No description available.

With global warming and the international, national and local goals of reducing greenhouse gas net emissions, the phasing out of fossil fuels are of great importance. One energy source resulting in nearly no net emissions are biofuels. Residue from the forest industry, such as tops and branches, is already today in Sweden an important source of energy, especially in the district heating sector. The demand for forest residue is estimated to increase until 2050 and the potential harvest is a lot larger than what is utilized today. This master thesis tests the hypothesis of biofuels having a climate positive effect when replacing fossil fuels, despite the loss of carbon in the forest soil, which is a feedback of harvesting forest residue. The municipality of Norrköping here works as a case as they are standing in the forefront of turning towards a bio-based economy and a fossil free energy system. The biogeochemical model ForSAFE was used to study if Norrköping can replace all their fossil fuels and solid waste in the district heating for the municipality’s households and public facilities with forest residue from the forest within the municipality’s administrative boundaries. The result show that the productive forest area of the municipality does not yield enough forest residue to fulfil the energy demand from the fossil fuels and the waste. Meanwhile, the soil organic carbon was shown to be decreasing over the simulated years (2000-2300), although the loss did not exceed the emissions from the burning of the replaced fossil fuels. If the productive forest had been large enough to yield enough biomass to meet the demand, the loss of soil organic carbon would still not exceed the amount of carbon dioxide that the fossil fuels would have emitted. This indicates a positive climate effect when replacing fossil fuels with forest residue, reducing net emissions to the atmosphere. Despite the low yield of biomass compared to the energy demand from fossil fuels and waste in Norrköping, a study like this gives a projection of the biomass production and the feedbacks. These effects will be affected by different forest management scenarios and the change in climate. The silvicultural practices have however shown to have negative impacts on the Swedish Environmental Quality Objectives. Threatening the biodiversity and leaching of nutrients and chemicals, resulting in additional feedbacks downstream are examples of effects from disturbance in the forest and forest soil. It is therefore of great importance to consider the natural environment and neatly plan around forestry operations. In the end, the climatic benefit of switching to a fossil free energy system with the help of forest biofuels will have to weighted against the negative impacts. With a landscape view used and great knowledge about feedback effects when forestry planning, the input of biofuels can be a natural way to go for several municipalities in Sweden when wanting to create a bio-based economy with zero net emissions of greenhouse gases. / Med global uppvärmning och de internationella, nationella och lokala målen om reducerade växthusgasutsläpp, är utfasningen av fossila bränslen av stor betydelse. En energikälla som ger nära noll nettoutsläpp är biobränslen. Rester från skogsindustrin, som toppar och grenar (grot) är redan idag i Sverige en viktig energikälla, speciellt inom fjärrvärmesystemet. Efterfrågan på grot väntas öka fram till år 2050 och skördepotentialen är mycket större än vad som idag utnyttjas. Detta examensarbete testar hypotesen om att biobränsle är klimatpositivt när det ersätter fossila bränslen, trots kolförlusten i marken som uppstår när grot skördas. Norrköpings kommun används här som fall då de står i framkant när det gäller övergången till en biobaserad ekonomi och ett fossilfritt energisystem. Den biogeokemiska modellen ForSAFE användes för att studera om Norrköping kan byta ut alla sina fossila bränslen samt avfall, som förser kommunens invånare och offentliga lokaler medvärme och varmvatten via fjärrvärmenätet, mot grot från skogsmarkerna inom kommunens gränser. Resultatet visar att den produktiva skogsmarken i kommunen är för liten för att producera tillräckligt med grot för att ersätta allt fossilt bränsle och allt avfall. Samtidigt sjönk markkolet över de simulerade åren (2000-2300) även om förlusten inte översteg utsläppen från förbränningen av de ersatta fossila bränslena. Om den produktiva skogen hade varit stor nog att kunna ersätta de fossila bränslena såhade förlusten av markkol ändå inte varit större än utsläppen från de fossila bränslen som kunnat ersättas. Detta indikerar den klimatnytta som bytet från fossila till biobaserade bränslen ger när nettoemissioner reduceras från atmosfären. Trots den låga skördenivån av grot i förhållande till den energi som de fossila bränslena och avfallet tillför i Norrköping, kan en studie likt denna ge en uppfattning om hur mycket grot som kommer kunna produceras i framtiden och vilka effekter dessakan ha. Dessa effekter beror då på olika skördeintensitet och ett förändrat klimat. Skogsbruket har dock visat sig bidra till att försvåra att de svenska miljömålen nås. Hot mot biodiversiteten samt läckage av näringsämnen och tungmetaller som ger problem nedströms är exempel på effekter av störningar i skogen och skogsmarken. Detta gör att visad hänsyn till den naturliga miljön och god planering kring ingrepp i skogen är av stor vikt. De positiva klimateffekterna av att utnyttja biobränslen från skogen för att ersätta fossila bränslen kan därför komma att behöva ställas mot de negativa ekologiska konsekvenserna av skogsbruket. Med ett landskapsperspektiv och stor kunskap kring effekterna av skogsbruket kan biobränslet komma att bli en naturlig väg att gå för flera kommuner i Sverige som vill övergå till en biobaserad ekonomi med noll utsläpp av växthusgaser.

