijuus kiertotaloudessa

JA CHALLENGE Anna-Mari Sopenlehto Central Administration The City Development Group Business Developement and Competence

AJATUKSIA KÄSITYÖTIETEEN ONTOLOGIASTA

Transkriptio:

Puusta biojalostuksella uusia raaka aineita ja tuotteita Prof. Reijo Lappalainen & team Dept. of Applied Physics & SIB Labs University of Eastern Finland PO Box 1627, FIN 70211 Kuopio Gsm 040 355 2564 E mail:reijo.lappalainen@uef.fi 1900 2000

Biotalous Suomessa: nyt tuotos 60 miljardia, tavoite 100 miljardia v. 2025 www.biotalous.fi

Havumetsävyöhykkeen puiden monet mahdollisuudet Talousmetsiemme vajaakäyttö Paperiteollisuuden siirtyminen eteläiselle pallonpuoliskolle Havupuuvyöhykkeen puiden erityispiirteet, kuten hemiselluloosat, uuteaineet Uudenlaisen biomassapohjaisen kemian teollisuuden syntyminen Puulajistoon ja kasvuympäristöön pohjautuvat spesifiset jakeet ja molekyylit Uudet innovatiiviset kaupalliset tuotteet Biojalostamoilla voidaan energian lisäksi valmistaa korkealle jalostettavia clean tech ja high tech tuotteita Perustana kansainvälisestikin tarkasteltuna ainutlaatuinen huipputason tutkimus ja osaamisverkosto TERMISILLÄ PROSESSOINTITEKNIIKOILLA JA TUTKIMUKSELLA VOIDAAN LUODA MERKITTÄVÄÄ LIIKETOIMINTAA, JOKA SEISOO TUKEVASTI SUOMEN MÄÄPERÄLLÄ! (OSAAMINEN JA RAAKA AINE) 3

Havumetsävyöhykkeen puiden monet mahdollisuudet 1 1 1 3 2 4 Joitakin esimerkkejä puusta kaupallisesti hyödynnettävissä olevista molekyyleistä ja niiden aktiivisuuksista (pro gradu, JYO, 2005, M. Hirsilä) 1. [beeta] sitosteroli Kolesterolia alentava Androgeeninen Antibakteerinen Tulehdustaestävä Viruksiatappava Torjunta aine Syöpääehkäisevä Antimutageeninen Viitteet: 1 3 2. Resveratroli Antioksidantti Fungisidi Syöpää estävä Antimutageeni Depressiolääke Tulehduksenesto Ehkäisee: Parkinsonin tauti Skitsofrenia Sydäntauti Verisuonitauti Viitteet: 4 7 3. D limoneeni Insektisidi Makuaine Torjunta aine Viruksia tappava Syöpääehkäisevä Viitteet: 8 9 Neljä esimerkkiä puun uuteaineista saatavista kaupallisesti hyödynnettävissä olevista molekyyleistä. Gradussa esitettiin 135 tällaista molekyyliä. 4. Pinitoli Antidiabeettinen Hyönteiskarkote Torjunta aine Ekspektorantti Viitteet: 10

Osaamispohjaa Savon Sanomat 14.3.2012 Masterʹs Degree Programme in Wood Materials Science (MDP in Wood Materials Science) is a course based MSc programme that trains scientists, leaders and innovators who make a difference towards a sustainable future. The programme creates a link between wood as a raw material and the properties of final products such as bio based materials, chemicals and energy derived from renewable biological resources. 5

Biologinen ennakkotieto (esim. DNA/reseptori) Räätälöidyt molekyylitason sovellukset Biologisen materiaalin prosessointi Prosessikaavio korkean arvosaannon sovellutuksien kehittämisessä Biologinen tai funktionaalinen vaste Molekyylitason mittaus ja analysointitekniikat Bioinformatiikan hallinta (in silico, tietokannat jne.)

