Kütustelabor


KÜTUSTELABOR


Kontakt:
Timo Kikas
Tel.: +372 731 3163
e-mail: timo.kikas@emu.ee


Postiaadress:
Biomajandustehnoloogiate õppetool
Tehnikainstituut
Eesti Maaülikool
Fr. R. Kreutzwaldi 56 
51006 Tartu

           

   Inimesed:


Timo Kikas, PhD
Biomajandustehnoloogiate professor

Erwan Yann Rauwel, Dr.habil.
Materjalide- ja nanotehnoloogia professor

Merlin Raud, PhD
Bioenergeetika teadur

Protima Rauwel, PhD
Materjalide- ja nanotehnoloogia vanemteadur
       

Tharaka Rama Krishna
Chowdary Doddapaneni, PhD
järeldoktor

Lara Podkuiko, MSc
doktorant

 

Vahur Rooni, MSc
nooremteadur, doktorant

Lisandra Meneses, MSc
nooremteadur, doktorant
       

Albert Avarand, MSc
doktorant

Kätlin Pitman, MSc
doktorant

Isa Hasanov, MSc
doktorant

Margareta Novian Cahyanti, MSc
doktorant
       

Kaie Ritslaid, BSc (teadus)
analüütik/lektor


Nikki Sjulander, MSc
nooremteadur, doktorant

   

Teadusteemad:

  • Bioetanooli tootmistehnoloogiad sh erinevate biomassi eeltöötlusmeetodite uurimine
  • Biomassi efektiivsem kasutamine erinevate biokütuste tootmiseks
  • Puidu ja paberitööstuse jääkide kasutamine biokütuste tootmiseks
  • Mikrovetikate kultiveerimine ja selleks vajalike fotobioreaktorite disain ja ehitamine
  • Biosensorite ja sensorrivide uurimine erinevates veeproovides kiirete biokeemilise hapnikutarbe (BHT) analüüside teostamiseks
  • Kontrollitud korrastatus kvant- ja nanomaterjalides


Olulisemad publikatsioonid: (viimased 5 aastat)
Raud, Merlin; Rooni, Vahur; Kikas, Timo (2018). The Efficiency of Nitrogen and Flue Gas as Operating Gases in Explosive Decompression Pretreatment. Energies, 11 (2074).10.3390/en11082074.

Rocha-Meneses, Lisandra; Ivanova, Anastasia; Atouguia, Guilherme; Ávila, Isaac; Raud, Merlin; Orupõld, Kaja; Kikas, Timo (2018). The effect of flue gas explosive decompression pretreatment on methane recovery from bioethanol production waste. Industrial Crops And Products, 127, 66−72.10.1016/j.indcrop.2018.10.057.

Raud, Merlin; Rooni, Vahur; Kikas, Timo; (2018). Explosive decompression pretreatment - nitrogen or flue gas? European Biomass Conference and Exhibition Proceedings, 2018: 26th European Biomass Conference, 14-17 May 2018, Copenhagen, Denmark. ETA-Florence Renewable Energies, 973 −978.10.5071/26thEUBCE2018-3CO.7.1.

Raud, Merlin; Kikas, Timo; Sippula, Olli; Shurpali, Narasinha (2018). Potential and challenges in lignocellulosic biofuel production technology. Renewable and Sustainable Energy Developments Beyond 2030. Proceedings of the 11th International Conference on Sustainable Energy & Environmental Protection, 2, 115−120.

Podkuiko, L.; Olt, J.; Kikas, T. (2017). Growth of Scenedesmus obliquus under artificial flue gas with a high sulphur concentration neutralized with oil shale ash. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 66(2), 151−158.10.3176/proc.2017.2.03.

Rooni, Vahur; Raud, Merlin; Kikas, Timo (2017). The Freezing Pre-Treatment of Lignocellulosic Material: A Cheap Alternative for Nordic Countries. Energy, 139, 1−7.10.1016/j.energy.2017.07.146.

