V?it?s: 11.1.2019 Uusi selluloosanvalmistukseen integroitu menetelm? biotuotteiden valmistukseen (Ghalibaf)

Vastav?itt?j? FT, erikoistutkija Hanna Br?nnstr?m (Luke) ja kustoksena professori Raimo Alén (Jyv?skyl?n yliopisto). V?it?stilaisuuden kieli on englanti.

Perinteiseen pyrolyysiin pohjautuva energiarikkaan bio?ljyn suora valmistus on haasteellista eik? se nykyisin ole taloudellisesti houkutteleva vaihtoehto. Biomassan hiilihydraattien kuumavesiuutolla tapahtuva osittainen poisto ennen pyrolyysi? tarjoaa menetelm?n bio?ljyn koostumuksen r??t?l?intiin, Maryam Ghalibaf totesi v?it?stutkimuksessaan.

Viime vuosikymmenien aikana tarve valmistaa puumateriaaleista ja muista uudistuvista biomateriaaleista lis?arvollisia kemikaaleja, energiaa sek? muita biotuotteita on kasvanut. Suomessa mets?pohjaista raaka-ainetta n?ytt?isi olevan saatavilla runsaasti, koska teollisuus k?ytt?? vuosittain 53 miljoonaa kuutiota puuta kasvun ollessa hieman yli 100 miljoonaa kuutiota. Lis?ksi mets?teollisuudessa syntyy erilaisissa prosesseissa huomattava m??r? erityyppisi? sivuvirtoja.

Nopea pyrolyysi muodostaa yhden merkitt?v?n konversiotekniikan pyritt?ess? hy?dynt?m??n entist? tehokkaammin uudistuvia raaka-aineita. Menetelm?n avulla biomateriaali hajotetaan kontrolloidusti l?hes hapettomissa olosuhteissa ja korotetussa l?mp?tilassa kaasuiksi ja kiinte?ksi j??nn?kseksi sek? nestem?iseksi tuotteeksi, joka tunnetaan yleisesti pyrolyysi?ljyn? tai bio?ljyn?. ?ljy voidaan hy?dynt?? polttoaineena, mutta se soveltuu my?s l?ht?aineeksi valmistettaessa tiettyj? kemikaaleja.

Pyrolyysiss? muodostuu kuitenkin my?s hiilihydraattipohjaisia yhdisteit?, joilla happipitoisuuksiensa takia on alhainen l?mp?sis?lt?. T?m?n takia perinteiseen pyrolyysiin pohjautuva energiarikkaan bio?ljyn suora valmistus on haasteellista, eik? nykyisin ole taloudellisesti houkutteleva vaihtoehto. Pyritt?ess? v?hent?m??n kyseisi? haittatekij?it? biomassan hiilihydraattien kuumavesiuutolla tapahtuva osittainen poisto ennen pyrolyysi? tarjoaa menetelm?n bio?ljyn koostumuksen r??t?l?intiin.

Maryam Ghalibaf soveltaa v?it?skirjassaan analyyttist? pyrolyysi? kuuseen, koivuun, okraan ja isonorsunhein??n pohjautuville raaka-aineille, joita muodostuu erilaisissa olosuhteissa kuumavesiuuton ja sit? seuraavan alkalisen selluloosakeiton muodostamassa biojalostuskonseptissa. Jokaisessa tapauksessa nesteytyv?t pyrolyysituotteet luokiteltiin useisiin tyypillisiin alifaattisia ja aromaattisia yhdisteit? sis?lt?viin jakeisiin. Kyseisell? l?hestymistavalla ei ole pelk?st??n k?yt?nn?n merkityst? selvitett?ess? mahdollisuuksia valmistaa lis?arvollisia biotuotteita, vaan se my?s tarjoaa nopean keinon lignosellulloosamateriaalien kemialliseen karakterisointiin.

Maryam Ghalibaf suoritti maisterintutkinnon orgaanisen kemian alalta vuonna 2008 Iranissa, Teheranin Shahid Beheshti –yliopistossa. H?n suoritti tohtorinopintonsa soveltavan kemian alalla vuosina 2013-2018 Jyv?skyl?n yliopistossa, jona aikana teki nelj?n kuukauden tutkimusvierailun Groningenin yliopistoon Alankomaissa.

Lis?tietoja:

Maryam Ghalibaf, maryam.m.ghalibaf@www.beijingaz.com, +358440100922
Viestint?p??llikk? Liisa Harjula, puh. 040?805 4403, viestinta@www.beijingaz.com

V?it?skirja on julkaistu sarjassa: Department of Chemistry, University of Jyv?skyl?, Research Report No. 212, ISSN 0357-346X, ISBN 978-951-39-7595-1. Jyv?skyl?: University of Jyv?skyl?, 2019, 106 p.

Abstract:

Wood and non-wood differ with respect to their anatomical, physical, and chemical properties, even among their species, resulting in different behaviors during thermal conversion. Hence, understanding the degradation of these feedstocks by pyrolysis is attractive to establish biorefinery possibilities for renewable resources. Additionally, biomass pretreatment technology plays an important role in many biorefinery processes. Therefore, an approach that integrates such pretreatment with pyrolysis offers an attractive, novel method for improving the end-product spectrum (e.g., enriched either with aliphatic or aromatic constituents). Furthermore, a rapid analytical method for biomass feedstocks characterization was preliminarily developed through their pyrolysis product profiles for detecting chemical changes that were taking place in these feedstocks during different chemical treatments.

In the primary stage of this research, the effect of pyrolysis conditions on the pyrolysis products of differently-treated feedstocks, from hot-water extraction (“autohydrolysis”) and soda-anthraquinone (AQ) delignification was investigated. The further aim was to clarify the difference in the pyrolysis products of wood materials, including hardwood and softwood, with non-wood materials as well as the pretreatment impact on these feedstocks. Hence, the thermochemical behavior of woody silver birch (Betula pendula) and Norway spruce (Picea abies) sawdust, and non-woody okra (Abelmoschus esculentus) and miscanthus (Miscanthus x giganteus) stalks,? both untreated and after various chemical treatments (hot-water extraction, delignification, and hot-water extraction followed by delignification), was investigated by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS). The formation of the pyrolysis products from feedstock samples with varying mass portions of the structural constituents (cellulose, hemicelluloses, and lignin) were determined at 500 oC and 700 oC at hold times of 5 s and 20 s. In all cases, major GC-amenable condensable products were measured semi-quantitatively and classified into several product groups. Additionally, the formation of pyrolysis products was found to be characteristically dependent on feedstock composition and pyrolysis conditions.

In the final stage of research, the main aim was to achieve a better understanding of the studies on lignocellulosic with respect to their main carbohydrate constituents (cellulose and hemicelluloses, including glucomannan and xylan) by the same instrument under the same pyrolysis conditions. Among the product groups, the primary ones, including lactone, furan, and cyclopentenone derivatives, accounted for 72-85 % (from cellulose), 86-90 % (from glucomannan), and 76-81 % (from xylan) of the total amount of pyrolysis products determined.

?