Ioninesteen kierrätys kuitulietteen käsittelyssä

Abstract

Tämä opinnäytetyö toteutettiin keväällä 2013. Toimeksiantajana oli Centria ammattikorkeakoulu. Työn aiheena oli ioninesteen kierrätys kuitulietteen esikäsittelyssä. Aihe on noussut kansainväliseen Forest Refine -projektiin liittyneen tutkimustyön pohjalta, jossa tutkittiin ioninesteiden vaikutusta kuitulietteeseen.

Biopolttoaineiden kehitys eri raaka-aineista ja uusia tekniikoita käyttäen on nykyisin ollut puheenaineena. Tarvetta biopolttoaineille liikennekäyttöön on, koska Suomella on korkea tavoite, 20 %:n lisäys vuoteen 2020 mennessä verrattuna vuoden 2005 liikenteessä käytettyyn biopolttoaineeseen.

Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet ovat pääsääntöisesti valmistettu ihmisravinnoksi kelpaavista raaka-aineista. Tämä suuntaus ei ole kestävän kehityksen kannalta järkevää. Tuotantomenetelmät ovat kuitenkin hyvin tunnettuja, joten tuotannon laatu on ollut taattu. Uusilla valmistusprosesseilla pystytään käyttämään raaka-aineena ruoaksi kelpaamatonta materiaalia ja erilaisia teollisuuden sivuvirtoja. Biomassan käyttö biopolttoaineiden valmistuksessa on ollut monen suomalaisen yrityksen tavoitteena. Lignoselluloosan käyttö raaka-aineena biopolttoaineiden tuotannossa on suuresti tutkittu ympäri maailmaa. Lignoselluloosa on rakenteeltaan monimutkainen, ja sen muokkaaminen fermentoitaviksi sokereiksi on haastavaa. Käytetyt hydrolyysimenetelmät ovat monesti kalliita ja niissä on teknisesti haastavia ominaisuuksia. Ioninesteet ovat yksi uusimmista lignoselluloosan esikäsittelyaineista, ja niiden ominaisuuksia tutkittu paljon muissa teknisissä sovelluksissa.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, kuinka monta kertaa voidaan samaa ioninestettä käyttää kuitulietteen esikäsittelyssä ja kuinka paljon saadaan kuitulietettä otettua talteen. Tulokseksi saatiin ioninesteen kierrätyksen kannattavan yhden kerran, koska kuitulietteen talteenottoaste putoaa jo ensimmäisellä uudelleen käyttökerralla hiukan alle 80 %:iin. Ensimmäisen talteenottokerran jälkeen noin 80 % ioninesteestä saatiin uudelleen käyttöön. Todellista vesipitoisuutta tässä määrässä ei tiedetä.

This thesis was made during the spring of 2013. It was commissioned by Centria University of Applied Sciences. The subject was recycling of ionic liquid in the pre-treatment process of fibre sludge. The topic is related to the research of the ionic liquid of re-treated fibre sludge, which was part of the national Forest Refine project.

One topic in Finnish climate policy has been to increase the consumption of biofuel. A need of biofuels exists, since Finland has a target of 20 % increase of the use of biofuel from the level of 2005 by 2020. New methods and suitable raw materials have to be discovered for the production of biofuels in order to reach these achievements.

The first generation biofuels were mainly produced using raw materials that were meant for human consumption. These processes were well known and yield of biofuel was high. However, this is not sensible in forms of sustainable development. The second-generation biofuels are made by using industry residues and biomass. In the past years, there have been some attempts to establish biofuel production in Finland. Processes were based to utilisation of biomass. Use of lignocellulose as a raw material of biofuel has been studied extensively all over the world. Its structure is very complex and it is very challenging to break lignocellulose structure to fermentable sugars. Used hydrolysis procedures are not cost-effective and they have characteristics that add technical problems to the process. Ionic liquids are new pre-treatment methods of lignocellulose. Ionic liquids have been studied in many technical applications because of their promising nature.

The purpose of the experiment part of this thesis was to determine how many times ionic liquid can be recycled and what was the yield of processed fibre sludge. Results indicated that the ionic liquid could be recycled one time with the yield of fibre sludge nearly 80 %. The amount of ionic liquid before second utilization was about 80 % from original. The water content of recycled ionic liquid was unknown.