Betongbranschen i Sverige står för ungefär 8 % av byggsektorns koldioxidutsläpp. Av dessa cirka 1,7 miljoner ton CO2e per år beror ungefär 90 % av utsläppen på cementtillverkningen. För att användandet av betong i framtiden ska vara lika omfattande som i dagsläget behöver koldioxidutsläppen reduceras. Detta kan åstadkommas genom att bland annat ersätta en del av cementet med potentiella tillsatsmaterial. Hittills har tillsatsmaterial såsom masugnsslagg standardiserats, men av den anledningen att utbudet av slagg förväntas limiteras behöver de befintliga recepten ersättas med nyfunnet tillsatsmaterial.  Syftet med examensarbetet är att genom provtryckning och brandtester undersöka hur tryckhållfastheten påverkas av brand för potentiella betongrecept jämfört med befintliga betongrecept. Arbetet bestod av två huvuddelar, den första delen utgjordes av en litteraturstudie om betongens miljöpåverkan, egenskaper, potentiella tillsatsmaterial och brandegenskaper. Den andra delen utgjordes av en laborativ del som baseras på standarder där gjutning, provtryckning och brandprovning var ingående moment. Det förekommer även visuella observationer för sprickbildningen efter varje provtryckning. Totalt gjuts 14 kuber där två var av varje recept. Recept 1 och 2 var befintliga, det som särskiljer dessa var att recept 2 innehöll 50 % slagg medan recept 1 bestod av 100 % byggcement. Recept 3–7 var potentiella, där recept 3 ersatte 10 % cement med biokol, recept 4 innehöll 50 % slagg och polypropylenfiber (PP-fiber) och recept 5-7 innehöll olika mängder hydrokol, det vill säga 5, 10 respektive 20 %.  Resultatet visade att befintliga recept hade den högsta tryckhållfastheten medan potentiella recept påvisade ett bättre skydd mot spjälkning. Den högsta tryckhållfastheten före brand hade recept 1 (53,3 MPa) och lägsta hade recept 7 (6 MPa). Den största massförlusten till följd av spjälkning hade recept 3 medan minsta hade recept 6 som inte spjälkade. Därav hade recept 3 den största minskningen på tryckhållfastheten (83,2 %) när den jämfördes före och efter brand. Sprickbildningen från provtryckningen efter brand var mer omfattande i den avsikt att sprickorna var mer djupgående och bredare. Det resulterade i att stora betongbitar lossnade under och efter provtryckning.  Slutsatserna som drogs var att de undersökta potentiella tillsatsmaterialen reducerade tryckhållfastheten medan skyddet mot spjälkning stärktes för recept 4–7. Bäst skydd mot spjälkning hade recept 6. Störst tryckhållfasthet före brand för de potentiella recepten hade recept 3 (38,7 MPa) medan efter brand hade recept 4 högst (7,8 MPa). Största och minsta reduceringen av tryckhållfasthet efter brand hade recept 3 respektive 7. Recept 3 och 4 uppfyllde kravet gällande tryckhållfastheten, recept 4, 5, 6 och 7 uppfyllde kravet angående att skyddet mot spjälkning ska bevaras. Sprickbildningen efter brand var mer djupgående och bredare jämfört med innan brand. Överlag hade de potentiella recepten färre sprickor före brand men efter brand var det de befintliga recepten som hade färre sprickor. / The concrete industry in Sweden accounts for approximately 8 % of the construction sector's carbon dioxide emissions. Of this approximately 1.7 million tons of CO2e annually, about 90 % of the emissions are due to cement production. In order for the use of concrete in the future to be as much as it is today, carbon dioxide emissions need to decrease. This can be accomplished by replacing a proportion of the cement with possible additive materials. Until now, additive materials such as blast furnace slag have been standardized, considering that the supply of this material is expected to be limited; the existing recipes need to be replaced with potential recipes containing newly found additive material. The purpose of the study is to investigate, through test compression and fire tests, how the compressive strength is affected by fire for potential concrete recipes compared to existing concrete recipes. The study consisted of two main parts. The first part consisted of a literature study of concrete's environmental impact, the properties of concrete, concrete’s fire properties and possible additive materials in concrete. The second part consisted of a laboratory part, based on standards where casting, test pressing and fire testing were included. Visual observations were also conducted of the cracking after the test pressing. A total of 14 cubes were cast, two of each recipe. The difference shown between the existing recipes 1 and 2 was that Recipe 2 contained 50 % blast furnace slag while Recipe 1 consisted of 100 % building cement. Recipes 3–7were possible recipes, where Recipe 3 replaced 10 % of the cement with biochar; Recipe 4 contained 50 % blast furnace slag and polypropylene fiber (PP fiber); and Recipes 5–7 contained different amounts of hydrochar, i.e. 5 %, 