Puupohjaisesta bioöljystä liikenteen polttoaineeksi

Kimmo Salvén - 4.4.2014 - 10:55:57

Puusta jalostettava bioöljy on osoittautumassa lupaavaksi biopolttoaineeksi. Se on varteenotettava polttoaine vähähiilisyyden sekä muita polttoaineita pienempien rikin ja typen oksidipäästöjen ansiosta. Bioöljyjen jatkojalostukseen liittyy kuitenkin edelleen haasteita, joiden ratkaisu edellyttää bioöljyjen kemiallisen koostumuksen tarkkaa tuntemista. Korkean erotuskyvyn massaspektrometria on uusien tutkimustulosten mukaan osoittautunut erittäin käyttökelpoiseksi kemiallisen koostumuksen analysointimenetelmäksi. Tutkimus on Suomen Akatemian rahoittama.

Bioöljyn hankalat ominaisuudet, kuten korkea happamuus ja korkea vesipitoisuus, rajoittavat tällä hetkellä sen laajamittaista käyttöä polttoaineena tai kemian teollisuuden raaka-aineena. Bioöljyn kemiallinen koostumus tunnetaan ylipäätään melko huonosti, ja vain pieni osa sen kemiallisista komponenteista on tähän mennessä tunnistettu.

– Kemiallisen koostumuksen tarkka tunteminen edistäisi bioöljyjen jatkojalostamista erilaisiksi korkeamman jalostusasteen lopputuotteiksi. Perinteisessä öljynjalostuksessa käytetyt analyysimenetelmät eivät toimi kemiallisesti täysin erilaisten bioöljyjen analysoinnissa, joten uusia menetelmiä tarvitaan, kertoo tutkimushankkeen johtaja, professori Janne Jänis Itä-Suomen yliopiston kemian laitokselta.

Bioöljyä valmistetaan pyrolyysin avulla. Menetelmässä biomassaa kuumennetaan hapettomissa olosuhteissa korkeaan lämpötilaan, jolloin muodostuu bioöljyä. Itä-Suomen yliopistossa on tutkittu muun muassa männystä, koivusta ja pajusta tuotettuja bioöljyjä.

– Pyrolyysillä tuotetut öljyt ovat kemiallisesti monimutkaisia. Raaka-aineeksi valittu puu sekä pyrolyysin lämpötila ja prosessiin käytetty aika vaikuttavat merkittävästi öljyn kemialliseen koostumukseen.

Koivun tuohesta tulevaisuuden lääkeaineiksi

– Korkean erotuskyvyn Fourier-muunnos-ionisyklotroniresonanssi (FT-ICR) -massaspektrometria on osoittautunut erittäin käyttökelpoiseksi puun uuteaineiden, kuten rasva- ja hartsihappojen sekä erilaisten sokeriyhdisteiden ja ligniinin hajoamistuotteiden tunnistamisessa. Perinteisemmillä menetelmillä näiden yhdisteiden tunnistaminen on hyvin vaikeaa. Esimerkiksi koivun kuoren eli tuohen ja pintapuun uuteaineilla voi olla käyttöä muun muassa teknokemian raaka-aineina, lääkeaineina sekä kosmetiikkateollisuudessa, Jänis toteaa.

Bioöljystä kilpailija fossiilisille polttoaineille

Professori Jäniksen mukaan pyrolyysiöljyjä voidaan tulevaisuudessa jatkojalostaa kemiallista reaktiota nopeuttavien aineiden eli katalyyttien avulla. Sopivien katalyyttien löytäminen ja prosessiolosuhteiden ja teknologioiden kehittäminen on mahdollista vain, jos bioöljyjen kemiallinen koostumus on tiedossa.

– Korkean erotuskyvyn massaspektrometria voi tuottaa nopeasti tietoa pyrolyysiöljyjen tuhansista eri komponenteista ja niiden muutoksista mahdollisissa jatkokäsittelyissä.

Tulevaisuudessa pyrolyysiöljyt kilpailevat energiamarkkinoilla erityisesti raskaan ja kevyen polttoöljyn kanssa.

– Pyrolyysiöljyissä saattaa olla pieniä määriä esimerkiksi polyaromaattisia hiilivetyjä (PAH-yhdisteitä), joiden määrät ja kemiallinen rakenne täytyy tuntea pyrolyysiöljyjen jatkojalostusta ja -käyttöä suunniteltaessa, Jänis toteaa.

Yksi menetelmä on harvoin riittävä bioöljyjen kaltaisten, erittäin monimutkaisten seosten kokonaisvaltaisessa analysoinnissa.  Professori Jäniksen johtama tutkijaryhmä testaa myös ioniliikkuvuusspektrometrian ja kaksi-dimensionaalisen kaasukromatografian käyttöä bioöljyjen koostumuksen selvittämisessä.

– Nämä menetelmät yhdistettynä korkean erotuskyvyn massaspektrometriaan tuottanevat erittäin kattavan kuvan bioöljyjen kemiallisesta koostumuksesta.