RR-tietopalvelu -hankekuvaus A70594, Biomassojen energia- ja kustannustehokas esikäsittely osana biojalostuksen arvoketjua (PREBIO)

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Oulun Yliopisto

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245895-5

Jakeluosoite: Pentti Kaiteran katu 1, PL 8000

Puhelinnumero: +358 294 48 0000 (vaihde)

Postinumero: 90014

Postitoimipaikka: Oulun yliopisto

WWW-osoite: http://www.oulu.fi/yliopisto

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: LASSI ULLA MARIANNE

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Professori

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: eura.neuvonta(at)gov.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358 400 294 090

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Uusiutuvien luonnonvarojen, kuten puubiomassan, oljen sekä teollisten sivutuotteiden sisältämää lignoselluloosaa tullaan tulevaisuudessa hyödyntämään laaja-alaisesti biokemikaalien, -materiaalien ja -polttoaineiden valmistuksen raaka-aineena. Suomalaisen teollisuuden ja uuden yritystoiminnan kilpailukyvyn näkökulmasta lignoselluloosan hyödyntämisessä tulee pyrkiä mahdollisimman pitkälle jalostettuihin korkea-arvoisiin tuotteisiin.
PREBIO-projektin tavoitteena on vahvistaa toteutusalueella toimivia biotalousalan yrityksiä, luoda pohjaa uudelle alueelliselle yritystoiminnalle ja vakiinnuttaa Oulun yliopiston biotaloustutkimusta kehittämällä ja demonstroimalla uusia materiaali- ja energiatehokkaita lignoselluloosajakeiden esikäsittelymenetelmiä, jotka mahdollistavat korkean jalostusasteen lopputuotteiden valmistuksen. Erityisesti tavoitteena on korkealaatuisten, mahdollisimman puhtaiden fraktioiden tuottaminen pohjoisen biomassoista sekä uusien korkean lisäarvon mikro- ja nanoselluloosapohjaisten tuotteiden (”vihreät kemikaalit”) valmistaminen.

PREBIO-hankkeessa kehitetään esikäsittelymenetelmiä (mekaaninen, mekaanis-kemiallinen, kemiallinen) ja niihin liittyvää erotusteknologiaa, joita voidaan hyödyntää erityyppisten lignoselluloosa biomassojen paikallisessa jalostamisessa. Projektissa kehitettävillä menetelmillä voidaan i) tuottaa lignoselluloosasta helposti hydrolysoitavaa amorfista selluloosaa ja oligomeerejä, ja edelleen hydrolyysivaiheessa monosakkaridejä ja selektiivisesti saostunutta ligniiniä biomateriaalien ja kemikaalien valmistukseen, ii) toteuttaa hemiselluloosapohjaisten sokereiden erotusmenetelmä
biomateriaalien ja kemikaalien valmistamiseksi ja iii) valmistaa tehokkaasti nano- ja mikroselluloosaa halvoista raaka-aineista korkean jalostusasteen
erikoiskemikaaleiksi mm. paperin ja kartongin valmistukseen. Kehitettävät menetelmät ovat integroitavissa nykyisiin suurempiin laitoksiin kuten paikallisiin sellu- ja paperitehtaisiin tai ne voivat toimia pienenmittakaavan erillisinä laitoksina. Keskeiset toimenpiteet projektissa kohdentuvat biomassojen valintaan, selektiiviseen esikäsittelyyn ja karakterisointiin, biomassan muokkaukseen uusiksi korkean lisäarvon tuotteiksi sekä prosessien teknis-taloudelliseen arviointiin.

Pohjois-Pohjanmaan alueella on tarve ja hyvä valmius kehittää lignoselluloosaan liittyvää t&k- ja yritystoimintaa jo olemassa olevien tunnustettujen tutkimusryhmien ja yritysten avulla. Lisäksi Pohjois-Suomen runsaat biomassavarannot tarjoavat merkittävän uusiutuvan raaka-ainelähteen ja siten mahdollistavat kansainvälisesti kilpailukykyisen toimintaympäristön kehittämisen.

