Puusta jalostettavat uudet tuotteet

Samankaltaiset tiedostot
Paineistetun kuumavesiuuton käyttö, kun biomassoista halutaan eristää erilaisia kemikaaleja ja muita tuotteita. Hannu Ilvesniemi

Uusiutuvien ja kestävien raakaaineiden

Metsäbiomassan korkean jalostusarvon kemikaalien hävikki toimitusketjussa

23 Bioetanolin ja erikoissokereiden valmistus metsistä ja soilta saatavista uusiutuvista raakaaineista

BIOMASSAN ESIKÄSITTELYN MERKITYS BIOMASSA ARVOKETJUSSA. Jana Holm

Metsäbiojalostamot. Energia-lehti 7/2006: "Biojalostamo pelastaa" "Kaasutuksessa muhii miljardibisnes" Metsätehon seminaari Helsinki, 17.3.

Uuteaineet biojalostuksen raaka aineina. Hanna Lappi

Biomassan käyttömahdollisuudet

Puun uudet käyttömuodot Vastuullinen metsien käyttö kasvavia odotuksia ja uusia mahdollisuuksia Pia Nilsson, UPM

Kangasmaiden lannoitus

HEMISELLULOOSAN EROTUS SULFAATTISELLUTEHTAALLA

LIGNIINI yleisesti käytettyjä termejä

Teema: Metsäbiomassaan perustuvat tuotteet

Metsäbiojalostamoinvestointien kannattavuus eri politiikkavaihtoehdoissa: Alustavia tuloksia

Puun arvoketjujen laskenta kehittyy - CASE: Sahauskustannusten laskenta

PIKAMENETELMÄT ELINTARVIKKEEN RASVAPITOISUUDEN MÄÄRITTÄMISESSÄ

Biotalouden uudet tuotteet

Kuoren rakenne ja kemia

Uusia tuotteita tutkimuksen ja kehityksen kautta. Päättäjien metsäakatemia Majvik Niklas von Weymarn Ohjelmapäällikkö, Metsäklusteri Oy

Ihmiskunta, energian käyttö ja ilmaston muutos

Puuaineksen tuhoutuminen, lahoaminen ja puun väri

Energiapuun puristuskuivaus

Puu luovuttaa (desorptio) ilmaan kosteutta ja sitoo (adsorptio) ilmasta kosteutta.

Ihmiskunta, energian käyttö ja ilmaston muutos

Energiapuun korjuun vaikutus metsiin

Biojalostuksen mahdollisuudet Kainuussa

SOLUSEINÄN KOOSTUMUS Puukuitujen soluseinät koostuvat lähinnä selluloosasta, hemiselluloosista ja ligniinistä.

Puun termiset aineominaisuudet pyrolyysissa

Sähkökaapelien palomallinnuksen uusia menetelmiä ja tuloksia

Energiapuun mittaus ja kosteus

Lietteen ja lannan jalostaminen lannoitteiksi ja energiatuotteiksi sekä näiden lannoitteiden hyötykäyttö metsien lannoituksessa

Puunkäyt. Finnish Forest Research Institute

Selluloosan rakenne ja ominaisuudet

TULEVAISUUDEN BIOENERGIARATKAISUT, TBE

Silakka ja särki proteiiniksi ja elintarvikekäyttöön. Anni Nisov ja Kaisu Honkapää, VTT Oy Helsinki

Onko puuta runsaasti käyttävä biojalostamo mahdollinen Suomessa?

TOISEN SUKUPOLVEN BIOPOLTTONESTEET

Biomassaresurssin kokonaishyödyntäminen

Puun (metsäbiomassan) käyttö nyt ja tulevaisuudessa

Vieläkö sitä säilörehua tutkitaan?

Suomen metsäteollisuuden tuotanto- ja puunkäyttönäkymät vuonna 2020

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Bioenergiapotentiaali Itä- Suomessa

Jakaumamallit MELA2009:ssä. MELA käyttäjäpäivä Kari Härkönen

Biomassasta aktiivihiileksi - biohiilen aktivointimenetelmistä ja sovelluksista

UPM BIOPOLTTOAINEET Puupohjaisisten biopolttoaineiden edelläkävijä

METSÄTEOLLISUUDEN UUDET TUOTTEET

Otanta ja idätysnäytteiden valmistus

Arvioita Suomen puunkäytön kehitysnäkymistä

Tulevaisuus ei ole ennallaan - missä metsäteollisuuden uudet menestystrendit?

