Puun hiilihydraatit –
mitä niistä voi valmistaa?
JAMK Dynamo, Jyväskylä
14.6.2012
Raimo Alén
Jyväskylän yliopisto
Sisältö
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Puun rakenne ja kemiallinen koostumus
Puun moninainen hyötykäyttö
Biomassan termokemialliset hyödyntämismenetelmät
Biomassan kemialliset hyödyntämismenetelmät
Biomassa energiatuotannossa
Integroitu biojalostamo
Esimerkkejä muista hyödyntämismahdollisuuksista
Yhteenveto
Perustuu suurelta osin kirjaan: Alén, R. (toim.),
Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, 2011
Yleisiä näkökohtia
• Vuodessa fotosynteesi tuottaa 1011 tonnia biomassaa
(glukoosi)
• Biomassa (mm. puut, luonnonkasvit, maatalousjätteet ja levät)
• Globaalit kysymykset (mm. ilmastonmuutos, fossiilisten
raaka-aineiden saatavuus, ympäristönsuojelu ja elintarviketuotanto)
• ”Biomassakausi” → ”kivihiilikausi” → ”petrokemian kausi”
→ ”biomassakausi”
• Tarkoituksena valmistaa uudistuvista raaka-aineista energiaa,
kemikaaleja ja muita tuotteita
• Termit ”säästävä teknologia”, ”vihreä kemia” ja ”vihreä
teknologia”
Lehtipuu vs. havupuu
(Parham & Gray 1984)
Puun tasoleikkaukset
(Schweingruber 1993)
Havupuun kuidut
(Ilvessalo-Pfäffli 1977)
Puun kuiva-aineen kemiallinen koostumus
Havupuu vs. lehtipuu
Average chemical composition of normal and
reaction woods from Scots pine (Pinus sylvestris)
Average chemical composition of normal and tension
woods from silver birch (Betula pendula)
Puun moninainen hyötykäyttö
Biomassan termokemialliset
pilkkomismenetelmät
Biomassan happo- tai entsyymipohjainen
hydrolyysi
Glukoosista käymisteitse saatavia tuotteita
Esimerkkejä glukoosista saatavista
monomeereistä ja polymeereistä
Glukoosista kemiallisella käsittelyllä
muodostuvia tuotteita
Biomassa energiatuotannossa
Biomassan anaerobinen hajottaminen
Integroitu biojalostamo
Sulfaattiprosessin orgaanisen aineen
materiaalitase
Hydroksihappojen talteenottoprosessi
Esimerkki puubiomassan
hyödyntämiskonseptista
Organosolv-keittoprosessi
Selluloosajohdannaiset
• Liukomassa (vuosituotanto 4 milj. tonnia,
kemiallista massaa 130 milj. tonnia)
• Selluloosajohdannaiset
– Epäorgaaniset esterit (esim. nitroselluloosa)
– Orgaaniset esterit (esim. selluloosa-asetaatti)
– Eetterit (esim. karboksimetyyliselluloosa, CMC)
• Regeneroitu selluloosa
– ”Keinotekoinen silkki”
– Viskoosikuitu (rayon) (välituote: selluloosaksantaatti)
• Erikoistuotteet
Esimerkkejä selluloosan ei-johdannaisia
muodostavista liuottimista
Tyypillisiä ioninesteitä
Mikro- ja nanokokoluokan selluloosat
•
•
•
•
Selluloosa (kiteisyysaste ~70 %)
Mikrofibriloituselluloosa (1960 →) (MFC)
Mikrokiteinen selluloosa (MCC)
Nanokiteinen selluloosa (NCC)
- < 1 nm – 100 nm >
- vrt. nanokomposiitit
• Bakteeriselluloosa (BC)
Yhteenveto
• Puun ja muun biomassan ainekomponenteista
(hiilihydraatit, ligniini ja uuteaineet) voidaan
valmistaa teknisesti lukuisia tuotteita (energia,
kemikaalit ja erilaiset seostuotteet)
• Nykyisin huomattava osa tuotannosta
pohjautuu jo biomassan hyödyntämiseen
• Hienokemikaalit vs. bulkkituotteet
• ”Nykysuuntausten” ohjaava vaikutus
• ”Nykytieteen” tarjoamat mahdollisuudet