Sign In

Luonnon omat liuottimet käyttöön puhtaan ligniinin valmistamiseen

15.9.2016

Sahanpurusta on nyt mahdollista erottaa ligniiniä eutektisilla liuottimilla tehokkaasti ja edullisesti. VTT kehitti liuottimia, joiden avulla 50 % puun ligniinistä saatiin eristettyä puhtaana ja säilyttäen luonnollisen kemiallisen muotonsa käsittelyn aikana. Eutektisten liuottimien avulla voi olla mahdollista valmistaa materiaaleja, joita hyödynnetään tulevaisuudessa metsä-, elintarvike-, lääke-, pakkaus- ja kaivosteollisuudessa.

Eutektisten liuottimien käyttö tarjoaa monipuolisen mahdollisuuden ligniinin hyödyntämiseen teollisissa sovelluksissa. VTT:n tutkimustyö tähtää öljypohjaisten kemikaalien korvaamiseen kustannustehokkailla vihreillä vaihtoehdoilla metsä-, lääke- ja kaivosteollisuuden sovelluksissa ja luo näin suomalaisille yrityksille kilpailuetua kansainvälisillä markkinoilla. 

Tutkimustyön keskeisimpiä tuloksia on ligniinin erottaminen sahanpurusta niin, että ligniinistä peräti 100 % säilyttää luonnollisen kemiallisen muotonsa. Perinteisissä prosesseissa ligniini muuntautuu kemiallisesti hankalammin hyödynnettävään muotoon, minkä takia sitä käytetään toistaiseksi lähinnä energian tuotannossa. Luonnonmukaisen rakenteensa säilyttäneen ligniinin oletetaan olevan reaktiivisempaa ja homogeenisempaa ja olevan siksi helpommin hyödynnettävissä eri sovelluksissa. Tutkimustulokset on julkaistu hiljattain Scientific Reports -lehdessä (Jaakko Hiltunen et al. Scientific Reports, 2016, 6, Article number: 32420; doi:10.1038/srep32420).

VTT:n tutkimukset avaavat myös uusia mahdollisuuksia hyödyntää entsyymejä fraktiointi- ja pilkkomisprosesseihin, sillä alustavien tulosten mukaan hiilihydraatteja pilkkovat entsyymit voivat säilyttää stabiiliutensa yllättävän hyvin tietyissä DES-liuottimissa, kun yleensä entsyymien stabiilisuus on ollut heikko biomassaa liuottavissa uusissa liuottimissa, kuten esimerkiksi ioninesteissä (ionic liquids), jotka ovat monilta ominaisuuksiltaan DES-liuottimien kaltaisia. Tutkimustulokset on julkaistu RSC Advances -lehdessä tänä vuonna (Ronny Wahlström et al. RSC Adv., 2016,6, 68100-68110; DOI: 10.1039/C6RA11719H).

Osa eutektisten liuottimien komponenteista on ravinnoksi kelpaavia. Komponenttien keskinäiset vuorovaikutukset mahdollistavat sellaisia kemiallisia reaktioita, joita on muuten mahdotonta toteuttaa perinteisillä kemiallisilla menetelmillä.

Eutektiset liuottimet valmistetaan yksinkertaisesti lämmittämällä ja sekoittamalla. Perinteisiin ionisiin liuottimiin verrattuna ne ovat suhteellisen edullisia. Niiden hyödynnettävyys teollisuuden prosesseissa ja kierrätettävyys on kuitenkin aina selvitettävä tapauskohtaisesti.

VTT tutki eutektisia liuottimia Tekesin rahoittamassa Öljytön kemia -ohjelmassa, joka päättyi keväällä 2016. Tulosten pohjalta eutektisia liuottimia voidaan mahdollisesti hyödyntää muun muassa biomassan fraktioinnissa, tiettyjen entsyymien stabiloinnissa sekä potentiaalisina uusina pinta-aktiivisina aineina.

Mikä on eutektinen liuotin?

Eutektinen liuotin on kahden tai useamman korkean sulamispisteen aineen seos, jonka sulamispiste on huomattavasti alempi kuin puhtailla lähtöaineilla. Tunnetuin esimerkki tästä on koliinikloridin (sp 302 °C) ja urean (sp 133 °C) seos (moolisuhteessa 1:2), jonka sp on 12 °C.

Eutektiset liuottimet edustavat uutta orgaanisten liuottimien sukupolvea ja niiden sovelluksia on vasta viime vuosien aikana ryhdytty tutkimaan laajemmin.