10 % and 20 %, respectively. The results showed that the existing recipes had the highest compressive strength, while potential recipes showed better protection against spalling. Recipe 1 had the highest compressive strength before fire testing (53.3 MPa) while Recipe 7 had the lowest (6 MPa). Concrete Recipe 3 had the greatest mass loss as a result of spalling, while Recipe 6, which did not spall, had the least. Recipe 3 had the greatest reduction in compressive strength (83.2 %) when comparing before and after fire tests. The cracking resulting from the compression test became more extensive after the fire test; the cracks were deeper and wider. This more extensive cracking resulted in large parts of the concrete separated from the cube.  The conclusions drawn were that the potential additives investigated reduced the compressive strength while strengthening the protection against spalling for Recipes 4–7. Recipe 6 had the best protection against spalling. The greatest compressive strength before fire for the potential recipes had Recipe 3 (38.7 MPa), while after fire Recipe 4 had the highest (7.8 MPa). The largest and smallest reduction of compressive strength post fire had Recipes 3 and 7, respectively. Recipes 3 and 4 met the requirement regarding the compressive strength, Recipes 4, 5, 6 and 7 met the requirement regarding the protection against spalling to be preserved. The cracks after fire were deeper and wider compared to before fire. Overall, the potential recipes had less cracks before fire, but after fire, it was the existing recipes that had fewer cracks.

Befolkningsökningen och därmed efterfrågan på energikällor som tillhandahålls från fossila bränslen leder till allvarliga miljöproblem på grund av utsläpp av växthusgaser. En annan utmaning är att effektivt hantera organisk avfall som till exempel matavfall som genereras världen över. Matproduktionen orsakar stora miljöproblem som övergödning, klimatpåverkan, kemikaliespridning, regnskogsavverkning och utfiskning. Det är därför viktigt att matsvinnet minskar men också att effektiva metoder används för hantering av avfallet för att inte belasta miljön ytterligare.  En lösning för att hantera organiskt avfall, och samtidigt producera en förnybar energikälla är att använda anaerob rötning för att producera biogas. Vid anaerob rötning bryts organiskt material ner i en syrefri miljö, vilket resulterar i produktion av biogas som innehåller koldioxid och energirik metangas. Biprodukten som bildas är rötrest, som kan vidare användas som gödsel.  Den anaeroba rötningsprocessen har olika utmaningar där biogasprocessen kan stabiliseras och effektiviseras genom tillsats av hydrokol. Hydrokol är ett kolrikt material framställd från hydrotermisk karbonisering av biomassa. Eftersom det finns mycket begränsad forskning på kontinuerlig anaerob rötning av matavfall med tillsats av hydrokol, och ingen forskning har utförts på hydrokol som är tillverkat från skogsindustriellt avfall, så var det viktigt och av intresse att genomföra denna studie.  Syftet med studien är att undersöka hur tillsats av hydrokol påverkar biogasproduktion, metanproduktion och stabiliteten i en kontinuerlig anaerob rötningsprocess. Vidare syftar studien till att analysera effekterna av hydrokol på rötresterna som genereras, undersöka möjligheterna av sammankoppling av en befintlig rötkammare med en HTC reaktor, samt bedöma om det är ekonomiskt försvarbart att investera i hydrokol som additiv i rötningsprocessen. Målet har varit att undersöka om tillsats av hydrokol ger högre biogasutbyte, ökad metanproduktion och en stabil rötningsprocess. Målet har även varit att analysera rötresterna, utföra en materialflödesanalys över när Karlskogas rötkammare sammankopplas med en HTC reaktor, samt utföra en livscykelkostnadsanalys för att svara på om det är ekonomiskt försvarbart att investera i en HTC anläggning, alternativt att köpa in hydrokol externt.  De laborativa försöket gjordes på Karlstads universitet där rötningen var en enstegs anaerob samrötning som gjordes i två kontinuerligt matade reaktorer. Inmatning och uttag av gas gjordes en gång om dagen där försöksserierna pågick under 68 dagars tid. Substratblandningarna eftersträvades efterlikna substratförhållandena på Biogasbolaget i Karlskoga. Inmatat material, det vill säga substratblandningen utgjorde 8,5% av ensilage, 0,6% av glycerol, och 90,9% av substrat (matavfall och flytgödsel). Detta förhållande är detsamma som på Biogasbolaget. I en av reaktorerna användes substratblandningen och i den andra substratblandningen och hydrokol. Hydrokolet blandades in med substratblandningen vid en koncentration på 8g/l. Materialflödesanalysen gjordes över Karlskogas biogasanläggning där flödena ritades ut i programmet Stan 2.5. LCC gjordes utifrån två olika scenarion, om hydrokol köps in externt alternativt att en HTC-reaktor ansluts till biogasanläggningen. Det valdes att beräkna utifrån scenarion om metanutbytet ökar med 17%, enligt resultat från studien gjord av Maria Kristoffersson eller om utbytet ökar med 53% enligt resultat från den här studien.  