Metsäbiomassan korkean jalostusarvon kemikaalien hävikki toimitusketjussa FT Hanna Brännström BIOKOKKOLA-SEMINAARI 28.10.2015
Esityksen sisältö 1. Puun kemiallinen koostumus 2. Uuteaineet Uuteaineiden hyödyntäminen Varastoinnin vaikutus uuteaineisiin 3. Forest Refine hankkeen tuloksia 4. Johtopäätökset 5. Projektikonsortio ja lisätietoa hankkeesta 2 27.10.2015
Puun kemiallinen koostumus Soluseinämä Fibrilli Kuitusolu Hemiselluloosa, 25-35% Puun runko Uuteaineet, 2-5% Selluloosa, 40-45% Ligniini, 20-30% Muokattu lähteestä: http://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/corp/nieuws/2011/thesis_pyrolyse_compleet_paul_de_wild.pdf 3 27.10.2015
Tavallisimpien pohjoismaisten puulajien uuteainepitoisuudet, % kuivapainosta Kuusi Picea abies Mänty Pinus sylvestris Riippakoivu Betula pendula Hieskoivu Betula pubescens Runkopuu 0.8-3.8 3.0-6.0 1.1-4.1 1.1-4.9 Pintapuu 1.5-2.0 2.9-3.3 P. sylvestris Asetoniliukoiset uuteaineet kannoissa: Sydänpuu 1.5-2.1 4.9-6.0 Oksat 5.8-13.9 3.3-12.8 5.2-9.1 6.1-9.2 Kanto 2.8-3.6 9.1-18.7 3.6 5.8 Juuret 2.4-7.2 2.3-7.1 5.0-6.6 6.8-8.7 Kuori Sisäkuori 28.1-39.4 28.1-35.0 14.3-23.2 15.5-29.0 P. abies Ulkokuori 17.4-33.6 12.4-26.1 26.5-34.9 17.6-33.3 Lehvästö 37.8-43.3 38.6-40.6 28.8-33.4 32.4-32.5 Lähde: Hakkila, P., Folia Forestalia, 224, 1975. HUOM! Käytetty liuotin sekä uuttomenetelmä vaikuttavat uuteaineiden saantoon uutossa sekä myös uuteainefraktion koostumukseen. 4
Uuteaineet monipuoliset käyttömahdollisuudet 5 27.10.2015
Arvokkaiden bioaktiivisten uuteaineiden lähteet Mäntyöljy Sitosteroli Konjugoidut linolihapot Sulfaattisellun valmistus Oksat Kuori Kannot, juuret? Paperin valmistus Lignaanit Terveysruoat Flavonoidit Stilbeenit Lisäravinteet Lääkkeet Stilbeenit Betulinoli Kosmetiikka Tanniiinit Tek.antioksidantit Muokattu lähteestä: Course material, Åbo Akademi, Wood Extractives in Pulping and Papermaking, Bjarne Holmbom, 2008. 6 27.10.2015
Varastoinnin vaikutus uuteaineisiin Heti puun kaatamisen jälkeen uuteainepitoisuus alkaa laskea ja uuteainefraktion kemiallinen koostumus muuttua. Tapahtuviin reaktioihin ja niiden nopeuteen vaikuttavat kaikki käsittelyketjun vaiheet alkaen puun kaadosta ja kuljetuksesta päättyen varastointiin. Reaktioihin ja reaktioiden etenemisnopeuteen vaikuttavat mm. puulaji, varastointiaika, sääolosuhteet/ympäristöolosuhteet (lämpötila, sade) sekä palakoko. 7 27.10.2015
Kemialliset muutokset varastoinnin aikana Tärkeimmät varastoinnin aikana tapahtuvat kemialliset muutokset voidaan jaotella kolmeen ryhmään: (1) Triglyseridien nopea hydrolyysi ja vahojen, etenkin steryyliestereiden, hitaammin tapahtuva hydrolyysi (2) Hartsihappojen, tyydyttymättömien rasvahappojen, sekä jossain määrin myös muiden tyydyttymättömien yhdisteiden, hapetus/hajoamis/polymerisaatioreaktiot (3) Terpenoidien, erityisesti monoterpenoidien, haihtuminen Spruce chips Assarsson, A., Croon, I., Donetzhuber, A. (1963). Svensk Papperstidning, 22, pp. 940-948. 8 27.10.2015
Koejärjestelyt Sellutehtaan kuorimon havupuu- ja koivukuori, murskattu männyn kuorija latvusmassa, murskatut männyn kannot (tuoreet ja ylivuotiset) Raaka-aineen toimitus: UPM Pietarsaari, UPM Metsä 9 27.10.2015
Näytteiden otto Viikoilla 0, 1, 2, 4, 24 10 27.10.2015
Uuteaineanalyysit Luonnonvarakeskus, Kannus JYU, Kemian laitos Näytteet Esikäsittely (kylmäkuivaus ja jauhaminen) Soxhlet-uutto Uuteaineet Gravimetrinen määritys Uuteaineryhmät GC/FID Yksittäiset yhdisteet GC/MSD ja GC/FID Vapaat uuteaineet Esteröityneet uuteaineet
Gravimetrinen uuteainemäärä Sellutehtaan koivukuori ja havupuukuori Tuoreet kuoret 0-näytteet 12 27.10.2015
Uuteaineryhmät Sellutehtaan koivukuori 13 27.10.2015
Uuteaineryhmät Sellutehtaan havupuukuori 14 27.10.2015
Gravimetrinen uuteainemäärä ja uuteaineryhmät Ketjukarsintajäte (murskattu männyn kuori ja latvusmassa) 15 27.10.2015
Uuteaineryhmät Tuoreet kannot (FS) ja vuoden maassa olleet kannot (OS) 16 27.10.2015
Johtopäätökset Kuori ja muut jätefraktiot ovat houkutteleva vaihtoehto bioaktiivisten yhdisteiden raaka-aineeksi. Uuteainepitoisuus on erityisen korkea kuoressa. Uuteaineita vapautuu käsittelyn kaikissa vaiheissa. Uuteaineiden määrä vähenee huomattavasti varastoinnin aikana. Uuteainefraktiossa tapahtuu merkittäviä muutoksia jo neljän ensimmäisen varastointiviikon aikana. Raaka-aineen tuoreus on erittäin tärkeä tekijä, kun halutaan hyödyntää uuteaineita biojalostuksen raaka-aineina. 17 27.10.2015
Forest Refine-hankekonsortio Lisätietoja Forest Refine-hankkeesta ja tuloksista: http://biofuelregion.se/about-forest-refine-3/ 18 27.10.2015
Kiitos! 19 27.10.2015