Projektin odotettavissa olevat tärkeimmät tulokset ovat: 1) uusi, kilpailukykyinen konsepti biomassan selektiiviseen esikäsittelyyn paikallisesti, 2) Pohjois-Suomen jätebiomassojen ja metsäteollisuuden raaka-aineeksi kelpaamattomien biomassojen hyödyntämisen tehostuminen, 3) alueen yritysten liiketoiminnan materiaali- ja energiatehokkuuden tehostuminen (vähähiilisyys), 4) uusia korkeanjalostusasteen tuotteita ja uutta tuotantoteknologiaa erityisesti pk-sektorille, jotka ovat kilpailukykyisiä myös kansainvälisillä markkinoilla ja mahdollistavat uuden yritystoiminnan syntymisen ja nykyisten toimijoiden aseman vahvistumisen, 5) Oulun yliopiston biotalousalan tutkimustoiminnan vahvistuminen (mm. Bioeconomy Research Community Oulu) ja siihen liittyvän infrastruktuurin kehittyminen.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Hankkeen varsinaisena kohderyhmänä ovat toteutusalueella (Pohjois-Pohjanmaa) toimivat biotalouden ja kemian teollisuuden suuryritykset sekä toimintaa alueella harjoittavat ja/tai uutta liiketoimintaa alueelle suunnittelevat pk-sektorin yritykset. Lisäksi hankkeeseen kuuluu laaja-alaisesti toteuttajaorganisaation tutkijayhteisö. Hanke palvelee biotalouden t&k -toimintaa alueen yrityksissä ja tutkimuslaitoksissa muodostamalla toimintamalleja ja demonstraatioympäristöjä (Oulun yliopisto).

4.2 Välilliset kohderyhmät

Hankkeen välillisiä kohderyhmiä ovat biojalostamojen toteuttamiseen liittyvät yritykset kuten suunnittelutoimistot, laitetoimittajat ja konepajat, biomassojen tuottajat ja siihen liittyvä logistiikka sekä mittauspalvelujen tuottajat. Näiden toimijoiden intressit realisoituvat hankkeen jälkeisessä seuraavassa vaiheessa, jolloin esikäsittelymenetelmät skaalataan pilot- ja/tai tuotannolliseen mittakaavaan. Lisäksi hankkeen välilliseen kohderyhmään kuuluvat kunnalliset kehittämisorganisaatiot, oppilaitokset sekä näiden sidosryhmät.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 375 901

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 374 289

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 471 616

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 471 518

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Pohjois-Pohjanmaa

Seutukunnat: Oulun

Kunnat: Oulu

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite: Oulun yliopisto, Linnanmaan kampus

Postinumero: 90014

Postitoimipaikka: Oulun yliopisto

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Ei

Sekä suomalaisissa, että kansainvälisissä tutkimuksissa on havaittu, että tytöt ovat poikia kiinnostuneempia ja enemmän huolissaan ympäristöstä ja luonnonvaroista. ((Schahn & Holzer, 1990; Sjøberg & Schreiner, 2008). Suomessa tehtyjen tutkimusten mukaan nuorista tytöistä 68% ja pojista 47% on kiinnostunut ympäristöasioista, mutta vain 5% nuorista toimii jollakin tavalla ympäristön suojelemiseksi (Cantell, 2005). Tytöt myös uskovat poikia enemmän omiin mahdollisuuksiinsa vaikuttaa ympäristön hyvinvointiin; tytöt pyrkivät myös käytöksellään ja toiminnallaan vaikuttamaan ympäristöön aktiivisemmin kuin pojat (Sjøberg & Schreiner, 2008). Toisaalta teollisuusnäkökulmasta biotalous ja uusiutuvien luonnonvarojen kestävä käyttö edellyttää vahvaa teknistä osaamista ja luonnontieteiden hallintaa. Nämä opiskelualueet ovat tänä päivänä varsin miesvaltaisia. Siten on oletettavaa että biotalouden kehittäminen ja laajentaminen kansantaloudellisesti merkittäväksi alaksi tulee lisäämään tyttöjen ja naisten kiinnostusta ja hakeutumista biotalouden teknisen ja luonnontieteiden koulutukseen ja siten tasapainottavan vinoutunutta sukupuolijakaumaa prosessiteollisuudessa. Nuoret etsiytyvät voimakkaisiin, tunnettuihin koulutus- ja osaamiskeskittymiin ja valmistuttuaan myös hakeutuvat alueelle töihin. Tästä syystä biotalouden vahvistaminen tutkimukseen, koulutukseen ja uuden yritystoiminnan aktivointiin panostamalla on nähtävä erittäin tärkeänä Pohjois-Pohjanmaalla.

Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä

Hankkeen toiminnassa kuten mm. tutkijoiden rekrytoinnissa, ohjauksessa, johtoryhmän kokoonpanossa ja hankkeen johtamisessa huomioidaan sukupuolten välinen tasa-arvo. Konsortion johtajana toimii nainen (Prof. Ulla Lassi) ja osallistuvien tutkimusryhmät koostuvat sekä nais- että miestutkijoista (esim. KUIPA 38%), jotka toimivat sekä ohjaajina että tutkijoina. Lisäksi osallistuvissa yrityksissä on mukana sekä naisia että miehiä.

Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei

Hankkeen toiminnassa kuten mm. tutkijoiden rekrytoinnissa, ohjauksessa, johtoryhmän kokoonpanossa ja hankkeen johtamisessa huomioidaan sukupuolten välinen tasa-arvo.

8.2 Kestävä kehitys

	Välitön	Välillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys	5	5
Hanke edistää luonnonvarojen kestävää käyttöä, koska se perustuu uusiutuvien luonnonvarojen jalostamiseen vihreillä teknologioilla korkean jalostusasteen tuotteiksi ja siten vähentää myös riippuvuutta fossiilista raaka-aineista.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen	5	5
Hankkeessa kehitettävillä biomateriaaleilla voidaan korvata fossiilisiin, öljypohjaisiin raaka-aineisiin perustuvia materiaaleja ja kemikaaleja, mikä vähentää fossiilisten tuotteiden valmistukseen liittyviä CO2-päästöjä. Lisäksi hiilidioksia voidaan hyödyntää biomassojen esikäsittelyssä lähtöaineena.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus	0	5
Hanke perustuu vihreisiin, kestäviin modifiointitekniikoihin, jotka eivät tuota merkittävästi haitallisia päästöjä luontoon. Tämä edistää luonnon monimuotoisuutta.
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen)	0	5
Hanke perustuu vihreisiin, kestäviin muokkaustekniikoihin, jotka eivät tuota merkittävästi haitallisia päästöjä luontoon. Tämä tukee luonnonmonimuotoisuutta.
Natura 2000 -ohjelman kohteet	0	0
Hankkeella ei ole välillistä eikä välitöntä rajapintaa Natura2000-ohjelmaan
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet	5	10
Hanke hyödyntää raaka-aineenaan tällä hetkellä vähän käytettyjä biomassaraaka-aineita (mm. teollisen tuotannon sivujakeet ja jätteet), mikä lisää menetelmien kilpailukykyä.
Uusiutuvien energialähteiden käyttö	0	3
Hanke ei suoranaisesti liity energiantuotantoon, vaikkakin jalostettavat biomassat voivat olla myös energiantuotannon polttoaineita
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen	3	5
Hankkeessa kehitettävät menetelmät ovat integroitavissa nykyisiin suurempiin laitoksiin kuten paikallisiin sellu- ja paperitehtaisiin tai ne voivat toimia pienenmittakaavan erillisinä laitoksina. Tämä luo alueelle uusia työpaikkoja ja yritystoimintaa.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen	0	0
Hanke hyödyntää raaka-aineenaan tällä hetkellä vähän käytettyjä biomassaraaka-aineita (mm. tuotannon sivujakeet), mikä lisää menetelmien kilpailukykyä.
Liikkuminen ja logistiikka	0	0
Hankkeessa kehitettävät paikalliset biotuotteet voivat korvata öljypohjaisia tuotteita, ja vähentää näiden tuotteiden kuljetukseen liittyviä kustannuksia.
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen	2	3
Hanke edistää alueen työllisyyttä, luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja kehittää biotalouden tutkimusta ja koulutusta Oulun yliopistossa.
Tasa-arvon edistäminen	0	5
ks. edelliset kohdat
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus	0	0
Hankkeella ei oleteta olevan erityisiä yhteiskunnalliseen tai kulttuuriseen yhdenvertaisuuteen liittyviä vaikutuksia.
Kulttuuriympäristö	0	0
Hankkeella ei ole erityisiä vaikutuksia kulttuuriympäristöön.
Ympäristöosaaminen	0	5
Hanke perustuu kestävien ympäristön kuormitusta minimoiviin tekniikoihin.

