LUT Kemiassa työskentelevän tekniikan tohtorin, dosentti Tuomo Sainion tutkimuksen aihepiiri on kromatografisen erotuksen soveltaminen bioetanolin valmistukseen puusta.
− Bioetanoli on kasvien sokereista valmistettavaa polttoainetta. Sokerit voivat olla peräisin esimerkiksi sokeriruo’osta, sokerijuurikkaasta, maissista, vehnästä tai ohrasta, luettelee Sainio ja jatkaa, että biopolttoaineen valmistus ei saisi kilpailla ruuan tuotannon kanssa.
− Eettinen ongelma on, kuuluvatko sokerit nälkäisen lapsen lautaselle vai auton tankkiin. Maissin ja viljan hintojen voimakas nousu biopolttoaineiden valmistuksen takia on jo nähty.
Lappeenrannassa tutkitaan puun soveltuvuutta biopolttoaineen valmistukseen. Puu koostuu pääasiassa selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä. Selluloosa ja hemiselluloosa muodostuvat yhteen liittyneistä sokerimolekyyleistä, ja ne voidaan pilkkoa sokereiksi ja fermentoida bioetanoliksi. Tällä tavoin tuotettu biopolttoaine ei kilpaile ruoan tuotannon kanssa – ellei pettuleipää lasketa.
Kolme palikkaa
LUT Kemiassa on tutkittu bioetanolin valmistusta kolmisen vuotta. Parhaillaan on menossa kaksi suurta hanketta, joissa tutkitaan kromatografisen erotuksen soveltamista bioetanolin valmistukseen. Toinen on Suomen Akatemian rahoittama hanke, jossa yhteistyökumppaneina ovat VTT ja Jyväskylän yliopisto.
Toista hanketta rahoittaa Tekes, ja siinä yhteistyötä tehdään suomalaisen metsäteollisuuden, TKK:n ja Jyväskylän yliopiston kanssa. Tekes-hankkeessa on mukana myös muita LUT Kemian tutkimusryhmiä sekä suomalainen erotusmateriaaleja valmistava yritys.
Sainion mukaan bioetanolin valmistusprosessi voidaan jakaa kolmeen palikkaan: Jyväskylän yliopistossa on erikoistuttu puun kemiaan, Lappeenrannassa erotustekniikkaan ja VTT:llä fermentointiin.
Jyväskylän laboratorio tekee puun happokäsittelyn eli hydrolyysin, jossa puun rakenne pilkotaan niin, että saadaan yksittäisiä sokerimolekyylejä. Prosessissa syntyy sokereiden lisäksi yhdisteitä, jotka haittaavat fermentointia. Jyväskylästä liuos toimitetaan Lappeenrantaan hapon ja sokerin erotukseen. Seuraavaksi liuos kuljetetaan VTT:lle, jossa liuoksesta saadaan fermentoimalla biopolttoainetta.
− Me siis keskitymme erotusvaiheiden tutkimiseen ja kehittämiseen. Erotusvaiheita on kahdenlaisia; sokeri ja happo erotetaan toisistaan ja happo kierrätetään takaisin hydrolyysiin. Toinen erotusvaihe käsittää fermentointia haittaavien myrkyllisten yhdisteiden poistamiseen liuoksesta.
− Käyttämämme erotusmenetelmä on nimeltään kromatografia. Putkessa eli erotuskolonnissa on polymeeripalloista koostuvaa erotusmateriaalia. Molekyylit tarttuvat erotusmateriaaliin joko heikosti tai voimakkaasti. Voimakkaasti erotusmateriaaliin tarttuneet sokerimolekyylit kulkevat putken läpi hitaasti, ja näin sokeri saadaan erotettua haposta, joka ei tartu polymeeriin.
Mikään tieteenala ei ratkaise ongelmia yksin
Laboratorioissa tutkimustyötä tehdään pienessä mittakaavassa, ja jokainen laboratorio hoitaa oman palikkansa. Teollisuudessa kaikki palikat ovat saman katon alla, ja mittakaavakin on aivan toinen, monituhatkertainen. Bioetanolituotantolaitoksen laitteistot pystyvät käsittelemään valtavia tonnimääriä.
− Nyt sellutehtaissa poltetaan energiaksi kaikki se, mitä ei saada kuiduksi. Jatkossa bioetanolitehdas voisi sijaita sellutehtaan yhteydessä, ja ylijäävä materiaali jalostettaisiin biopolttoaineeksi.
Sainio korostaa, että biopolttoaineen laajamittainen valmistus on uusi asia, jonka kanssa ihmiskunta on tekemässä suuria ratkaisuja.
− Mikään tieteenala ei yksin pysty ratkaisemaan maailman ongelmia, vaan yhteistyöhön tarvitaan monia eri tieteenaloja, joista jokainen vastaa omasta osastaan. Me pyrimme hoitamaan oman palikkamme mahdollisimman hyvään kuntoon. Kehitämme erotusprosessista niin tehokkaan, ympäristöystävällisen ja taloudellisen kuin mahdollista. Me olemme keskittyneet siihen missä olemme hyviä eli erotustekniikkaan.
Teksti ja kuva: Anna-Liisa Pirhonen