Biopohjaiset kemikaalit ja biohiili kiinnostavat tutkijoita

Biotalous on tulevaisuuden tapamme elää ja toimia. Yksi tärkeä osa sitä ovat uusiutuvista luonnonvaroista tuotetut biopohjaiset kemikaalit ja biohiili.

Teksti Marianne Mustonen Kuva Tuija Hyttinen

– Biomassojen prosessointia on tutkittu Kuopiossa pitkään, yli 15 vuoden ajan. Meillä painopiste on prosessi- ja molekyylitason sovelluksissa, mikä eroaa perinteisestä metsäbiotalouteen liittyvästä tutkimuksesta. Erityisen kiinnostuksen kohteena ovat nyt metsäteollisuuden sivuvirrat, joita aikaisemmin on hyödynnetty lähinnä energiaksi. Biojalostuksemme on nykyään tarkasti räätälöityä, automaattista ja kontrolloitua, sanoo biomateriaalitekniikan professori Reijo Lappalainen sovelletun fysiikan laitokselta.  

– Vain mielikuvitus on rajana, mitä kaikkea raaka-aineina voidaan hyödyntää: esimerkiksi puuta, levää, turvetta, lantaa, hamppua, järviruokoa ja kuitua.

– Biojalostukseen liittyvää menetelmäosaamista ja prosessointilaitteistoja on keskitetty Infrastruktuuriyksikkö SIB Labsiin. Jo nyt menetelmiä hyödynnetään useissa tutkimushankkeissa, ja sovelluksia etsitään eri ainelaitosten osaamisen kanssa yhteistyössä, kertoo SIB Labsin johtaja, dosentti Arto Koistinen.

Pitkän kehitystyön tuloksena biomassasta saadaan erilaisia kemiallisia seoksia ja niistä puhdistettuja hienokemikaaleja. Biohiilestä on jalostettavissa tuotteita, jotka soveltuvat käytettäviksi erilaisiin puhdistusprosesseihin ja maanparannukseen. Biohiilellä ja biomassaperäisillä kemiallisilla jalosteilla on mahdollista päästä yritystoiminnassa kaupallisiin sovelluksiin ja uusiin tulovirtoihin.

Tällä hetkellä tutkijoita kiinnostaa varsinkin biohiilen tuottaminen, jota saadaan eri prosessointitavoista riippuen noin 3–30 kiloa päivässä. Maailmanlaajuisesti mielenkiintoisia tutkimuskohteita ovat myös komposiitit ja biopolymeerit.  

– Pyrolyysin avulla saadaan tuotettua myös bioaktiivisia aineita, joilla on antimikrobisia ominaisuuksia farmakologian ja toksikologian tarpeisiin, toteaa professori Jouko Vepsäläinen farmasian laitokselta.

Jalostusarvoon suhteutettuna suurimmat rahat tulevaisuudessa liikkuvat hienokemikaalien puolella. Tutkijoiden yhtenä päätavoitteena on ollut selvittää, voidaanko valmistaa sellaisia biopohjaisia kemikaaleja, joita ei ole aikaisemmin ollut saatavilla, tai niiden valmistus synteettisesti on ollut kallista.

Suomessa Itä-Suomen yliopisto on keskittynyt hitaaseen pyrolyysiin ja VTT vastaavasti nopeaan pyrolyysiin. Kuopiosta löytyy osaamista myös nopean pyrolyysin nesteiden tutkimiseen. Olennainen osa pitkää kehitystyötä on ollut myös analytiikan kehittäminen nesteille, kaasulle sekä kiinteälle hiilijakeelle.  

– Uusimmalla kaksiulotteisella kaasukromatografi-massaspektrometrillä voimme määrittää hyvin pieniä pitoisuuksia monimutkaisistakin seoksista. Voimme saada esiin satoja yhdisteitä, joita voidaan tunnistaa ja erotella ryhmiksi, kuvailee projektitutkija Teemu Vilppo.

Kansanterveystieteen ja kliinisen ravitsemustieteen yksikön dosentti Olavi Raatikainen ja FT Jenni Korhonen ovat osallistuneet biojalostuksen projekteihin tutkimalla termisesti tuotettujen nesteiden biologisia aktiivisuuksia, kuten antibakteerisuutta, antifungaalisuutta, sytotoksisuutta ja mutageenisuutta.  

– Nykyinen lainsäädäntö asettaa monenlaisia rajoituksia biojalostuksessa tuotettujen nesteiden ja puhdistettujen molekyylien teollisille sovelluksille, kertoo Raatikainen.

– Kuitenkin juuri tutkimuksen sovellettavuus teollisuuteen on tärkeää. Tuloksia on pystyttävä kaupallistamaan, ja tuomaan näin hyötyä omalle toimialueelle, lisää Lappalainen.

Menetelmät ja tuotteet

  • Hitaassa pyrolyysissä hapettomassa tilassa biomassaa kuumennetaan hitaasti vähintään +300°C, jolloin biomassa hajoaa vapauttaen lämpöä, ilman että se palaa. Tapahtumassa syntyy nesteitä, kaasuja ja biohiiltä kutakin kolmasosa.
  • Nopeassa pyrolyysissä hapettomassa tilassa biomassan lämpötila nostetaan nopeasti vähintään +500°C, jolloin biomassasta saadaan enemmän nesteitä ja vähemmän kaasuja sekä biohiiltä.
  • Biohiili on eloperäisestä raaka-aineesta pyrolyysillä tuotettua hiiltä. Prosessin lopussa lämpötila on vähintään +300°C.  
  • Biomassasta saadaan termisellä prosessoinnilla nesteitä, joista voidaan puhdistaa hienokemikaaleja tai kemiallisten yhdisteiden seoksia, joita hyödynnetään mm. kemian-, elintarvike-, kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa. Tällaisia aineita ovat esim. teknokemialliset raaka-ainekomponentit, savuaromi, muut aromi- ja hajusteaineet, lääkekehityspotentiaalia omaavat puuperäiset yhdisteet, puhtaat hartsihapot.  
  • Hienokemikaalien hinnat vaihtelevat puhtauden ja harvinaisuuden mukaan tyypillisesti 10 €/kg hinnasta jopa 1000 €/mg hintaan saakka.
  • Lue lisää: www.finechem.fi
Juttu on julkaistu Saima-lehdessä 2/2017