An experimental study on the effect of fuel mixing on the products resulting from hydrothermal liquefaction (HTL) was conducted. The feedstocks used were kraft lignin (KL), GROT (GT) and microalgae cultivated in wastewater (MA). Three sets of mixtures were prepared, each containing two types of feedstocks with a 1:1 ratio: KLGT, MAKL, and MAGT. The experiments were performed using a pilot-scale continuous HTL-system. Elemental analysis CHNO and thermogravimetric analysis were used to determine the ultimate and proximate composition of the samples. Scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS) was used to further analyse the elemental distribution on the hydrochars’ surface. The co-liquefaction effect (CE) was evaluated by comparing the experimental results found for the mixtures with the theoretical values calculated as the average of the respective pure components. The results showed that the yield of light oil was not significantly affected for any mixture. However, the mixtures containing KL showed a lower yield of heavy oil than the predicted value, while a higher yield was found for MAGT. All heavy oils had higher carbon content than expected from the predicted values. Every mixture had a significantly larger yield of hydrochar than what was expected. The increased yield of hydrochar for KLGT was insufficient to compensate for the loss of heavy oil and thus the overall product yield was decrease showing antagonistic interactions in the mixture. The hydrochar from MAGT had the highest ash content, and upon closer inspection with SEM/EDS it showed a much larger phosphorus content than any other hydrochar, even compared to the predicted value. This suggests that an interaction between MA and GROT causes the hydrochar to bind more contaminants and enables it to collect more ash than what would have been achieved from liquefying the components individually. Thus, MAGT showed synergetic effects overall, MAKL had increased carbon recovery but at the cost of heavy oil yield making in a poor choice for HTL, and KLGT showed antagonistic effects in the form of lower yield of biocrude and overall recovery of products. The study highlights that co-liquefaction can potentially have a larger impact on the hydrochar than it does on the biocrude, and that evaluation of hydrochar should be included when examining co-liquefaction

Biobränsle är viktigt för vår gröna omställning då det ger möjlighet att ersätta fossilt bränsle med förnyelsebart. Det finns en stor potential för att ökat uttag av grot, som är en form av biobränsle, i det svenska skogsbruket. I skogsbranschen har ett ökat fokus på minskade markskador förändrat skördarförarnas arbetssätt. Ris används i större omfattning till markförstärkning, vilket påverkar uttag av grot negativt. Anledning till att grot lämnas kvar på hugget kan vara både påverkbart och ej påverkbart. Genom att intervjua en fokusgrupp visar resultatet att en anledning till minskat uttag är att det inte i något beslutsled får någon konsekvens eller blir ifrågasatt om uttaget av grot inte blir som planerats. Det innebär att en stor mängd förnyelsebar energi i form av grot lämnas kvar i skogen.

