Martin Romantschukille ja työryhmälle myönnettiin 240 000 euron apuraha vuonna 2020 elintarviketeollisuuden sivuvirtojen hyötykäyttöä käsittelevään tutkimukseen.
Elintarviketeollisuuden sivuvirtana syntyvät laimeat liuokset, kuten hiivan emävesi, saadaan hyötykäyttöön uudenlaisen erottelumenetelmän avulla.
Ruokaa ei saa heittää hukkaan. Näin meitä opetetaan ja näin toimii myös elintarviketeollisuus. Prosessista yli jääneet raaka-aineet hyödynnetään toisiin tuotteisiin tai eläinten rehuksi.
– Poikkeuksena ovat elintarviketeollisuuden sivuvirtana syntyvät laimeat liuokset. Ne sisältävät arvokkaita ravintoaineita, mutta nykysysteemeillä niitä ei ole kannattavaa ottaa talteen vaan ne käsitellään jätevetenä, kertoo ympäristöbiotekniikan professori Martin Romantschuk Helsingin yliopistosta.
Nyt uusi teknologinen innovaatio, elektroflotaation kehitetty versio, voi muuttaa tilanteen ja tehdä laimeiden sivuvirtojen talteenotosta kannattavaa.
Esimerkiksi meijeriteollisuudessa kerman ja piimän valmistukseen käytetään samaa laitteistoa, ja laitteisto pitää puhdistaa siinä välissä. Puhdistusveteen liukenee pieniä pitoisuuksia kermaa ja piimää, jota voidaan käyttää rehuksi, levien kasvatusalustaksi tai kosmetiikkatuotteisiin, mutta nykymenetelmillä erottelu on taloudellisesti tappiollista.
Idea ETSIVÄT-hankkeeseen (ElintarvikeTeollisuuden SIvuVirrat hyötykÄyTtöön) syntyi hieman sattumalta. Romantschuk kollegoineen on viime vuosina tutkinut Lahden kampuksella etupäässä Euglena gracilis -silmälevän kasvatusta ja hyödyntämistä ravintolisänä ja kosmetiikan raaka-aineena.
Ennestään tuttu yhteistyötaho Axolot Solutions Finland Oy puolestaan on kehittänyt elektroflotaatio-keksintöään lähinnä selluteollisuutta silmällä pitäen. Viime vuonna yliopistolla tajuttiin, että siitä olisi hyötyä silmäleväprojektissa, ja yhteistyö alkoi.
Uusi teknologinen innovaatio voi tehdä laimeiden sivuvirtojen talteenotosta kannattavaa.
Ensimmäinen kohde on hiivankasvatuksen emävesi eli kasvatusliemi, jossa hiivaa kasvatetaan. Emävedessä on paljon sokerijuurikkaasta lähtöisin olevaa betaiinia. Se on arvokas komponentti kosmetiikkateollisuudessa ja myös parantaa levien ja kasvien kasvua. Emävettä tiivistetään luomulannoitteeksi haihduttamalla.
– Haihdutukseen perustuva erotteluprosessi on kallis, joten usein emävedestä ei oteta ravinteita talteen vaan mahdollisuuksien mukaan se prosessoidaan biokaasuksi, Romantschuk kertoo.
Elektroflotaation perustana on elektrolyysi. Elektrolyysi on se peruskoulun oppikirjoista tuttu menetelmä, jossa veteen johdetaan tasavirtaa. Tällöin vesimolekylit hajoavat niin, että positiivisessa anodissa syntyy happea ja negatiivisessa katodissa vetyä.
Axolotin innovaatiossa anodina käytetään rautaa tai alumiinia uudella tavalla. Tällöin elektrolyysissä ei synny happea vaan metalli- ja hydroksidi-ioneja sekä vetyä.
Metalli- ja hydroksidi-ionit muodostavat geelimäisen vaahdon, ja vety nostaa tämän vaahdon veden pinnalle. Samalla vaahto nostaa kaikki muutkin aineet veden pinnalle. Siitä ne saadaan kätevästi talteen.
Hapettomuus on tärkeä ominaisuus. Vapaa happi nimittäin helposti hapettaisi eri yhdisteitä eli muuttaisi toivotut yhdisteet epätoivotuiksi.
Tärkeä elintarvikeliuoksiin liittyvä muunnos on se, että veteen lisätään mikrokristallisoitua selluloosaa. Pienetkin määrät sitä lisäävät tehokkaasti vaahdon muodostumista.
– Mikrokristallisoitu selluloosa kelpaa elintarvikkeisiin. Sitä käytetään jo nyt lisäaineena lääkekapseleissa.
Tutkijat kokeilevat myös sitä, että keruukypsäksi kasvanut silmälevä erotettaisiin kasvatusliemestä elektroflotaation avulla.
– Nykyisin teemme erottelun sentrifugilla, mutta linkous rikkoo levän rakennetta. Elektroflotaatio on hellävaraisempi, ja erottelu saattaa myös onnistua pienemmillä energiakustannuksilla.
Yksi kehityskohde on kalanviljelylaitosten altaiden vesi. Kalankakka voitaisiin saada siitä talteen ja käyttää levien kasvualustana tai kasvilannoitteena.
Kun elektroflotaatiota tutkitaan ja testataan, se voi osoittautua oivaksi välineeksi mihin tahansa tilanteeseen, jossa vesimassasta pitää erotella siinä laimeana pitoisuutena olevia asioita. Esimerkiksi leipomo- ja panimoteollisuudessa riittää tällaisia liuoksia.
Yksi kehityskohde on kalanviljelylaitosten altaiden vesi. Kalankakka voitaisiin saada siitä talteen ja käyttää levien kasvualustana tai kasvilannoitteena. Toisaalta kun vesi saataisiin näin erotettua lietteestä ja puhdistettua, se voitaisiin kierrättää uudelleen laitoksen käyttöön.
Elektroflotaation hyödyt voivatkin laajemmin liittyä myös siihen, että jätevettä syntyy vähemmän.
– Meidän projektissamme jätevedenpuhdistus on sivutuote, mutta silläkin voi olla taloudellista merkitystä. Se voi alentaa teollisuuslaitosten jätevesimaksuja, Romantschuk sanoo.
Hänen lisäkseen Etsivät-työryhmän kuuluvat tutkijayliopettaja Marika Tossavainen Hämeen ammattikorkeakoulusta (HAMK) ja professori Olli Dahl Aalto-yliopistosta. Tossavainen on väitellyt mikrolevien hyödyntämismahdollisuuksista eri sovelluksista. Dahl on tutkinut pitkään teollisuuden sivuvirtojen hyödyntämistä ja on asiantuntija mikrokiteisen selluloosan (MCC) käytössä. Sen uusi tuotantomenetelmä tunnetaan nykyisin nimellä AaltoCell™.
Axolot Solutions Finland Oy:n lisäksi mukana on myös kaksi muuta nuorta yritystä. Algonomi Oy keskittyy mikrolevien tuotantoon, ensi vaiheessa kosmetiikkateollisuuden tarpeisiin. Luonnonkosmetiikkaa kehittävä ja markkinoiva Laponie Oy neuvoo kosmetiikan raaka-aineiden tuotannossa ja osallistuu hankkeen tuotteiden testaukseen.