A fakémiai anyagok összetétele nagyon összetett, ami megnehezíti a kinyerésüket és további alkalmazásukat.
“A fakivonatok felhasználása önmagában nem újdonság, a kátrányt például már a 17. században is gyártottak” – magyarázza Janne Jänis professzor, a Kelet-finnországi Egyetem Kémiai Tanszékének munkatársa. [FATÁJ: angolul az anyag neve: tar, melynek megfejtéseként adódik a kátrány és a szurok is, ami nem egészen ugyanaz. A Wikipédia szócikk.]
“A sokak által ismert termékek közé tartozik a lucfenyő szirup, az Abilar gyanta szalvája (fenyő alapú gyógy-kenőcs) vagy akár a fenyő alapú fagylalt. A cellulózgyárak melléktermékként tallolajat termelnek, amelyet tovább finomítanak megújuló dízelüzemanyaggá és más technokémiai termékekké.”
“A fa 20-35% lignint, 40-50% cellulózt és 20-40% hemicellulózt tartalmaz. A maradék extraktív anyagok, fémek és egyéb szervetlen vegyületek.”
“A kivonható anyagok mennyisége eltérő a gesztben és a szíjácsban, a tuskókban, a gyökerekben, valamint a belső és a külső kéregben. A legnagyobb mennyiségű extraktív anyagot a levelekben és a tűlevelekben találjuk, és ez az, ami jelenleg a kutatókat érdekli”.”
A fából oldószeres extrakcióval, gőzdesztillációval, hidrolízissel, valamint gyors és lassú pirolízissel nyerhetők extraktív anyagok.
“A vegyületek egyik problémás csoportját a terpének alkotják, mert nehéz elválasztási módszert találni rájuk. A fenyőtű például több mint száz különböző illékony vegyületet tartalmaz” – jegyzi meg Jänis.
A nyersanyagokhoz való hozzáférés is kihívást jelenthet. A lucfenyő hajtásai például csak az év egy bizonyos időszakában állnak rendelkezésre.
“A lucfenyőhajtások rengeteg antioxidánst, A- és C-vitamint, valamint terpéneket tartalmaznak. A fenyőhajtásokban bőségesen megtalálható kininsav azért érdekes, mert természetes alapanyagként felhasználható gyógyszerek, például az influenza kezelésére használt oseltamivir előállításához”.”
A nyírfából nyert anyagok közé tartozik a szuberin, egy természetes polimer, és más ritka, de értékes, ipari potenciállal rendelkező vegyi anyagok. Ezek alapanyagként felhasználhatók például kozmetikai termékek, táplálkozási termékek és biopolimerek előállításához. A nyírfakéregből szuberint és betulint nyernek, és különösen a külső kéreg akár 40-50 százalékban is tartalmazza ezeket az anyagokat.
“A kéregből zsírsavak, például azelainsav is nyerhető, amelyekből poliuretán állítható elő. A papír-, a szövet- és a faipar érdeklődik a víztaszító tulajdonságok iránt. A nyírfakéregből származó zsírsavak potenciálisan alkalmasak erre a célra, de a probléma a rövid tartósságukban rejlik. A jelenlegi (most használatos) termékek ráadásul olcsók.”
“A nyírfakéregből származó vegyületek akár gyógyszerészeti alkalmazásokban is felhasználhatók olyan betegségek kezelésére, mint a leukémia, a melanoma és a neuroblastoma.”
Összetett folyadék egyidejű ipari előállítása a cél
A fakémiai anyagokat különböző módszerekkel lehet előállítani, amelyeket jelenleg ipari felhasználásra fejlesztenek. A Kelet-finnországi Egyetem SIB Labs infrastrukturális egységének igazgatója, Laura Tomppo tudományos főmunkatárs a fa termokémiai átalakítási módszerét fejleszti. “A biomassza-feldolgozási módszerek közé tartozik a lassú pirolízis és a hidrotermikus cseppfolyósítás”.
Ezek a módszerek a biomasszát oxigénmentes térben dolgozzák fel, és a bomlástermékeket összegyűjtik. A hemicellulóz bomlási hőmérséklete körülbelül 200 Celsius-fok, a ligniné 200-500 Celsius-fok, a cellulózé 240-350 Celsius-fok, az extraktív anyagoké pedig 150-500 Celsius-fok. A lassú pirolízis során a hőmérséklet percenként öt-tíz fokkal emelkedik, és 400 és 500 Celsius-fok közötti hőmérsékletet ér el. “A biomassza bomlástermékeit különböző hőmérsékleten hűtjük le, például 130, 70 vagy 5 Celsius-fokon, és így képesek vagyunk a párlatfrakciókat összegyűjteni” – magyarázza Tomppo.
“A kutatási oldalon egy folyamat akár egy hétig is eltarthat, de a kereskedelmi folyamatok jellemzően sokkal gyorsabbak.” “Az ipari alkalmazásokban jellemzően csak egyetlen folyadékot gyűjtenek, ezért egyik célunk az, hogy kiderítsük, a feldolgozás során a párlatok szétválasztása felhasználható-e a további feldolgozás megkönnyítésére” – mondja Tomppo.
A bomlástermékek a hidrotermikus cseppfolyósítás során is összegyűjtésre kerülnek. A kezdeti szakaszban például a reaktorban a biomasszával kevert víz található. A hőmérsékletet 250-350 Celsius-fokra emelik, és 30-150 percig magasan tartják. A végeredmény körülbelül 70%-a folyadék, a maradék pedig szilárd anyagokból és gázokból áll.
“Ezen az eljárásokból származó termékeket különböző projektben tesztelték olyan alkalmazásokban, mint a favédelem, kompozitok, növényvédő szerek és bevonatok. A kutatási és fejlesztési munka jelenleg például a fenntartható kötőanyagok (ragasztó) és bevonatok (SUSBINCO) közös projektben folyik” – magyarázza Tomppo.
“A kutatók és több vállalkozás is érdeklődik a bioszén iránt, mivel hatalmas alkalmazási lehetőségei vannak.”
Kenderrostból készült kompozitok és polimerek
A faforgács, fűrészpor és kender lassú pirolízis során biomasszaként használható.
“A rostkender magas és gyorsan növő növény. Finnországban tavasszal lehet betakarítani, amikor a rostok könnyen elszabadulnak, a biomassza pedig száraz” – mondja Tomppo.
“A kender felhasználható például természetes szálas kompozitok előállításához. A természetes szálak egyik problémája a vízfelvétel, ezért a tanulmányokban különböző biomassza-párlatokat adtak a szálakhoz védelemként. A szálak és a polimerek kombinálhatók például az autók belső terében használt anyagokhoz is.
A folyamat mellékterméke a kenderpozdorja, amelyet állatoknál alomként használhatnak. “Termékként azonban a kender pozdorjának kevés hozzáadott értéke van, és értékesebb felhasználási módot kellene találni számukra.
Hat kilogramm biomasszából néhány kilogramm szenet lehet kinyerni, ami például talajjavítóként használható.
“Az ötlet az, hogy az ipari mellékáramokat (melléktermékeket) hasznossá tegyük, miközben elősegítjük a zöld átmenetet. A biomassza a növények termesztő közegében is felhasználható, ami a tőzegtől való eltávolodás egyik módja” – mondja Tomppo.
Forrás: eurekalert.org, 2022-05-10
A Kelet-Finnországi Egyetem cikke
FATÁJ: A finnek nyilván a lucfenyővel és a nyírrel foglalkoznak. Magyarországon ugyanakkor a favegyészeknek, a faanyagból kinyerhető vegyi anyagokkal foglalkozóknak érdemes lenne a nálunk gyakori hazai fafajok vegyi összetételével, vegyészetével foglalkozniuk. Önmagában már azt is érdekes lenne tudni, hogy a T,Cs,B,A,Ny,… stb fafajok vegyi összetételében, az ezekből kinyerhető anyagok esetén mi az érdekes. Ha lenne favegyész kutató, aki publikálna erről, szívesen ad ennek teret a FATÁJ.
