Lignoselluloosapohjaisen biomassan bifunktionaalinen esikäsittely pelkistyneiksi sokereiksi ionisissa liuottimissa ja mekaanis-katalyyttisessä happokäsittelyssä

Saha- ja selluteollisuudessa muodostuu suuria määriä hyödynnettävissä olevia lignoselluloosapohjaisia jätebiomassoja, joita voitaisiin käyttää esimerkiksi liikenteen biopolttonesteiden ja -kemikaalien valmistuksessa korvaamaan fossiilisia raaka-aineita. Väitöstutkimuksessa on selvitetty sellutehtaan kuitulietteen ja sahateollisuuden purun katalyyttistä käsittelyä ja hyödyntämistä, mikä mahdollistaisi biotalouden hengen mukaisesti uusia ratkaisuja kemikaalien ja materiaalien kestävään tuotantoon. Nykyisin nämä biomassat hyödynnetään pääosin energiantuotannossa.
Väitöstutkimuksessa on kehitetty uusia katalyyttisiä esikäsittelymenetelmiä biomassan (kuituliete ja mäntypuru) hyödyntämiseksi parantamalla liukoisuutta ja haluttujen lopputuotteiden saantoa ja siten edistämällä käsittelyprosessin materiaalitehokkuutta vihreän kemian periaatteiden mukaisesti. Esikäsittelyssä yhdistyy lignoselluloosapohjaisen biomassan perinteinen esikäsittely (hajotus) ja polysakkaridien sokeroituminen.
Väitöskirjatutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tuotettiin uutta tietoa mäntypurun ja kuitulietteen mekaanis-katalyyttisestä esikäsittelystä, joka on uusi menetelmä biomassan katalyyttisessä muokkauksessa. Menetelmässä yhdistetään kemiallinen (katalyyttinen) käsittely ja biomassan mekaaninen jauhatus. Väitöstutkimuksessa biomassaa käsiteltiin katalyytin avulla erilaisissa reaktio-olosuhteissa. Väitöstyön tulokset osoittavat, että puru ja kuituliete sisältävät huomattavia määriä hyvälaatuista kuitumateriaalia, selluloosaa ja hemiselluloosaa, jotka voitaisiin vielä tehokkaammin hyödyntää. Edellä mainitut mekaanis-katalyyttiset reaktiot tapahtuvat ilman ulkoista lämmitystä hyödyntäen jauhatuksen aikaansaamaa reaktiolämpöä. Jo miedoissa käsittelyolosuhteissa sokerisaanto on noin 30 massaprosenttia.
Tutkimuksen toisessa vaiheessa kuituliete muutettiin pelkistyneiksi sokereiksi käyttämällä ionista liuotinta, hydroksialkyyli-imidatsoliumvetysulfaattia. Lisäksi selvitettiin reaktio-olosuhteiden vaikutusta sokerisaantoon ja aineensiirtoon liuotin-biomassa -seoksessa. Ionisen liuottimen sisältämät anioniset ryhmät lisäsivät reaktioseoksen happamuutta ja siten mahdollistivat happamat olosuhteet samanaikaiselle hydrolyysille. Väitöstutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää mietittäessä sahanpurun ja kuitulietteen teollista hyödyntämistä.

Väitöskirja