Chemistry/ Biochemistry The only 12 tesla mass spectrometer of the Nordic is one of the most exact devices of Europe. - The device is suited especially well from the wood for identification of the separate molecules of processed fluids. The know-how of the chemistry and biochemistry of the whole UEF can be adapted for the examining of the molecules to be obtained from wood. - In addition to the previous, the methods are, among others, MALDI-TOF, NMR, IR, FTIRi, PAIR Raman, AAS, XRD, ESEM/EDS, TEM/EDS, DSC, UV VIS, GC, IC, and different separation methods. Know how of UEF SIB labs provides easy access to the expertise of a highly skilled research staff of 200 persons and research infrastructure, worth nearly 20 million euro, comprises more than 130 pieces of large scale research equipment and a considerable number of laboratory devices. These resources are available through networking the know how for the researchers of the UEF and the cooperation companies. Biology - Cell biology - Biocompatibility - Environmental response - Functional roles of wood bioactive compounds against different harmful organisms like rotting fungi, pathogenic bacteria and insect pests Methods: Stress resistance (UV, ozone, CO2 etc) Wood decay resistance Greenhouse facilities Open-top chambers Growth chambers Microbiological methods Bacterial and fungal assays Biochemical and molecular methods (HPLC-MS, MALDI-TOF, qtpcr) Health - Toxicity - Carcinogenicity -Host response -Biodegradation - Nutra-/ pharmaceuticals Methods: Cytotoxicity: Highest Tolerated Dose (HTD) Total Protein Content (TPC) RNA-synthesis inhibition assay Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity measurement Genotoxicity: Ames-test, Comet assay Antimicrobial activity HUMAN HEALTH: Health promoting aspects Induction of beneficial physiological responses Prevention of pathogenic bacteria Eye health (AMD) and neuroprotective assays - Cell cultures - Mice models - Human trials - Molecular, biochemical and specific cell organelle isolation methods Environment - Ecological issues - Biodiversity - New materials - Soil biology - Biochemical cycle - Effect of the genetics on the biomass of the tree - Energy from biomass - Tree physiology and formation of chemical compounds - Forest ecology and dendrology - Effects of forest management and ecosystem dynamics on properties of woody biomass 7

Erilaiset menetelmät biomassan prosessoimiseksi ja hyödynnettävien komponenttien erottamiseksi Selluprosessi (mustalipeä) Nopeapyrolyysi Hidaspyrolyysi Märkäpyrolyysi Höyryräjäytys Uutto Kemiallinen karakterosointi Biologiset ominaisuudet Terveystutkimukset Ympäristötutkimukset

KASVIHUONEPÄÄSTÖJÄ VÄHENTÄVÄ TEOLLISUUDEN ALA Hidaspyrolyysin alhaisen lämpötilan johdosta menetelmällä saadaan talteen molekyylisaanto, jossa puun omat biologisesti toiminnalliset molekyylit muuttuvat vähemmän kuin korkeampia lämpötiloja käyttävissä prosesseissa. Menetelmä T ( C) Neste Hiili Kaasu Nopea pyrolyysi 500 700 75 % 12 % 13 % Kaasutus > 750 5 % 10 % 85 % Hidaspyrolyysi Max 300 500 34 % 33 % 33 %

Hidaspyrolyysin välijalosteiden jakautuminen ja niistä saatavat tuotteet Energiaksi (prosessin ylläpitoon) Kaasu Hiili Energiaksi (sähkö, lämpö) FT synt. raaka aineeksi (Bioöljy) Biohiili (lannoite, maanparannus) Aktiivihiili (suodattimet, lääkkeet, teollisuus) Neste Energia (mm. esteröidään bioöljyiksi) Pinnoiteteollisuus (metallien ja puun suojaus) Kemianteollisuuden raaka aineet (alkoholit, hapot, esterit, asetaatit, eetterit, jne.) Elintarviketeollisuus (aromiaineet kuten vanilliini, terveysvaikutteiset funktionaaliset lisäaineet) Kosmetiikkateollisuus (hajusteet, puhdistusaineet) Kasvinsuojeluaineet, karkotteet (biosidit, fungisidit, antibakteeriset aineet) Lääketeollisuus (lääkemolekyylit ja hormonien kaltaiset funktionaaliset molekyylit, esim: HRM lignaani)