En av de saker som avgör hyggesresters värde som bränsle är dess fukthalt. Det vore bra om det gick att uppskatta fukthalten hos hyggesrester som lagras utomhus i högar, utan att någon undersökning av materialet behöver göras. Syftet med detta examensarbete var att finna ett sätt att uppskatta fukthalten med hjälp av information om vädret, exempelvis nederbördsmängd, temperatur och molnighet, på den plats på vilken hyggesresterna lagras. Examensarbetet har inte lett fram till någon metod som på ett tillförlitligt sätt kan uppskatta fukthalten med kännedom endast om var (och därmed kännedom om ungefärlig väderlek) som hyggesresterna lagras. Fukthalten tycks i hög grad styras av andra faktorer än de som är kända i denna studie. De okända faktorerna är exempelvis trädslag, kvistarnas tjocklek, markbeskaffenhet och placering i förhållande till omgivande terräng.

I studien har resurstillgången i form av biomassa inom Östergötland kartlagts för att undersöka om det finns en potentiell möjlighet för ett ökat tillvaratagande av skördad biomassa från skogsbruket. Det har även undersökts om ett tillvaratagande av biomassa för en ökad energiutvinning är ekonomiskt hållbart i förhållande till de rörliga transportkostnader som medförs. Utifrån den kartläggning som genomförts har därmed en matematisk modell skapats som ger förslag på hur biomassan skall fördelas från resurspunkter till värmeverk i Östergötlands 13 kommuner, för att därmed uppfylla den efterfrågan av fjärrvärme som finns i respektive kommun. Den matematiska modellen fördelar även ut de resurser som finns kvar efter att efterfrågan har uppfyllts, till ett antal optimalt placerade kondenskraftverk, där elektricitet skall utvinnas. Utifrån 4 framtagna scenarier tyder den matematiska modellens resultat på att ett ökat tillvaratagande av biomassa i form av grot och stubb kan genomföras med lönsamhet genom optimerad lokalisering av förbränningsstationer och fördelning av biomassa. Denna studie är en del av ett kommande forskningsprojekt och ger en första indikation på att det finns en potential för ett ökat tillvaratagande av biomassa från skogsbruket.

År 2012 publicerades en sammanfattande syntesrapport från Energimyndigheten (2012). Rapporten fann bevis på att grotuttaget låg på ca 14 TWh/år. Rapporten visar också att Sveriges skogar kan hantera upp till 24 TWh/ år utan att orsaka allvarliga konsekvenser på omgivningen eller nästkommande generationer av träd. Studien beräknade grotens potentiella uttag utifrån insamlade analyser av markkemi, tekniska verktyg och uppskattningar. Dagens rapporter angående ämnet estimerar potentialen till ungefär densamma med en liten höjning till ca 27-30 TWh/år. Detta har satts i relation till hur olika hyggeslagrings tekniker påverkar det möjliga uttaget av grot tillsammans med hur kemin i marken påverkar trädens tillväxt och omgivningen. Grotuttaget gick ner till ca 8-9 TWh/år från år 2012 till 2019, från 14 TWh/år. Eftersom skogsägarna i Sydsverige är privatbrukare och behöver gå runt ekonomiskt för att kunna fortsätta sina verksamheter leder detta till att grotuttaget följer kostnadseffektiviteten av grot i sverige. I framtiden uppskattas det att grotuttaget kan öka drastiskt. Beroende på hur utvecklingen sker kan det verkliga uttaget skilja stort med många påverkande faktorer som t.ex. kostnadseffektivitet och utveckling av andra energikällor. / In 2012 a synthesis report was published by ”Energimyndigheten (2012)”. The report states that forest residues used as bioenergy represents around 14 TWh/year. The report also shows that Swedish forests can manage an outtake of up to 24 TWh/year without suffering from serious consequences, -on the plantation grounds or for, the next coming generation of trees. The study calculated the potential residue of forest outtake from collected analysis of soil chemistry, technical tools and estimations. Recent reports on forest residue outlet estimates a potential of about the same as 2012 with a slight rise to approximately 27-30 TWh/year. This has been put into relation of how different logging storage techniques affect the trees growth, the plantation grounds and the surroundings. The forest residue outlet went down to between 8-9 TWh/year from 2012-2019. This is because the main part of the forests in southern Sweden belongs to private owners and who experienced a decreasing economy to sell their residue. That leads to a problem, where the actual forest residue outlet is heavily dependent on the cost efficiency of forest residues. In the future it is estimated that the forest residue outlet can increase drastically. Depending on how the development proceed, the future outlet of forest residues may differ greatly depending on the future cost efficiency and how other energy sources develop and progress.

