Suberiinirasvahappojen talteenottomenetelmät koivun tuohesta ja prosessin scale-up

Abstract

Suberiini on luonnossa esiintyvä monimutkainen polyesteri, jonka tarkkaa kemiallista rakennetta ei vielä täysin tunneta. Tämä vettä hylkivä makromolekyyli koostuu monista eri rasvahapoista, joista tärkein on 9,10-epoksi-18-hydroksioktadekaanihappo. Suberiinia esiintyy tyypillisesti kasvien peridermeissä, eli ulkokuoren ja sisäkuoren välikerroksessa, kuten puiden kaarnassa ja juurimukuloiden kuoressa. On tutkittu, että suberiinia esiintyy jopa 40—50 % rauduskoivun tuohen kuivamassasta. Eräässä suomalaisessa sellutehtaassa sivuvirtana muodostuu vuodessa jopa 950 tonnia koivun kuorta, joka käytetään nyt energiantuotannossa polttamalla. Tämä kuorijäämä voitaisiin polttamisen sijaan jalostaa arvokkaammiksi yhdisteiksi, kuten suberiinirasvahapoiksi. Suberiinirasvahapoilla on tutkittu olevan lukuisia käyttökohteita muovi- ja lääketeollisuudessa, kosmetiikassa ja ravintolisissä. Lisäksi suberiinimonomeereja voidaan käyttää maaliteollisuudessa dispergointiaineena sekä erilaisina pinnotteina.

Maailman siirtyessä kohti hiilineutraalia kiertotaloutta pyritään materiaalitehokkaisiin ratkaisuihin. Luonnonvarakeskus on tutkinut suberiinia ja sen käyttökohteita mm. kyllästeenä ja elintarvikepakkausten pinnoitteena. Tämä työ tehtiin Luonnonvarakeskukselle, ja työhön kuuluu kirjallisuusselvitys suberiinin kemiallisesta rakenteesta ja tämänhetkisistä käyttökohteista sekä lähteistä luonnossa. Lisäksi työssä käytiin läpi suberiinin tyypillisimmät erotustavat kasvisolukosta ja vertaillaan niitä keskenään. Vertailussa huomioidaan tuotteen saanto ja puhtaus, epoksiryhmien säilyvyys sekä kustannukset. Tuloksena valitaan optimaalisin suberiinin talteenottomenetelmä, josta tehdään tarkempi prosessisuunnittelu ja sen soveltuvuudesta teolliseen mittakaavaan tehdään toteutettavuustarkastelu.

Suberiinin optimaalisimmaksi talteenottoprosessiksi valittiin alkalihydrolyysi käyttäen liuottimessa myös alkoholia. Prosessista piirrettiin virtauskaavio, laskettiin massa- ja energiataseet sekä määritettiin tarvittava prosessilaitteisto. Lisäksi työssä arvioitiin menetelmän investointi- ja käyttökustannukset ja laskettiin näiden tietojen avulla tehdasinvestoinnin kannattavuusarvio. Arvio suberiinirasvahappojen talteenottoprosessin kannattavuudesta osoitti, että koivun kuoren alkalihydrolyysimenetelmällä olisi mahdollista saada tuottoa karkeasti arvioituna jopa 1,4 miljoonaa euroa vuodessa.

Kansan Sivistysrahasto on tukenut opinnäytetyötä apurahalla.