Metla uutiskirje
 www.metla.fi

Puun korjuu ja käyttö

17.12.2014
< Takaisin etusivulle

Sahojen sivutuotteista ja metsäbiomassasta arvoaineita kemian teollisuudelle

Pyrolyysiöljy. Kuva: Metla/Marja Roitto.

NORPYRO – yliopisto-, tutkimuslaitos- ja yritysmaailman yhteisprojekti

  • Osapuolet: Itä-Suomen yliopisto (koordinointi), Metla, seitsemän kemian- ja energiateollisuuden yritystä.
  • Kesto ja rahoitus: 2013–2014, Pohjois-Karjalan ELY-keskus Itä-Suomen alueellinen kilpailukyky ja työllisyystavoite -ohjelma (EU:n EAKR-ohjelma).
  • Tarkoitus: Tekes Green Growth -ohjelmaan kuuluvassa projektissa tutkitaan Suomen pohjois- ja eteläosista peräisin olevan männyn ja koivun metsäbiomassan eri ositteiden sekä sahanhakkeen ja -purun kemiaa, näiden raaka-aineiden optimaalisia lähteitä ja saatavuutta sekä hyödyntämistä termisten prosessien avulla hienokemikaaleiksi teknokemian ja osin elintarvike- ja kosmetiikkateollisuuden tuotteisiin.
  • Osaaminen ja yhteistyö: Projektissa on kehitetty omaa tutkimusosaamista ja menetelmällisiä valmiuksia, perehdytty luonnontuotealan arktiseen yhteistyöhön norjalaisten kanssa (UIT Norjan arktinen yliopisto ja BioForsk Nord, Tromssa; NTNU Norjan luonnontieteiden ja teknisten tieteiden yliopisto, Trondheim) sekä avattu uutta yhteistyötä kotimaisen kemianteollisuuden kanssa.
  • Tulokset: Projektin loppuraportissa ja -seminaarissa keväällä 2015 raportoidaan tuloksia kemiallisten yhdisteryhmien ja alkuaineiden esiintymisestä tutkituissa raaka-aineissa sekä yksittäisistä uuteaineista, niiden lähteistä ja teollisista käyttökohteista. Analyysituloksista tehdään tietokanta jatkoprojekteja varten.

Pohjoisen havumetsävyöhykkeen puissa ja puu­teol­li­suuden sivutuotteissa on runsaasti kemial­li­sessa jatkojalostuksessa kiinnostavia yhdisteitä. Niiden määrä vaihtelee maantieteellisesti pohjois-eteläsuunnassa. Erityisesti uuteaineista voidaan saada arvokkaita tuotteita, joiden ansiosta puubiomassan arvo raaka-aineena todennäköisesti kasvaa.

Puunosa, leveyspiiri ja metsikkö vaikuttavat uuteaineisiin

Metla on tuottanut NORPYRO-projektissa uutta strategista tietoa Suomen pohjois- ja eteläosista peräisin olevien puubiomassan ositteiden ja sahojen sivutuotteiden kemiallisista ominai­suuk­sista, erityisesti uuteaineista, sekä niiden mahdol­li­suuksista termisten nesteiden, öljyjen, uutteiden ja edelleen uusien hienokemikaalien raaka-aineina.

Uuteaineita on usein alle 10 prosenttia puubio­mas­sasta, mutta suurempiakin pitoisuuksia tavataan erityisesti oksista ja kuoresta. Erot uuteaineiden pitoisuuksissa alueiden ja puunosien välillä olivat melko pieniä, mutta havaittavia. Puunosa ja metsiköiden piirteet vaikuttivat enemmän kuin pohjoisuus/eteläisyys.

Männyn puuaineessa oli uuteaineita kaksin­ker­tai­sesti koivuun verrattuna, uuteaineiden keski­mää­räinen pitoisuus vaihteli puun osissa 2–5 prosentin välillä. Ensiharvennusten näytteissä pitoisuus oli hieman muita näytteitä pienempi. Hartsihappoja oli enemmän puun tyvessä kuin latvaosassa. Kuoren rasva- ja hartsihappopitoisuudet olivat etelässä korkeammat kuin pohjoisessa.

Koivulla uuteaineita oli eniten kuoressa, 6–16 pro­sent­tia, oksissa kaksi prosenttia, ja runkopuussa vain yksi prosentti. Kuoren uuteainepitoisuudet olivat hieskoivulla korkeammat kuin rauduskoivulla. Koivun kuoressa esiintyy runsaasti sille valkoisen värin aiheuttavaa betulinolia.

