|
Lignoselluloosabiomassa
Kimmo Klemola Lignoselluloosabiomassa sisältää runsaasti selluloosaa, glukoosipolymeeriä, joka on vaikeasti hajotettavissa glukoosiksi, sekä hemiselluloosaa, joka on selluloosaa monimutkaisempi mm. glukoosi-, ksyloosi- ja arabinoosiyksiköitä sisältävä polymeeri. Näiden kahden sokeripolymeerin sitojana on ligniini, joka ei sisällä sokereita. Lignoselluloosaetanoliprosessissa selluloosasta ja hemiselluloosasta tuotetaan etanolia ja ligniini jää suurimmaksi osaksi reagoimatta. Havupuiden hydrolyysi on hankalampaa kuin lehtipuiden tai maatalouden korjuutähteiden hydrolyysi, koska havupuiden rakenne on jäykempi ja ne sisältävät enemmän ligniiniä. Ligniini on fenyylipropaanien muodostama ristisilloitettu verkkomainen kopolymeeri, jonka polymeroitumisaste on erittäin suuri. Ligniini pitää selluloosakuituja yhdessä. [1] Skandinavinen puusto eli mänty, kuusi, koivu, leppä, haapa ja koivu sisältävät keskimäärin 42 % selluloosaa, 20 % hemiselluloosaa, 21 % ligniiniä ja 6 % uuteaineita. Lignoselluloosa- tai puubiomassa sisältää selluloosan, hemiselluloosan ja ligniinin ja uuteaineiden lisäksi suoloja, mineraaleja ja happoja. Lignoselluloosabiomassaa voi saada puu- ja paperiteollisuuden sivutuotteista ja jätteistä, puunkorjuujäännöksistä ja maatalouden sadonkorjuujäännöksistä. Maissin korjuujäännökset, viljojen olki ja energiatuotantoon tarkoitetut puuviljelmät tullevat olemaan etanolin tuotannon ja biojalostamojen sokerien pääraaka-aineita. Selluloosa on ß-D-glukoosin suoraketjuinen polymeeri. Selluloosan perusyksikkö on kahden glukoosimolekyylin dimeeri, ja kahden dimeeriyksikön yhdistyessä vapautuu yksi vesimolekyyli. Monomeeriä C6H10O5 kutsutaan glukaaniksi. Selluloosan polymeroitumisasteen on mitattu olevan 2000–27000 glukaaniyksikköä. Hemiselluloosa on heterogeeninen polysakkaridi, jota on kuivapuussa noin 15–30 paino-%. Hemiselluloosa hydrolysoituu verraten helposti hapon avulla monomeeriyhdisteiksi, joita ovat glukoosi, mannoosi, galaktoosi, ksyloosi ja arabinoosi. Lisäksi syntyy pieniä määriä ramnoosia, glukoronihappoa ja galakturonihappoa. Suurimman osan hemiselluloosasta polymeroitumisaste on noin 200. Havu- ja lehtipuiden hemiselluloosalla on erilainen koostumus ja rakenne, ja niiden hydrolysointituotteiden (myös selluloosa hydrolysoitunut) koostumus on myös erilainen (paino-% kuivapuusta) [2]:
Ligniini on erittäin monimutkainen molekyyli, joka koostuu kolmiulotteisesti yhdistetyistä fenyylipropaaniyksiköistä. Lisäksi ligniinissä on metoksiryhmiä. Ligniiniä on kaikessa lignoselluloosabiomassassa ja lignoselluloosaetanoliprosessin sivutuotteena syntyy väistämättä ligniiniä. Ligniinin hajoamistuotteita ovat orgaaniset hapot, fenolit ja vanilliini. Puun uuteaineet liukenevat neutraaleihin orgaanisiin liuottimiin ja veteen. Uuteaineita on puussa varsin vähän. Ne koostuvat suuresta määrästä sekä lipofiilisiä että hydrofiilisiä aineita. Uuteaineet voidaan jakaa neljään ryhmään [2]:
Lähteet: 1. Galbe M., Zacchi G., A review of the production of ethanol from softwood, Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 59, pp. 618-628, 2002. 2. Taherzadeh Mohammad J., Ethanol from lignocellulose: physiological effects of inhibitors and fermentation strategies, Thesis for the degree of doctor of philosophy, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, 1999.
| |