Arvokkaita kemikaaleja haapapuusta
Erinomainen puu tulitikkuihin, hienopaperiin ja energiapolttoon. Näin on todettu vuosikymmenten varrella nopeakasvuisesta hybridihaavasta. Nyt luvassa on myös arvokkaita sivuvirtoja: kemikaaleja hybridihaavan kuoresta. Olisiko jo haavan aika?
Eurooppalaisen ja amerikkalaisen haavan risteytys, hybridihaapa, tuli Suomeen 1950-luvulla. Kevyestä ja puhtaasti palavasta haavasta kaavailtiin tulitikkuja. 1990-luvulla hybridihaavasta kiinnostui selluteollisuus. Olihan puu vaaleaa ja lyhytkuituista, ja kasvuvauhti ilmiömäinen. Kiertoajaksi arvioitiin 20–25 vuotta. Molemmilla kerroilla markkinat viilenivät ennen kuin puut ehtivät hakkuukypsiksi. Moni pitääkin haapaa roskapuuna.
”Etelä-Ruotsissa hybridihaapaa kasvatetaan selvästi enemmän kuin meillä, mutta hyvin pitkälti energiapuuksi. Hybridihaavan kasvattaminen pelkästään energiapuuksi ei ole kuitenkaan kannattavaa Suomessa”, sanoo Luonnonvarakeskuksen (Luke) erikoistutkija Egbert Beuker. Hän tutkii hybridihaapaa osana hanketta, jossa etsitään kannattavia keinoja lisätä monimuotoisuutta kuusivaltaisissa suomalaismetsissä. Päätavoitteena on parantaa metsien kykyä vastustaa ilmastonmuutoksen tuomia riskejä.
”Hybridihaavan kasvatus voisi houkutella metsänomistajia, jos sille löytyisi uusia arvokkaita käyttökohteita.”
Luken tutkija Pasi Korkalo selvitti väitöstutkimuksessaan, voidaanko hybridihaavan kuoresta tuottaa useita arvokemikaaleja ennen kuin kuoribiomassan prosessointijäännös päätyy vähempiarvoiseen loppukäyttöön, kuten energiapolttoon.
Energiaa tehokkaalla poltolla ja tuhkasta lannoitteita
Hybridihaavan arvokkaita käyttökohteita etsittiin ja löydettiin juuri päättyvässä Luken kolmivuotisessa BoostA-projektissa.
”Tällä hetkellä puuta poltetaan useimmissa polttolaitoksissa energiaa hukkaamalla. Polttoa tehostamalla jatkojalostukseen kelpaamattomasta haapabiomassasta voitaisiin saada kannattavasti bioenergiaa ja tuhkasta tärkeää lannoitetta”, toteaa BoostA-projektiin osallistunut Helsingin yliopiston emeritusprofessori Jouko Laasasenaho. Hän kehittää optimaalista polttoprosessia tutkimusryhmineen yhdessä yliopistonlehtori Raimo Timosen kanssa.
Luken tutkija Pasi Korkalo puolestaan selvitti väitöstutkimuksessaan, voidaanko hybridihaavan kuoresta tuottaa useita arvokemikaaleja ennen kuin kuoribiomassan prosessointijäännös päätyy vähempiarvoiseen loppukäyttöön, kuten energiapolttoon. Tutkimus oli osa BoostA-projektia ja siihen osallistui Oulun yliopiston Kestävän kemian tutkimusyksikkö.
Aktiivihiiltä ja muita arvokkaita kemikaaleja
Jo ennestään oli selvää, että puun kuin puun kuori sisältää laajan kirjon uuteaineita, siis yhdisteitä, joita kuoresta voidaan uuttaa veden tai muiden orgaanisten liuottimien avulla. Korkalo rajasi uuteainetutkimuksensa yhdisteisiin, jotka saadaan uuttumaan kuumaan veteen ilman apukemikaaleja. Hän piti myös tärkeänä, että erotettua kuoriuutetta voidaan käyttää kemiallisissa sovelluksissa sellaisenaan ilman monimutkaisia puhdistusprosesseja.
”Halusin varmistaa, että prosessissa olisi mahdollista tuottaa arvokkaita kemikaaleja mahdollisimman pienin kustannuksin ja ympäristöhaitoin.”
Korkalon tuottama sokeri- ja fenolipitoinen kuoriuute on hyvin erilainen kuin kuusen tai männyn kuoriuutteet, joissa esimerkiksi tanniineja pidetään kiinnostavina yhdisteinä erityisesti jäykän hiilivaahdon raaka-aineina. Tanniinipitoinen jäykkä hiilivaahto voi korvata öljypohjaisia fenolisia vaahtoja lämmön- ja tulensietokykyä vaativissa eriste- tai täyteainesovelluksissa. Vaahto voidaan myös aktivoida aktiivihiileksi.
