En ny era för kemin och kemitekniken: från petro till bio

1. En ny era för kemin och kemitekniken: från petro till bio Bjarne Holmbom FC vid ÅA:s Lärardagar 16.9. 2006

2. Processkemiska forskningscentret Förbrännings- och materialkemi Mikko Hupa Kinetik och katalys Tapio Salmi Trä- och papperskemi Bjarne Holmbom Processanalytisk kemi Ari Ivaska Molekylär processteknik

3. Har inte social acceptans Skrämmer bort ungdomar Bara en hjälpvetenskap för ”stora” vetenskaper, som Biovetenskaper och medicin Fysik och elektronik Kemin – en vetenskap i kris

4. Kemiska industrin i kris • Gör främst olika farliga, giftiga ämnen • Inte för människans och naturens goda, utan tvärtom • Skapar en egen konstgjord, farlig värld • Lika onaturlig och farlig som genmodifiering

5. En ny era för kemin och kemitekniken • Svart kemi Kol 1880 – 1920 • Brun kemi Olja 1920 – 2010 • Grön kemi Biomassor 2010 - - -

6. Grön kemi • Förnyelsebara råmaterial, eller produktavfall • Rena processer • Naturliga, biokompatibla produkter som kan återcirkuleras i naturen Utnyttjande av molekyl- och materialstrukturer skapade i naturen genom biosyntes

7. Naturliga material • ”Behagliga och goda” för människan och naturen (trä, papper, bomull, ylle, naturenlig mat, etc.) • De mest funktionella materialen – i de rätta applikationerna

8. Bioraffinaderi – förädlar förnyelsebara biomassor Aurinko Utsläpp Energi- produktion Utsläpp Energi Produkter Människa Konsument Industri- processer Förnyelsebar biomassa Rå- material- extr. Råmaterial Utsläpp Avfall Avfall Fossila råmaterial Avfall

9. Bioraffinaderier ? Industriell produktion baserad på biomaterial / biomassor - från • Skogar • Åkrar • Djur • Vatten

10. Bioraffinaderiprodukter • Massprodukter (trä- och fiberprodukter, livsmedel, foder, osv.) • Energi • Bränslen • Baskemikalier • Värdefulla biomaterial och biokemikalier

11. Forest Biorefinery Paper Board Pulping Paper making Side streams Biofuels Energy Mech. forest products Speciality Chemicals

12. Specialkemikalier och -materialur skogen

13. Redan på stenåldern Torsten Edgren Museiverket Kerimäki ca. 7000 f. Kr. 3 cm GC - MS Tillverkad av björknäver Björkbeck “Tökötti” Den första teknokemiska produkten (?)

14. Tjära Den viktigaste produkten från Finland från ca 1550 till 1850

15. Med den industriella eran • Tallolja • Terpentin • Sulfitsprit • CMC • Furfural • Xylitol • Sitosterol / sitostanol

16. Från xylaner till xylitol Finska Socker: Xylitolfabrik i Kotka 1974 Xylitoltuggummi - Hellas 1975 - Det första funktionella livsmedlet ?

17. Sitostanolestrar • Margarin • Grädde • Ost • Pasta • Yoghurt • m.m. Raisio Oy 1995 -

18. Granlignanen HMR

19. Granlignanen HMR • 1957: Karl Freudenberg • 1976: Rainer Ekman, ÅA, GC-MS av lignaner • 1991: prof. Risto Santti (TY) - HMR estrogen i fisk ? • Vi preparade några gram ren HMR • Ingen estrogen effekt !

20. Granlignanen HMR • 1996: In vitro kancer test • Hämmade kancerceller ! • Hormos Medical in som sponsor • 1998: Hur producera HMR ? • Samla kvistar i skogen ? • Extrahera ur TMP-vatten ?

