Torrefaction is a thermo-chemical pre-treatment of biomass within a narrow temperature range from 200°C to 300°C, where mostly the hemicellulose components of a biomass depolymerise. This treatment is carried out under atmospheric conditions in a non-oxidizing environment at low heating rates (< 50°C/min) and for a relatively long reactor residence time. Torrefaction increases the energy density of a biomass and reduces its O/C and H/C ratio, so its properties approach to that of coal. Biomass is usually referred to as lignocellulose, as its major mass constituents are cellulose, hemicelluloses and lignin. Research on torrefaction carried out to date deals solely with lignocellulose biomasses, and their degradation mechanism is explained primarily in terms of hemicellulose. However, there are biomasses which are non-lignocellulosic, have a small fraction of fibres in them or could possibly benefit from torrefaction. These include municipal solid waste, sewage sludge, animal waste, etc. Experiments were conducted on three non-cellulose biomasses (poultry waste, digested sludge, and undigested sludge) along with three typical lignocellulose biomasses (wood pellet and switchgrass and an agricultural waste – coffee bean husks). Results showed that non-lignocellulose biomasses torrefy similarly to their lignocellulose counterparts. Due to the immense potential of the torrefaction process, numerous manufacturers have developed their own patented technology for torrefying. Nevertheless, choosing the right torrefaction technology has become exceptionally difficult because of a near absence of a comparative assessment of different types of reactors. An experimental work was conducted to review the major generic types of reactors such as rotating drum, convective bed, fluidized bed and microwave, delineating the essential features of generic types of reactors. According to the results of this study, biomass torrefaction in a rotating drum gave the highest energy dense product, followed by fluidized bed and convective bed; the microwave reactor showed over-torrefaction at the core, while leaving the exterior green. To help effective design of a torrefier, several systematic experiments were conducted to investigate the effects of some of the more important operating parameters, such as torrefaction temperature, residence time and biomass particles size on the torrefaction yield. Although the mass yield decreased with the torrefaction temperature, energy density increased with it. Moreover, torrefaction yield varied for different biomass particle sizes depending on the type of reactor used, but the particle size did not have any clear effect on the energy density of the torrefied product.

Margretelunds reningsverk i Åkersberga står såsom andra svenska avloppsreningsverk inför nya utmaningar i samband med anpassningen till ett mer hållbart och cirkulärt samhälle. För att bidra till en bra lokal miljö med få transporter och minimerad lukt, uppnå en hög grad av fosforåtervinning, samt reducera organiska och icke-organiska föreningar i slammet ska Roslagsvattenb i samarbete med IVL Svenska Miljöinstitutet utvärdera C-Greens OxyPower HTC-teknik. HTC-tekniken är hydrotermisk karbonisering (HTC) kombinerat med våtoxidation av HTC- vatten. Det våta slammet tas om hand på reningsverket och omvandlas till en fast kolanrikad produkt så kallad HTC-biokol eller hydrokol. HTC-processen innebär uppvärmning av det våta slammet (180–260°C) under högt tryck och syrefria förhållande med vatten närvarande. Hydrokolet som bildas kan uppgraderas till bränsle, jordförbättringsmedel eller aktiverat kol.  I detta arbete studerades potentialen att använda hydrokol som jordförbättringsmedel genom att undersöka biokolets fysikaliska- och kemiska egenskaper. Hydrokol jämfördes med biokol från pyrolys som också är en förkolningsprocess av biomassa vid höga temperaturer (300–650 °C) under syrefria förhållande dock utan närvaro av vatten.  Baserat på resultatet från publicerade studier, har hydrokol potentialen att ersätta eller komplettera mineralgödsel. Hydrokol förbättrar markens bördighet och produktivitet genom att t.ex. öka den totala växttillväxten, förbättrar mineraliseringen av näringsämnen och tillgängligheten av fosfor, samt ger en långsam frisättning av näringsämnen. / Margretelund's treatment plant in Åkersberga, like other Swedish sewage treatment plants, faces new challenges in connection with the adaptation to a more sustainable and circular society. In order to contribute to a good local environment with few transports and minimized odors, achieve a high degree of phosphorus recovery, and reduce organic and inorganic pollutants in the sludge, Roslagsvatten, in collaboration with the IVL Swedish Environmental Institute, will evaluate C-Green's OxyPower HTC-technology.  The HTC-technology is hydrothermal carbonization (HTC) combined with wet oxidation of HTC-water. The wet sludge is taken care of at the treatment plant and converted into a fast carbon-enriched product called HTC-biochar or hydrochar. The HTC-process involves heating the wet sludge (180–260°C) under high pressure and oxygen-free conditions with water present. The hydrochar that is formed can be upgraded to fuel, soil improver or activated carbon.  In this work, the potential of using hydrochar as a soil improver is studied by examining the biochar's physical and chemical properties. Hydrochar was compared with biochar from pyrolysis, which is also a charring process of biomass at high temperatures (300–650 °C) under oxygen-free conditions but without the presence of water.  Based on the results of published studies, hydrochar has the potential to replace or supplement mineral fertilizers. Hydrochar improves soil fertility and productivity by e.g. increase overall plant growth, improve nutrient mineralization and phosphorus availability, and provide a slow release of nutrients.

