Ligniinin biologiset jatkojalostusmahdollisuudet sellutehtaissa ja biojalostamoissa

Abstract

Ligniini on lignoselluloosasta saatava runsaasti aromaattisia hiiliryhmiä sisältävä orgaaninen yhdiste, josta voidaan tulevaisuudessa tuottaa esimerkiksi biopohjaisia kemikaaleja. Perinteisesti lignoselluloosaa jalostetaan sellu- ja paperitehtaissa, joissa siitä hyödynnetään kuitenkin vain selluloosa ja hemiselluloosa. Ligniini sen sijaan on tyypillisesti poltettu energianlähteeksi, jolloin siitä saatava arvo on ollut alhainen. Suurin este tehokkaille ja enemmän arvoa tuottaville ligniinin jalostusprosesseille on ligniinin rakenteellinen heterogeenisuus, joka vaikeuttaa ligniinin jalostamista halutuiksi lopputuotteiksi.

Ligniinin heterogeenisuudesta johtuvia rajoitteita voidaan välttää biologisilla jalostusmenetelmillä. Biologista jalostusta voidaan tehdä bakteerien ja sienten avulla hyödyntämällä niiden aineenvaihduntareittejä tai entsymaattisesti in vitro käyttämällä mikro-organismien tuottamia ligniiniä muokkaavia entsyymejä elävien organismien ulkopuolella. Bakteereista esimerkiksi Rhodococcus-, Pseudomonas- ja Streptomyces-suvut ovat tutkimuksissa osoittautuneet potentiaalisiksi ligniininjalostajiksi. Sienistä teollisesti mielenkiintoisia lajeja ovat esimerkiksi valkolahottajasieni Pleurotus ostreatus ja ruskealahottajasienet Postia placenta ja Gloeohyllum trabeum.

Biologisilla menetelmillä jalostetusta ligniinistä saadaan lopputuotteina vanilliinia tai raaka-aineita nylonin, pehmittimien ja voiteluaineiden tai aminohappojen, alkoholien, terpenoidien ja laktaatin tuottamiseen. Perinteisiin öljypohjaisiin tuotteisiin verrattuna ligniinistä jalostetut lopputuotteet ovat taloudellisesti kannattavampia ja ympäristöystävällisempiä, joten niille olisi kysyntää, kunhan tuotantoprosesseista saataisiin riittävän tehokkaita.

Ligniinin biologisten jalostusmenetelmien suurin rajoite on prosessien alhaiset saannot. Prosesseja voidaan tehostaa yhdistelemällä bakteerien ja sienten avulla tapahtuvaa ligniinin jalostusta, mutta todennäköisesti biologiset jalostusmenetelmät eivät ole yksinään riittävän tehokkaita. Siksi kannattavinta on yhdistellä sekä biologisia, fysikaalisia että kemiallisia ligniinin jalostusmenetelmiä.