VTT:n erikoistutkija, diplomi-insinööri Kristian Melin on väitöstyössään kehittänyt mallinnus- ja arviointimenetelmän, jonka avulla kehitettävistä biojalostamojen prosesseista voidaan löytää ne, jotka käyttävät raaka-aineen tehokkaimmin, vähentävät eniten kasvihuonekaasupäästöjä tai ovat taloudellisesti kannattavimpia. Lisäksi menetelmä voi nopeuttaa uusien biotalousprosessien kehitystä laboratoriosta tuotantomittakaavaan.
Julkisuudessa on keskusteltu siitä, paljonko ja millaista puuraaka-ainetta voidaan kestävästi käyttää biojalostamoiden tarpeisiin Suomessa. Kestävän puuraaka-aineen määrä on rajallinen ja se tulisikin käyttää tehokkaasti. Vaikka erityisesti muuhun jalostukseen kelpaamattomasta puusta valmistetut polttoaineet olisivatkin ympäristöystävällisempiä kuin fossiiliset polttoaineet, niiden tuotantokustannukset ovat tyypillisesti vielä korkeampia.
Uudella menetelmällä löydetyt tehokkaammat biojalostusprosessit perustuvat puun sokerien ja ligniiniosan erilliskäyttöön ja ne voisivat tehdä biojalostamoista sekä taloudellisesti kannattavampia että raaka-aineen tehokkaammin hyödyntäviä.
Biojalostusprosessin integrointi paperi- ja sellutehtaaseen tai erilliseen sellutehtaaseen osoittautui väitöstyössä ihanteelliseksi ratkaisuksi, koska tällöin voidaan hyödyntää sellutehtaasta saatavaa ylimääräistä lämpöä, puunkuorta ja kemikaalikierrosta erotettua ligniiniä.
Väitöstyössä kehitetyssä ulkopuolista lämpöä hyödyntävässä hiilivetyjen tuotantoprosessissa saavutettiin tutkituista prosesseista korkein energiahyötysuhde, 72,5 %, joka on muutamia prosenttiyksikköjä korkeampi kuin tyypillisessä synteettisen metaanin tuotantoprosessissa ja noin kaksitoista prosenttiyksikköä korkeampi kuin metanolin tuotantoprosessissa. Myös tuotantokustannukset olivat kehitetyssä prosessissa alhaisemmat ja kasvihuonekaasupäästöt vähenivät enemmän.
Biojalostusprosessien kehitys on ollut aikaa vievää ja osin epävarmaakin
Perinteisesti uuden biojalostusprosessin kehittäminen laboratoriokokeista teolliseksi tuotannoksi on voinut kestää yli kymmenen vuotta ja maksaa kymmeniä miljoonia euroja. Uuden biojalostusprosessin kehitysvaiheessa on haasteena valittavien prosessivaihtoehtojen ja raaka-aineiden suuri määrä. Valinnassa tulee huomioida ainakin tuotantokustannukset ja ympäristövaikutukset, mutta niitä voi olla vaikea arvioida, koska tietoa on alkuvaiheessa niukasti saatavilla.
Alkuvaiheessa tutkittavat prosessivaihtoehdot joudutaan usein valitsemaan ilman riittäviä tietoja päätöksen tukena, mutta väärä valinta voi viivästyttää kehitystä jopa vuosia tai päädytään prosessiin, joka ei ole optimaalinen. Jos valittu prosessivaihtoehto osoittautuu vääräksi, sen muuttaminen myöhemmin voi olla hidasta ja kallista.
Väitöstyössä kehitettyä uutta mallinnus- ja arviointitapaa on käytetty uusien, tehokkaampien biojalostusprosessien konseptien kehittämiseen. Väitöstyössä kehitetyt prosessit ovat vielä varhaisessa kehitysvaiheessa, joten on tarpeen varmistaa prosessien tehokkuus suuren mittakaavan kokeissa. VTT:llä tutkitaan monia tässä työssä käsiteltyjä biojalostusprosesseja ja arvioidaan myös niiden teknistaloudellista järkevyyttä ja kestävyyttä kehityksen alkuvaiheessa auttaen asiakkaita valitsemaan oikeat prosessit.
VTT:n erikoistutkija Kristian Melinin väitöskirja "Design and evaluation of biorefinery concepts" tarkastetaan Aalto-yliopistossa (Kemistintie 1, Espoo) 19.1.2018 klo 12.00.
Väitös verkossa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2017/S158.pdf
