FI20185749A1 - Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI20185749A1
FI20185749A1 FI20185749A FI20185749A FI20185749A1 FI 20185749 A1 FI20185749 A1 FI 20185749A1 FI 20185749 A FI20185749 A FI 20185749A FI 20185749 A FI20185749 A FI 20185749A FI 20185749 A1 FI20185749 A1 FI 20185749A1
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
mixture
weight
lignin
porous
mold
Prior art date
Application number
FI20185749A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI129396B (fi
Inventor
Tuomo Hilli
Original Assignee
Fifth Innovation Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fifth Innovation Oy filed Critical Fifth Innovation Oy
Priority to FI20185749A priority Critical patent/FI129396B/fi
Priority to EP19790030.1A priority patent/EP3847208A1/en
Priority to PCT/FI2019/050643 priority patent/WO2020049227A1/en
Publication of FI20185749A1 publication Critical patent/FI20185749A1/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI129396B publication Critical patent/FI129396B/fi

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G24/00—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor
    • A01G24/40—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor characterised by their structure
    • A01G24/48—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor characterised by their structure containing foam or presenting a foam structure
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/10—Suction rolls, e.g. couch rolls
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G24/00—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor
    • A01G24/20—Growth substrates; Culture media; Apparatus or methods therefor based on or containing natural organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/20—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 for porous or cellular articles, e.g. of foam plastics, coarse-pored
    • B29C67/202—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 for porous or cellular articles, e.g. of foam plastics, coarse-pored comprising elimination of a solid or a liquid ingredient
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H20/00—Advancing webs
    • B65H20/12—Advancing webs by suction roller
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/06—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/06—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent
    • C08J9/08—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent developing carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/30—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by mixing gases into liquid compositions or plastisols, e.g. frothing with air
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls
    • D21F3/083—Pressure rolls perforated
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls
    • D21F3/086—Pressure rolls having a grooved surface
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/04—Drying on cylinders on two or more drying cylinders
    • D21F5/042—Drying on cylinders on two or more drying cylinders in combination with suction or blowing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/16—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning perforated in combination with hot air blowing or suction devices, e.g. sieve drum dryers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2203/00—Foams characterized by the expanding agent
    • C08J2203/02—CO2-releasing, e.g. NaHCO3 and citric acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/16—Biodegradable polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2397/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C08J2397/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Keksinnön kohteena on huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi. Menetelmässä käytetään lignoselluloosaperäistä lähtöainetta muodostamalla biomassan fraktioinnista saatavista jakeista seos, jota käsitellään huokoisen kasvualustan valmistamiseksi. Menetelmässä materiaali vaahdotetaan, muotoillaan ja lämpökäsitellään, sekä valinnaisesti hiillytetään ja aktivoidaan. Saatava huokoinen kasvualusta sopii monipuolisesti kasvualustaksi erilaisille siemenille.

Description

HUOKOINEN MUOTOILTAVA KASVUALUSTA JA MENETELMÄ SEN VALMISTAMISEKSI
Tekniikan ala
Esillä oleva keksintö liittyy huokoisiin muotoiltaviin biomateriaalipohjaisiin kasvualustoihin, niiden valmistamiseen sekä niiden käyttöön.
Etenkin keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää huokoisen muotoiltavan kasvualustan aikaansaamiseksi sekä tällaisella menetelmällä aikaansaatavaa tuotetta.
Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 17 mukaista huokoista kasvualustaa.
Tekniikan taso
Maatalouden ongelmana on yleisesti siementen riittämätön itävyys erityisesti haastavissa olosuhteissa, kuten hiekassa, autiomaissa ja muissa olosuhteissa, joissa vettä on esimerkiksi niukasti saatavilla, sekä kylmemmillä alueilla. Mahdollisen siementen itämisen jälkeen ongelmaksi nousee usein viimeistään riittämän kasvu esimerkiksi ravintoköyhistä olosuhteista johtuen.
Aikaisemmin kasvualustoina on käytetty joitakin mineraaleista tai kuiduista valmistettuja 25 kasvualustoja. Vaahtotuote kastellaan ja asetetaan siemenet sen sisään. Yleisimmin on käytetty selluloosa- tai kivivillaa, joka on suhteellisen edullista ja sillä on stabiilit ominaisuudet. Tällaiset materiaalit ovat kuitenkin epäekologisia ja kalliita valmistaa. Siten on tarvetta löytää ekologinen kasvualusta siemenille edellä kuvatun laisissa maatalouden kannalta haastavissa olosuhteissa, joissa maaperällä on esimerkiksi huono veden 30 pidättämiskyky, se on ravinteiltaan köyhä tai alueella vallitsee kylmät olosuhteet.
Uutena osa-alueena viljelyyn on tullut niin kutsuttu vertikaali- tai kolmiulotteinen viljely,
20185749 prh 07-09- 2018 jossa pyritään tehokkaampaan tilan käyttöön verrattuna perinteiseen horisontaaliseen viljelyyn. Vertikaaliviljelyssä kasvualustat ovat pystysuunnassa ja tämä asettaa myös uusia haasteita kasvualustoille. Tällöin uudenlaiset ratkaisut, jotka voidaan asettaa mihin asentoon tahansa tai muovata mihin tahansa muotoon antavat huomattavasti lisää mahdollisuuksia. Lisäksi materiaalin kyky kantaa itsensä sekä kasvibiomassa ilman erillisiä suuria tukirakenteita vähentää merkittävästi kustannuksia.
Patenttijulkaisussa JPH06113669 on esitetty hyvällä vedenpidätyskyvyllä varustettu kasvualusta, jonka raaka-aineena on käytetty pääosin sellua ja biohajoavaa sakeutusainetta.
Kasvualusta on muodostettu vaivaamalla sellua, biohajoavaa sakeutusainetta, hajoavaa vaahdotusainetta ja vettä. Lisäksi seokseen on lisätty haluttuja siemeniä. Seos laitetaan muottiin, vaahdotetaan termisesti ja kuivataan vaahdotettu tuote.
Huokoisen kasvualustan raaka-aineen valinnassa merkittävää on huomioida lopputuotteen 15 tavoiteltu huokosten rakenne, kokonaispinta-ala ja ainesosien välillä oleva tyhjä tila sekä tietysti raaka-aineen hinta.