Raud, Merlin; Mitt, Marion; Oja, Tõnu; Olt, Jüri; Orupõld, Kaja; Kikas, Timo (2017). Utilization potential of urban greening waste: Tartu case-study. Urban Forestry and Urban Greening, 21, 96−101.10.1016/j.ufug.2016.11.014.

Pitman, Kätlin; Raud, Merlin; Scotti, Gianmario; Jokinen, Ville P.; Franssila, Sami; Nerut, Jaak; Lust, Enn; Kikas, Timo (2017). Electrochemical Characterization of the Microfabricated Electrochemical Sensor-Array system. Electroanalysis, 29, 249−258.10.1002/elan.201600559.

Pitman, K.; Nerut, J.; Lust, E.; Franssila, S.; Raud, M.; Kikas, T. (2017). Electrooxidation of Hexacyanoferrate(II) Anions and Electroreduction of Oxygen in the Microfabricated Electrochemical Sensor-Array System. ECS Transactions, 77(11), 1771−1782.10.1149/07711.1771ecst.

Rocha-Meneses, Lisandra; Raud, Merlin; Orupõld, Kaja; Kikas, Timo (2017). Second-generation bioethanol production: A review of  strategies for waste valorisation. Agronomy Research, 15(3), 830−847.

Rooni, Vahur; Raud, Merlin; Kikas, Timo (2017). Technical solutions used in different pretreatments of lignocellulosic biomass: a review. Agronomy Research, 15(3), 848−858.
 

Kikas, Timo; Tutt, Marti; Raud, Merlin; Alaru, Maarika; Lauk, Ruth; Olt, Jüri (2016). Basis of Energy Crop Selection for Biofuel Production: Cellulose vs. Lignin. International Journal of Green Energy, 13(1), 49−54.

Tutt, Marti; Raud, Merlin; Kahr, Heike; Pointner, Manuel; Olt, Jüri; Kikas, Timo (2016). Nitrogen explosion pretreatment of lignocellulosic material for bioethanol production. Energy Sources, 38(12), 1785−1789.

Raud, Merlin; Olt, Jüri; Kikas, Timo (2016). N2 explosive decompression pretreatment of biomass for lignocellulosic ethanol production. Biomass & Bioenergy, 90, 1−6, 10.1016/j.biombioe.2016.03.034.

Raud, Merlin; Tutt, Marti; Olt, Jüri; Kikas, Timo (2016). Dependence Of The Hydrolysis Efficiency On The Lignin Content In Lignocellulosic Material. International Journal of Hydrogen Energy, 41(37), 16338−16343.

Raud, Merlin; Rooni, Vahur; Kikas, Timo (2016). Explosive decompression pretreatment: nitrogen vs. compressed air. Agronomy Research, 14(2), 569−578.

Raud, Merlin; Tutt, Marti; Olt, Jüri; Kikas, Timo (2015). Effect of lignin content of lignocellulosic material on hydrolysis efficiency. Agronomy Research, 13(2), 405−412.

Pitman, Kätlin; Raud, Merlin; Kikas, Timo (2015). Biochemical oxygen demand sensor arrays. Agronomy Research, 13(2), 382−395.

Podkuiko, L.; Ritslaid, K.; Olt, J.; Kikas, T. (2014). Review of promising strategies for zero-waste production of the third generation biofuels. Agronomy Research, 12(2), 373−390.

Tutt, M.; Kikas, T.; Kahr, H.; Pointner, M.; Kuttner, P.; Olt, J. (2014). Using steam explosion pretreatment method for bioethanol production from floodplain meadow hay. Agronomy Research, 12(2), 417−424.

Raud, Merlin; Kesperi, Rain; Oja, Tõnu; Olt, Jüri; Kikas, Timo (2014). Utilization of urban waste in bioethanol production: potential and technical solutions. Agronomy Research, 12(2), 397−406.

Tutt, M.; Kikas, T.; Olt, J. (2013). Influence of harvesting time on biochemical composition and glucose yield from hemp. Agronomy Research, 11(1), 215−220.