The climate on earth keeps getting warmer where heat waves, eutrophication, rising sea levels, extreme weather like flooding, droughts and wildfires are an expanding problem. The focus of this bachelor thesis is to determine the potential of mitigating eutrophication and while contributing to blue growth by harvesting and make use of reeds like Phragmites australis and Arundo donax. Reeds have the ability to quickly absorb nutrients from aquatic environments and there are opportunities to use them as a feedstock for producing biochar to be potentially used in areas such as soil improvement, fodder additive and carbon sequestration. Additionally, optimal biochar properties for the observed applications gets analysed. The thesis is based on a systematic literature review and an interview with Niclas Anvret at the non-profit organisation “Race for the Baltic”.  Results show that biochar produced according to parameters such as heating rate, biomass species and especially, different temperatures, results in varied characteristics that change the biochar's adsorption abilities, nutrient retention, alkalinity, stability, surface area and porosity volume. The different applications of biochar are, however, not easily determined. This is because of the fact that certain biochar properties, that are prominent in entirely different pyrolysis conditions, could both be beneficial for the same application. Additionally, the different attributes sometimes influence each other which gives rise to unclear patterns affecting use potential. To overcome these issues, more research is needed to clarify the correlations between attributes of the biochar and to determine which characteristics of biochar are best suited for each application.  In terms of how large-scale harvesting of reed could affect the ecosystem is also unclear, there is not enough research regarding the question to be able to draw clear conclusions. The reasoning behind this is that there are knowledge gaps, geographical differences, different unit measuring and methodology. The potential for biochar in the coal market is high and the demand in Sweden has risen over the past couple of years. There is also interest in using biochar as a soil amendment, to make use of nutrient content as well as applying organic matter to soils to potentially achieve long-term carbon sequestration. However, the production cost of biochar out of reed is relatively expensive, and it cannot compete with coal or other fertilisers/soil amendments on the market, with feedstock management usually being the most expensive part of production. Lastly, there is currently no harvesting method that can measure the amount of reed that needs to be harvested to be able to produce biochar on a large scale. / Klimatet på jorden blir allt varmare och värmeböljor, övergödning, stigande havsnivåer, extrema väder som översvämningar, torka och bränder är ett stigande problem. Syftet med denna kandidatuppsats är att undersöka potentialen att mildra eutrofiering och samtidigt bidra till blå tillväxt genom att skörda - och använda sig av vass som Phragmites australis och Arundo donax. Vass har en framträdande förmåga att absorbera näringsämnen. Det finns därför möjligheter att använda dem som råvara för att producera biokol som potentiellt kan användas i områden såsom jordförbättring, fodertillsatser och kolbindning. Utöver detta undersöks optimala egenskaper för biokol enligt de observerade applikationerna. Kandidatuppsatsen bygger på en systematisk litteraturstudie och en intervju med Niclas Anvret på den ideella organisationen ”Race for the Baltic”.  Resultaten indikerar att biokol, producerad i pyrolys enligt parametrar som uppvärmningshastighet, biomassa och i synnerhet olika temperaturer, resulterar i varierande egenskaper som förändrar biokolets absorptionsförmåga, bibehållande av näring, alkalinitet, stabilitet, ytarea och porositetsvolym. De olika tillämpningarna av biokol är emellertid svåra att avgöra på grund av vissa biokolegenskaper. Dessa egenskaper är framträdande under helt olika pyrolysförhållanden men kan samtidigt vara fördelaktiga för samma typ av applikation. Dessutom påverkar de olika attributen ibland varandra vilket ger upphov till komplexa trender som påverkar användningspotentialen. För att kunna dra tydliga slutsatser behövs mer forskning för att klargöra sambandet mellan biokolens attribut och för att bestämma vilken samling egenskaper hos biokol som passar bäst för varje applikation.  Hur storskalig skörd av vass kan påverka ekosystemet är fortfarande oklart. Det finns inte tillräckligt med forskning kring frågan för att kunna dra tydliga slutsatser. Detta beror på att det finns kunskapsluckor, geografiska skillnader, olika måttenheter och metoder för de studier som gjorts inom detta område. Potentialen för biokol på kolmarknaden är hög och efterfrågan i Sverige har ökat de senaste åren. Det finns också intresse för att använda biokol för jordförbättring, dels för att använda näringsinnehållet men också för att applicera biokol i jorden för att potentiellt uppnå långvarig kolbindning. Dock är produktionskostnaden för biokol gjort på vass mycket kostsam och kan därför inte konkurrera med fossilt kol eller andra gödselmedel jordförändringar på marknaden. Detta beror främst på råvaruhanteringen som är den dyraste delen av produktionen. Slutligen finns det för närvarande ingen skördemetod som kan mäta den mängd vass som behöver skördas för att kunna producera biokol i stor skala.