Bensa paremmaksi, MTBE iso-oktaaniksi

Toinen maailmansota aiheutti lyijytetraetyleenin laajan käytön moottoribensiinin oktaanilukua nostavana lisäaineena. Katalysaattorit liannut ja ympäristöongelmia aiheuttanut lyijy on nykyään käytännössä kielletty polttoaineissa. Sen korvaajaksi löytyi hyvin puristusta sietävästä eetterien perheestä sopiva kemikaali, MTBE (metyylitertbutyylieetteri). Puristuskestävyyden lisäksi sen käytöllä voitiin vähentää huomattavasti niin sanottuja säänneltyjä päästöjä kuten hiilimonoksidi, hiilivedyt ja typen oksidit.

Suomessa tehtiin 80-luvulla voimakasta MTBE-tutkimusta, ja niinpä maamme nousi alan tietotaidon keskukseksi. Tietoa tarvittiinkin, sillä MTBE:n polulle alkoi kasaantua kiviä.

Uutta ruokaa citymaastureille

Kalifornia oli ensimmäinen alue, jossa nousi voimakas keskustelu MTBE:n haitoista. MTBE:n myrkyllisyys on hyvin heikko verrattuna lyijy-yhdisteeseen, mutta vesiliukoisena se aiheuttaa helposti haju- ja makuhaittoja veteen. Niinpä Kalifornia on kieltänyt MTBE:n käytön polttoaineissa vuoden 2004 alusta lähtien.

Kielto aiheutti voimakkaan tutkimustyön käynnistymisen eri puolilla maapalloa. Vaikka oktaanilukua voidaan kohottaa monilla eri aineilla, vain harvat niistä sopivat saumattomasti jalostamojen rakenteisiin tai ympäristöehtoihin.

Suomalaistyöryhmä onnistui kehittämään menetelmän, jolla voidaan tuottaa iso-oktaania hyödyntämällä samoja lähtöaineita ja suurelta osin samoja laitteistoja kuin jo olemassa olevat MTBE-tehtaat. Näin tuotanto voidaan konvertoida nopeasti ja edullisesti MTBE:stä iso-oktaaniksi. Menetelmän etuihin kuuluu myös, ettei se tarvitse esimerkiksi rikkihappoa katalyytiksi. Näin vältytään suurelta ja hankalasti käsiteltävältä materiaalivirralta.

Simuloimalla nopeutta

Työryhmä pystyi vetämään projektin läpi erittäin nopeasti, noin neljässä vuodessa tutkimuksen alusta kaupalliseen sovellukseen. Yhtä laaja teoriaa ja käytäntöä yhdistävä tutkimus- ja kehitystyö vie tyypillisesti kuusi – kymmenen vuotta.

Nopeuden takana oli tietotekniikan laaja käyttö. Tietokoneiden avulla voitiin reaktioita ja reaktiolaitteistoja simuloida niin, että suurten laboratoriokokeiden ja pilot-mittakaavan osuus tutkimuksessa väheni. Laitteistojen rakentamisen ja kokeiden aika säästyi.

Merkittäviä innovaatioita on myös erotusprosesseissa, joissa haluttu lopputuote erotetaan vielä reagoimattomista lähtöaineista. Ylipäätään käytetyt kemialliset reaktiot ovat sellaisia, joita ei ole ollut vielä käytössä kaupallisessa mittakaavassa.

Katalyyttisten reaktioiden ongelma on aina konversion ja selektiivisyyden optimointi, mitä pitemmälle konversio etenee, sitä huonompaa lopputuote yleensä on. Toinen ongelma-alue on turvallisuus, varsinkin lämpöä tuottavissa, eksotermisissä reaktioissa, kuten tässä. Prosessi täytyy hallita kaikissa tilanteissa, jotta laitoksen ja sen työntekijöiden turvallisuus pysyy hallinnassa.