Puutislepinnoite esimerkki kehitystyöstä Tutli hanke: Jatkuvatoiminen puutislepinnoituslaitteisto ja pinnoitusmenetelmä (Continuous Coater)

Jatkuvaan prosessiin Continuous Coater TULEVAISUUDESSA? Suuret kappaleet Sarjatuotteet Metalliteollisuus, puunjalostusteollisuus...

Pyrolyysistä saatavien jakeiden osuuksia ja arvioita markkinahinnasta tuottajalle Kaasumaisista tuotteista ylijäävä energia 40 kg Kiinteä Puun hidaspyrolyysi Polymeroitu Neste vat jakeet Kevyt jakeet Puutislepinnoitteen raakaaine 15 kg Lopputisle Vanilliini 6 kg Jäähdytys / aktivointi Karkotteet 50 kg ja tutkittavat jakeet 270 kg Biohiili, aktiivihiili, energiahiili 330 kg (30 GJ/t) Pieni Lambiotte tyylinen pilottilaitos (ks. dia 1) voisi hyödyntää n. 6 000 t kuivaa puuta /v. Lääkeaineet 1000 1 000 000 /kg => vaatii huippuerotustekniikoita Pinnoiteraaka aine 10 100 /kg => pelkästään siltarakenteet n. 50 000 kg / v Vanilliini 10 20 /kg Karkotteet 10 15 /kg => ekologisilla etana ja myyräkarkotteilla suuri kysyntä Biohiili (agri hiili) 5 / kg => koko hiilisaanto 330 kg voidaan jalostaa Aktiivihiili 2 10 kg Grillihiili 1 / kg

Slow pyrolysis (hidaspyrolyysi) (INFRA projekti, Kuopio&Mikkeli) Raakatisleitä tutkimuksiin ja jatkoprosessointeihin Jatkuvatoiminen laitteisto Panoslaitteisto 2.5 m 16

PILOTTIHANKE 2014 Kuopio, meneillään 17

Haasteita Koulutuksen ja tutkimuksen sisällön ja tarpeiden kohtaaminen Tutkimuksen rahoitus ja sen riittävyys Kansainvälisen yhteistyön onnistuminen ja kilpailun kohtaaminen Uusien yritysten muodostuminen ja erikoistuotteiden hyväksyttäminen ja markkinoille saattaminen (hintavan hyväksyttämisbyrokratian ratkaiseminen) Kaupallistamisen osaaminen kehittyminen Yhteen hiileen puhaltaminen paikallisesti, kansallisesti ja kansainvälisesti

Kiitoksia! Tutkimusyhteistyökumppaneita Prof. Y. T. Konttinen (HU) Prof. H. Kröger (KUH) Prof. M. Lammi (UEF)) Prof. Tapani Pakkanen (UEF) Prof. J. Töyräs (UEF) Prof. E. Mervaala (KUH) Prof. J. S. Jurvelin (UEF) Prof. J. Ketolainen (UEF) Prof. A. von Wright (UEF) Prof. J. Jänis (UEF) Prof. A. Pappinen (UEF) Prof. J. Vepsäläinen (UEF) Prof. E. Verkasalo (Metla) Tutk. L. Sikanen (Metla) PhD A. Villa (UEF) Prof. P. Pasanen (UEF) Dos. O. Raatikainen (UEF) Prof. M. Takagi (Japan) Prof. E. Gomez Barrena (Spain) Prof. Y. Missirilis (Greece) Monet teolliset kumppanit