Från lignin till vanillin – resultat från BioLi2.0

I skogens biomassa döljer sig många värdefulla kemikalier, i vissa fall med ett kilopris i nivå med ädla metaller. Företaget Organofuel i Sundsvall utvecklar nya metoder för att med hjälp av kemisk ingenjörskonst vaska fram detta gröna guld.

Italo Sanhueza, Organofuel Sweden. Fotograf: Johan Olsson.

Biodrivmedel ur lignin från skogsråvara är snart en realitet och om några år tillverkas kanske även bioplaster i stor skala från samma resurs.

På Organofuel Sweden, ett företag som startats baserat på forskningsrön från Mittuniversitet, betraktar man lignin även ur en annan synvinkel – som bas för många av de kemikalier som utgör byggstenar för den kemiska industrin.
– Vi ser lignin som en utmärkt källa för aromatiska finkemikalier. Om vi först kan plocka ut dessa högvärdiga ämnen på ett effektivt sätt, så kan vi skapa en ekonomiskt attraktiv process där andra aktörer sedan gör om resten av ligninet till exempelvis drivmedel, förklarar företagets VD Italo Sanhueza.

Det finns en rad intressanta ämnen, så kallade monomerer, som skulle kunna ”klippas ut” ur den långa ligninpolymeren.

Den substans som Organofuel närmast intresserar sig för är vanillin – världens mest använda smak- och dofttillsats.
– Som ett litet och nystartat företag kan vi inte göra allt. Vi måste koncentrera oss på de ”lägst hängande frukterna”. Vanillin är attraktivt att börja med, eftersom där redan finns en stor marknad, förklarar Italo Sanhueza.

Närmare 80 procent av världsproduktionen av vanillin bygger idag på fossil råolja, vilket i ökande grad ses som icke hållbart. Vanilj från den odlade vaniljorkidén täcker bara någon procent av efterfrågan och priset har på senare år stigit kraftigt på grund av missväxt.

Det norska skogskemiföretaget Borregaard har också en betydande tillverkning. Deras produktion utgår visserligen från skogsråvara, men metoden bygger på lignin från sulfitmassatillverkning.
– Vi har tagit fram en mer generell katalytisk process, som gör det möjligt att få fram vanillin ur vanligt kraftlignin, alltså den typ av lignin som bildas vid massabruk som använder den idag dominerande sulfatprocessen, poängterar Italo Sanhueza.

Men Organofuels process hade bara testats i labbskala, alltså en produktion som resulterar i några få gram. För att få hjälp med att skala upp processen som ansökte företaget om att få komma med i innovationsprojektet BioLi2.0 inom BioInnovation.
– Vi kom med i projektet för ett år sedan, alltså senare än de flesta andra. Vi har ändå kommit så pass långt att vi nu kan köra vår process i en minireaktor hos vår samarbetspartner RISE Processum i Örnsköldsvik.

Kärnan i Organofuels företagsidé är kunskapen om hur man använder och anpassar katalytiska processer för biomassa. Det innebär ett nytt sammanhang för en typ av kemi, som annars mest tillämpas inom läkemedelsindustrin.
– Fördelen med katalys är att kunna åstadkomma kemiska reaktioner utan att behöva ta till exempelvis höga tryck och temperaturer, säger Italo Sanhueza.

Men metoden saknar inte svårigheter. En sådan är att ligninmolekylen, förutom kol och väte, också innehåller många andra ämnen. Svavelgrupper, alkoholer och andra så kallade funktionella grupper gör ofta sitt bästa för att slå ut katalysatorn.

Ett annat problem är att det kan uppstå oplanerade sidoreaktioner av de värdefulla monomerer man försöker ta fram. De polymeriseras då till nya kedjor och bildar helt enkelt en ny typ av lignin.
– Det är sådana effekter som vi försöker lära oss hantera när vi nu kör processen i större skala. En annan viktig uppgift under projektet har varit att ta reda på exakt vilken sorts lignin som är bäst lämpad för vår process. Till skillnad från olja, är lignin inte någon jämn råvara.

David Blomberg Saitton, RISE Processum

David Blomberg Saitton, chef för kemigruppen på RISE Processum, berättar att man under projektet arbetat både med flödesprocesser och så kallad batch-produktion.
– Det är ännu för tidigt att säga vilken typ av process som vore mest lämplig den dag man skalar upp till kommersiell produktion. Båda modellerna är tänkbara.

Han anser att projektet bevisat att Organofuel har en väl fungerande vanillinprocess. Samtidigt poängterar han att både själva kemin och processtekniken behöver optimeras under det fortsatta utvecklingsarbetet.
– Det är när man skalar upp som eventuella svårigheter blir tydliga. Nästa steg kan bli att ytterligare skala upp processen i vår befintliga utrustning, fast i större volymer, säger han.

Italo Sanhueza bekräftar att det återstår en hel del arbete innan Organofuels process är mogen för kommersiell användning.
– Vi kommer att behöva partners för att finansiera den fortsatta utvecklingen av metoden. Och jag tror att det finns ett intresse både från skogsindustrin och den kemiska industrin, säger han.

Fakta om vanillin

Vanillin är världens mest använda lukt- och smaktillsats. Den globala efterfrågan ligger idag kring 20 000 ton per år och om fem år väntas världsmarknaden för vanillin omsätta motsvarande över 6 miljarder kronor. Omkring två tredjedelar av allt vanillin som produceras används till mat och dryck. Parfymtillverkarna tar hand om cirka en fjärdedel, medan resterande tio procent går till läkemedelsindustrin. Naturligt vanillin finns i vaniljorkidén som främst odlas på Madagaskar. Omfattande missväxt har mångdubblat kilopriset, som nu är högre än för silver. Industriellt tillverkat vanillin kan även användas för vidareförädling till andra finkemikalier.

Fakta om delprojektet:

Lignin to fine chemicals using green chemistry and engineering var det senast tillkomna delprojektet inom BioLi2.0. Startup-företaget Organofuel Sweden AB bygger på forskning från Mittuniversitetet av professor Armando Cordova och hans doktorand Samson Afewerki. I projektet medverkade även forskningsinstituten RISE Processum i Örnsköldsvik, där försöksproduktionen av vanillin pågått, och RISE Bioeconomy i Stockholm, som svarat för de kemiska analyserna. Skogsindustrikoncernen SCA och biobränsleföretaget Sekab i Örnsköldsvik var råvaruleverantörer till projektet och har bidragit med expertis kring lignin.

Text: Björn Forsman

Läs mer om innovationsprojektet BioLi2.0.

2019-05-29 | Nyheter | Linda Larsson