21. 1998 En ful gran fälldes Prov av en kvistnöt

22. 4-29% lignans The knot story Publications More spruce knots Analysis 10% lignans ! Knots from other tree species 50+ species 5-15% phenols Publications Patent ”ChipSep” Technical sep. of knots Pilot plant Farm production 20+ pure phenols in g-amounts Prep. isolation & purification To other labs 2 patent appl. 1998 New structures New reactions New conversions Publications Several patents Fundamental chemistry HMR from spruce knots Techn. antiox. & biocides Applications

23. Lignaner i Picea abies 4 - 29% 0.1 - 5 % 0.1 % 0.0 % Stefan Willför et al. 70-85% av lignanerna Hydroximatairesinol (HMR)

24. Stefan Willför Christer Eckerman

25. ChipSep pilotanläggning i Åbo 2001 – 2002 Oy Separation Research Ab

26. Granlignanen HMR • Ytterst stark antioxidant (Åbo Univ.) • Förhindrar hjärt- och kärlsjukdomar (?) • Omvandlas (metaboliseras) till enterolakton (ENL) i råttor - och människor • HMR och ENL inhiberar bröstcancer (i råttförsök) • Också aktiv mot prostatacancer och menopausproblem hos kvinnor (?)

27. Granlignanen HMR • Bolaget Hormos Medical Oy i Åbo • Kliniska försök på människor: inga negativa effekter • Ansökan till FDA i USA 2003 för “näringstillskott” • FDA godkännande 2004 • Licens till Linnea SA, Locarno 2005

28. UPM-Kymmene Kajana pappersbruk Kvistrik flis Lantgård i Kimito Oy Separation Research Ab ChipSep separation Flis till värmning Ren kvistprodukt Linnea SA, Locarno Extraktion Utfällning I kapslar Pharmacy Shops i USA

29. Recent research has shown that plant lignans have a positive influence on the development of breast, prostate and colon cancer which rely specifically on oestrogens in order to progress. Lignans also help to maintain good cardiovascular health and to moderate other oestrogen-dependent health problems such as menopause symptoms and osteoporosis. www.hmrlignan.com

30. I andra trädslag – andra lignaner ! HMR I många trädslag också flavonoider och stilbener Matairesinol Kvistnötter: den rikaste källan till antioxidanter i naturen

31. Flera lignanprodukter ? • Funktionella livsmedel • Kosmetik (solkrämer) • Tekniska antioxidanter • Naturliga biocider • Träskyddsmedel

32. Stilbener både i kvistnötter och bark Pinosylvin (Tallkvistar) Resveratrol (Rödvin & Granbark) Piceatannol (Granbark)

33. Galactoglucomannans (GGM)from TMP effluents Wood-cont. papers TMP UF Food ingredient Hydrogel Chel. agent Emulsifier ? GGM conc.

34. C H O H 2 O O H O H O C H O H C H O - A c C H O H O H 2 2 2 O O O O O O H O H O H O H O H O H O - A c O H O O O O O C H O H C H O H O H 2 2 Galaktoglukomannaner (GGM)i TMP vatten DP = 200 - 400

35. Tallolja och terpentin Xylitol Sitosterol (Benecol) Cellulosaderivat Kokning - Blekning Papper Kartong Pappersframst. Sulfitsprit Slipning Raff. - Blekning GGM Lignaner Flavonoider Stilbener Kosttillskott Funkt. livsm. Tekn. skyddsäm. Kvistnötter Stilbener mm. Betulinol Bark B. Holmbom

36. Slutsatser • Molekylär analytisk forskning kan ”inducera och katalysera” utvecklingen av nya industriella produkter till nytta för människan och vår hälsa • Träd är en rik källa till bioaktiva molekyler som utvecklats genom Evolutionen under miljoner år

37. Träden i skogen • är levande organismer (så som andra växter) • lever länge och blir mycket stora • har ett mycket bättre försvar mot skadliga organismer än andra växter (därför lever de så länge) • de försvarar sig med hjälp av bioaktiva skyddsämnen

38. Från petro till bio Oundviklig, önskvärd evolution Under kommande år och årtionden

39. I Finland bioraffinaderier baserade på våra skogsresurser • Evolution av nuvarande skogsindustri • Nya högvärdiga, naturenliga produkter • Stöd för den traditionella produktionen B. Holmbom

40. Men det kräver ---- • Innovativ forskning och produktutveckling • Attitydförändringar • Nytt företagstänkande • Samarbete mellan olika industrisektorer • Entreprenörer Vi har i Finland – och vid ÅA - alla förutsättningar att vara ledande i den här utvecklingen

41. Från Petro till Bio • Från brun syntetisk kemi till grön naturenlig kemi • För naturens och vår egen hälsas skull • Vi bör förstå och sen klokt dra nytta av Naturens visdom

42. Vi kan ge kemin och kemiindustrin ett nytt vänligare och naturligare ansikte Så andra vetenskaper och industribranscher blir ”gröna i ansiktet”