Ultraäänen hyödyntäminen biomassan esikäsittelyssä
Virtala, Pinja (2023-05-10)
Virtala, Pinja
P. Virtala
10.05.2023
© 2023 Pinja Virtala. Ellei toisin mainita, uudelleenkäyttö on sallittu Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) -lisenssillä (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Uudelleenkäyttö on sallittua edellyttäen, että lähde mainitaan asianmukaisesti ja mahdolliset muutokset merkitään. Sellaisten osien käyttö tai jäljentäminen, jotka eivät ole tekijän tai tekijöiden omaisuutta, saattaa edellyttää lupaa suoraan asianomaisilta oikeudenhaltijoilta.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202305101622
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202305101622
Tiivistelmä
Biomassaa saadaan runsaasti maatalousjätteenä sekä metsä- ja elintarviketeollisuuden sivuvirtoina. Ilmastokriisin laajetessa biomassa tarjoaa uusiutuvan luonteensa ansiosta ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon fossiilisille raaka-aineille. Lignoselluloosapohjaisesta biomassasta voidaankin biojalostusprosessin avulla valmistaa muun muassa bioetanolia sekä useita korkean lisäarvon tuotteita.
Biojalostusprosessin kriittisin ja kallein vaihe on esikäsittely. Lignoselluloosapohjaisen biomassan rakenne on konversion kannalta haastava. Sen kolme pääkomponenttia, selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini muodostavat polysakkaridien ja ligniinin välisen kompleksin, jonka rakennetta halutaan esikäsittelyn avulla hajottaa, mikä mahdollistaa komponenttien erottamisen. Esikäsittelyssä hyödynnetään erilaisia biologisia, fysikaalisia, kemiallisia tai fysikaalis-kemiallisia menetelmiä. Ultraääni on fysikaalinen esikäsittelymenetelmä ja sitä voidaan hyödyntää useisiin eri kemiallisiin esikäsittelymenetelmiin yhdistettynä. Ultraäänen hyödyntäminen esikäsittelyssä on myös potentiaalinen vihreän kemian menetelmä. Tässä tutkielmassa tarkasteltiin ultraäänen hyödyntämistä emäsesikäsittelyssä, laimeassa happoesikäsittelyssä sekä yhdistettynä orgaanisten ja syväeutektisten liuottimien avulla tehtävään esikäsittelyyn.
Esikäsittelyssä ultraäänen hyödyntäminen perustuu suurilta osin akustiseen kavitaatioon. Ultraäänen parametrien optimointi auttaa saavuttamaan menetelmän täyden potentiaalin. Tarkasteltujen tutkimusten perusteella merkittäviksi parametreiksi määritettiin muun muassa biomassan määrä ja partikkelikoko, ultraäänen taajuus ja teho, ultraäänikäsittelyn kesto sekä lämpötila. Tutkimusten perusteella ultraäänen avulla saatiin onnistuneesti hajotettua polysakkaridien ja ligniinin sisäisiä ja molekyylien välisiä sidoksia sekä pystyttiin vaikuttamaan biomassan pinnan rakenteeseen. Ultraäänen avulla saatiin parannettua muun muassa komponenttien erottumista sekä yksinkertaisten sokereiden saantoa esikäsittelyä seuranneen entsymaattisen hydrolyysin jälkeen.
Biojalostusprosessin kriittisin ja kallein vaihe on esikäsittely. Lignoselluloosapohjaisen biomassan rakenne on konversion kannalta haastava. Sen kolme pääkomponenttia, selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini muodostavat polysakkaridien ja ligniinin välisen kompleksin, jonka rakennetta halutaan esikäsittelyn avulla hajottaa, mikä mahdollistaa komponenttien erottamisen. Esikäsittelyssä hyödynnetään erilaisia biologisia, fysikaalisia, kemiallisia tai fysikaalis-kemiallisia menetelmiä. Ultraääni on fysikaalinen esikäsittelymenetelmä ja sitä voidaan hyödyntää useisiin eri kemiallisiin esikäsittelymenetelmiin yhdistettynä. Ultraäänen hyödyntäminen esikäsittelyssä on myös potentiaalinen vihreän kemian menetelmä. Tässä tutkielmassa tarkasteltiin ultraäänen hyödyntämistä emäsesikäsittelyssä, laimeassa happoesikäsittelyssä sekä yhdistettynä orgaanisten ja syväeutektisten liuottimien avulla tehtävään esikäsittelyyn.
Esikäsittelyssä ultraäänen hyödyntäminen perustuu suurilta osin akustiseen kavitaatioon. Ultraäänen parametrien optimointi auttaa saavuttamaan menetelmän täyden potentiaalin. Tarkasteltujen tutkimusten perusteella merkittäviksi parametreiksi määritettiin muun muassa biomassan määrä ja partikkelikoko, ultraäänen taajuus ja teho, ultraäänikäsittelyn kesto sekä lämpötila. Tutkimusten perusteella ultraäänen avulla saatiin onnistuneesti hajotettua polysakkaridien ja ligniinin sisäisiä ja molekyylien välisiä sidoksia sekä pystyttiin vaikuttamaan biomassan pinnan rakenteeseen. Ultraäänen avulla saatiin parannettua muun muassa komponenttien erottumista sekä yksinkertaisten sokereiden saantoa esikäsittelyä seuranneen entsymaattisen hydrolyysin jälkeen.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [31657]