Extraction and fractionation pilot

In Luke’s Extraction and fractionation pilot, we carry out research and test new, innovative solutions for effective utilisation of different biomasses and industrial side. Luke helps companies to refine and develop biomasses into new additives and products with higher value, and thus create new business opportunities.

Benefits to customers

Extraction and fractionation pilot offers an easy and quick way to pilot new production processes and increase the refining and utilisation rate of biomass. In Extraction and fractionation pilot, companies can do piloting resource- and cost effectively without having to build their own piloting equipment. Testing done in the pilot scale reduces the risks associated with the transition to actual production. Anticipating the production issues speeds up the process scaling up.

Services

Service packages are tailored to the customer’s specific needs. Ideally, the service is constant co-operation taking into account the situation and needs. Testing and analysis services include for example:

• Needs assessment
• Preliminary surveys
• Planning of the tests
• Raw-material acquisition
• Extractions and fractionations
• Manufacturing product models or products, and testing their features
• Analysing the test results together with the customer
• Recommendations of next steps to develop the products manufacturing process

Applications

There is a wide range of side streams in the forest industry. For example, approximately 10% of wood’s volume is bark. Different components can be separated from the wood bark and used for example as preservatives. Furthermore, they can be used to produce biobased wood preservatives to replace synthetic materials. Carbohydrates (soluble fibers), that promote human health and wellbeing, can be separated from sawdust and used for example in food or cosmetics industry.

Food industry produces also a lot of side-streams. Material from vegetables and root vegetables that end up to side streams can be up to one fourth of the original weight. Side-streams from berry, grain, oilseed and fish industries can also be used to produce new ingredients and products for food, cosmetics, and pharmacy industries.

Why to choose Luke?

Luke uses environmentally friendly methods to process biomass. For example, water or carbon dioxide are used in extractions, whereby no harmful solvent waste or residues are generated in process. Luke has a strong knowledge of biomass-based on long-term research, and up to- date technology for processing them. Continuous research brings the latest knowledge of the development of the industry to your use.

Please contact our experts to explore how we can help your organisation to use your biomass effectively.

• Raaka-aineiden saatavuus
• Koostumus ja määrä
• Varastoinnin vaikutus

Kuumavesiuutto ja paineistettu kuumavesiuutto

• Kuumavesiuutolla voidaan esimerkiksi uuttaa tanniinipitoisia uutteita puun kuoresta. Paineistetulla kuumavesiuutolla voidaan erottaa hemiselluloosaa erilaisista kasvimateriaaleista kuten sahanpurusta. Liuotinaineena käytetään pelkästään vettä.
• Luken uuttopilotissa on reaktori, jonka tilavuus on 300 litraa. Panos- ja läpivirtausuutossa on kemikaalin syöttömahdollisuus. Käyttöpaine on 1–20 bar ja käyttölämpötila on 10–200 °C. Lisäksi on mahdollista käyttää siirrettävää yksikköä, jolla uutteesta voidaan mitata jatkuvatoimisesti pH-arvo, taitekerroin ja sähkönjohtokyky. Yksikössä on mahdollisuus myös uutteen jälkikäsittelyyn, esimerkiksi aktiivihiilellä.

Ylikriittinen hiilidioksidiuutto ja kiteytys

• Ylikriittisellä hiilidioksidilla voidaan uuttaa mm. erilaisia rasvoja ja vahoja kasvimateriaaleista. Menetelmässä ei käytetä orgaanisia liuottimia, joten tuotteeseen ei jää niistä jäämiä. Lisäksi matalaa uuttolämpötilaa voidaan käyttää lämpöherkkien yhdisteiden uuttamisessa.
• Käytössä on Chematur Ecoplanning ylikriittinen uutto- ja kiteytyslaitteisto, jonka kapasiteetti on 10 litraa (0,5–3 kg). Laitteistossa käytetään liuottimena pääasiassa ylikriittistä hiilidioksidia. Apuliuottimena voidaan käyttää etanolia ja etanolin vesiliuosta.
• Laitteistoon voidaan liittää myös kylmäloukko, jolloin haihtuvat yhdisteet voidaan ottaa talteen.

