Mikroaaltoavusteinen selluloosan ja hemiselluloosan hydrolyysi laimealla hapolla

Kasvava ilmastonmuutos, ympäristöongelmat sekä öljyn hintojen nousu ja epävakaisuus ovat nostattaneet tarpeen vaihtoehtoisille energianlähteille. Tämänhetkinen energian ja kemikaalien tuotanto perustuvat suurimmaksi osaksi uusiutumattomiin luonnonvaroihin. Lignoselluloosapitoinen biomassa on suurin uusiutuvan raaka-aineen lähde maailmassa. Lignoselluloosamateriaaleja ovat esimerkiksi puu ja maatalouden ja metsäteollisuuden jätteet. Tulevaisuuden kannalta on tärkeää kehitellä uusia tapoja hyödyntää biomassaa entistä tehokkaammin. Lopputuotteita, biopohjaisia polttoineita ja kemikaaleja, on jalostettava entistä pidemmälle ja biomassasta on kehitettävä uusia arvokkaampia materiaaleja. Kirjallisuuskatsauksessa keskitytään käsittelemään lignoselluloosan rakennetta ja koostumusta ja eritoten selluloosan ja hemiselluloosan hajottamista rakenneyksiköikseen glukoosiksi ja ksyloosiksi. Lignoselluloosan käsittelyssä on kaksi hyvin tärkeää vaihetta: esikäsittely ja hydrolyysi. Kirjallisuuskatsauksessa käydään läpi tunnettuja lignoselluloosan esikäsittelymenetelmiä ja Helsingin yliopistossa kehitetyt AlkOx- ja CatOx-menetelmät. Lisäksi perehdytään entsymaattiseen hydrolyysiin ja happohydrolyysiin ja pohditaan niiden toimivuutta hiilihydraattien hajotusmenetelminä. Tutkimusosuuden aihe oli mikroaaltoavusteinen selluloosan ja hemiselluloosan hydrolyysi laimealla hapolla. Pääraaka-aineena tutkimuksissa käytettiin alkalisesti esikäsiteltyä (AlkOx) koivua. Hydrolyysissä käytettiin eri happokatalyyttejä ja lisäksi hydrolyysiolosuhteita, happokonsentraatioita (0,1-3 p%), lämpötilaa (130°C-200°C) ja reaktioaikaa (1-10min), vaihdeltiin optimaalisten hydrolyysiolosuhteiden löytämiseksi. Hydrolyysiprosessin etenemistä tutkittiin pääasiassa glukoosin ja ksyloosin liukenemisen perusteella. Happohydrolyysituotteiden, glukoosin ja ksyloosin, pitoisuuksia analysoitiin HPLC:llä. Mikroaaltoavusteinen hydrolyysi laimealla hapolla osoittautui tutkimuksissa erittäin nopeaksi ja selektiiviseksi menetelmäksi hemiselluloosan ja selluloosan hajotuksessa. Saavutetut tulokset ovat aikaisempiin tutkimuksiin verraten erittäin merkittäviä. Alkalisesti esikäsitellyn koivun hydrolyysissä päästiin erinomaisiin ksyloosisaantoihin. Konsentraatioltaan 2 p%:lla suolahapolla suoritetussa hydrolyysissä päästiin jopa 96%:n ksyloosisaantoihin, vain 140°C:ssa ja 3 minuutissa