Skogen är en förnyelsebar energikälla som möjliggör för ett minskat beroende av fossila bränslen. Ur ett politiskt perspektiv minskar såväl klimatpåverkan som beroendet av importerad energi från oroliga delar av världen genom att ta tillvara skogsbränsle lokalt. I Sverige är sågverkens biprodukter fullt utnyttjade och därför har skogsbränsle i from av grot (GRenar Och Toppar) en av de största potentialerna till ökat uttag. Barrträdens barr är en omstridd fråga i samband med tillvaratagandet av grot. Barren står för en liten del av biomassan, men för en stor del av näringen i ett bestånd. Därför är det önskvärt att så mycket som möjligt av barren lämnas på föryngringsytan. Om barrandel i färsk grot är känd kan den även användas för att beräkna hur mycket barr som egentligen lämnas kvar på hygget. Den energiomvandlande industrin vill inte heller ha för mycket barr i bränslet, då de anses skapa problem i förbränningen. Studien är ett fältexperiment genomförd på tio olika hyggen i södra Sverige under mars och april 2015. En grothög lastades på ett personbilssläp och transporterades till företaget Skogsbränsle Smålands flishugg för sönderdelning. Provmaterialet bearbetades sedan på Linnéuniversitetet där bl.a. fukthalt och barrandel bestämdes. Resultatet i denna studie genomförd i södra Sverige pekar på att medelvärdet för barrandelen i färsk grot från gran är 22,2 %, men där variationen mellan olika hygge kan variera stort (17,5–32,4 %). Medelvärdet ligger dock i nedre delen av det vedertagna intervallet motsvarande 20–30 %. Studien visade på ett medelvärde för fukthalt på 38,7 %, vilket är lägre än vad tidigare studier fastställt. Barrträd har lägst fukthalt under vårvintern, dvs. under genomförandet av denna studie vilket kan förklara en relativt låg fukthalt som annars generellt brukar vara 50–55 %. Denna studie har konstaterat att barrandelen för färsk grot från gran i södra Sverige är lägre än vedertaget intervall för hela Sverige. Det har även kunnat konstateras att det förekommer stora lokala avvikelser i barrandel, varför slutsatsen dras att det inte är rätt att anta ett generellt värde för barrandelen. Ett generellt antagande innebär t.ex. att bedömningen av hur mycket barr som lämnats kvar på föryngringsytan blir missvisade. Den ursprungliga barrandelen har en stor inverkan på hur mycket barr som lämnas kvar. Vidare har denna studie fastställt att fukthalten för grot från gran är lägre under vårvintern. / The forest is a renewable source of energy, enabling a reduction in dependence on fossil fuels. From a political point of view both climate impact as the dependence on imported energy from troubled parts of the world can be reduced by making use of forest fuel locally. In Sweden sawmill byproducts are fully exploited and therefore there is a potential to increase the proportion of forest fuels, particularly the removal of logging residues in form of branches and tops. Needles is a contentious issue in connection with the utilization of logging residues. The needles accounts for a small proportion of the biomass, but for a large part of the nutrients in a forest stand. Therefore, it is desirable that as much needles as possible is left in the harvesting area. If the needle proportion in fresh logging residues is known, it can also be used to calculate how much needles actually is left in the harvesting area. The energy converting industry does not want too much needles in the fuel, as it seems to create problems with combustion. The study is a field experiment conducted on 10 different harvesting areas in southern Sweden during March and April 2015. A pile of logging residues were loaded on a car trailer and then transported to Skogsbränsle Småland's