Huokoisten kasvualustojen ominaisuuksissa ja etenkin muotoiltavuudessa sekä käytetyissä lähtöaineissa on kehittämisen varaa. Erityisesti ekologisten lähtöaineiden käyttöä tulee tehostaa ja teollisuuden sivutuotteiden hyötykäyttöä lisätä entisestään. Millään lähtöaineella ei myöskään ole onnistuttu optimoidaan kaikkia edullisia ominaisuuksia samanaikaisesti ympäristöystävällisyyden ja edullisuuden kanssa. Tavoiteltavia ominaisuuksia ovat hyvä veden pidättämiskyky ja lämmöneristys, suhteellisen alhainen tiheys ja mekaaninen vahvuus.
Keksinnön yleinen kuvaus
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen menetelmä huokoisten muotoiltavien kasvualustojen valmistamiseksi bioperäisistä lähtöaineista. Erityisesti tarkoituksena on saada aikaan menetelmä kasvualustojen valmistamiseksi käyttämällä ekologisia ja. kustannuksiltaan edullisia lähtöaineita, joilla on kuitenkin tarvittavat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet käytön kannalta.
20185749 prh 07-09- 2018
Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla voidaan valmistaa kasvualustoja, lignoselluloosaperäisestä lähtöaineesta.
Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan uudenlainen muotoiltava kasvualusta.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä nestemäistä väliainetta sisältävä seos muodostetaan biomassan fraktioinnista saatavasta ligniiniä sisältävästä jakeesta, johon seokseen lisätään mahdollisesti myös biomassan fraktioinnin seurauksena syntyneitä muita jakeita.
Muodostettu seos vaahdotetaan ja muotoillaan muotissa ennalta määrättyyn muotoon. Näin saatu muotoiltu vaahto saatetaan vielä lämpökäsittelyyn, minkä jälkeen se voidaan valinnanvaraisesti hiillyttää ja. lopuksi aktivoida.
Esitetyllä tavalla saadaan aikaan vaahdotettuja biomassapohjaisia kasvualustoja, jotka 15 soveltuvat käytettäväksi kasvualustana monipuolisesti erilaisille siemenille ja taimille.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä menetelmällä saadaan aikaiseksi itsensä kantavia monoliittisia, huokoisia rakenteita, jotka soveltuvat kasvualustoiksi, joihin on helppo sisällyttää ravinteita ja hivenaineita. Tämän lisäksi saadaan aikaiseksi huokoisia muotoiltuja kasvualustoja, jotka ovat kauttaaltaan hiillytettyjä ja aktivoituja.
Sopivimmin keksinnön mukainen vaahdotus tapahtuu normaalipaineessa ja huoneenlämpötilassa. Vaahdotus voidaan kuitenkin tehdä myös ali- tai ylipaineessa, esimerkiksi 0,1 -10 bar:n absoluuttisessa paineessa. Kun seos vaahdotetaan ilman ulkoista lämmitystä, voidaan paremmin hallita vaahdotusta ja saadaan tasalaatuisia vaahtokappaleita.
Keksinnössä voidaan käyttää lähtöaineena hyvin laajasti erilaisia lignoselluloosapohjaisia raaka-aineita, kuten erilaisia kasveja ja niiden osia, erilaisten fraktiointiprosessien
20185749 prh 07-09- 2018 sivujakeita, sekä turve- ja biokaasulaitosten mädätteitä ja muita biologisesti osittain hajonneita tai käsiteltyjä materiaaleja. Keksinnössä käytettävät bioperäiset raaka-aineet vähentävät fossiilisten raaka-aineiden tarvetta ja pienentävät tuotteen hiilidioksidi] alanjälkeä Keksinnön mukaisessa menetelmässä on siten mahdollista hyödyntää halvempia, puhdistamattomia, lähtöaineita tai puhdistettuja raaka-aineita, tai yhdistää näitä. Näin saadaan käytettyä hyödyksi myös fraktiointiprosessin sivujakeita.
Keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä on etuna lisäksi ympäristöystävällisyys, yksinkertainen teknologia ja alhainen energian kulutus. Energian kulutusta voidaan 10 pienentää, kun hyödynnetään eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa ottamalla niitä talteen ja hyödyntämällä esimerkiksi esilämmityksessä. Lisäksi vaahdotukseen käytettäviä helposti haihtuvia komponentteja voidaan kierrättää lauhduttamalla ja uudelleen käyttämällä. Hiiltämis-vaiheessa syntyviä haihtuvia jakeita voidaan myös hyödyntää energian lähteenä tai niistä voidaan ottaa lämpöä talteen 15 lauhduttamalla, jolloin myös nämä nestejakeet voidaan hyödyntää muissa prosesseissa.
Lauhtumattomat kaasut voidaan polttaa ja näin tuotettu energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa tms.
Keksinnön mukaisella huokoisella kasvualustalla on etuna myös sen kierrätettävyys ja 20 uusiokäyttö. Valmistettu huokoinen kasvualusta voidaan regeneroida suoraan uudelleen kuumentamalla tai vaihtoehtoisesti murskaamalla, minkä jälkeen sitä voidaan käyttää uuden vaahdon raaka-aineena. Myös kasvualustassa kasvatettu biomassa, kuten varret ja juuret, voidaan hyödyntää uuden vaahdon raaka-aineena. Uuden vaahdon tekemisen yhteydessä suoritettu lämpökäsittely myös poistaa mahdolliset kasvatetun biomassan 25 sisältämät taudinaiheuttajat, jolloin ei ole riskiä kasvitautien leviämisestä. Lopuksi kasvualustaa voidaan käyttää maanparannusaineena tai polttaa ja tuottaa näin vihreää energiaa.
Seuraavassa tarkastellaan lähemmin keksinnön edullisia sovellusmuotoja oheiseen 30 piirustukseen viitaten. Piirustuksessa on esitetty yksinkertaistettu kaaviokuva yhden sovellutusmuodon mukaisen menetelmän vaiheista.
20185749 prh 07-09- 2018
Piirustukset
Kuvio 1 on lohkokaavio, jossa on esitetty yhden sovellutusmuodon mukaisen menetelmän vaiheet.
Kuviossa 2 on esitetty yhden sovellutusmuodon mukainen kaaviokuva kasvualustasta, johon on integroitu nesteiden ja/tai ravinteiden syöttö.
Sovellutusmuodot
Esillä oleva keksintö koskee huokoista muotoiltavaa kasvualustaa ja menetelmää sen valmistamiseksi.
Valmistettavista tuotteista käytetään seuraavassa nimityksiä ”kasvualusta”, ”kappale” ja ”vaahtokappale” toistensa synonyymeina. Kyseessä on kolmiulotteinen kasvualusta, joka on huokoinen. Vaahdotuksen jälkeen kasvualusta käsittää huokosia, jotka ovat vähintään kooltaan makrohuokoisia. Tyypillisesti huokosten pienin ulottuvuus on tällöin ainakin 0,01 mm. Mahdollisen aktivoinnin seurauksena kasvualustaan syntyy suuri määrä mikro- ja mesohuokosia.
Sopivimmin kasvualusta on kauttaaltaan huokoinen, mikä tarkoittaa, että huokoinen rakenne ulottuu kasvualustan sisältä aina sen pintaan asti. Sopivimmin huokoinen kasvualusta on kaasuja ja nestettä läpäisevä.
Kasvualustat ovat ”monoliittisiä”, millä tässä yhteydessä tarkoitetaan, että niiden runkorakenne koostuu kauttaaltaan samasta aineesta, eli kasvualusta on ”yhtä ainetta”.
Kasvualustat ovat tyypillisesti mekaanisesti lujia ja esillä olevasta materiaalista on mahdollista valmistaa itsensä kantavia kasvualustoja. ”Itsensä kantava” tarkoittaa, että niistä voidaan muodostaa tuotteita, jotka eivät tarvitse erillistä runkokerrosta tai rakennetta.
20185749 prh 07-09- 2018
Yhden sovelluksen mukainen menetelmä on esitetty kuviossa 1.
Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa (kuvion 1 viitenumero 2) muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä seos biomassan fraktioinnista 1 saatavasta ligniiniä sisältävästä jakeesta.
Tyypillisesti ligniinipitoinen jae on peräisin biomassasta, kuten puusta tai yksi- tai monivuotisista kasveista. Jae saadaan esimerkiksi uuttamalla biomassaa vesiliuoksilla, esimerkiksi kuumavesiuutolla tai paineistetulla kuumavesiuutolla tai perinteisellä kemiallisella sellukeitolla. Vesiliuokset sisältävät sopivimmin ligniinin liukenemista edistäviä komponentteja, kuten alkaleja, esim, alkalimetalli- tai maa-alkalimetalli hydroksideja, karbonaatteja, sulfideja tai näiden seoksia. Uuttoliuokset voivat myös sisältää peroksideja sekä orgaanisia yhdisteitä, kuten permuurahaishappoa tai Caronin suolaa.
Uutto voidaankin suorittaa myös orgaanisilla tai ionisilla liuottimilla.
Seoksen sisältämä nestemäinen väliaine toimii seoksessa vaahdottajana. Yhden sovellutusmuodon mukaan nestemäinen väliaine on vettä. Toisen sovellutusmuodon mukaan nestemäinen väliaine voi olla esimerkiksi orgaaninen liuos, kuten alkoholi, tai ioninen liuos. Nestemäinen väliaine voi olla myös useamman eri nesteen seos. Käyttämällä 20 nestemäistä väliainetta, jolla on alhainen kiehumispiste, voidaan pienentää vaahdon kuivatukseen tarvittavaa energian määrää.
Yhden sovellutusmuodon mukaan vaahdotukseen käytetty nestemäinen väliaine voidaan kerätä talteen ja kierrättää käytettäväksi uudelleen.
Ligniini voi olla joko käsittelemättömänä tai käsiteltynä tai näiden seoksena. Niinpä ligniini voi olla missä taliansa muodossa, kuten alkaaliligni ininä, tioli-muodossa tai lignosulfonaatin metalli suolana.
Yhden sovellutusmuodon mukaan ligniinipitoiseen seokseen lisätään myös biomassan fraktioinnista 1 saatavia muita jakeita. Nämä jakeet voivat sisältää tai olla sisältämättä ligniiniä. Tyypillisesti lisättävät jakeet sisältävät esimerkiksi biomassasta saatavia
20185749 prh 07-09- 2018 orgaanisia komponentteja, kuten uuteaineita, furfuraalia tai tanniinia, tai monomeerisiä, oligomeerisiä tai polymeerisiä sakkarideja, jotka ovat peräisin selluloosasta tai hemiselluloosasta.
Lisäksi lisättävät jakeet voivat olla puhtaita tai puhdistamattomia. Kunkin tällaisen jakeen osuus vaahdotettavan seoksen kiintoaineesta voi olla esimerkiksi noin 0,1-25 paino-%.
Esillä olevassa keksinnössä pystytään siis hyödyntämään tehokkaasti fraktiointiprosessin erilaisia sivujakeita.
Yhden sovellutusmuodon mukaan biomassan jakeista muodostettu seos sisältää vähintään paino-% ligniiniä, edullisesti vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisemmin 10-80 paino% ligniiniä, esimerkiksi 20-50 paino-% ligniiniä seoksen kuivapainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan jakeista muodostettu seos sisältää vähintään 1 paino-% ligniiniä, edullisesti vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisemmin 10-75 paino-% ligniiniä, esimerkiksi 30-50 paino-% ligniiniä seoksen kokonaispainosta laskettuna.
Yhden sovellutusmuodon mukaan muodostettu seos sisältää nestemäistä väliainetta 0,1-70 20 paino-%, edullisesti 1-50 paino-%, edullisemmin 5-30 paino-%, esimerkiksi noin 20 paino-%, seoksen kokonaispainosta laskettuna.
Seokseen voidaan myös lisätä komponentteja, jotka esimerkiksi muokkaavat lopputuotteen ominaisuuksia käyttökohteen mukaan.
Yhdessä sovelluksessa vaahdotettavaan seokseen lisätään kasvien kasvua edistäviä komponentteja, kuten ravinteita ja hivenaineita. Yhden sovellutusmuodon mukaan näitä komponentteja lisätään ennen vaahdotusta. Toisen sovellutusmuodon mukaan näitä komponentteja voidaan lisätä myös missä tahansa muussa menetelmän vaiheessa, kuten 30 ennen kuivausta tai hiiltämistä, tai useammassa eri vaiheessa.
Esimerkkeinä voidaan mainita epäorgaaniset ja orgaaniset lannoitekomponentit.