”Hybridihaavan kuoriuutteessa oli huomattavan vähän tanniineja, mutta siitä huolimatta erotettu uute sopi erinomaisesti jäykän hiilivaahdon lähtöaineeksi. Tuotetusta vaahdosta oli myös mahdollista tuottaa aktiivihiiltä kemiallisen aktivoinnin avulla. Aktiivihiili voisi soveltua esimerkiksi jätevedenpuhdistukseen”, Korkalo sanoo. Kuoriuutteessa on myös antioksidantteja, jotka voisivat Korkalon mukaan kiinnostaa vaikkapa kosmetiikkateollisuutta.
Kuoresta rikkakasvien torjunta-aineita
Uuton jälkeen hybridihaavan kuoressa, siis uuttojäännöksessä, on jäljellä suurimolekyyliset perusrakenneaineet eli selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini sekä muita veteen liukenemattomia pienempimolekyylisiä aineita. Uuttojäännöksestä voidaan tuottaa kemikaaleja, kaasuja sekä kiintoaineita, kuten biohiiltä, muuntamalla suuria molekyylejä pienemmiksi termokemiallisen konversion avulla, siis kuumentamalla korkeassa lämpötilassa ja hapettomissa oloissa.
Korkalo halusi tutkia, saisiko hän tuotettua kemikaaleja käyttämällä tavallista matalampaa prosessilämpötilaa ja siten vähemmän energiaa. Hän valitsi tyypillisen pyrolyysin sijaan torrefikaation, jossa jäännöstä lämmitetään hitaasti alle 300 asteen lämpötilaan samaan tapaan kuin kahvinpapuja paahdettaessa.
”Saamamme hapan tisle osoittautui tehokkaaksi rikkakasvien ja sienikasvustojen torjuntaaineeksi. Erityisesti rikkakasvien osalta se toimi osin kaupallisia vastineita paremmin.
Havaitsimme myös, että alussa tehty kuumavesiuutto paransi uuttojäännöksestä konvertoidun pestisidin tehoa rikkakasvia vastaan.”
Haavan kasvatuksen haasteet ja edut
Korkalo vertaili tutkimuksessaan Suomessa kasvatetun hybridihaavan eri klooneja kemikaalituotannon näkökulmasta. Beuker puolestaan selvittää, miten tuottavimmat kloonit pärjäävät metsässä ja millaista puuainesta niissä on. Kloonista riippumatta haavan kasvatus vaatii Beukerin mukaan tavallista enemmän suojausta, koska haapa on hyvin altis hirvien ja muiden eläinten aiheuttamille tuhoille.
Haavan mainetta on rasittanut myös se, että se kilpailee kaupallisesti arvokkaampien lajien kanssa leviämällä tehokkaasti juuri- ja kantovesoista sekä kasvamalla nopeasti. Tämä ongelma kääntyisi eduksi, jos haavan asema markkinoilla kohenisi.
”Tarvitaan siis yhteiskehittämistä ja rohkeasti eteenpäin katsovaa, tieteidenvälistä tutkimusta, jotta hybridihaavan käyttö korkeamman jalostusasteen tuotteissa olisi tulevaisuudessa osa kestävää metsäpohjaista biokiertotaloutta”, Beuker sanoo.
”Haapa on yksi molekyylibiologian malliorganismeista ja parhaiten tunnettu puulaji molekyyligenomiikan osa-alueella”, kertoo Luken tutkija Juha Immanen. Hän havaitsi BoostA-tutkimuksen osatyössä, että tietty geeni tehosti haavantaimien biomassan tuotosta noin neljänneksellä ja myös vähensi kasvunlisäyksen aiheuttamia ei-toivottavia muutoksia puun rakennekemiaan.
”Tätä tietoa voidaan tulevaisuudessa soveltaa jalostuksessa, mikäli tavoitellaan johonkin erityiseen tarkoitukseen räätälöityä materiaalia. Ensisijainen tavoite on löytää puubiomassalle korkean lisäarvon käyttökohteita ja nostaa jalostusastetta Suomen biotalousstrategian tavoitteiden mukaisesti”, Korkalo summaa.
BoostA-projekti – arvokemikaaleja ja energiaa hybridihaavasta
- Boosting the use of fast-growing Aspen: green source of high-added value chemicals and energy
- Luken kolmivuotinen projekti, jonka rahoittajana on Suomen Luonnonvarain Tutkimussäätiö