chipper for decomposition. The test material was then processed at Linnaeus University, where needle and moisture content was determined. The results of this study conducted in the south of Sweden indicate that the average value of the needle content in fresh logging residues from spruce in southern Sweden is 22.2 %. The variation between different harvesting areas can vary greatly (17,5–32,4 %). This study showed a mean moisture content of fresh logging residues from spruce in southern Sweden of 38.7 %, which is lower than previous studies found. Softwood has the lowest moisture during early spring, during the implementation of this study, which may explain a relatively low moisture content which otherwise generally tend to be 50–55 %. This study found that the needle content in fresh logging residues from spruce in the south of Sweden is lower than the established range of 20–30 %. It has also been noted that there are large local variations in the needle content, therefore concluded that it is not right to adopt an overall value of the needle content. A general adoption of the needle content means e.g. that the assessment of how much needles left on the harvesting area becomes misleading. The needle content in fresh logging residues has a great impact on how much needles is left. Furthermore, this study found that the moisture content of logging residues from spruce is lower during early spring. / Metsä on uusiutuva energianlähde, jolla on mahdollista vähentää riippuvuutta fossiili polttoaineista. Poliittisesta näkökulmasta metsäpolttoaine vähentää sekä ilmastovaikutusta kuin tuontienergian riippuvaisuutta peräisin levottomista osista maailmaa. Ruotsissa sahan sivutuotteita hyödynnetään täysimääräisesti, siksi on iso mahdollisuus nostaa metsäpolttoaineiden osuutta, erityisesti hakkuutähteiden oksia ja latvoja. Havupuiden neulaset on kiistanalainen kysymys. Neulasten osuus on pieni osa metsän biomassasta, mutta suuri osa ravinteesta. On toivottavaa että niin paljon neulasia kuin mahdollista jätetään hakkuupaikalle. Energiateollisuus ei halua neulasia polttoaineeseen, koska se näyttää luovan ongelmia poltossa. Osuus neulasia tuoreissa hakkuutähteissä käytetään arvioimaan kuinka paljon neulasia todellisuudessa jää hakkuupaikalle. Tutkimus on kenttäkoe suoritettu kymmenellä eri hakkuupaikalla Etelä-Ruotsissa maalis-huhtikuun aikana 2015. Yksi kasa hakkuutähteitä lastattiin auton perävaunuun ja kuljetettiin Skogsbränsle Småland:in hakkurille hajottamista varten. Testimateriaali käsiteltiin sitten Linnaeus yliopistossa, jossa muun muassa osuus neulasia ja kosteuspitoisuus määritettiin. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että osuus neulasia tuoreissa hakkuutähteissä kuusesta Etelä-Ruotsissa on 22,2 %, mutta osuus eri hakkuupaikoilla vaihtelee suuresti (17,5–32,4 %). Yleinen arvo Ruotsissa on 20–30 %. Tämä tutkimus osoittaa myös, että kosteuspitoisuus tuoreissa hakkuutähteissä kuusesta Etelä-Ruotsissa on 38,7 %, joka on vähemmän kuin aiemmissa tutkimuksissa todettu. Havupuilla on alhaisin kosteus kevättalvella, samaan aikaan kun tämän tutkimuksen kenttätyö. Tämä voi selittää suhteellisen alhaisen kosteuspitoisuuden, joka muutoin yleensä pyrkii olemaan 50–55 %. Tutkimuksessa todettiin, että osuus neulasia tuoreissa hakkuutähteissä kuusesta Etelä-Ruotsissa on alempi kuin koko Ruotsin yleinen arvo. On myös todettu, että on olemassa suuria paikallisia vaihteluja hakkutähteiden neulasten osuudessa. Siksi päätellään, ettei ole oikein käyttää yleistä arvoa. Alkuperäisellä neulasosuudella on suuri vaikutus siihen, miten paljon neulasia on jätetty. Lisäksi tässä tutkimuksessa todettiin, että kuusen hakkutähteiden kosteuspitoisuus on alhaisempi kevättalvella.