20185749 prh 07-09- 2018
Epäorgaanisista komponenteista voidaan mainita NPK-pitoiset lannoitekomponentit, kuten urea, ammoniumnitraatti, ammoniumsulfaatti, fosforihappojohdannaiset ja muut fosfaatit sekä kaliumsuolat. Muita epäorgaanisia lisäainekomponentteja ovat kalsium- ja magnesiumpitoiset jauheet, kuten kalkkikivi- ja dolomiittikivijauheet
Orgaanisista voidaan mainita orgaaniset eläinperäiset lannoitteet, kuten teknisesti käsitelty lanta, lihaluujauho, sarvilastu, verijauho, höyhenjauho, orgaaninen eläinperäinen lannoiteliuos, orgaaniset ei-eläinperäiset lannoitteet, kuten orgaaninen lannoite, sienibiomassa, bakteeribiomassa, orgaaninen lannoiteliuos, merileväjauhe, merileväuute, betaiini, humusvalmiste tai -uute, alkoholien vesiliuos tai öljyemulsio, kasviuute. Edelleen orgaanisina lannoitekomponentteina voidaan käyttää sivutuotteita, kuten melassiuutetta, vinassia ja vinassiuutetta sekä perunan solunestettä.
Edellä mainittujen lisäksi tai niiden sijaan voidaan myös sisällyttää kivennäis- ja hivenaineita, kuten mangaania, booria ja kuparia, sekä seleeniä sekä näiden seoksia.
Kivennäis- ja hivenaineet voidaan lisätä epäorgaanisina suoloina.
Kivennäisaineet voidaan myös lisätä orgaanisina kivennäislannoitteina. Näitä ovat esimerkiksi orgaaninen eläinperäinen kivennäislannoite, orgaaninen kivennäislannoite, orgaaninen kivennäislannoiteneste, orgaaninen eläinperäinen kivennäislannoiteneste, lihaluujauho.
Edellä mainittujen lisäksi seokseen voidaan lisätä maanparannusaineita, kuten turvetta, maanparannuskompostia, lantaseoksia, tuorekompostia, kasvijätekompostia sekä käsiteltyä puhdistamolietettä tai mädätettä.
Edellä mainittujen komponenttien määrät voivat olla noin 0,01-70 paino-% vaahdotettavan 30 seoksen kuiva-aineesta, tyypillisesti määrät ovat noin 0,05 - 30 paino-%, esim, noin 0,1-15 paino-%, vaahdotettavan seoksen kuiva-aineesta.
20185749 prh 07-09- 2018
Toisessa sovelluksessa, joka on yhdistettävissä edelliseen, lisätään seokseen yhteen tai useampaan seuraavista ryhmistä kuuluva aine:
valmistettavien kappaleiden mekaanisia ominaisuuksia muokkaava aine (etenkin niiden lujuutta kasvattavia aineita), valmistettavien kappaleiden palon- ja lahonkesto-ominaisuuksia muokkaava aine, katalyytti, tai valmistettavissa kappaleissa insektisidinä toimiva aine.
Edelleen seokseen on mahdollista lisätä myös erilaisia täyteaineita, kostutusaineita ja stabilointiaineita.
Edellä esitettyjen aineiden ja komponenttien määrät ovat yhteensä tyypillisesti noin 0,0125 paino-%, etenkin noin 0,1-10 paino-% lähtöaineen kuivapainosta.
Yhden sovellutusmuodon mukaan seokseen lisätään myös haluttuja siemeniä ennen vaahdotusta. Keksinnössä käytettäviä siemeniä ei ole mitenkään rajoitettu. Keksintöä voidaan hyödyntää monenlaisille siemenille, kuten vihannesten, kukkien, puiden ja muille vastaaville siemenille.
Toisen sovellutusmuodon mukaan siemenet tai taimet lisätään valmiiseen huokoiseen kasvatusalustaan.
Menetelmän seuraavassa vaiheessa 3 muodostettu seos vaahdotetaan ja muotoillaan muotissa ennalta määrättyyn muotoon.
Yhden sovellutusmuodon mukaan biomassan fraktioinnin seurauksena saaduista jakeista muodostettu seos vaahdotetaan ennen sen syöttämistä muottiin, jolloin muotti saadaan täytettyä huolellisesti täyteen ja vaahdotetusta kappaleesta saadaan juuri muotin muotoinen. Toisen sovellutusmuodon mukaan seos vaahdotetaan vasta muotissa. Muotti voi olla lämmitettävä vaahdon kiinteytymisen edistämiseksi, kuten alla selostetaan.
Seos voidaan vaahdottaa millä tahansa yleisesti tunnetulla vaahdotusmenetelmällä, kuten kuumentamalla, mekaanisesti sekoittamalla, puhalluskaasuprosessilla tai
20185749 prh 07-09- 2018 suolaliuosprosessilla. Edullisesti seos vaahdotetaan mekaanisesti sekoittamalla tai kemiallisesti. Kemiallisessa vaahdottamisessa voidaan käyttää esimerkiksi natriumbikarbonaattia tai kaliumkarbonaattia, jotka hajotessaan tuottavat hiilidioksidia ja, joiden alkaliosa toimii samalla lannoitteena ja aktivoinnin apuaineena. Vaahdotus voidaan suorittaa esimerkiksi sekoitussäiliössä.
Vaahdotuksen edistämiseksi seokseen voidaan lisätä vaahdotusainetta, kuten pintaaktiivista ainetta, kuten polysorbaattia, esim, noin 0,1-10 paino-% seoksen kuiva-aineesta.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan vaahdotus suoritetaan normaalipaineessa tai pienessä ylipaineessa, esimerkiksi 1,1-10 bar:n absoluuttisessa paineessa. Vaahdota slämpötila on edullisesti yli 20 °C, mutta alle 100 °C. Reaktio on eksoterminen eli ilman kuumentamista vaahdotus on paremmin hallittavissa ja kappaleen muovaaminen on helpompaa.
Muotin avulla vaahdotettu tuote saa kolmiulotteisen selkeän muodon, jota ei ole mitenkään rajatta. Se voi olla esimerkiksi kuutio, kartio, lieriö tai pallo. Edullisen sovellutusmuodon mukaan muotti on suljettava. Muotti voi kuitenkin olla myös avoin.
Edellä kuvatun mukaisesti valmistetta muotoiltu huokoinen materiaali saatetaan lämpökäsittelyyn 4.
Muodostettu huokoinen materiaali lämpökäsitellään 4 miedossa lämpötilassa vaahdon kiinteyttämiseksi ja lujittamiseksi. Edullisessa sovelluksessa lämpökäsittely suoritetaan vaahdon edelleen ollessa muotissa.
Lämpökäsittely voidaan kuitenkin myös suorittaa erillisessä uunissa.