Laaja tutkimusaineisto analysoitiin monipuolisesti

Tutkimusaineistona oli päätehakkuiden ja ensiharvennusten mäntyä sekä raudus- ja hieskoivua neljältä alueelta Pohjois-Lapista Etelä-Suomeen (kuva 1). Laajan otoksen ja tarkkojen alkuperätietojen avulla voitiin tarkastella alueiden kasvuolojen vaikutuksia. Kasvukauden pituus, valo- ja lämpöolot, sadanta ja haihdunta sekä kasvupaikan ravinne- ja kosteusolot vaikuttavat puun rakenteeseen ja puun kemialliseen koostumukseen.

Kuva 1. NORPYRO-tutkimuksen alueet, puulajit, metsiköt ja sahojen leimikot per alue (kasvukauden tehollinen lämpösumma suluissa, yksikkönä dd eli "astepäivä").
Tutkimuksessa mukana olevat sahat.
I Lappi pohjoinen (700-800 dd)
II Lappi eteläinen (800-950 dd)
III Väli-Suomi (1000-1200 dd)
IV Etelä-Suomi (1200-1300 dd)

Koerunkojen tyvi-, keski- ja latva­pölkkyjä käsiteltiin erikseen. Ne kuorittiin, haketettiin ja kuori otettiin talteen. Näytteet kerättiin myös oksista ja vihermassasta. Sahanhaketta ja -purua kerättiin mäntysahoilta pohjoisesta etelään siten, että tiedettiin sahattujen tukkien alkuperä (leimikko).

Metlan vastuualueella näytteille tehtiin kattavat biomateriaalin fysikaalisten, erityisesti kasvuun liittyvien ominaisuuksien mittaukset (vuosilustot, kevät- ja kesäpuu, sydän- ja pintapuu, tiheys).

Monipuoliset kemialliset analyysit tehtiin yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston kanssa. Päähuomio oli kemian teollisuuden raaka-aineiksi mahdollisesti sopivissa uute­ai­neis­sa (fenoliset yhdisteet, terpeenit ja terpenoidit, rasvahapot, rasvat ja vahat; myös liukoiset sokerit). Näytteille tehtiin myös alku­aine­ana­lyysit muun muassa energia-kemia-valmistusketjujen saanto­ana­lyysejä sekä hyöty- ja haitta-ainetarkasteluja varten. Muutamille näyte-erille tehtiin paineistetut kuumavesiuuttoajot pilot-mitta­kaa­vassa PHWE-reaktorilla.

Itä-Suomen yliopiston osuudessa tehtiin kuivatislaus- eli pyrolyysikokeet suurelle joukolle näyte-eriä sekä kemiallinen karakterisointi näistä kokeista ja Metlan kuumavesiuuttoajoista saaduille nesteille ja kiintoaineille. Lisäksi tehtiin bioaktiivisuuden ja muiden tehovaikutusten tutkimuksia nesteistä erotetuille yhdisteille. Projektissa mukana olevat yritykset pääsivät testaamaan puuperäisten yhdisteiden käyttökelpoisuutta omissa tuotteissaan.

Puubiomassan sisältämien yhdisteryhmien erottaminen ja edelleen jalostaminen paineistetulla kuumavesiuutolla. Kuva: Metla/Hannu Ilvesniemi. Klikkaa kuva suuremmaksi.

Lisätuloja raaka-aineista sekä uusia tuotteita ja markkinoit

Termiset hienokemikaalit saadaan erilaisten kuivatislaus- ja kuumavesiuuttoprosessien avulla. Potentiaaliset käyttökohteet ovat ensisijaisesti tehoaineina esimerkiksi maali-, liima-, puunsuojaus- ja pesuaineteollisuudessa sekä osin elintarvike- ja kosmetiikka-alalla. Monia muitakin sovellusmahdollisuuksia voi löytyä. Niitä on myös löydetty muissa projekteissa.

Projektissa käsiteltyjen tuotemahdollisuuksien kautta puunhankkijat ja sahat voivat lisätä tulojaan raaka-ainetoimituksilla uusiin arvoketjuihin ja uusille asiakkaille. Puutuote- ja bioenergiayritykset voivat saada uusia sivutuotemarkkinoita, puunmyyjät arvonlisää ja mahdollisesti vaihtoehtoja myytävälle puulle. Arvoketjujen lopputuotteita voivat olla polttonesteiden lisäksi erikoiskemikaalit sekä tehoaineet, joilla parannetaan teknokemian sekä elintarvike- ja kosmetiikkateollisuuden tuotteiden laatua ja mahdollisesti valmistusprosessien hallittavuutta tai kustannustehokkuutta. Monet yritykset etsivät biopohjaisia raaka-aineita tuotteisiinsa fossiilisiin tai synteettisiin raaka-aineisiin perustuvien raaka-aineiden sijasta.

Lisätietoja

< Takaisin etusivulle