Kalvosuodatus

• Kalvosuodatus on fyysinen erotusmenetelmä, jolla pystytään erottamaan kooltaan ja muilta ominaisuuksiltaan erilaiset molekyylit. Kalvotekniikan avulla voidaan samanaikaisesti pienentää tuotannon kokonaiskustannuksia ja parantaa tuotteiden laatua. Ultrasuodatusta (UF) voidaan käyttää esimerkiksi uutteiden tanniini- tai hemiselluloosapitoisuuden nostamiseen. Suolat, sokerit ja orgaaniset hapot läpäisevät kalvon. Nanosuodatus antaa pienten ionien (esimerkiksi mineraalien) päästä läpi, mutta sulkee pois suuremmat ionit ja useimmat orgaaniset komponentit.
• Kuumavesiuutolla ja paineistetulla kuumavesiuutolla saadut uutteet voidaan myös väkevöidä kalvosuodatuksella. Pilotissa on kaksi PCI B1 -putkityypin moduulia, jotka soveltuvat kalvotekniikoihin käänteisosmoosista mikrosuodatukseen kalvoista riippuen. Ultrasuodatukseen on EM006 (6kDa) muunnellut (PES) polyeetterisulfonikalvot. Ultrasuodatuksessa kalvopinta-ala on 2 x 1,75 m2. Uutteen pH-arvo voi vaihdella 1,5 ja 12 välillä. Enimmäissuodatuspaine on 30 bar ja -lämpötila 80 °C. Uutteiden nanosuodatukseen on FCA30-kalvot. 

Uutto- ja fraktiointipilottia palvelee erinomainen laboratorioanalytiikka, joka räätälöidään asiakkaan tarpeiden mukaan. Raaka-aineista ja uuttojäännöksistä voidaan määrittää fysikaaliset, kemialliset ja mikrobiologiset ominaisuudet. Näitä ovat esimerkiksi kuitumorfologia ja soluseinämärakenne, rakennepolymeerien koostumus ja sekundaarimetaboliitit. 

Saaduista uutteista voidaan määrittää kemiallinen koostumus, antioksidatiivisuus ja antimikrobisuus. Eri jakeiden sisältämät arvoyhdisteet voidaan tunnistaa ja määrittää. Voimme myös testata puolivalmisteiden tai tuotteiden ominaisuuksia.

Teknis-taloudellinen tarkastelu tehdään vaihe vaiheelta jokaiselle arvoketjun vaiheelle, joita ovat tyypillisesti raaka-aineen hankinta, varastointi, kuljetus, prosessointi, jakelu ja käyttö. Lähtötietoja kerätään yhdessä asiakkaan kanssa. Seuraavaksi katsotaan, mitä tuotteita markkinoille voidaan saada ja mihin hintaan. Tämän jälkeen valitaan prosessipolut, joissa on mahdollista käyttää kyseessä olevaa raaka-ainetta niin, että prosessointi kulkee samaan suuntaan ja tuottaa koko ajan lisäarvoa välituotteilleen. 

Toiminnan taloudellista kannattavuutta arvioidaan laskemalla investointi- ja käyttökustannukset ja tuotot sekä näiden perusteella investoinnin takaisinmaksuaika sekä vuosittainen tulos (liikevoitto/tappio).

Uutto- ja fraktiointiprosesseista voidaan tehdä elinkaarianalyysi ympäristövaikutusten tunnistamiseen ja näiden lieventämiseen. Tätä voidaan käyttää tuotteen tai prosessin ympäristövaikutusten arvioimiseen sen koko elinkaaren ajan raaka-aineiden hankinnasta loppusijoitukseen asti. Analyysi voidaan myös suorittaa rajatummin, keskittyen tiettyyn prosessivaiheeseen tai -vaiheiden sarjaan. 

Asiakkaan toiveesta on mahdollista tehdä myös kevyempi ympäristövaikutusten arviointi. Tällöin tarkastellaan esimerkiksi tuotannon ilmastonlämmityspotentiaalia (Global Warming Potential, GWP) ja tunnistetaan mahdolliset tuotannon kipupisteet (hot spots), joissa tuotteiden GWP-vaikutusta voitaisiin vähentää.