Lämpökäsittely suoritetaan lämmittämällä vaahdotettu seos sopivaan lämpötilaan ja pitämällä sitä tässä lämpötilassa riittävän ajan, kuten 0,1-24 tuntia, esimerkiksi 0,5-12 30 tuntia, aina fraktioista muodostetun seoksen koostumuksen mukaan. Edullisesti lämpökäsittely tapahtuu alle 250 °C:n lämpötilassa, esimerkiksi alle noin 200 °C:n lämpötilassa, sopivimmin noin 101-195 °C:n lämpötilassa. Tavallisesti lämpökäsittely
20185749 prh 07-09- 2018 suoritetaan normaali-ilmanpaineessa (noin 1 barm paineessa), mutta on tietenkin mahdollista suorittaa se myös korotetussa paineessa, esim, noin 1,1-10 barm absoluuttisessa paineessa.
Vaahdon lämpötilan nostaminen tulee tapahtua riittävän alhaisella nopeudella, jotta materiaali lämpenee tasaisesti. Yhden sovellutusmuodon mukaan sopiva lämmitysnopeus on noin 1-120 °C/minuutti, etenkin lämpötilaa nostetaan lämpökäsittelyastiassa noin 5-50 °C/minuutti, esimerkiksi noin 10-30/°C/minuutti.
Lämpökäsittelystä saatava vaahtokappale soveltuu sellaisenaan käytettäväksi kasvualustana.
Yhden sovelluksen mukaan vaahtokappale saatetaan kuitenkin jatkokäsittelyyn, johon sisältyy ainakin vaahtokappaleen ligniinin hiiltäminen sekä näin saadun tuotteen mahdollinen aktivointi. Mahdollisen hiiltämisen ja aktivoinnin avulla saadaan esimerkiksi poistettua hajua aiheuttavia ja muita ei-toivottuja komponentteja. Hiillyttäminen myös pienentää kappaleen paloriskiä haihtuvien komponenttien poistuessa käsittelyn aikana sekä parantaa kappaleen mekaanisia ominaisuuksia, milloin se kestää rasitusta ja kuormaa paremmin. Aktivointi puolestaan lisää kappaleen huokostilavuutta, joka on edullinen ominaisuus veden sidonnan eli absorption kannalta.
Yhden sovellutusmuodon mukaan lämpökäsitellyn huokoisen materiaalin lämpötila lasketaan edullisesti noin 50-100 °C:n lämpötilaan. Lämpötilan laskeminen suoritetaan sopivimmin niin hitaasti, ettei hiilivaahtoon tule murtumia termisestä jännityksestä johtuen.
Sopiva jäähdytysnopeus on noin 1-120 °C/minuutti, etenkin lämpötilaa lasketaan lämpökäsittelyastiassa noin 5-50 °C/minuutti, esimerkiksi noin 10-30/°C/minuutti. Näin toimitaan tyypillisesti silloin, jos muotoiltu huokoinen kappale poistetaan muotista tässä kohtaa joko siitä syystä, että huokoista lämpökäsiteltyä kappaletta käytetään kasvualustana sellaisenaan tai seuraavat mahdolliset menetelmävaiheet suoritetaan ilman muottia.
Tyypillisesti huokoinen kappale kuitenkin pidetään muotissa myös mahdollisen hiillyttämisen ja aktivoinnin ajan, jos muotti on sellainen, että hiillytyksen ja aktivoinnin aikana vapautuvat kaasut pystyvät vapaasti kulkemaan siinä.
20185749 prh 07-09- 2018
Toisessa sovellutusmuodossa lämpökäsitelty huokoinen materiaali viedään suoraan, sen lämpötilaa olennaisesti laskematta, seuraavaan prosessivaiheeseen, jossa se hiilletään ja mahdollisesti aktivoidaan.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan lämpökäsittelyn jälkeinen mahdollinen hiillyttäminen 5 tapahtuu inertissä kaasufaasissa yli 500 °C:n lämpötilassa, kuten 500-1500 °C:n lämpötilassa, edullisesti noin 800-1000 °C:n lämpötilassa. Vaahdon lämpötila nostetaan hitaasti hiillytyslämpötilaan. Sopiva lämmitysnopeus on noin 1-120 °C/minuutti, etenkin lämpötilaa nostetaan lämpökäsittely astiassa noin 5-50 °C/minuutti, esimerkiksi noin 1030/°C/minuutti.
Hiillyttämisessä käytettävä inertti kaasufaasi voi sisältää mitä tahansa kaasuja, jotka ovat olennaisesti inerttejä hiillyttämisen olosuhteissa. Esimerkkeinä tällaisista kaasuista mainittakoon typpi, helium, hiilidioksidi ja argon sekä niiden seokset.
Yhden sovellutusmuodon mukaan myös mahdollisen hiillyttämisen jälkeen kappaleen lämpötila tulee laskea riittävän hitaasti, jotta kappaleeseen ei synny murtumia. Sopiva jäähdytysnopeus on noin 5-50 °C/minuutti.
Mahdollinen hiiltäminen voidaan suorittaa suljettavassa reaktorissa tai uunissa. Tyypillisesti tällainen reaktori tai uuni toimii lähellä ilmanpainetta tai pienessä ylipaineessa.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan hiillytetty kappale aktivoidaan sen ominaispinta-alan kasvattamiseksi edelleen. Juuri esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla materiaali saadaan kauttaaltaan tasaisesti ensin hiillytetyksi ja sitten aktivoiduksi.
Materiaalin hiillytys- ja aktivointivaiheiden avulla saadaan myös lisättyä huokoisen materiaalin mekaanista kestävyyttä.
Yhden sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan kemiallisesti. Edullisesti kemiallinen aktivointi tapahtuu kuumentamalla aktivointikemikaaleilla käsitelty materiaali
20185749 prh 07-09- 2018
400-800 °C:n lämpötilaan. Aktivointikemikaaleina voidaan käyttää esimerkiksi alkalisuoloja, fosforihappoa, sinkkikloridia tai rikkihappoa tai näiden seosta.
Toisen sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan fysikaalisesti, jolloin hiili aktivoidaan kaasun avulla, noin 800-1100 °C:n lämpötilassa. Käytettävä kaasu voi olla esimerkiksi vesihöyry, hiilidioksidi tai näiden seos. Aktivoinnin eksotermisten reaktioiden seurauksena materiaalista poistuu vetyä, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan kappale aktivoidaan vesihöyryllä. Tällöin aktivoidun 10 materiaalin ulkoisesta adsorptiopinta-alasta tulee suuri ja rakenteesta pienihuokoista, jolloin vaahto käsittää pääosin mikrohuokosia (alle 2 nm:n huokosia) ja vastaavasti mesohuokosia (2-50 nm:n huokosia).
