Luken tutkija Pasi Korkalo selvitti väitöstutkimuksessaan, voidaanko
hybridihaavan kuoresta tuottaa useita arvokemikaaleja ennen kuin kuoribiomassan
prosessointijäännös päätyy vähempiarvoiseen loppukäyttöön, kuten energiapolttoon.
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.”
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.
Faktalaatikko:
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
