Suomalaisten Kemistien Seuran Nuorten Tutkijain Tunnustuspalkinto 2025
Suomalaisten Kemistien Seuran Nuorten Tutkijain tunnustuspalkinnon saaja valitaan suomalaisten yliopistojen kemian tai kemiantekniikan alalla tekemien maisterintutkielmien joukosta. Vuoden 2025 tunnustuspalkinnon saaja on Siarhei Balshakou hänen DI-tutkintoonsa liittyvästä –tutkielmasta, jonka otsikko on ”Production of fuel fractions from renewable ethene-propene mixture over Ni/HZSM-5”. Tutkimustyö on tehty LUT-yliopiston kemiantekniikan koulutusohjelmassa.
Lentoliikenteen, erityisesti mannertenvälisen pitkien lentojen määrän ennustetaan kasvavan nopeasti ja sen myötä myös lentopolttoaineiden kysyntä kasvaa jatkuvasti. Tämä lisää merkittävästi nestemäisten hiilivetyjen tarvetta. Samalla perinteisten fossiilisten raaka-aineiden vähentyessä on kehitettävä vaihtoehtoisia ei-fossiilisia polttoaineita, jotka täyttävät perinteiset lentokoneiden moottoreiden vaatimukset.
Tässä opinnäytetyössä erityisen kiinnostava aihe on kevyiden olefiinien muuttaminen katalyyttisesti synteettisiksi, nestemäisiksi polttoaineiksi. Tutkimus keskittyy eteenin ja propeenin oligomeroitumiseen. Nämä ovat maailmanlaajuisesti eniten käytettyjä olefiinisia lähtöaineita, kun tuotetaan käytäntöön soveltuvia lentopolttoainefraktioita. Molempia monomeereja voidaan vaihtoehtoisesti syntetisoida kestävästi ei-fossiilisista lähteistä, kuten e-metanolista osana ”metanolista olefiineiksi” -prosessia, esimerkiksi tuotettaessa bioetanolia puusta, ruohosta tai viljelykasveista, tai hajoavista jätepolymeereistä.
Vaikka olefiinien oligomerointi on ollut tunnettua vuosikymmeniä, sopivien reaktiossa tarvittavien katalyyttien löytäminen on edelleen merkittävä haaste. Vaatimuksena näille katalyyteille on pitkäaikainen stabiilisuus sekä selektiivisyys tiettyjä fraktioita kohtaan. Lisäksi katalyyttien on mahdollistettava korkeat konversiotasot ja saannot, sekä oltava taloudellisesti kannattavia teollisissa olosuhteissa. Lisäksi katalyyttien tulisi edistää ainoastaan lineaaristen hiiliketjujen muodostumista, sillä haarautuneiden tai syklisten hiilivetyjen muodostuminen vähentää tuotteena muodostuvien seosten hyödynnettävyyttä polttoaineina.
Tutkimuksen kokeellisessa osassa käytettiin hapanta mesohuokoista zeoliittia (HZSM-5), jonka Si/Al-suhde oli 30 %, jonka lisäksi varioitiin Ni-pitoisuutta (0 paino-%, 0,42 paino-% ja 0,63 paino-%) sovelletussa märkäkyllästysmenetelmässä. Ennen kokeita katalyytit karakterisoitiin XRD, SEM ja EDS-menetelmillä.
Käyttöolosuhteet kuten lämpötila, paine ja vaihtumanopeus, vaikuttavat suuresti kemiallisen koostumuksen muuntumiseen, tuotteen tuottoon ja rakennejakaumaan. Vaikka alhaisemmat lämpötilat suosivat termodynaamisesti oligomerisaatiota, yli 300 °C lämpötila edesauttaa bensiinin kaltaisten fraktioiden osuuden kasvua. Lisäksi selektiivisyys lentopolttoainefraktion muodostumiseksi kasvaa 48 %:sta 65 %:iin, kun paine kaksinkertaistetaan 20 baarista 40 baariin.
Nikkelihiukkasten sisällyttäminen katalyytin zeoliittirunkoon muuttaa dramaattisesti katalyytin suorituskykyä ja tuotteiden jakaumaa. 300 °C:ssa, 30 baarin paineessa ja eteenin syötöllä saavutetaan 90 min kuluessa lähes 100 % konversio verrattuna noin 10 % konversioon vastaavassa katalyyttinäytteessä ilman lisättyä nikkeliä.
Arviointilautakunta on päätynyt palkintoehdotukseen tutkimustyössä osoitetun työn suunnittelun, toteutuksen ja tulosten analysoinnin systemaattisuuden ja linjakkuuden perusteella. Työn tekijä osoittaa laaja-alaisesti hallitsevansa työn kemialliset perusteet ja tulosten analysointiin liittyvän menetelmäosaamisen. Lisäksi työn tulosten selkeä ja täsmällinen raportointi on omiaan täydentämään näkemystä kemian osaamisen ja menetelmien ymmärtämisen tärkeydestä lähtökohtana laaja-alaisemmalle ja yhteiskunnallisesti merkittävälle kemian osaamiselle, erityisesti niinkin ajankohtaisessa aihekokonaisuudessa kuin kestävän kehityksen mukaisessa lentopolttoaineiden tuotekehityksessä.
