Kohti kestävää ja tehokasta biopolttoaineiden tuotantoa. Pervaporaatio tuotteiden erotuksessa ja puhdistuksessa

Huoli ympäristöstä ja rajallisista öjyvarannoista sekä uusiutuvaa energiaa tukeva lainsäädäntö ovat merkittävästi lisänneet biomassapohjaisten polttoaineiden ja kemikaalien valmistusta ja käyttöä. Väitöstutkimuksen tavoitteena on edistää biomassapohjaisten yhdisteiden tehokasta ja kestävää tuotantoa. Työssä tutkitaan erityisesti bioetanolin ja biobutanolin tuottamista hiivojen tai bakteerien käymisreaktion avulla. Näitä kemikaaleja voidaan hyödyntää liikennepolttoaineina sekä liuottimina ja lähtöaineina useiden muiden kemikaalien valmistuksessa.

Väitöstyö esittelee tuotantoprosessien eri vaiheet sekä osoittaa tuotantoon liittyviä keskeisiä haasteita ja kehitystarpeita. Käymisteitse eli fermentoimalla valmistettavien biopolttoaineiden pitoisuudet ovat alhaisia ja tuotteiden erottaminen tislaamalla kuluttaa paljon energiaa. Tuotannon energiankulutusta ja kustannuksia voidaan vähentää esimerkiksi tehokkaampien erotusmenetelmien avulla. Kalvoerotustekniikoihin kuuluvan pervaporaation avulla voidaan erotuskalvon ominaisuuksista riippuen erottaa joko vettä tai liuottimia nesteseoksesta.

Väitöstyössä tutkittiin kokeellisesti butanolin, etanolin ja asetonin erottamista ja puhdistamista laimeista vesiliuoksista polymeeripohjaisen kalvon ja pervaporaatiotekniikan avulla. Lisäksi tutkittiin bioetanolin esipuhdistusta poistamalla haitallisia komponentteja aktiivihiilisuodatuksen avulla ennen pervaporaatiota. Tämän jälkeen bioetanolista poistettiin vettä polyvinyylialkoholista valmistetun kalvon avulla bioetanolin pitoisuuden lisäämiseksi polttoainekäyttöön sopivaksi.

Tutkimuksessa korostetaan, että tuotantoprosessien tehokkuuden (korkea saanto, alhaiset materiaali- ja energiakustannukset) lisäksi on tärkeää, että tuotanto on kestävää eli siitä aiheutuvat sosiaaliset, taloudelliset ja ympäristölliset haitat ovat mahdollisimman pienet. Väitöstutkimuksessa esitetään eräs tapa verrata biobutanolin valmistuksen eri raaka-aineiden kestävyyttä valittujen indikaattoreiden avulla. Tulokset osoittavat, että teollisuuden ja maatalouden sivutuotteiden käyttäminen raaka-aineena on kestävin vaihtoehto. Lisäksi tuotannon yhdistäminen jo olemassa olevan tuotantolaitoksen (Suomessa esimerkiksi paperitehdas) kanssa ns. biojalostamokonseptiksi on suotavaa.

Väitöstyön tulokset osoittavat, että pervaporaatiotekniikkaa voidaan käyttää erotusmenetelmänä biopolttoaineiden valmistuksessa. Tutkimuksesta saatu tieto edistää biomassapohjaisten polttoaineiden ja kemikaalien tehokasta ja kestävää tuotantoa ja kehitystä kohti teollisen mittakaavan tuotantoprosesseja.