HIDASPYROLYYSI Prof. Reijo Lappalainen Dept. of Applied Physics & SIB-labs University of Eastern Finland PO Box 1627, FIN-70211 Kuopio E-mail:Reijo.Lappalainen@uef.fi
Kasvihuonepäästöjä vähentävä uusi teollisuuden ala BIOCHAR (http://www.biochar-international.org/technology) One of the most exciting new strategies for restoring carbon to depleted soils and sequestering significant amounts of CO 2 for 1 000 years and more, is the use of biochar. biochar holds such promise as an inexpensive and highly effective way to sequester carbon in soil. Al Gore 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 300-500 34 % 33 % 33 %
Havumetsävyöhykkeen puiden monet mahdollisuudet -visio Talousmetsiemme vajaakäyttö Paperiteollisuuden siirtyminen eteläiselle pallonpuoliskolle Havupuuvyöhykkeen puiden erityispiirteet, kuten hemiselluloosat 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 UEF:n huipputason tutkimus- ja osaamisverkosto TERMISILLÄ PROSESSOINTITEKNIIKOILLA JA TUTKIMUKSELLA VOIDAAN LUODA HEVOSEN-KOKOINEN BISNES, JOKA SEISOO TUKEVASTI SUOMEN MÄÄPERÄLLÄ! 3
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: HMR-lignaani)
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: Parkinsonintauti Skitsofrenia Sydäntauti Verisuonitauti Viitteet: 4-7 3. D-limoneeni Insektisidi Makuaine Torjunta-aine Viruksia tappava Syöpääehkäisevä Viitteet: 8-9 4. Pinitoli Antidiabeettinen Hyönteiskarkote Torjunta-aine Ekspektorantti Viitteet: 10 Neljä esimerkkiä puun uuteaineista hidaspyrolyysillä saatavista kaupallisesti hyödynnettävissä olevasta molekyyleistä. Gradussa esitettiin 135 tällaista molekyyliä.
Biotutkimuksella osaamista ja liiketoimintaa Tutkimuslaiteprojekti - Budjetti 720 000 / 2-3 v -Rahoitus PS liitto, UEF, yritykset - Pot. yhteistyö kumppanit -Pinnoitusalan yr -Hyvinvointialan yr -Lannoitealan yr -Metsäteollisuuden yr In-vitro In-vivo Pilottilaitos Pilottilaitos Gradut Väitökset Biohiili / lannoite Energia / Sähkö Pinnoitteen r-a Karkotteet Kemianteol. r-a Innovaatiot Molekyylit Molekyylien -karakterisointi -eristäminen -vaikutusten tutkiminen Innovaatiot Väitökset Gradut Molekyylit Tuotantolaitoksen toteutettavuusselvitys - Budjetti 94 000 -Rahoitus: -ES-maakuntaliitto -SSE:n säätiö In-vitro In-vivo Tuotantolaitosinvestointi - Budjetti 2,5 5 milj - Rahoitus E-S, P-S, Ely + Yhteistyötahot: - SSS OY? - Vapo? - SSE:n säätiö? - UPM? - Foster Wheeler?
Hidaspyrolyysilaitteemme Scaling up! From lab to field.
Selvitystyön antia Metsien vajaakäyttö erityisesti lehtipuun osalta mahdollistaa useampia biojalostamohankkeita (esim. Etelä-Savossa noin 800 000 m 3 /v) Hidaspyrolyysitekniikalla toimivia menestyviä kaupallisia toimijoita on jo markkinoilla (Lambiotte, Lurgi, Topell Energy ) Paperiteollisuuden sivuvirtojen hyödyntäjiä ovat mm. Arizon Chemicals ja Borregaard. Myös terveysvaikutteisten elintarvikkeiden valmistajia on jo markkinoilla (esim. Linnea SA, Danisco, Raisio.) Muidenkin selvitysten perusteella puusta saatavien molekyylien hyödyntäminen tuotteiden valmistamisessa on sekä tutkimuksen että kaupallistamisen osalta alkutaipaleella. Itä-Suomen yliopiston kampuksella on jo tutkittu pitkään terveysvaikutteisia mm. marjoista saatavia aineina, materiaalien biologisia vaikutuksia ja puun pyrolyysia. Hidaspyrolyysin tutkimus- ja kehitystyötä tulisi vahvistaa voimakkaasti tutkimustiedon siirtämiseksi kaupallisen mittakaavan toiminnaksi.
Hidaspyrolyysistä saatavien jakeiden osuudet ja arvio markkinahinnasta tuottajalle Kaasumaisista tuotteista ylijäävä energia 40 kg Puun hidaspyrolyysi Neste Kiinteä Polymeroitu vat jakeet Kevyt jakeet Lopputisle Jäähdytys / aktivointi Karkotteet 50 kg ja tutkittavat jakeet 270 kg Biohiili, aktiivihiili, energiahiili 330 kg (30 GJ/t) Flexcoat pinnoitteen raakaaine 15 kg Vanilliini 6 kg Pieni Lambiotte-tyylinen pilottilaitos voisi hyödyntää n. 6 000 t kuivaa puuta /v Pinnoiteraaka-aine 10-100 /kg => pelkästään siltarakenteet n. 50 000 kg / v Vanilliini 10-20 /kg Karkotteet 10-15 /kg => ekologisilla etana ja myyrä karkotteilla suuri kysyntä Biohiili (agri-hiili) 5 / kg => koko hiilisaanto 330 kg voidaan jalostaa Grillihiili 1 / kg Aktiivihiili 2-10 kg
Esim. 1 Ligniinijätteen hyödyntäminen Borregaard: The world's leading biorefinery Borregaard has the world's most advanced biorefinery. By using wood as a raw material, the company produces environmentally friendly and sustainable biochemicals, biomaterials and biofuel that can replace oil-based products. Sustainable products The EU's goal is to replace a considerable portion of chemicals based on oil with products made from renewable materials by 2010. Borregaard's wood based products are based on renewable, degradable and sustainable raw materials, and can in most instances replace oil-based alternatives. Therefore, Borregaard's products can be a part of the future's climate solution.
Esim. 2 Puun hidaspyrolyysistä saatavia kaupallistettuja tuotteita (Lambiotte)
VISIO Puun hidaspyrolyysilaitosten ja tutkimuksen sijoittuminen Suomeen vuoteen 2025 mennessä Bi Tutkimus ja pilotointi Kuopio Pilotointi ja tutkimus Mikkeli Biojalostamo Ristiina, Lieksa, Kajaani, Kuusamo, Karstula, Parkano Tutkimus UEF, LUT, Mila, MAMK, SAVONIA Suuret tuotantoyksiköt PK-yritykset Paikkakunnat esimerkin omaisesti