0 tulosta 0 yhteensä tuloksesta ""

03/03/2023

Reading time: 4min

LT

Lidia Testova-Färlin

Voiko kestävä ligniini mullistaa biotalouden?

biotalous kestävä kehitys

Ligniini on maailman toiseksi yleisin luonnossa esiintyvä polymeeri ja luonnon itsensä suunnittelema aine, joka pitää kasvisolukon koossa ja suojaa sitä vaurioilta ja lahoamiselta. Ligniiniä esiintyy merkittäviä määriä erityisesti puubiomassassa, jota bioteollisuus käyttää kemikaalien, materiaalien ja biopolttoaineiden raaka-aineena. Mikä tärkeintä, nämä tuotteet eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa.

Ligniini on epäsäännöllinen ja monimutkainen amorfinen polyfenoli, jonka hiilipitoisuus on korkea. Ligniinin fysiokemialliset ominaisuudet liittyvät erityisesti sen rooliin kasvisolukossa: se on vettä hylkivää ja palamista hidastavaa, sillä on antibakteerisia ja bakteereja tuhoavia ja hapettumista ehkäiseviä ominaisuuksia ja se absorboi auringon UV-säteilyä.

Paljon muutakin kuin jätettä

Biomassan kemiallisella käsittelylläselluloosa ja joskus myös hemiselluloosat eristetään ja ne muunnetaan tuotteiksi, kun taas ligniini erotetaan tyypillisesti prosessin sivuvirraksi keittoliuokseen liuenneena tai tai päätyy kiinteäksi tähteeksi hydrolyysin jälkeen.

Kautta historian ligniinillä on ollut huono maine johtuen sen rakenteellisesta monimutkaisuudesta, käsittelynkestävyydestä, erityisen ruskeasta väristä ja Kraft-ligniinin tapauksessa sen sisältämien rikkiyhdisteiden aiheuttamasta voimakkaasta hajusta.

Onneksi tulevaisuus näyttää valoisammalta.

Käsitys ligniinistä on muuttumassa

Ilmastotoimet, fossiilisten energia- ja raaka-ainelähteiden niukkuus sekä maailmanpoliittinen tilanne edellyttävät nopeaa muutosta ja uusien ratkaisujen kehittämistä uusiutumattomien luonnonvarojen käytön vähentämiseksi.

Biomassa on perinteinen mutta samalla uusi uusiutuva raaka-aine- ja energialähde, jonka loputtomat käyttömahdollisuudet ovat yllättäneet tutkijat kerta toisensa jälkeen. Jotta voimme pitkällä aikavälillä säilyttää biologisen monimuotoisuuden ja hyödyntää biomassaa parhaalla mahdollisella tavalla, meidän on kuitenkin toimittava älykkäästi, kekseliäästi ja avarakatseisesti. Tässä ligniini astuu kuvaan.

Koska ligniiniä on runsaasti biomassassa ja koska valtava määrä biomassaa käsitellään kemiallisesti selluloosan ja ligniinin erottamiseksi erillisiksi fraktioiksi, tuotettavan ligniinin määrä on huomattava. Kaikki tämä ligniini on mahdollista jalostaa erilaisiksi tuotteiksi. Vielä merkittävämpää on, että raaka-aineeksi soveltuvan ligniinin saatavuus kasvaa vähitellen eristystekniikoiden ja niiden taloudellisuuden parantuessa.

Erityisen ilahduttavaa on, että yliopistotutkijoiden tutkimustyön lisäksi niin pienet start-up-yritykset kuin suuret teolliset toimijat ovat alkaneet ottaa ligniinin huomioon tuotannossaan, ja tulevaisuus näyttää erittäin lupaavalta.

Makromolekyylistä tuotteiksi

Ligniinin hyödyntämiseen on olemassa useita yleisiä lähestymistapoja sen mukaan, kuinka paljon molekyyliä prosessoidaan; ligniiniä voidaan käyttää makromolekyylinä tai vaihtoehtoisesti se voidaan depolymeroida tai pilkkoa pieniksi molekyyleiksi.

Ligniinin luontaisia ominaisuuksia voidaan hyödyntää parhaiten käyttämällä sitä makromolekyylinä. Makromolekyyliä voidaan myös hiiltää erilaisten teknisten hiilten ja hiiliyhdisteiden tuottamiseksi.

Kemiallisella ja entsymaattisella depolymeroinnilla voidaan pienentää makromolekyylin kokoa tai tuottaa monomeeriyksiköitä, joita voidaan käyttää sellaisenaan tai muuntaa peruskemikaaleiksi. Ligniinin erinomaisen kemiallisen kestävyyden vuoksi sen depolymerointi on haastavaa.

Lisäksi ligniiniä voidaan hajottaa termokemiallisilla käsittelyillä, joita ovat mm. poltto kaasutus ja pyrolyysi. Näiden prosessien avulla voidaan tuottaa energiaa, biopolttoaineita ja peruskemikaaleja.

Ligniini luo uutta liiketoimintaa ruoasta akkuihin

Ligniinistä on mahdollista valmistaa bulkkituotteiden lisäksi myös erikoistuotteita, joilla on tarkat ominaisuudet ja korkea suorituskyky.

Vaikka energiasovellukset ovat edelleen ajankohtaisia, ne tuovat vain vähän lisäarvoa tälle ainutlaatuiselle ja monikäyttöiselle biopolymeerille.

Toisaalta ligniini voidaan muuttaa tuotteiksi, joista saatava taloudellinen tuotto on erittäin korkea. Kiehtovimpia mahdollisia korkean teknologian sovelluksia ovat esimerkiksi rakenteelliset ja ei-rakenteelliset hiilikuidut, anturit ja akkujen anodimateriaalit, jotka kaikki on mahdollista tuottaa hiiltämällä ja jatkojalostamalla ligniiniä. Tällaisten sovellusten kannattavuus kasvaa nopeasti.

Muita kiinnostavia tuotesegmenttejä ovat kosmetiikka, lääkkeet ja elintarvikkeet. Haluaisitko käyttää ligniinipohjaista aurinkovoidetta tai vanilliinia? Itse asiassa syömässäsi jogurtissa on saattanut olla ligniinipohjaista vanilliinia jo jonkin aikaa.

Myös ligniinin käyttö lisäaineena on erittäin mielenkiintoista. Tällaisissa käyttökohteissa ligniini korvaa osittain tai kokonaan fossiilipohjaisia komponentteja esimerkiksi fenolihartseissa, polyuretaanivaahdoissa, maaleissa, kestomuoveissa ja bitumissa. Monissa käyttökohteissa siirtyminen kokonaan ligniinipohjaiseen tuotteeseen laadusta ja suorituskyvystä tinkimättä on haastavaa.

Käyttökohteesta riippumatta biotalouden tärkeimmät menestymisen edellytykset ovat raaka-ainelähteen ja käsittelyvaiheiden kestävyys sekä kaupallinen kannattavuus. On täysin mahdollista, että ligniinistä tulee biotalousyhteiskunnan täysjäsen.

Me Swecolla autamme sekä pieniä että suuria yrityksiä toteuttamaan bioprosesseja konseptitasolta tuotannon käynnistykseen ja tuotantoon asti sekä pilotlaitoksesta kaupalliseen mittakaavaan.


Lidia Testova-Färlin, prosessiasiantuntija, lidia.testova@sweco.fi