Bioperäisten materiaalien esikäsittelylaitteistojen käyttökokemuksia Wienin teknillisen yliopiston kiertotalouslaboratoriossa

Bioperäisten sivu- ja jätevirtojen esikäsittely laboratorio-olosuhteissa voi olla haastavaa, sillä useimmat materiaalit täytyy saada muokattua homogeeniseksi, hienojakoiseksi massaksi, jotta ne soveltuisivat erilaisten analyysien matriiseiksi. Tämä vaatii erilaisia jauhimia ja myllyjä, sillä jokaisella materiaalilla on omat ominaispiirteensä, joiden asettamiin vaatimuksiin laitteiston täytyy pystyä vastaamaan.

LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalous- ja analyysilaboratorion ammattilaiset pääsivät 5R REFINERY -hankkeen (LAB 2024) tutkijavaihdon myötä kokeilemaan erilaisia esikäsittelyyn soveltuvia laitteita Wienin teknillisen yliopiston kiertotalouslaboratorioon. Mukaan Wieniin otettiin muun muassa metsäteollisuuden sivu- ja jätevirroista primäärilietettä, biolietettä, nollakuitua, pohjatuhkaa ja lentotuhkaa, elintarviketeollisuuden sivuvirroista vehnän olkea ja kaurankuorta sekä erilaisia biomassoja, kuten ruokohelpeä, pajuhaketta ja koivuntuohta.

Laadukaskin laitteisto vaatii näytekohtaista menetelmän soveltamista

Metsäteollisuuden sivu- ja jätevirrat kuivatettiin ensin yön yli lämpökaapissa 105 celsiusasteessa (Kuva 1). Kuivattu primääriliete, nollakuitu ja pohjatuhka jauhettiin Wienin teknillisen yliopiston kiertotalouslaboratorion kellarikerroksessa sijaitsevalla Fritschin 30 vuotta vanhalla myllyllä (Kuva 2), johon on vieläkin saatavilla varaosina esimerkiksi kvartsi- tai akaattikiekkoja (Fritsch GmbH 2024). Materiaalit jauhautuivat hienoksi jauhoksi kolmessa minuutissa. Fritschin myllyn kivikiekkojen puhdistamiseen käytettiin tarvittaessa puhdistushiekkaa. Kuivattu bioliete jauhettiin Retsch CryoMill -myllyllä (Kuva 3), ilman jäähdytystä nestemäisellä typellä (Retsch GmbH 2024).

Neljä pyöreää metallista näyteastiaa pöydällä. Astioissa on ruskeita ja mustia murumaisia materiaaleja. — Kuva 1. Metsäteollisuuden sivu- ja jätevirtoja kuivauksen jälkeen. (Kuva: Raisa Pajarinen)

Pyöreä astia, jonka sisäpinnassa on kiinteä kivikerros. Astiassa on kivirengas, jonka sisällä on vielä kivikiekko. Jauhettavaa materiaalia kaadetaan kivikerrosten ja -kiekkojen väleihin. — Kuva 2. Fritschin myllyn kivikiekkojen panostus jauhettavalla materiaalilla. (Kuva: Raisa Pajarinen)

Laboratoriolaite, jossa on läpinäkyvä kansi. Sisällä on kaksi sylinterinmuotoista osaa. — Kuva 3. Retsch CryoMill. (Kuva: Raisa Pajarinen)

Biomassat ja elintarviketeollisuuden sivuvirrat jauhettiin kahden millimetrin kokoon asti Retsch SM 300 -myllyllä (Kuva 4), joka sopii pehmeiden, keskikovien, sitkeiden, elastisten, kuituisten ja heterogeenisten tuoteseosten hienontamiseen (Retsch GmbH 2024b). Havaintojen mukaan kuivat materiaalit, kuten oljet ja ruokohelpi, jauhautuivat suoraan kahden millimetrin jauhoksi helposti yhdellä ajolla. Kostea pajuhake aiheutti ongelmia puristuessaan kasaan ja lopulta tukkiessaan myllyn, jolloin pajuhake ja koivuntuohi päädyttiin välijauhamaan ensin neljän millimetrin kokoon (Kuva 5) ja vasta sitten pienemmäksi.

Kaksi kuulosuojaimilla ja suojalaseilla varustautunutta laboratoriotyöntekijää syöttää materiaalia näytekauhoilla jauhamismyllyn yläosassa olevaan syöttöputkeen. — Kuva 4. Näytteiden syöttäminen Retsch SM 300 -myllyyn. (Kuva: Raisa Pajarinen)

Metalliastiassa on vaaleanruskeaa tasaiseksi silputtua bioperäistä materiaalia. — Kuva 5. Kosteaa pajuhaketta neljän millimetrin kokoon jauhettuna. (Kuva: Ville Puhakka)

Jauhetut materiaalit oli mahdollista ajaa pyörivän näytteenjakajan läpi kahdeksaan pulloon, jolloin materiaalista saatiin edustava näyte. Osa näytteistä jauhettiin tämän jälkeen 0,2 millimetrin kokoon Retsch ZM 200 -myllyllä (Kuva 5), joka mahdollistaa pehmeiden, keskikovien ja kuitumateriaalien nopean koon pienentämisen 40 mikroniin asti eli parhaimmillaan jopa 0,04 millimetrin kokoon (Retsch GmbH 2024c). ZM 200 -myllyn yhteydessä täytyi käyttää tärysyötintä, ja prosessia täytyi valvoa tarkasti, jotta syötettä kulkeutui myllyyn tasaisesti ja pieniä määriä kerrallaan. Välijauhatus oli tässäkin suositeltavaa, sillä materiaalin lämmetessä liikaa siitä voi vapautua yhdisteitä ja näytteen koostumus voi muuttua.