BioCarbonValue-hankkeessa tutkittiin ligniinijauheen esikäsittelyä ennen pyrolysointikokeiden suoritusta hyödyntämällä LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratorion pelletöinti- ja rakeistuslaitteita. BioCarbonValue-hanketta rahoittaa Business Finland, ja toteuttajina toimivat sekä VTT että LAB-ammattikorkeakoulu.
Linkki BioCarbonValue-hankkeen nettisivuille.
Mitä ligniini on?
Ligniini on monimutkainen kasviperäinen polymeeri, jota on lähes kaikkien kuivan maan kasvien soluseinämissä. Se on luonnollinen ja voimakas sideaine. Ligniini on selluloosan jälkeen suurin uusiutuvan hiilen lähde maailmassa. Monikäyttöisenä materiaalina ligniini sopii monille eri teollisuudenaloille, kuten energian varastointiin akkumateriaaleissa. (Stora Enso 2024a).
Rakeistus- ja pelletöintikoeajot
Koeajoissa käytettiin Organosolv-ligniiniä (olkiligniini), jonka kuiva-ainepitoisuus oli 90,09 DM%. Aikaisempien tutkimusten perusteella ligniinijauhetta kuljetetaan ja käsitellään yleensä hienojakoisena jauheena, mikä aiheuttaa erilaisia haasteita pölyhaittojen, materiaalihävikin, juoksevuuden ja käsittelyn osalta (Laukkanen 2022).
Rakeistuskoeajot suoritettiin Eirich EL5 Eco -laitteella, ja tavoitteena oli saada valmistettua käsittelyä ja kuljetusta kestäviä rakeita ilman lisäaineita. Eri ajoparametrien ja kosteuden säätämisestä huolimatta halutunlaisia rakeita ei näissä koeajoissa saatu tuotettua puhtaasta ligniinijauheesta.
Rakeistuskokeita jatkettiin sekoittamalla ligniinijauheeseen kahta eri lisäainetta. Tämän jälkeen halutunlaisia rakeita saatiin tuotettua, joten tavoitteeseen päästiin osittain lisäaineita hyödyntämällä.
Pelletöintikoeajot suoritettiin Wiesenfield PM2000-laitteella. Kahdessa ensimmäisessä koeajossa pelletöintiä yritettiin tehdä käyttämällä 6 mm matriisia ja kokeilemalla erilaisia ligniinijauheen kosteuspitoisuuksia. Ligniiniä ei saatu kuitenkaan puristumaan halutunlaisiksi pelleteiksi.
Kolmannessa pelletöintikoeajossa kokeiltiin 3 mm matriisia, ja pelletöintilaitetta esilämmitettiin ennen kuin siihen syötettiin ligniinijauhetta. Tämä osoittautui hyväksi ratkaisuksi, koska lopputuloksena saatiin ligniinijauhe puristumaan halutunlaisiksi pelleteiksi.
Ligniinin pyrolysointi ja hyödyt
Ligniinin esikäsittelyllä on iso merkitys pyrolyysiprosessin näkökulmasta, koska rakeistettuna tai pelletöitynä ligniinin kuljettaminen ja siirtäminen on helpompaa, minkä lisäksi isompana partikkelina sen syöttäminen pyrolyysiprosessiin onnistuu paremmin. Lisäksi pyrolyysiprosessissa isompi partikkelikoko on eduksi, koska pölyävä jauhemainen syötemateriaali aiheuttaa helposti erilaisia häiriöitä prosessin hallintaan.
Ligniinin pyrolyysin avulla voidaan tuottaa hiiltä uusiutuvasti. Sen avulla voidaan esimerkiksi korvata akuissa käytettävä grafiitti, jota louhitaan kaivoksista tai valmistetaan fossiilisista raaka-aineista. Ligniinin etuna akuissa grafiittiin verrattuna on, että sen avulla saavutetaan nopeampi lataus ja latauksen purku, minkä lisäksi sen toimintavarmuus kylmissä lämpötiloissa on parempi. (Stora Enso 2024b).
Kirjoittaja
Kusti Ruokamo toimii laboratoriovastaavana LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratoriossa.
Lähteet
Laukkanen, S. 2022. Additives to optimize kraft-lignin pelletizing and pellet performance. Diplomityö. Aalto University, School of Chemical Engineering. Helsinki. Viitattu 2.10.2024. Saatavissa https://aaltodoc.aalto.fi/server/api/core/bitstreams/ea86ad2a-3ce8-4182-a083-892860397dac/content
Stora Enso. 2024a. Ligniini. Viitattu 2.10.2024. Saatavissa https://www.storaenso.com/fi-fi/products/lignin
Stora Enso. 2024b. Miten valmistamme akkuja puusta: Lignode® by Stora Enso. Viitattu 2.10.2024. Saatavissa https://www.storaenso.com/fi-fi/products/lignin/lignode
Linkit
Linkki 1. LAB-ammattikorkeakoulu. BioCarbonValue – High-value carbons from agricultural biomass. Viitattu 2.10.2024. Saatavissa https://www.biocarbonvalue.fi/
