Miksi puusta tehdään nyt myös sokeria?

Ensin puu haketetaan. Sen jälkeen se käy läpi sarjan prosessivaiheita, joissa puun hemiselluloosa ja kuidut erotetaan ligniinistä ja pilkotaan erilaisiksi sokereiksi. Helpoimmin liukenevat sokerit erotetaan hemihydrolyysivaiheessa. Sitä seuraavassa entsymaattisessa hydrolyysissä entsyymit pilkkovat jäljelle jääneet kuidut glukoosiksi.

Paljon voi mennä pieleen. Prosessi pitää optimoida käytettävän puulajin mukaan, jotta hydrolyysivaiheet toimisivat hyvin ja sokereista saadaan riittävän puhtaita jatkoprosesseja ajatellen. Takavuosina lopputulokset kelpasivatkin lähinnä etanolin valmistukseen ja suuri osa sivuvirtojen sisältämistä aineista poltettiin energiaksi, mutta teknologian kehittymisen myötä puhtaiden sokereiden valmistamisesta on tullut yhä kannattavampaa.

”Kun aloitin UPM:n biokemikaaliorganisaatiossa vuonna 2014, puupohjaisen sokerin jalostusta kehitettiin yrityksen ulkopuolisen teknologian pohjalta. Emme kuitenkaan olleet tyytyväisiä tarjolla olleisiin valmiisiin vaihtoehtoihin ja päädyimme kehittämään osan prosessista itse. Vain harvalla yrityksellä riittää resursseja ja pitkää pinnaa tällaiseen kehitystyöhön”, Juha Tamper kertoo.

Vuosien kehitystyön suurin saavutus on prosessin jokaisen vaiheen optimoiminen niin, että sokereita tuotetaan mahdollisimman tehokkaasti eivätkä ne pilkkoudu hydrolyysissä. Valmiin ”palapelin” tuloksena on puhtaita sokereita, joista voidaan valmistaa kemianteollisuudelle laadukkaita peruskemikaaleja.

Lappeenrannan–Lahden teknillisen yliopiston, LUTin apulaisprofessori Kristian Melin näkee puun käytön hyvänä puolena kemikaalien valmistuksessa sen, että puu ei kilpaile ruoantuotannon kanssa. Sokereista jalostettuja kemikaaleja voi tuottaa myös peltobiomassasta, muun muassa vehnän tai riisin oljesta tai sokeriruo’osta.

”Ikävä puoli on se, että tehokkaiden, puhtaita kemikaaleja tuottavien prosessien toteuttaminen teollisessa mittakaavassa vaatii paljon kehitystyötä, aikaa ja rahaa. Toisin sanoen menee vielä aikaa ennen kuin esimerkiksi merkittävä osa öljypohjaisista muoveista voidaan korvata puupohjaisilla”, Melin sanoo.
 

Voiko öljyn korvata joskus kokonaan puulla?

Puumassasta valmistettuja kemiallisia aineita voidaan käyttää muovien ja muiden uusiutumattomista raaka-aineista valmistettujen tuotteiden raaka-aineena.

”Melkein mistä tahansa puumateriaalista voi valmistaa melkein mitä tahansa sokereista saatavaa kemikaalia. Siinä mielessä puupohjaisilla kemikaaleilla ja muoveilla on valtava potentiaali”, sanoo Kristian Melin, joka on tutkinut metsäteollisuuden vihreää siirtymää.

”Vaikka tällaistenkaan aineiden hiilijalanjälki ei ole nolla, se on vain murto-osa öljypohjaisten tuotteiden vastaavasta”, hän sanoo.

Öljypohjaista muovia tuotetaan maailmassa vuosittain noin 600 miljardin euron arvosta. Markkinatutkimusyhtiö Precedence Researchin mukaan biomassasta valmistettujen muovien markkinan arvo oli vuonna 2021 runsaat 10 miljardia. Sen ennustetaan lähestyvän 50 miljardia vuonna 2030. Biopohjaisten muovien osuus vaikuttaa lukujen valossa todellisuutta suuremmalta, sillä ne ovat yleensä selvästi öljypohjaisia muoveja kalliimpia.

Kristian Melinin arvioi, että ehkä noin 10–20 prosenttia öljypohjaisista tuotteista voidaan korvata puupohjaisilla. Määrän arvioiminen on hänen mukaansa kuitenkin vaikeaa. Se riippuu kestävästi tuotetun biomassan saatavuudesta sekä siitä kuinka paljon olemme valmiita maksamaan lopputuotteista. Melin muistuttaa, että puupohjaiset kemikaalit ovat vain yksi edistysaskel luovuttaessa fossiilisista raaka-aineista.

UPM:n vuonna 2023 käynnistyvä biojalostamo tuottaa glykolia puusta

UPM on avaamassa Saksan Leunaan uuden sukupolven biojalostamon, jossa puusta erotettu glukoosi jalostetaan edelleen biopohjaisiksi glykoleiksi. Glykolit ovat alkoholeihin kuuluvia kemiallisia yhdisteitä, joita tuotetaan maailmassa vuosittain yli 30 miljoonaa tonnia. Glykolit on perinteisesti valmistettu öljypohjaisista uusiutumattomista raaka-aineista.

UPM:n Leunan biojalostamon kaikkien tuotevirtojen yhteiskapasiteetti on 220 000 tonnia. Siellä tuotettujen glykoleiden osuus on alle prosentti glykolin maailmanlaajuisesta kokonaistuotannosta. Jalostamon avaaminen on kuitenkin yksi askel öljypohjaisten kemikaalien korvaamisessa uusiutuvista raaka-aineista valmistetuilla kemikaaleilla. UPM:lle se merkitsee suurta muutosta, sillä jalostamo on yhtiön ensimmäinen yksinomaan biokemikaalien tuotantoon erikoistunut tuotantolaitos.

Leunan biojalostamon lähellä toimii useita kemianteollisuuden yrityksiä, jotka voivat siirtyä käyttämään UPM:n biopohjaisia glykoleja öljypohjaisten sijasta. Juha Tamper kertoo, että puusta jalostetun glykolin ominaisuudet vastaavat fossiilisista aineista jalostetun glykolin ominaisuuksia.

”Kyseessä on niin sanottu drop-in-kemikaali. Prosessissa, jossa käytetään raaka-aineena öljypohjaista glykolia, voidaan ryhtyä käyttämään puupohjaista glykolia ilman, että tehtaassa tarvitsee muuttaa ensimmäistäkään asetusta”, Juha Tamper kertoo.

Kun Leunan jalostamo vuonna 2023 käynnistyy, siellä jalostetusta puupohjaisesta glykolista voidaan valmistaa esimerkiksi kierrätettäviä pulloja, pakkausmateriaaleja, tekstiileitä sekä moottorien ja akkujen jäähdytysnesteitä.

Puun kolme tärkeintä rakennusainetta

40–50 % puun massasta on selluloosaa, joka koostuu ketjuuntuneista sokerimolekyyleistä.

20–25 % puun massasta on hemiselluloosaa. Se toimii kasvavassa puussa eräänlaisena pitkien selluloosakuitujen väliaineena ja tekee puusta joustavan. Hemiselluloosasta saadaan ksylitolin raaka-ainetta ksylaania.

25–30 % puusta on ligniiniä, jonka tehtävä on liimata puukuidut yhteen.

+ lisäksi puussa on erilaisia uuteaineita, jotka ovat käytännössä pihkaa.

UPM julkaisee tällä sivustolla juttuja, joissa mietitään, millaisen huomisen haluamme, ja kerrotaan, mitä työtä UPM tekee sen hyväksi.