Raud, Merlin; Lember, Erki; Jõgi, Eerik; Kikas, Timo (2013). Nitrosomonas sp. based biosensor for ammonium nitrogen measurements in wastewater. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 18(5), 1016−1021.

Raud, Merlin; Kikas, Timo (2013). Bioelectronic tongue and multivariate analysis: a next step in BOD measurements. Water Research, 47(7), 2555−2562.

Kibena, Elo; Raud, Merlin; Jõgi, Eerik; Kikas, Timo (2013). Semi-specific Microbacterium phyllosphaere-based microbial sensor for biochemical oxygen demand measurements in dairy wastewater. Environmental Science and Pollution Research, 20 (4), 2492−2498, 10.1007/s11356-012-1166-8.

Õppetöö:

Spetsialistide ettevalmistamine, kes orienteeruvad biokütuste valdkonnas ja kel on teadmised erinevate biokütuste tüüpidest, nende tootmistehnoloogiatest ja valdkonnaga seotud seadusandlusest. Viiakse läbi õppetööd järgmistes õppeainetes:
TE.0940 Tööstuslikud protsessid ja seadmed bioenergeetikas,
TE.0941 Biokütuste iseloomustus: seadusandlus ja analüüs,
TE.0942 Biomass energia allikana,
TE.0943 Biokütused,
TE.0466 Kütused ja määrded.


Analüüsid:

Kütuste laboris on võimalik teostada alljärgnevaid analüüse (Analüüsid ei ole Eesti Akrediteerimiskeskuses akrediteeritud):


Tiheduse määramine naftadensimeetriga; hüdromeetriline meetod
Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method. EN ISO 3675; ASTM D1298.
Biodiislikütuse (FAME) tiheduse parandustegur q(15) = q(T) + 0,7243(T-15).
 
Tiheduse määramine digitaalmõõturiga
Standard Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter. EN ISO 12185; ASTM D 4052, ASTM D5002.
 
Aktiivsete väävliühendite määramine
Doktortest
Standard Test Method for Qualitative Analysis for Active Sulfur Species in Fuel and Solvents (Doctor Test). ASTM D 4952.
 
Fraktsioonikoostise määramine
Standard Test Method for Distillation of Gasolineeum Products Manual method. EN ISO 3405; ASTMD 86.
   
Kinemaatilise viskoossuse määramine 
Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity).
EN ISO 3104; ASTMD 445.
 
Küllastunud aururõhu määramine, Mini meetod
Standard Test Method for Vapour Pressure of Petroleumr.
EN 13016-1; EN 13016-2; ASTM D5191.
 
Aurulukuindeks, VLI (VLI=10VP+7E70) Vapour Lock Index VLI (VLI = 10VP + 7E70) Products (Mini Method).
EVS-EN 228:2002. Arvutuslik metoodika.
 
Solvent-uhutud vaikude sisalduse määramine
Standard Test Method for Existent Gum in Fuels by Jet Evaporation.
EN ISO 6246; ASTMD 381.
 
Korrosiivsus vaskplaadikatsel
Standard Method for Detection of Copper Corrosion from Petroleum Products by the Copper Strip Tarnish Test.;
EN ISO 2160; ASTMD 130.
 
Termostarteeritud viskosimeeter
 
Välimus. Vesi ja tahked osised
Standard method for Free Water and Partiulate Contamination in Distillate Fuels (Fuels Inspection Procedures). ASTMD1319.
 
Tsetaani indeksi määramine
Standard Test Method for Calculated Cetane Index by Four Variable Equation. EN ISO 4264; ASTMD 4737.
 
Destilleeritud kütuste tsetaaniindeksi määramine
Standard Test Method for Calculated Cetane Index of Distillate Fuels. (Fuels Inspection Procedures). ASTMD 4176.
 
Leekpunkti määramise seadmed
Leekpunkti määramine Clevelandi avatud nõul
Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cu. EN 22592; ASTMD 92.
 
