Biokütuste töörühm


Hetkel töötab uurimisrühmas professor Timo Kikase juhendamisel üks teadur, viis doktoranti/nooremteadurit, kaks magistranti ja üks analüütik. Viimasel aastal on uurimisrühm saanud kaks rahvusvahelist projekti ja mitmeid kohalikke arenduslepinguid.

Biokütustega tegelemist alustati Tehnikainstituudis 2007 aastal. Esialgu keskendus uurimistöö peamiselt tahkete kütuste suunale. Uuriti erinevate lignotselluloossete- ja põllumajandusjäätmete briketeerimisvõimalusi.
 

2008 aastal alustati ka vedelkütuste tootmisprotsesside uurimist. Esimesed uuringud tegelesid taimeõlide ja esimese põlvkonna bioetanooli tootmisega. Hiljem keskenduti üha enam teise ja kolmanda põlvkonna biokütustele, et vältida esimese põlvkonnaga kaasnevaid eetilisi probleeme.

2011 aastal moodustus Põllundus-ja tootmistehnika osakonna juurde esimene bioenergia „rakuke“, mis asus uurima bioetanooli tootmist lignotselluloossest biomassist. Eelkõige keskenduti biomassi eeltöötluse parandamisele ja tootmisprotsessi pidevusele. 


2013 aastal töötati välja plahvatusliku rõhulangetusmeetod biomassi eeltöötlemiseks. Selle meetodi iseärasuseks on asjaolu, et lignotselluloosset biomassi töödeldakse ilma kemikaalideta, mis võimaldab märkimisväärselt alandada lõpp-produkti omahinda. Nimelt kasutab PRM lämmastiku erinevat lahustuvust erinevatel rõhkudel, et rakuseinad tekitatud ülerõhuga lõhkuda.
 
Samal perioodil asutati ka vetikalabor ja alustati mikrovetikatest mootorikütuse tootmisvõimaluste uurimisega. Mikrovetikatest biokütuse kompleksne töötlemisskeem hõlmab mikrovetikate kultiveerimist, vetikamassi eraldamist kasvukeskkonnast, järgnevat lipiidide ekstraheerimist ja lõpuks biodiisli saamist, tavaliselt transesterifitseerimise teel. Väljatöötatud on ka fotobioreaktori uudne tehniline lahendus, mis võimaldab parandada mikrovetikate kultiveerimise efektiivsust.

2016 aastal alustati uuringutega, mis peaks lahendama bioetanooli tootmisjääkide utiliseerimise probleemid. Nimelt tekib iga liitri bioetanooli tootmisel ca 20 liitrit kõrge biokeemilise hapnikutarbega reovett, mis vajab puhastamist enne loodusesse laskmist. Üheks sobivamaks võimaluseks oleme pakkunud selle reovee (ja ka tahke jäägi) anaeroobset kääritamist. Selles protsessis vähendatakse jäägi BHT-d ning saadakse lisaproduktina ka biogaasi.

Uurimisrühma tähtsamad publikatsioonid:

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.

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.

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.

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, 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.

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), 49−54.10.1080/15435075.2014.909359.

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), 1785−1789.10.1080/15567036.2014.1002950.

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), 16338−16343.10.1016/j.ijhydene.2016.03.190.


Uurimisrühma olulisemad patendid:

Patentne leiutis: Sisemise valgusallikaga topeltseinaga silindriline pöörlev fotobioreaktor; Omanikud: Eesti Maaülikool, tehnikainstituut, Põllundus- ja tootmistehnika osakond, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut; Autorid: Timo Kikas, Lara Podkuiko, Jüri Olt; Prioriteedi number: P201400048
Patentne leiutis: Lämmastiklõhkamismeetod biomassi rakustruktuuri lõhkumiseks; Omanikud: Eesti Maaülikool, tehnikainstituut, Põllundus- ja tootmistehnika osakond, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut; Autorid: Timo Kikas, Merlin Raud, Marti Tutt, Jüri Olt; Prioriteedi number: P201400050;
 
Patentne leiutis: Lignotselluloossest biomassist etanooli tootmise integreeritud läbivooluline seade; Omanikud: Eesti Maaülikool; Autorid: Jüri Olt, Timo Kikas; Prioriteedi number: P201300016

Uurimisrühma jooksvad projektid:
 
F170096TIPT "Development of an Integrated Process for Conversion of Biomass to Affordable Liquid Biofuel (1.04.2017−31.03.2020)", Timo Kikas, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut.
 
F170042TIPT "Holistic processes and practices for clean energy in strengthening bioeconomy strategies in Europe and India (1.04.2017−31.03.2020)", Merlin Raud, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut.
 
L170127TIPT "Bioloogilise süsinikdioksiidi tööstusliku filtri arendamine (20.02.2017−19.08.2018)", Timo Kikas, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut.
 
P170025TIPT "Termofiilse bakterikultuuri erinevatel knock-out mutantidel põhineva elektroonse keele autonoomse süsteemi väljatöötamine ja uurimine (1.01.2017−31.12.2017)", Timo Kikas, Eesti Maaülikool, tehnikainstituut.