Ekstraksjon og LtL-omdanning av gran- og bjørkebark

Abstract

Bark er et restmateriale det finnes store mengder av i skogsbruksindustrien. Mesteparten av barken blir i dag brukt som biobrensel av denne industrien, men det finnes bedre bruksområder for dette restmaterialet. Bark inneholder nemlig en rekke ulike ekstraktiver som kan isoleres og som det finnes godt etablerte bruksområder for. Bark inneholder og opptil 50 % lignin på tørr basis, som kan brukes som en fornybare kilde til kjemikalier, spesielt aromatiske forbindelser. I denne oppgaven ble granbark og bjørkebark brukt som en ny type råstoff i LtL-omdanning, en termokjemisk solvolyseprosess som omdanner lignin til et væskeprodukt med lavere O/C-forhold og høyere H/C-forhold enn utgangsstoffet, slik at væsken som dannes kan bli sammenlignbar med petroleumsvæsker. Maursyre ble brukt som hydrogendonor og vann som reaksjons-medium. Det ble satt opp to pilotserier basert på faktorforsøk med multivariabelt design, der tid, temperatur og volum reaksjonsmedium ble valgt som variabler. Målet med pilotserien var å se hvordan de ulike reaksjonsbetingelsene påvirket oljeutbytte. Kvalitative undersøkelser av LtL-oljene ble utført med GC-MS, FT-IR og elementanalyse. Fra pilotserien for granbark ble det konkludert med at høyere temperaturer og volum gir høyere oljeutbytter. Det høyeste oljeutbytte ble 63.9 wt%, og ble oppnådd ved 360 ℃ og 7 mL reaksjonsmedium. GC-MS av LtL-oljene viste at de inneholdt en rekke ulike forbindelser, der fenoler og alifatiske forbindelser utgjorde størsteparten av disse. Den største toppen i stort sett alle kromatogrammene tilhørte pyrokatekol (17.9 %), 4-metylkatekol (8.1 %) og dehydroabietisk syre (5.5 %). Fra pilotserien for bjørkebark kom det fram at bjørkebark generelt gir høyere oljeutbytter enn granbark. Det høyeste oljeutbytte ble på 75 wt%. I motsetning til granbark, var det ikke noe tydelig korrelasjon mellom de ulike reaksjonsbetingelsene og oljeutbytte. GC-MS-analysen til LtL-oljene fra bjørkebark viste at de inneholdt en rekke ulike forbindelser, inkludert fenoler, syrer og alifatiske forbindelser. De forbindelsene som tilhørte de største toppene i stort sett alle spektrene var eicosa-5,8,11-trienoisk syre (8.3 %) og linolsyre (3.4 %). Elementanalyse av LtL-oljene fra både granbark og bjørkebark viste at oksygeninnholdet hadde blitt redusert mye, noe som viser at effektiv deoksygenering har skjedd. Det ble også observert en generell trend med at LtL-oljene laget ved lavere temperaturer hadde høyere oksygeninnhold, noe som indikerer at deoksygeneringen ikke er like effektiv ved lave temperaturer. Ekstraksjon av granbark og bjørkebark ble utført med heksan som løsemiddel. Ekstraktet til granbark inneholdt både aromatiske og alifatiske forbindelser, mens ekstraktet til bjørkebark for det meste bare inneholdt alifatiske forbindelser. De forbindelsene som det var mest av i granbark ekstraktet var β-pimarinsyre (15.8 %), tunbergol (10.9 %) og dehydroabietisk syre (9.5 %), mens α-bergamoten (24.1 %), α-santalen (11.3 %) og heptadekan (9.5 %) var de som det fantes mest av i bjørkebark ekstraktet.