METSÄTEOLLISUUS - INNOVAATIOT MENESTYKSEN MOOTTORINA. Biotalous innostaa innovaatioihin Hämeenlinna, Alina Ruonala-Lindgren

Katkonta - ensimmäinen jalostuspäätös vai raaka-aineen hinnan määritystä?

Luennon 8 oppimistavoitteet I. Puun hemiselluloosien rakenne ja ominaisuudet. Puun koostumus. Luennon 8 oppimistavoitteet II

Männyn laatukasvatus Jari Hynynen. Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

Sahauksen kustannuslaskenta

Metsäteollisuuden ja talouden tulevaisuus Suomessa vuoteen 2020

Tie biotalouteen - VTT kehittää uusia elinkeinoelämän biotalousinnovaatioita. Lehdistötilaisuus Kristiina Kruus, tutkimusprofessori VTT

Suomen metsien kasvihuonekaasuinventaario

Sahayritysten raakaainehankintamahdollisuudet. Pohjois-Karjalassa

Biomolekyylit ja biomeerit

PUUN KUOREN KOOSTUMUS JA HYÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUKSIA

Teknologia jalostusasteen työkaluna. FENOLA OY Harri Latva-Mäenpää Toimitusjohtaja Seinäjoki

Vaihtoehtolaskelmien vertailua netissä

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Puusta ruokaa -neulasten elintarvikeanalyysi

Orgaanisten epäpuhtauksien määrittäminen jauhemaisista näytteistä. FT Satu Ikonen, Teknologiakeskus KETEK Oy Analytiikkapäivät 2012, Kokkola

Suomalainen ja ruotsalainen mänty rakennuspuusepän-, sisustus- ja huonekalutuotteiden raaka-aineena

Puun bioaineiden uudet mahdollisuudet

Metallipitoisten vesien puhdistaminen luonnonmateriaaleilla

Suomen kilpailukyky metsäalalla onko sitä?

KORIKS-FIIBER. Hinnasto Sähköposti: Puh:

Pellettien ja puunkuivauksessa syntyneiden kondenssivesien biohajoavuustutkimus

Puunjalostuksen näkymät Suomessa

hinnoitteluun ja puukauppaan

Metsähyvinvoinnin kehitysohjelman ajankohtaistapahtuma Biotalous tehdään yhteistyöllä. Sixten Sunabacka Työ- ja elinkeinoministeriö

Orgaanisten materiaalivirtojen pyrolyysistä

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Bioenergian kannattavat tuotantoketjut Lapin bioenergiaohjelma T & K - Sektori

Suomen metsäbiotalouden tulevaisuus

LATVUSMASSAN KOSTEUDEN MÄÄRITYS METSÄKULJETUKSEN YHTEYDESSÄ

Uudistuvat puutuotearvoketjut ja puunhankintaratkaisut, PUU

Puun uudet biojalosteet

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA. Hemiselluloosan sokerien uutto vedyn tuotannon esikäsittelyssä. Henri Sarja

Metsän kasvu eri hoitovaihtoehdoissa Annikki Mäkelä Ympäristötiedon foorum

Puun modifiointi lämpökäsittelyllä

Puutuotealan tutkimuksen painopisteet. FINNISH WOOD RESEARCH OY Topi Helle

Ultraäänen käyttö ligniinin ja hemiselluloosan erotuksessa puu-uutteesta

Suometsätalouden vesistövaikutukset

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä.

Maaperän hiili ja ilmastonmuutos: Lämpenemisen vaikutus maaperän hiilivarastoon. Jari Liski Luontoympäristökeskus Suomen ympäristökeskus

Lahden kaupungin metsien hiililaskennat

Energiapuun korjuun taloudellisuus nuorissa kasvatusmetsissä

Tekniikan kandidaatintyö HEMISELLULOOSIEN TALTEENOTTO PAINEISTETULLA KUUMAVESIUUTOLLA TUOTETUISTA PUU-UUTTEISTA

Suomen metsäsektorin kilpailukyky: näkemyksiä

Energiapuun korjuu ja kasvatus

Metsäalan merkitys bioenergian tuotannossa ja ilmastonmuutoksen torjunnassa -osahankkeen 2 esittely

UPM THE BIOFORE COMPANY

HAJAUTETUT BIOJALOSTAMOT. Simo Paukkunen PKAMK Biotalouden keskus

Juurikäävän torjunta tulevaisuudessa Tuula Piri

Transkriptio:

Puusta jalostettavat uudet tuotteet Vesi vanhin voitehista, puu parempi pienittynä Kaisu Leppänen Metla Bioenergiaa metsistä tutkimusohjelman loppuseminaari Torstai, 19. huhtikuuta 2012

Tutkijaryhmä Olli Byman, Sanna Hautala, Jarl Hemming, Bjarne Holmbom, Hannu Ilvesniemi, Juho Järvinen, Petri Kilpeläinen, Veikko Kitunen, Jarkko Kuivanen, Kaisu Leppänen, Andrey Pranovich, Ville Sotaniemi, Peter Spetz, Johanna Tanner, Tarja Tapanila 4/18/2012 2

Biorefine tutkimus Metlassa Tavoitteet: C Kehittää yksinkertaisia menetelmiä puun rakenteen pilkkomiseksi pääkomponentteihinsa Kartuttaa tietoa raaka-aineiden ominaisuuksista ja soveltuvuudesta jatkojalostukseen Suunnitella erilaisia tuotekokonaisuuksia Keinot: Läpivirtaus tai eräuutto kuumalla vedellä ja laimeilla kemikaalilisäyksillä Laaja lämpötila-alue ( 240 C asti) 240 220 200 180 160 140

Kasvimateriaalin päärakennusaineet Hemiselluloosa Selluloosa Liginiini

Hemiselluloosa puussa Hemiselluloosan sijainti pääasiassa sekundäärisessä soluseinässä Hemiselluloosa ei ainoastaan itsenäisenä soluseinän rakennusaineena, vaan myös sitoutuneena ligniiniin? (Ns. LCCkompleksit) LCC-sidosten luonne (esteri, eetteri)? Erot koostumuksessa puun eri osien välillä (runkopuun eri osat, oksat, kuori, kannot, juuret ) Havupuun soluseinän rakenne (Fengel ja Wegener, 1984) Metla - VTT tutkijatapaa

Hemiselluloosien eristäminen biomassasta Uutto vedellä / vesihöyryllä / alkalilla / hapolla / liuottimilla (vesi halvin ja ympäristöystävällisin) Lähes 100% saanto mahdollinen, MUTTA... Uutoissa tapahtuvia reaktioita: Asetyyliryhmien hydrolysoituminen CH 3 COOH H + Asetyyliryhmien vähetessä liukoisuus pienenee Hemiselluloosaketjujen lyheneminen (H + katalysoi) Syntyvien sokerimonomeerien hajoaminen (H+ katalysoi)

Kuumavesiuuttoon pohjautuva biorefinery Puu PHWE Hemiselluloosa uute Erottelu Puhdistus Monosakkaridit es Oligosakkaridit Kiinteä jäännös Polysakkaridit Uusi erotusmenetelmä Ligniini Selluloosa Uudet tuotteet Uudet tuotteet 7

Kuumavesiuutto soveltuu kaikenlaisille biomassoille

Molekyylikoko vs. käyttökohteet Polymeerit Komposiitit, paperikemikaalit, filmit Emulsiot, hydrogeelit Ruoka ja rehu (Kuva: Maija Tenkanen) Oligomeerit Prebiootit Monomeerit Harvinaiset sokerit Furfuraali Etanoli, asetoni, butanoli Muut platform-kemikaalit (esim. sukkiinihappo) 18.4.2012

Uuttomenetelmän valinta Kun halutaan... Monomeerejä "Esi/autohydrolyysi" (vesi tai happo) Monomeerien saanto kymmeniä % Oligomeerejä Entsymaattinen käsittely (Uutto hapolla / vedellä) Polymeerejä Läpivirtausuutto vedellä Uutto alkalilla 18.4.2012

Mahdollisia tuotepolkuja Polysakkaridi monomerisointi konvertointi polymerisointi Prosessin kannattavuus? Raaka-aine Uutto Kiinteä uuttojäännös Ligniini Keitto Hemiselluloosauute Selluloosa Uutetun biomassan fraktiointi ja fraktioiden hyödyntäminen Hiilikuitu Komposiitit Pinnoitteet Dispersiot Liimat... Etanoli Kemikaalit Regeneroitu selluloosa Nanoselluloosa 18.4.2012