Leekpunkti määramine Pensky-Martensi suletud tiiglis
Standard Test Method for Flash Point by Pensky-Martens Closed Tester*. EN ISO 2719; ASTM D93.
 
Jääksüsiniku (koksiarv) määramine (10% destillatsioonijäägi koksiarv) 
Standard Test Method for Conradson Carbon Residue of Gasolineeum Products (on 10% distillation), Micro Method. EN ISO 10370; ASTM D4530.
   
Happe-, leelisarvu ja pH määramine, värvus-indikaator tiitrimise meetod
Standard Test Method for Acid and Base Number and pH by Color-Indicator Titration. EN ISO 6618; ASTM D974.
 
Seotud vee määramine Karl Fischer reagendi abil
Determination of water – Coulometric Karl Fischer titration method EN ISO 12937; ASTM D4928.
 
Seotud vee määramine Karl Fischer reagendi abil
Determination of water – Volumetric Karl Fischer titration method ASTM D4377.
Rotatsioonauruti Rotavapor
 
Tahkete osiste määramine keskmistes destillaatides 
Determination of contamination in middle distillates. EN 12662; ASTM D4807.
 
Koksiarv Conradsoni järgi
Determination of carbon residue – Conradson method. ASTM D189; EN ISO 6615.
 
Vaba vee ja tahkete osiste määramine tsentrifuugi meetodil 
Standard Method of Test for Water and Sediment in Fuel Oil and Crude Oil by Centrifuge Method. ISO 3734. ASTM D1796.
 
Vaba vee määramine 
Standard Method of Test for Water in Petroleum Products, and Bituminous Materials by Distillation. ISO 3733; ASTM D 95.
 
Loksuti UNIMAX 1010
Vee reaktsioon
(Water Reaction Interface; Water Reaction separation). Metoodika ASTM D 1094- Water Reaction of Aviation Fuels.
 
Vees lahustuvate aluste ja hapete määramine
Standard Test Method for Acidity of Hydrocarbon Liquids and their Distillation Residues. ASTM D1093.
 
Viskoossusindeksi arvutamine kinemaatilisest viskoossusest 40 °C ja 100 °C juures
Standard Practice for Calculating Viscosity Index From Kinematic viscosity at 100 °C and at 4 °C. ISO 2909; ASTM D2270.
   
Rasvhapete metüülestrite (RME) happearvu määramine
Oil and fat derivates.Fatty Acid Methyl Esters(FAME).
Determination acid value
. EVS-EN 14104.
 
Rasvhapete metüülestrite (RME) joodiarvu määramine 
Oil and fat derivates.Fatty Acid Methyl Esters(FAME).
Determination iodine value
. EVS EN 14111.
 
Kiuanalüüs biomassist 
Fibre analysis from biomass (Crude Fiber, ADF and NDF determinations).
 
Glükoosi ja etanooli kontsentratsiooni määramine Analox GL6 seadmega
Determination of glucose and ethanol concentration with Analox GL6 device.

Struktuursete suhkrute määramine biomassis.
Determination of structural sugars from the biomass

Leekpunkti määramise seadmed


Intellektuaalne omand:
 