Edullisen sovellutusmuodon mukaan kappaleen huokostilavuus on aktivoinnin jälkeen yli 3 3
0,1 cm/g. Edullisemmin kappaleen huokostilavuus on aktivoinnin jälkeen yli 0,2 cm /g.
'2 esimerkiksi 0,1-0,7 cm /g.
Yhden sovellutusmuodon mukaan hiillytetty huokoinen kappale voidaan edelleen grafitoida ennen kappaleen aktivoimista kuumentamalla kappale vielä korkeampaan, yli 20 1500 °C:n lämpötilaan. Grafitoinnilla voidaan edelleen muokata hiilivaahdon ominaisuuksia.
Hiillytetty huokoinen kasvualusta soveltuu erityisesti kohteisiin, joissa on korkea paloriski sekä mekaanista lujuutta vaativiin sovelluskohteisiin, kuten viherseiniin ja -kattoihin.
Aktivoiduille kasvualustoille puolestaan löytyy käyttöä erityisesti erittäin kuivissa olosuhteissa, joissa kasvualustan hyvä vedenpidätyskyky on erityisen tärkeää.
Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmällä valmistettu huokoinen kappale voidaan pestä mahdollisten epäorgaanisten materiaalien vähentämiseksi. Pesu voidaan suorittaa 30 esimerkiksi vedellä, vesipitoisilla hapoilla, emäksillä tai jollain muulla liuoksella, etenkin vesipitoisella liuoksella. Kappale voidaan tämän jälkeen valinnaisesti kuivata yleisesti tunnetuilla kuivausmenetelmillä.
20185749 prh 07-09- 2018
Yhden sovellutusmuodon mukaan lähtöaineeseen voidaan lisätä inpregnaatteja eli lisäaineita, jotka parantavat edelleen esimerkiksi tiettyjen aineiden adsorptiota materiaaliin sen käytön aikana. Tällaisten aineiden määrä on tyypillisesti noin 0,1-10 paino-% lähtöaineen kuivapainosta.
Edellä esitetyn perusteella keksinnön mukainen menetelmä käsittää ensimmäisessä sovellutusmuodossa 1) biomassan fraktioinnin ja nestemäisen väliaineen sisältävän seoksen muodostamisen fraktioista, joista ainakin joku sisältää ligniiniä, 2) seoksen asettamisen suljettuun muottiin, 3) seoksen vaahdottamisen ja 4) huokoisen materiaalin lämpökäsittelyn vaahdon lujittamiseksi.
Toisessa sovellutusmuodossa keksinnön mukainen menetelmä käsittää 1) biomassan fraktioinnin ja nestemäisen väliaineen sisältävän seoksen muodostamisen fraktioista, joista 15 ainakin joku sisältää ligniiniä, 2) seoksen vaahdottamisen, 3) huokoisen materiaalin asettamisen suljettuun muottiin ja 4) huokoisen materiaalin lämpökäsittelyn vaahdon lujittamiseksi.
Yhdessä sovellutusmuodossa jommankumman kahden edellisen sovellutusmuodon mukainen menetelmä käsittä lisäksi 5) lujitetun vaahdon hiillyttämisen ja 6) lopuksi valinnaisesti hiillytetyn kappaleen aktivoinnin.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaiseen menetelmään voidaan yhdistää tehokas energiankäyttö, kun hyödynnetään eri prosessivaiheissa käytettyjen kaasuvirtojen energiaa. Tällainen prosessikaavio on esitetty kuviossa 1.
Yhden sovelluksen mukaan keksinnön mukaisen menetelmän hiilly Itämisvaiheessa syntyvät haihtuvat jakeet lauhdutetaan, jolloin niistä saadaan otettua lämpöenergiaa talteen.
Samalla muodostuu nestejakeita, joita voidaan hyödyntää muissa prosesseissa. Nestejakeet 30 voidaan ottaa talteen tai polttaa.
Toisen sovelluksen, joka voidaan yhdistää myös edelliseen, mukaan hiilly ttämi s vaiheessa
20185749 prh 07-09- 2018 haihtuvat jakeet sekä edellisessä sovelluksessa mahdollisesti lauhtumattomat kaasut poltetaan energian tuottamiseksi. Syntynyt energia voidaan hyödyntää esimerkiksi prosessissa, lämmityksessä tai sähköntuotannossa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan talteen otettavaa lämpöenergiaa voidaan hyödyntää prosessin sisäisessä lämmityksessä eli esimerkiksi raaka-aineiden tai rakennuksen lämmityksessä. Toisen sovellutusmuodon mukaan lämpöenergiaa voidaan myydä ulkopuolisille tahoille.
Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukaisen huokoisen hiilletyn kappaleen hiilipitoisuus riippuu käytetystä lähtöaineesta, sekä vaahdon hiillyttämisessä tai grafitoinnissa käytetystä lämpötilasta. Yhden sovellutusmuodon mukaan valmiin huokoisen hiilletyn kappaleen hiilipitoisuus on 50-100 paino-%, edullisesti 75-100 paino%, esimerkiksi 80-98 paino-%, valmiin kappaleen painosta.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaisen huokoisen kasvualustan tiheys on 20-950 g/dnr, edullisesti 50-500 g/dm ja puristuslujuus on noin 0,07-7 MPa, edullisesti noin 0,1-1,0 MPa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukainen huokoinen kasvualusta sisältää vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisesti. 10-95 paino-%, ligniiniä, esimerkiksi 40-80 paino-% ligniiniä, kokonaispainosta laskettuna.
Esillä oleva keksintö koskee myös huokoista kappaletta, joka on valmistettu keksinnön 25 mukaisella menetelmällä.
Lisäksi esillä oleva keksintö koskee yleisesti lignoselluloosaperäisestä ligniiniä sisältävästä lähtöaineesta valmistettua huokoista, monoliittista, itsensä kantavaa ja muotoiltua kasvualustaa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista valmistaa myös kasvualustoja, joissa, on integroituna nesteiden ja/tai ravinteiden syöttö
20185749 prh 07-09- 2018 kasvualustaan. Tämä tapahtuu muodostamalla kasvualustaan jo sen valmistusvaiheessa sisäisiä kanavia, joiden avulla esimerkiksi kasvualustan kosteus ja sen sisältämä ravintopitoisuus voidaan säätää halutun laisiksi.
Kasvualusta voi sisältää yhden tai enemmän kanavia, kuten esimerkiksi kaksi tai kolme kanavaa. Kanavien suunta tai muotoa kasvualustan sisällä ei ole mitenkään rajattu. Edullisen sovellutusmuodon mukaan kanavat ovat pysty- ja/tai vaakasuoria ja poikkileikkaukseltaan pyöreitä, koska tällaisten kanavien muodostaminen muotissa on suhteellisen yksinkertaista.
Edullisen sovellutusmuodon mukaan kasvualustan sisältämät kanavat muodostetaan kappaleen muotoilun yhteydessä. Tällöin käytettävä muotti sisältää halutun laiset kanavat.
Kappaleen muotoilun yhteydessä voidaan kappaleeseen myös muodostaa kanavat johteille 15 ja. tilat antureille, joilla pystytään seuraamaan kasvualustan tilaa.
Yhden sovellutusmuodon mukaan kasvualustan sisältämien kanavien avulla saadaan aikaan älykkäitä ja automatisoidusti ohjattuja kasvualustoja. Kuviossa 2 on esitetty yhden sovellutusmuodon mukainen automatisoidusti ohjattavissa oleva kasvualusta kaaviona.
Kasvualustan sisältämiin kanaviin (kuvion 2 viitenumero 6) voidaan yhdistää venttiilit 7, joiden avulla ohjataan haluttujen aineiden, kuten erilaisten nesteiden ja ravinteiden, määrää ja syöttöä kasvualustan kanaviin. Liittämällä kasvualustaan mitta-antureita 10, voidaan mitata erilaisia suureita, kuten kosteutta, lämpötilaa sekä sähkön- ja lämmönjohtokykyä, 25 joiden arvoja voidaan käyttää nesteiden ja ravinteiden syötön optimointiin.
Yhden sovellutusmuodon mukaan menetelmässä käytetään muottia, jonka avulla vaahdotettuun tuotteeseen saadaan muodostettua sisäisiä kanavia, joiden avulla kasvualustaan voidaan integroida nesteiden ja/tai ravinteiden syöttö, edullisesti nesteiden 30 ja/tai ravinteiden syöttö on automatisoitua perustuen mitta-antureiden mittaamiin suureisiin, kuten kosteuteen, lämpötilaan sekä sähkön- ja lämmönjohtokykyyn.
20185749 prh 07-09- 2018
Esimerkit
Esimerkki 1
Ensin sekoitettiin keskenään vettä 100 g, furfuryylialkoholia 100 g ja pinta-aktiivista ainetta (polysorbaattia) 25 g, kunnes ne muodostivat homogeenisen seoksen. Tämän jälkeen seokseen lisättiin jauhemaista ligniinin ja biomassan seosta 250 g ja tanniinihappoa 100 g, minkä jälkeen seosta sekoitettiin voimakkaasti useita minuutteja. Seoksen muodostamisen kolmannessa vaiheessa lisättiin kaasua vapauttavaa yhdistettä (kaliumbikarbonaattia) 50 g. Tässä vaiheessa seokseen lisättiin myös tomaatinsiemeniä. Lopuksi lisättiin happokatalyyttiä (para-tolueenisulfonihappoa) 50 g, joka aloitti reaktion ja vaahdonmuodostuksen.
Vaahtoamisen tasaannuttua seos laitettiin muottiin ja siirrettiin siinä uuniin vaahdon lujittamiseksi. Vaahtoa pidettiin uunissa 1200 minuuttia 105 °C lämpötilassa. Lujittamisen jälkeen lämpötila laskettiin huoneenlämpötilaan ja valmis huokoinen kasvualusta poistettiin muotista.
Teollinen käyttökelpoisuus
Keksinnön mukaista menetelmää voidaan hyödyntää erilaisten huokoisten muotoiltavien kasvualustojen valmistamiseen ja menetelmällä valmistettua kasvualustaa voidaan käyttää yleisesti kasvualustana erilaisille siemenille. Kasvualustaa voidaan käyttää sellaisenaan tai sitä voidaan hyödyntää lähtöaineena muissa prosesseissa.
Keksinnön mukaisella huokoisella kasvualustalla on etuna mm. ilmavuus, pieni hiukkaskoko ja myrkyttömyys. Kyseisessä kasvualustassa on myös mahdollista ravinteiden ja kastelun integrointi.
Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa yllä esimerkin omaisesti esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan se on päinvastoin tarkoitus voida laajasti tulkita jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten määrittelemän suojapiirin puitteissa.
Viitenumerot biomassan fraktiointi
2. sekoitus
3. vaahdotus ja muotoilu
4. lämpökäsittely
5. hiilly Itäminen j a aktivointi
6. kanava
7. venttiili
8. säädin
9. syöttöputki
10. mitta-anturi
11. johdin
12. mittari
Viitejulkaisut
Patenttikirj allisuus
JPH06113669
20185749 prh 07-09- 2018

Claims (17)

  1. Patenttivaatimukset
    1. Menetelmä huokoisten kasvualustojen valmistamiseksi lignoselluloosaperäisestä lähtöaineesta, tunnettu siitä, että
    - muodostetaan nestemäistä väliainetta sisältävä seos biomassan fraktioinnista saatavasta, ligniiniä sisältävästä jakeesta,
    5 - seokseen lisätään mahdollisesti biomassan fraktioinnista saatavia muita jakeita,
    - seos vaahdotetaan ja saatetaan ennalta määrättyyn muotoon muotin avulla, ja
    - näin saatu muotoiltu seos saatetaan lämpökäsittelyyn vaahdon kiinteyttämiseksi.
  2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos vaahdotetaan 10 ennen muottiin syöttämistä.
  3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestemäinen väliaine on vesi, orgaaninen liuos tai ioninen liuos tai jokin näiden seos.
    15
  4. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos vaahdotetaan mekaanisesti sekoittamalla tai kemiallisesti.
  5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos vaahdotetaan 0,1-10 bar:n absoluuttisessa paineessa ja alle 100 °C:n lämpötilassa,
    20 edullisesti normaalipaineessa ja huoneenlämpötilassa.
  6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään avointa tai suljettavaa muottia, jossa vaahdotettu tuote muotoillaan kolmiulotteiseksi kasvualustaksi, joka on esimerkiksi kuutio, kartio, lieriö tai pallo.
  7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään muottia, jonka avulla vaahdotettuun tuotteeseen saadaan muodostettua sisäisiä kanavia.
    30
  8. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että
    20185749 prh 07-09- 2018 huokoinen materiaali lämpökäsitellään alle 250 °C:ssa, edullisesti alle 200 °C:ssa, edullisemmin 75-150 °C:ssa, vaahdon lujittamiseksi.