Sweden has the goal of reaching a fossil independent transportation sector by 2030. Two ways to reach the goal is to increase the use of electric vehicles or produce more biofuels. Both alternatives could be powered by forest residue, which is an underutilized resource in the country. Electricity could be produced in a biomass fired Combined Heat and Power (CHP) plant, and biofuel could be produced in a biorefinery through gasification of biomass and Fischer-Tropsch process. When located in Stockholm County, both system can also distribute heat to the district heating system. It is however important to use the biomass in an energy-efficient way. The scope of this work has been to analyze the efficiency together with environmental and economic aspects of the two systems.  To assess the efficiency and environmental impact of the two systems a forest to wheel study was made of the systems where the product was studied from harvesting of forest residue to driving the vehicle. The studied functional units were: kilometers driven by vehicle, kWh of district heating, CO2-equivalents of greenhouse gases and MWh of forest residue. The system using CHP technology and electric vehicles outperformed the biorefinery system on the two first functional units. Using the same amount of forest residue more than twice as much district heating and almost twice as many driven kilometers were produced in this system. The study also showed that both systems avoids significant greenhouse gas emissions and can be part of the solution to decrease emissions from road transportation.  The profitability of investing in a CHP plant or a biorefinery was calculated through the net present value method. It showed that the expected energy prices are too low for the investments to be profitable. The CHP plant investment has a net present value of -1.6 billion SEK and the biorefinery investment has a net present value of -4.6 billion SEK. Furthermore, the biorefinery investment entails higher risk due to the high investment cost and uncommercialized technology. Both systems face barriers for implementation, these barriers have been studied qualitatively. / Sverige har som mål att skapa en fossiloberoende fordonsflotta till år 2030. Två vägar som pekats ut för att nå målet är att öka användningen av eldrivna fordon eller att producera mer biobränsle. Båda alternativen kan drivas av skogsavfall, en råvara som det finns gott om i Sverige. Elektricitet kan produceras av skogsavfallet i ett kraftvärmeverk, och biobränsle i ett bioraffinaderi genom användning av förgasning och Fischer-Tropschmetoden. I Stockholms län skulle båda systemen dessutom kunna producera värme till Stockholms fjärrvärmesystem. Det är dock viktigt att använda skogsavfallet på ett resurseffektivt sätt. Därför undersöker detta arbete effektiviteten av de två olika systemen tillsammans med en analys av växthusgasutsläpp och ekonomiska förutsättningar.  För att kunna utvärdera effektiviteten och klimatpåverkan av de två olika systemen utfördes en ”skog-till-hjul”-analys där produkten undersöktes från ursprunget, till drivandet av ett fordon. För att utföra studien definierades fyra funktionella enheter. De funktionella enheterna var: körsträcka med bil mätt i kilometer, kWh fjärrvärmeproduktion, CO2 ekvivalenter av växthusgasutsläpp och MWh skogsavfall. Studien visade att systemet där skogsavfallet används i ett kraftvärmeverk för att producera elektricitet och ladda elbilar hade bättre resultat i de två första funktionella enheterna. Systemet producerade nästan dubbelt så lång körsträcka och mer än dubbelt så mycket fjärrvärme som systemet där skogsavfallet används i ett bioraffinaderi och biobränslet används i dieselbilar. Studien visade även att båda system kan bidra till att sänka växthusgasutsläppen från transportsektorn.  Lönsamheten att investera i ett kraftvärmeverk eller bioraffinaderi beräknades med nuvärdesmetoden. Studien visade att de förväntade framtida energipriserna är för låga för att investeringarna ska bli lönsamma. Kraftvärmeanläggningen hade ett nuvärde på -1.6 miljarder kronor, och bioraffinaderiet ett nuvärde på -4.6 miljarder kronor. Dessutom ansågs investeringen i ett bioraffinaderi vara en hög risk på grund av den höga investeringskostnaden och att tekniken idag inte är kommersialiserad. Det finns även en rad andra barriär för att genomföra de två olika systemen, dessa barriärer har studerats kvalitativt i arbetet.