Sisemise valgusallikaga topeltseinaga silindriline pöörlev fotobioreaktor


Sisemise valgusallikaga topeltseinaga silindriline pöörlev fotobioreaktor, mis sisaldab kinnist anumat, mis kujutab endast kahte rõhtsat, ühel pöörlemisteljel paiknevat pöörlevat topeltseinaga silindrit, mille välimiste ja sisemiste seintega ning otstega ning pöörlevaid topeltseinaga silindreid ühendava, mittepöörleva fikseeritud osaga moodustub piiratud kinnine ruum, mis on täidetud vetikakultuuri sisaldava lahusega. Fotobioreaktori pöörlevate topeltseinaga silindrite keskele on paigutatud sisemine valgusallikas, mille poolt tekitatud üleliigse soojus ärapuhumiseks ventilaatorit, valgusallika sisse ja välja lülitamiseks on lülitusseadis. Mittepöörleva fikseeritud osa ülaosa külge on jäigalt kinnitatud filtriga ja klapiga varustatud jääkgaaside väljaviigud ning toitelahuse sisseviigud ning allosas biomassi väljaviigud ning süsihappegaasi (CO2) ja õhu sisseviigud. Pöörlevate topeltseintega silindrite lahtised otsad on varustatud mitmeastmeliste tihenditega, mis on viidud kontakti mittepöörleva fikseeritud osa liugepindadega ning kinnised otsad on varustatud otspingutitega pöörlevate topeltseintega silindrite telgnihkumise tõkestamiseks.
 


Lämmastiklõhkamismeetod biomassi rakustruktuuri lõhkumiseks

Leiutis kuulub mittefossiilse päritoluga kütuste tootmistehnoloogiate valdkonda, täpsemalt etanooli tootmisseadmete hulka ning on kasutatav etanooli tootmiseks lignotselluloossest biomassist. Lämmastiklõhkamismeetod biomassi rakustruktuuri lõhkumiseks, mille kohaselt kuiv peenestatud biomass segatakse veega kreemitaolise konsistentsi saavutamiseni, kusjuures biomassi ja vee massisuhe on 1:5 kuni 1:15, rõhk tõstetakse lämmastiku (N2) lisamise teel rõhuni 10 kuni 30 baari, temperatuur reaktori sees tõstetakse väljastpoolt kuumutamise teel temperatuurini 125 kuni 175 kraadi Celsiuse järgi ja hoitakse seal inkubatsiooni aja jooksul 10 kuni 120 minutit, seejärel lastakse biomass jahtuda lõpptemperatuurini 125 kuni 175 kraadi Celsiuse järgi, kusjuures biomassi kuumutamise, temperatuuri hoidmise ja jahutamise aeg survereaktoris on kokku 1 kuni 4 tundi, ning peale lõpptemperatuurini viimist alandatakse survereaktoris rõhk kiiresti atmosfäärirõhuni ja eeltöödeldud biomass suunatakse survereaktorist edasisele töötlusele.


Lignotselluloossest biomassist etanooli tootmise integreeritud läbivooluline seade


 
 
Leiutis kuulub mittefossiilse päritoluga kütuste tootmistehnoloogiate valdkonda, täpsemalt etanooli tootmisseadmete hulka ning on kasutatav etanooli tootmiseks lignotselluloossest biomassist. Lignotselluloossest biomassist etanooli tootmise integreeritud läbivooluline seade sisaldab omavahel ühendatud biomassi eeltöötlusosa, hüdrolüüsiosa, fermentatsiooniosa ja destillatsiooniosa. Eeltöötlusosa, hüdrolüüsiosa ja destillatsiooniosa moodustavad ühtse kompaktse terviku, kusjuures biomassi eeltöötlusosa ja hüdrolüüsiosa kujutavad endast kaheastmelist ühtset keerdtorustikku, kus toru läbimõõt on kummaski astmes erinev, seadmel on soojusvahetussüsteem ning destillatsiooniosa on paigutatud keerdtorustiku keskele. Kaheastmelise keerdtorustiku sisemises astmes paikneb eeltöötlusosa ja välimises astmes hüdrolüüsi osa, kusjuures keerdtoru läbimõõt väheneb sisemisest astmest välimise suunas. Keerdtorustiku eri astmed on eraldatud vaheseintega, kusjuures mõlema astme keerdtorustik paikneb soojusvahetussüsteemi soojuskandjaga täidetud ruumis. Seadme fermentatsiooniosa kujutab endast püstset mahutit, mis sisaldab püstset keerdkanalit, kusjuures kanali sisend on mahuti allosas ja kanali väljund mahuti ülaosas. Seadme tööprotsessi juhtimiseks on seade varustatud andurite ja juhtseadmega.