Kuinka yksinkertaista on yksinkertainen? Etikkahappo Yksinkertaista...? Optimoitavien parametrien määrä Uuteen puhdistus tarpeellista? Käytettävän vesimäärän minimointi ja uutteen konsentraation maksimointi (taloudellinen kannattavuus?) Saannon ja laadun välinen kompromissi Uuutteen koostumus Ligniini Hemiselluloosa Uuteaineet

4.6.2008

3 litran PHWE uuttolaite Jäähdytyskierukka Lämmönsäätöyksikkö Korkeapainepumppu Uutteen keräysastia 3L uuttoastia ja lämmitysyksikkö Esilämmityskierukka Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi

Pre-pilot mittakaavan (300 l) uuttolaite

Miksi hemiselluloosat ovat kiinnostavia? Hemiselluloosasta saatavat sokerimonomeerit: Bioetaanoli ( C 6 sokerit) Lähtöaineina erilaisille biomateriaaleille Polymeerinen hemiselluloosa: Filmit Paperi kemikaalit Emulsiot, hydrogeelit Ruoka/rehu Lääketieteelliset sovellukset Hemiselluloosasta valmistettua filmiä Lähde: VTT

Paineistettu kuumavesiuutto läpivirtauksella Keskim. moolimassa = 9,2 kda, asetyyliryhmistä jäljellä >80% (Kuusen uutto läpivirtauksella 30 min, virtausnopeus 1 ml/min) Miksi läpivirtaus? Uutetut molekyylit poistetaan uutto-olosuhteista nopeasti uutettujen yhdisteiden rakenne säilyy paremmin Mahdollisuus eristää suurimolekyylisiä yhdisteitä Ligniiniä uuttuu (puusta) melko vähän (<15%) Viljakasveista ligniiniä uuttuu läpivirtauksellakin runsaasti? 18.4.2012

Uutuneiden sokerien määrä riippuu uuttoajasta ja biomassan määrästä 18 4/18/2012

Uutolämpötila vaikuttaa hemiselluloosan molekyylikokoon DP 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 170 180 190 200 220 240 Uuttolämpötila ( o C)

Ligniinin uuttamisessa tarvitaan muita keinoja Uuttunut määrä (mg/g kuivapainosta) 350 300 250 200 150 Spruce Pine Birch 100 50 0 Uuttolämpötila ( o C)

Mitä tehdä kuumavesiuutetulle puulle? Alkuperäinen idea: Uuttoa voidaan käyttää esim. Kraft keiton esikäsittelynä Uutto vaikuttaa massan ominaisuuksiin usealla tavalla, vaikutus riippuu uuton voimakkuudesta SEM kuvia: Käsittelemätön kuusi hake 190 C:ssa uutettu kuusi hake

Mangaania, g/t Mangaanin uuttuminen kuusipurusta Mangaanin uuttuminen kuusipurusta eri lämpötiloissa 120 100 80 60 40 20 0 ref 120 140 160 180 200 220 240 Lämpötila C

Uutteen puhdistus ja erottelu jakeisiin Saostaminen Adsorptiokromatografia Membraanisuodatus

GGMn saostaminen etanolilla 2,4 % 4,9 % 17,7 % Uute Hemiselluloosa ja uronihapot Ligniinifragmentit ja orgaaniset epäpuhtaudet Epäorgaaniset epäpuhtaudet 75 % Kosteus

g / l g / l Uutteen puhdistaminenxad7hp-käsittelyllä 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Hemiselluloosan määrä XADkäsittelyn jälkeen 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Ligniinin määrä XADkäsittelyn jälkeen 0,0 reference sample 5 g XAD 10 g XAD 20 g XAD g/l 0,0 reference sample 5 g XAD 10 g XAD 20 g XAD g/l 18.4.2012 25

Happohydrolyysi (120 140 C) Monosakkaridien saanto Jäljellä olevien sokerien määrä 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 2 6 24 120 C, ph 2,2 140 C, ph 2,2 120 C, ph 1,6 140 C, ph 1,6 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 2 6 24 120 C, ph 2,2 140 C, ph 2,2 120 C, ph 1,6 140 C, ph 1,6 Hydrolysointiaika (h) Hydrolysointiaika (h) Edellyttää huolellista optimointia saannon ja hajoamisen välillä! Fermentointikokeessa etanolin saanto 32 kg etanolia per tonni puuta (36 % teoreettisesta maksimista)

Biorefine-tutkimus on yhteistyötä Aalto yliopisto Helsingin yliopisto Jyväskylän yliopisto VTT (KCL) Åbo Akademi Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Kiitos!