Biomassan rikkivapaat esikäsittely- ja kuidutusmenetelmät

Abstract

Tämän tutkielman kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin erilaisia rikkivapaita biomassan jalostusmenetelmiä. Aluksi perehdyttiin erilaisiin happamiin, alkalisiin, hydrotermisiin, oksidatiivisiin ja organosolv -esikäsittelymenetelmiin, joiden lisäksi tutustuttiin ioninesteisiin sekä syväeutektisiin liuottimiin. Myöhemmin tarkasteltiin erilaisia alkalisia ja organosolv -kuidutusprosesseja. Tutkielman kokeellisessa osuudessa analysoitiin vaahteran erilaisissa olosuhteissa toteutettujen alkali–vetyperoksidiesikäsittelyjen (AHP-esik.) hydrolysaattien ja lisäksi niiden jälkeisten soodakeittojen mustalipeiden kemialliset koostumukset (ligniinipitoisuus, ligniinien painokeskimääräinen moolimassa sekä haihtuvien happojen ja hydroksihappojen pitoisuus). Vaahteran AHP-esikäsittelyt oli toteutettu joko 2,5 %:n tai 5,0 %:n H2O2-määrällä, 4 %:n, 6 %:n tai 8 %:n NaOH annoksella, 50 ℃:n tai 80 ℃:n lämpötilassa ja 60:n tai 120 minuutin käsittelyajalla. Referenssiesikäsittelyt oli toteutettu ilman H2O2:a. Soodakeitot oli toteutettu 20 %:n NaOH annoksella ja 170 ℃:n lämpötilassa, keittoajan ollessa 100 minuuttia. Erilaisten AHP-esikäsittelyjen havaittiin vaikuttavan vaihtelevin tavoin ja merkityksin hydrolysaattien kemialliseen koostumukseen, jonka havaittiin yleisesti koostuvan pääosin hapoista, ligniinipitoisuuden jäädessä verrattain vähäiseksi. Ankarampien AHP-esikäsittelyolosuhteiden huomattiin lähes poikkeuksetta kasvattavan sekä ligniinipitoisuutta että happojen määrää hydrolysaatissa. Muurahaishappopitoisuutta ja ligniinin painokeskimääräistä moolimassaa lukuunottamatta, merkittäviä eroja eri AHP- ja referenssiesikäsittelyjen välillä ei kuitenkaan havaittu. Mustalipeän kemiallisen koostumuksen havaittiin yleisesti ottaen riippuvan merkittävästi soodakeittoa edeltävästä esikäsittelystä. Referenssiesikäsittelyihin verrattuna, haihtuvien happojen pitoisuus ja ligniinin painokeskimääräinen moolimassa poislukien, soodakeittoa edeltävien AHP-esikäsittelyjen huomattiin vaikuttavan vaihtelevasti mustalipeän kemialliseen koostumukseen esikäsittelyolosuhteista riippuen. Tämän lisäksi eri vetyperoksidimäärällä havaittiin olevan vaikutusta muuhun kuin haihtuvien happojen pitoisuuteen, muista esikäsittelyparametreista kuitenkin riippuen.