  9. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että
    5 lämpökäsittely suoritetaan muotissa, etenkin lämpökäsittely suoritetaan muotissa, jossa vaahtokappale muotoillaan sitä muotista poistamatta.
  10. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittelystä saatava vaahtokappale hiillytetään ja mahdollisesti aktivoidaan, jolloin
    10 kappaleen huokostilavuus on edullisesti yli 0,1 cm /g.
  11. 11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos sisältää vähintään 1 paino-% ligniiniä, edullisesti vähintään 5 paino-% ligniiniä, edullisemmin 10-80 paino-% ligniiniä, esimerkiksi 20-50 paino-% ligniiniä, seoksen
    15 kuivapainosta laskettuna.
  12. 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ligniiniä sisältävä jae on saatu käsittelemällä biomassaa, kuten puuta tai yksi- tai monivuotisia kasveja, vesiliuoksella, joka sisältää ligniinin liukenemista edistäviä aineita,
    20 kuten alkalia, tai orgaanisella tai ionisella liuottimella.
  13. 13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seokseen lisätään kasvien kasvua edistäviä komponentteja, kuten ravinteita, kuten epäorgaanisia tai orgaanisia lannoitekomponentteja, tai kivennäis- ja hivenaineita, kuten
    25 mangaania, booria, kuparia tai seleeniä, tai näiden seoksia ennen seoksen vaahdottamista.
  14. 14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seokseen lisätään kasvien kasvua edistäviä komponentteja 0,01-70 paino-% vaahdotettavan seoksen kuiva-aineesta, tyypillisesti 0,05 - 30 paino-%, esim. 0,1-15 paino-%,
    30 vaahdotettavan seoksen kuiva-aineesta.
  15. 15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiillyttämisvaiheessa syntyvät haihtuvat jakeet lauhdutetaan tai poltetaan.
  16. 16. Huokoinen kasvualusta, joka on valmistettu jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä.
  17. 17. Lignoselluloosaperäisestä ligniiniä sisältävästä lähtöaineesta valmistettu huokoinen, monoliittinen, itsensä kantava ja muotoiltu kasvualusta, joka käsittää vähintään 5 paino-%, edullisesti 10-95 paino-%, esimerkiksi 40-80 paino-%, ligniiniä kokonaispainosta laskettuna.
FI20185749A 2018-09-07 2018-09-07 Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi FI129396B (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185749A FI129396B (fi) 2018-09-07 2018-09-07 Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi
EP19790030.1A EP3847208A1 (en) 2018-09-07 2019-09-09 A porous formable seedbed and a method for producing it
PCT/FI2019/050643 WO2020049227A1 (en) 2018-09-07 2019-09-09 A porous formable seedbed and a method for producing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185749A FI129396B (fi) 2018-09-07 2018-09-07 Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20185749A1 true FI20185749A1 (fi) 2020-03-08
FI129396B FI129396B (fi) 2022-01-31

Family

ID=69721899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20185749A FI129396B (fi) 2018-09-07 2018-09-07 Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3847208A1 (fi)
FI (1) FI129396B (fi)
WO (1) WO2020049227A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE544840C2 (en) * 2020-09-28 2022-12-13 Stora Enso Oyj Method for the preparation of a bio-based carbon foam
SE545303C2 (en) * 2020-09-28 2023-06-20 Stora Enso Oyj Method for the preparation of a bio-based carbon foam comprising cellulose fibres and a biomass component

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2118487A1 (de) * 1971-04-16 1972-10-26 Farbenfabriken Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur Herstellung von porösen Kohlenstoff enthaltenden Formkörpern
DE102004031078A1 (de) * 2004-06-22 2006-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf Basis biologisch abbaubarer Ausgangsmaterialien und Formteile
FI20096199A0 (fi) * 2009-11-18 2009-11-18 Valtion Teknillinen Menetelmä hiilihydraattipitoisen raaka-aineen käsittelemiseksi
US11332371B2 (en) * 2016-11-08 2022-05-17 University Of Guelph Methods for creation of sub-micron biocarbon materials from biomass and their fields of application

Also Published As

Publication number Publication date
EP3847208A1 (en) 2021-07-14
WO2020049227A1 (en) 2020-03-12
FI129396B (fi) 2022-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Seow et al. A review on biochar production from different biomass wastes by recent carbonization technologies and its sustainable applications
FI129154B (fi) Huokoinen muotoiltava materiaali ja menetelmä sen valmistamiseksi
CN101172899B (zh) 一种以竹炭为重金属固定剂的污泥堆肥及其制备方法
Liu et al. Preparation and pore characterization of activated carbon from Ma bamboo (Dendrocalamus latiflorus) by H 3 PO 4 chemical activation
CN106977355A (zh) 一种芍药栽培基质及其制备方法
FI129396B (fi) Huokoinen muotoiltava kasvualusta ja menetelmä sen valmistamiseksi
US9919976B1 (en) Soil conditioners and method of making them
CN110563486A (zh) 一种利用水体修复植物聚草制备富磷水热炭及制备方法
Li et al. Biochar for sustainable construction industry
CN104743556A (zh) 以草炭为原料制备的粉末活性炭及制备方法
CN102229516A (zh) 一种酒糟沼渣制得的棉花育苗基质及制备方法
CN111592420A (zh) 一种利用沼液沼渣制备复合炭基肥的方法及应用
Malabadi et al. Industrial Cannabis sativa: Hemp-Biochar-Applications and Disadvantages
CN106865543A (zh) 一种棉花秸秆无氧蒸气炭化方法
CN101928566B (zh) 一种适用于氧化性土壤的土壤改良材料
JP2011205934A (ja) 有機酸の製造方法、有機酸、生分解性プラスチック、融雪剤、及び再利用システム
WO2007117104A1 (en) Compressed bed soil for sheet-type raising riceseeding
CN106367070A (zh) 一种针对盐碱化园林土壤改良剂的制备方法
Tian et al. Preparation and performance of biomass seedling containers made with straw and cow manure
CN110235744A (zh) 一种基于生物质沼渣为原料的烟草育苗基质
CN106748452A (zh) 一种荷杆生物炭基肥料及其制备方法
CN107141182A (zh) 一种烟草专用有机肥料的制备方法
Gonzalez et al. Biochar as a renewable matrix for the development of encapsulated and immobilized novel added-value bioproducts
KR102039075B1 (ko) 재사용 가능한 높은 거대 다공성 바이오차 벌킹 에이전트 성형물 및 이의 제조방법
CN107473853A (zh) 一种含蚯蚓菌的土壤固碳剂

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 129396

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B