9 Loppuraportin tiivistelmä

Hankkeessa kehitettiin erilaisille biomassoille ympäristöystävällisempiä esikäsittelymenetelmiä uusien korkean lisäarvon tuotteiden valmistukseen. Raaka-aineena käytettiin jäte- sekä kierrätysbiomassoja, joiden hyödyntäminen korkean jalostusarvon tuotteeksi on haastavaa. Kolmea eri esikäsittelymenetelmää kehitettiin hankkeen aikana.
Kaksi-faasireaktiossa katalyyttien avulla onnistuttiin valmistamaan furfuraalijohdannaisia ja orgaanisia happoja käytetyistä biomassoista laboratoriomittakaavassa. Sekä itse reaktiota, että erilaisia katalyyttejä onnistuttiin analysoimaan ja optimoimaan eri olosuhteissa ja saadut tulokset ovat olleet lupaavia.
Fraktioivalla esikäsittelyllä saatiin koivun sahanpurusta tai hakkeesta vesi-muurahaishappo uutolla hemiselluloosa hydrolysoitua ksyloosiksi korkealla saannolla ja selektiivisyydellä. Olosuhteita myös optimoitiin ja mahdollistettiin sellaiset prosessiolosuhteet, jossa vain vähäinen määrä selluloosasta hydrolysoituu, sakkaridit ovat monomeereinä, furaanialdehydien pitoisuus pysyy pienenä ja mahdollisuus prosessin ylösskaalaukseen teolliseen mittakaavaan on mahdollista.
Biomassojen esikäsittelyt syväeutektisilla liuoksilla (DES) onnistuttiin toteuttamaan jo suuremmassa mittakaavassa sekä mallintamaan selluloosamateriaalien fibrilloimista teolliseen mittakaavaan soveltuvalla laitteistolla. DES- käsittelyjä testattiin ja optimoitiin erilaisille lignoselluloosa-materiaaleille muun muassa kierrätyspahveille ja -papereille. Fibrilloituja selluloosamateriaaleja testattiin kartongin lujitteena ja huomattiin, että lujuudet kehittyivät hyvin jo lisättäessä mikrofibrillien kokoluokan materiaaleja kartonkimassaan huonontamatta vedenpoistuvuutta yhtä paljon kuin lisättäessä nanokokoluokan fibrillejä. DES-käsittely pudottaa energiankulutusta noin 30 %, mutta analyysit paljastivat, että erilaiset ominaisuudet alkoivat kehittyä jauhatuksen aikana nopeammin DES-käsitellyillä massoilla kuin käsittelemättömillä massoilla. DES-esikäsittelyn hyödynnettävyyttä puoltaa kemikaalien halpa hinta, niiden ympäristöystävällisyys ja biohajoavuus sekä kierrätettävyys.

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke