Eesti ettevõte Fibenol palkas oma töötajate ridadesse teadlase, et välja töötada puidu fraktsioneerimise protsess, mis võimaldaks otstarbekalt kasutusele võtta kõik puidus leiduvad väärt koostisosad.
Fibenoli ajalugu ulatub 2016. aastasse, mil Imaveres paiknev pelletite tootmisega tegelev Graanul Invest alustas uute lahenduste otsimist puidujääkide paremaks kasutamiseks.
OÜ Fibenol on Graanul Investi spin-off-ettevõte, mis kontsernist välja kasvas ja mille katsetehases on üles seatud tehnoloogia, mis võimaldab lehtpuu paberipuitu ja puidutööstuse jääke toorainena kasutades toota puidupõhiseid keemiatooteid, mis võiksid edaspidi saada naftat asendavaks tooraineks materjali- ja keemiatööstusele.
Tehnoloogia uudsus seisneb selles, et kui traditsiooniline tselluloositööstus on huvitatud vaid ühest puidu komponendist, siis Fibenol soovib toodeteks väärindada kõik puidu peamised komponendid.
Selle saavutamiseks tuli lauale võtta seni tööstuslikult tõestamata tehnoloogiaid ning asuda neid teaduspõhiselt arendama. Vaja oli leida lahendus, mis vastaks tänapäeva tööstuse standarditele ja oleks jätkusuutlik nii toodangu kui tootmisprotsesside poolest.
Seda protsessi kutsuti suunama ja vajalikke uuringuid läbi viima biotehnoloogiate arendamisele keskendunud teadlane, Tartu Ülikooli (TÜ) tehnoloogiainstituudi molekulaarse süsteemibioloogia teadur Rait Kivi.
Nüüdseks ollakse kindlad, et tehnoloogia, mis püstitatud kriteeriume täidab, on leitud – pärast esimesi katsepartiisid võib öelda, et Fibenoli tootmisprotsessis kasutatakse otstarbekohaselt ära 90% töötlemisse suunatavast toorainemassist. Ülejäänud 10% läheb tehase energiatarbeks.
Teadlane tehnoloogiat välja töötamas
TÜ keemiainstituudi loodus- ja tehnoloogiateaduskonnas Jaak Järve juhendamisel 2017. aastal spetsiifilises biotehnoloogia valdkonnas doktorikraadi kaitsnud Rait Kivi on selle teadussuuna uurimisega tegelenud kümmekond aastat.
Fibenoli sattus ta ligi kaks aastat tagasi, töötades toona TÜ puidukeemia ja bioprotsesside tuumiklaboris. Labori üks ellukutsuja on Mart Loog, kusjuures just Fibenoli ja tuumiklabori vaheliste kontaktide kaudu Rait Kivi tegevus Fibenolis alguse saigi.
Rait Kivi konkreetne ülesanne oli just Fibenoli katsetehase jaoks välja töötada võimalikult optimaalne puidumassi ensümaatilise hüdrolüüsi protsess, et selle käigus kuluks võimalikult vähe ensüümi ning samas saadaks tselluloos maksimaalselt lagundatud. Kõik see mõjutab otseselt ka tootmises saadava ligniini ja puidusuhkrute puhtust.
Teiseks tegeleb ta tselluloosi lagunemisel saadavate suhkrute kvaliteedi hindamisega, et neid saaks hiljem erinevates valdkondades efektiivselt kasutada.
„Kuigi see alguses tundus mulle üsna tundmatu maa, oli väljakutse huvipakkuv ja nüüd võib öelda, et arendustöö Fibenolis on olnud mitmekülgne, olen palju juurde õppinud,” kinnitab Rait Kivi. „Aja jooksul on nii mõnigi nüanss selgemaks saanud, seda just reaalse tehnoloogilise protsessi käiku silmas pidades. Kui baasteaduses ja laboritingimustes kasutatakse üsna spetsiifilisi tööriistu, eesmärk on n-ö katseline ja tulemuse saavutamisel ei pea väga mõtlema näiteks sellele, kas see, mida tehakse, on ka majanduslikult tasuv, siis reaalses tootmisprotsessis peab ka nendele aspektidele tähelepanu pöörama.”
Ta ütleb, et üks teda teadlasena kõvasti motiveerinud asjaolu oli kogu uurimisvaldkonna ainulaadsus – õnnestus proovida kätt tehnoloogia väljatöötamisel, mida varem pole keegi sellises mastaabis teinud.
Tselluloosist tootmisprotsess alles algab
Puidumass koosneb peamiselt kolmest komponendist – hemitselluloosist, tselluloosist ja ligniinist. Selle eeltöötlus algab ekstruuderis, kus temperatuuri, rõhu ja happeliste tingimuste koosmõjul lagundatakse puitmassist välja hemitselluloos (polüsahhariid, mis moodustab keskmiselt 20% biomassist), mille saab seejärel tselluloosi-ligniini massist eraldada.
Edasi siirdub puhastatud puidumass hüdrolüüsi, mille käigus lagundatakse tselluloos ensüümide abil suhkruteks, mida järgnevates protsessides saab veel eraldi puhastada. Teise produktina jääb järgi ligniin, mida saab kasutada keemiatööstuses spetsiifilise toormena.
Puidust võib saada sootuks uut tüüpi toorainet
Sisuliselt tähendab selline puidurafineerimine biomassi algosadeks lagundamist ning sellel ei ole põhimõtteliselt mingit seost senise laialt tuntud puidu mehaanilise töötlemisega.
Lisaks on see samm edasi senistest tehnoloogiatest, sest puitmassi lagundamisega tselluloosiks ja ligniiniks Fibenoli tootmisprotsess ei lõppe, vaid õigupoolest alles algab ja lõpuks saadakse puidumassist kätte uudsete omadustega kristalliline tselluloos, puidusuhkrud ja ligniin.
Kui traditsioonilises tselluloositootmise protsessis ligniin üldjuhul põletatakse tootmises vajaliku puidumassi kuumutamiseks, siis Fibenoli tehases töödeldakse seda edasi. Suhkrutest saab mikroorganismide abil läbi fermentatsiooniprotsessi toota etanooli, mis on iseenesest kõige lihtsam väljund, aga lisaks saab tselluloosishukrute kääritamise teel toota omakorda toorainet näiteks seepide ja puhastusainete tootmiseks, milleks siiani kasutatakse peamiselt naftaprodukte.
Samuti saab suhkrutest mikroorganismide abil toota valke ja rasvu, mille kasutamist looma- ja kalasöötades praegu Fibenoli partnerid testivad.
Põhimõtteliselt on olemas lahendused puidusuhkrute baasil ka looduslike värvainete, soojustusmaterjali liimikomponendi ja plastmaterjalide tootmiseks.
Puitu lagundades saab toota naftale aseainet
Ligniini baasil saab Rait Kivi sõnul valmistada kosmeetikatooteid, erinevaid liime ja vaike, näiteks vineeritootmisel kasutatavat liimi, seda saab kasutada asfaldipanekul bituumeni asendajana jne.
Esimene katselõik, kus bituumeni asendusena on kasutatud Fibenoli ligniini Lignova, on maha pandud Imavere katsetehase kõrval koostöös TalTechi ja Taristoniga.
Fibenoli toodang saab olema toorainesisend teistele keemia- ja materjalitööstustele, asendamaks naftasaadustel põhinevat tootmist.
Esialgu kasutatakse toormena vineeritööstuse tootmisjääke
„Kõige lihtsam oleks toota muidugi puidupõhist etanooli ja panna see lisaks naftapõhisesse mootorikütusesse, aga meie eesmärk on puidusuhkruid ikka kõvasti rohkem väärindada, et selles seotud süsinikku pikemalt talletada,” räägib Rait Kivi. „Lisaks on katsetehase tootmine disainitud nii, et selle tegevuse keskkonda jäetav jälg oleks võimalikult väike. Energia, mida kasutatakse, on 100% taastuvatest allikatest, 80–90% kasutatavast veest on ringluses. Kõigesse sellesse on päris palju investeeritud.”
Fibenoli tehase kavandatud puidusuhkrute tootmismaht on ca 20 000 tonni aastas, ligniini on plaanis toota 8000 tonni aastas.
Fibenol kasutab oma tootmises lehtpuu paberipuitu, praegu moodustab katsetehase toorainest lõviosa vineeritööstuse kasepuidu jäägid. See on ka hea näide sellest, kuidas kodumaine tööstus pakub alternatiivset kasutust kasepaberipuidule, mida muidu kohapeal ei väärindata.
Järgmine arendussuund on katsetused lepapuiduga. Katsetehase toormevajadus on umbes 25 000 tonni hakkpuitu aastas.
Oluline eelis Fibenoli tehase rajamisel on muidugi asjaolu, et eraldi ei olnud vaja ehitada energiatootmiseks vajalikke seadmeid, sest katsetehase energiakandjad – elekter ja aur – tulevad kõrval asuva graanulitehase koostootmisjaamast.
Kuna senised katsetused on lootustandvad, on Fibenol uurimas ka võimalusi tööstusliku tehase rajamiseks Lätis või Eestis, aga ühtegi otsust selles osas veel tehtud ei ole.
Puidu rafineerimistehnoloogia arendamine teadlase töölevõtmise näol viidi Fibenolis läbi Eesti Tugiteenuste Keskuse projekti SekMo (sektoritevaheline mobiilsus) toetusmeetme abil. Nimelt toetab SekMo doktori- või magistrikraadiga teadlaste töölevõtmist era- või avaliku sektori asutustesse, et seal läbi viia teadus-arendustegevust, olgu see tegevus seotud siis rakendusuuringute või konkreetse tootearendusega.
