LegnoLegno

Processo KraftProcesso Kraft

(Calore, solfuro sodico, (Calore, solfuro sodico, basi)basi)

Processo Processo chemiotermomeccanicchemiotermomeccanic

oo (solfito diluito; calore (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione moderato; pressione; azione

meccanica)meccanica)

PulpingPulping

Lignina (80%), Lignina (80%), black liquor black liquor

(fenoli)(fenoli) cellulosacellulosa

SbiancSbiancaa

CartaCartagiornaligiornalistampastampa

Carta Carta riciclatariciclata

DisinchiostrazionDisinchiostrazionee

IMBALLAGGI

Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA

INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA:INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA:

Utilizzo SOSTENIBILE di Utilizzo SOSTENIBILE di risorse rinnovabilirisorse rinnovabili

DIMINUIRE costi + DIMINUIRE costi + AUMENTARE competitività AUMENTARE competitività

+ MANTENERE elevate + MANTENERE elevate produzioniproduzioni

Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, ENZIMIENZIMI

Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere:Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere:

• efficienteefficiente;;

• economicamente interessanteeconomicamente interessante (costi enzima e downstream); (costi enzima e downstream);

• privo di barriere tecnicheprivo di barriere tecniche (pH, T a cui usare enzima) (si (pH, T a cui usare enzima) (si accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del

processo)processo)

LegnoLegno

Processo KraftProcesso Kraft

(Calore, solfuro sodico, (Calore, solfuro sodico, basi)basi)

Processo Processo chemiotermomeccanicchemiotermomeccanic

oo (solfito diluito; calore (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione moderato; pressione; azione

meccanica)meccanica)

PulpingPulping

Lignina (80%), Lignina (80%), black liquor black liquor

(fenoli)(fenoli) cellulosacellulosa

SbiancSbiancaa

CartaCartagiornaligiornalistampastampa

Carta Carta riciclatariciclata

DisinchiostrazionDisinchiostrazionee

IMBALLAGGI

Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA

BIOTECHNOCAL TOOLS FOR FIBRE

MATERIAL ENGINEERING

Tools Potential substratein wood pulp

Action Mechanisms ofmodification

Enzymes Cellulases CelluloseXylanase XylanMannanase GlucomannanLipases TriglyceridesOxidases- Laccase Lignin, lignan in DCS- Peroxidase Lignin, lignan in DCS- Tyrosinase Lignin ?- Galactose oxidase Galactoglucomannans

in fibres and in DCS Transferases Hemicelluloses Esterases (e.g. XET) etc.

Proteins hydrophobins Binding to surfaces Incerased hydrophobisity Process aids? Hydrophobisation?

swollenins Cellulose Loosening of cellulose fibril structure? Fibre engineering?

Specific hydrolysis Surface specific action Process aids &Specific hydrolysis Surface specific peeling analytical toolsSpecific hydrolysis Surface specific peeling - " -Specific hydrolysis Removal of extractives - " -

Process aids & functionalisation - " - - " - - " -

Functionalisation

Formation of radicals Covalent linkage dueFormation of radicals to radical reactionFormation of quinone Quinone based linkagesFormation of ketones Ketone and its further

reactionsTransfer reactions Transfer of activated of esterases etc. group

Application

SBIANCASBIANCAAgenti clorurati; H2O2, O3

PRE-SBIANCA: XILANASI

rottura legami covalenti

lignina-emicellulose

• > accesso a lignina

• combinate + trattamenti ciclici ottimi risultati (riciclare enzima)

• nuove: da termofili e alcalofili;

DNA ricombinante

• studi di struttura-attività enzima

Rimozione Stickies:Rimozione Stickies:polimeri (resine acriliche, polivinilacetato, PE, PP) da adesivi,

inchiostri, film plastici; formano agglomerati con le fibre; riducono qualità carta, rallentano tempo macchina

• Rimozione meccanica (centrifugazione)

• Controllo carta in entrata

• Agenti chimici

• Enzimi lipolitici prima/durante pulping + adsorbenti (bentonite, …)

lipasi, proteasi, emicellulasi, amilasi (Bork, K., et al., 2002. WO02095127);

laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June 2007)

Disinchiostrazione:

Cellulasi (modificate; separano inchiostro da fibre) + surfattanti

Rimozione depositi microbici:

Slime aerobico/anaerobico da acque riciclate causa blocco

macchine;

Biocidi per prevenire formazione matrice (proteasi,

lipasi, amilasi)

Detossificazione acque di cartiera:

Laccasi per degradare fenoli e derivati di lignina in black liquor

(FONT, X., et al., 2003. J Chem Technol Biotechnol, 78, 548–554)

Lignina perossidasi,

Manganese perossidasi

• trattamento con funghi (ARCHIBALD, F.S. et al., 1997. J Biotechnol, 53, 215–236)

• MnP H2O2 > brillantezza carta

• combinazioni MnP – xilanasi

Laccasi

• facile produzione; in commercio

• alcali laccasi; xilanasi laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June

2007)

• nuove laccasi (Azospirillum spp, Bacillus subtilis); nuovi mediatori

O2

2 H2O

Laccasi Ridotta

Laccasi Ossidata

Mediatore Ossidato

Mediatore Ridotto

Lignina Ridotta

Lignina Ossidata

LACCASI• Laccases catalyse the oxidation of diphenols, substituted phenols,

polyphenols, amines, and many others including fibre bound lignin

• Laccases can be used to activate, i.e. radicalise, the surface lignin of lignin-rich wood pulps

O•

OH

OH

e-

OH

e-

O

O

Non-enzymatic reactions

O2 + 4e- + 4H+ 2 H2O

laccase

A STRUCTURAL SCHEME FOR SOFTWOOD LIGNIN FRAGMENTS

Laccase oxidation of lignin

Phenoxy radical formation Depolymerisation Polymerisation

Brunow et al., 1998

CHEMO-ENZYMATIC FUNCTIONALIZATION OF FIBRES

PRINCIPLE OF THE METHOD

Bonding of functional chemistry to activated fibre surfaces– Modification occurs via surface lignin – Activation by enzymatic or chemical means– Based on fast radical reactions

METHOD CAN BE EXPLOITED IN– Enhancing inherent fibre properties– Creating completely new fibre properties

Lignin on TMP fibre

FUNCTIONALISATION OF FIBRES BY CHEMO-ENZYMATIC MEANS

Enzymatic/chemicaloxidation of fibres

Activationof fibres

Activation ofadditives

Tailor-madefibres

Enzymatic/chemicaloxidation of additives

= Linker component between fibre and component with selected properties

= Component with selected properties

1.

fibre

2. 3.

FUNCTIONALISATION OF FIBRES