Resultatet visar att tillsats av hydrokol som additiv ger en ökning på 59% för biogas utbytet och 53,5% för metanutbytet. I medelvärde från rötningsdag 27 till 68 så resulterade biogasproduktionen för hydrokolsreaktorn i 533 ml/g VS. Medelvärdet för referensreaktorn resulterade i 70 ml/g VS. Det här resulterar i en procentuell ökning med 663%. Eftersom misstankar finns att referensreaktorn inte bildar biogas som den ska har biogasproduktionen jämförts med tidigare studie som har gjorts på ungefär samma substratblandning och samma utrustning. Biogasproduktionen i medelvärde för referensreaktorn för (Leijen, 2016) resulterade i 335 ml/g VS. Procentuella skillnaden i biogasproduktion resulterar då i 59% mellan referensreaktorn och hydrokolsreaktorn. Metanproduktionen i hydrokolsreaktorn resulterade i medelvärde till 367 ml/g VS, i referensreaktorn till 18 ml/g VS och i referensreaktorn i Leijens studie till 237 ml/g VS. Jämfört med Leijens resultat resulterade den procentuella ökningen i metangasproduktion till 53,5%. En stabil rötningsprocess bekräftades genom att pH på rötresterna resulterade i 7,66 under hela rötningsprocessen.  Det är möjligt att sammankoppla Karlskogas befintliga anläggning med en HTC-anläggning och återföra rötresterna för hydrokolsproduktion. Rötresterna med ett högre kol-och näringsinnehåll kan återanvändas och recirkuleras för produktion av hydrokol. Av 10 tonTS/dag rötrester som kommer ut från rötningskammaren kommer 2,46 tonTS/dag att recirkuleras för hydrokolsproduktion. Resten av rötresterna kan användas vidare som gödsel.  Det är ekonomiskt försvarbart att investera i hydrokol som additiv till rötningsprocessen. Genom att bygga en HTC-anläggning, där tillsatsen av hydrokol kan ge 17% respektive 53% högre metanproduktion resulterar nettovinsten i 363 miljoner respektive 1237 miljoner kr över en 20-årsperiod. Alternativet är att köpa in hydrokol externt, där nettovinsten uppgår till 177 miljoner respektive 1052 miljoner kr över samma tidsperiod. Livscykelkostnadsanalysen visar att det är ekonomiskt mer fördelaktigt att investera i en HTC-anläggning jämfört med att köpa hydrokol externt. / The population growth and thus the demand for energy sources provided by fossil fuels leads to serious environmental problems due to greenhouse gas emissions. Another challenge is to effectively manage organic waste such as food waste generated worldwide. Food production causes major environmental problems such as eutrophication, climate impact, chemical dispersion, rainforest deforestation and depletion. It is therefore important that food waste is reduced, but also that effective methods are used to manage the waste so as not to burden the environment further.  One solution for managing organic waste, while producing a renewable energy source, is to use anaerobic digestion to produce biogas. In anaerobic digestion, organic material is broken down in an oxygen-free environment, resulting in the production of biogas containing carbon dioxide and energy-rich methane gas. The by-product formed is digestate, which can be further used as fertilizer.  The anaerobic digestion process has various challenges, where the biogas process can be stabilized and made more efficient by adding hydrochar. Hydrochar is a carbon-rich material produced from hydrothermal carbonization of biomass. Since there is very limited research on continuous anaerobic digestion of food waste with the addition of hydrochar, and no research has been conducted on hydrochar produced from forest industry biosludge, it was important and of interest to conduct this study.  The aim of the study is to investigate how the addition of hydrochar affects biogas production, methane production and the stability of a continuous anaerobic digestion process. Furthermore, the study aims to analyze the effects of hydrochar on the digestate generated, investigate the possibilities of connecting an existing digester with an HTC reactor, and assess whether it is economically justifiable to invest in hydrochar as an additive in the digestion process. The goal has been to investigate whether the addition of hydrochar provides higher biogas yield, increased methane production and a stable digestion process. The goal has also been to analyze the digestate, perform a material flow analysis of when Karlskoga's digester is connected to an HTC reactor, and perform a life cycle cost analysis to answer whether it is economically justifiable to invest in an HTC plant, or to purchase hydrochar externally.  The laboratory experiments were carried out at Karlstad University where the digestion was a single-stage anaerobic co-digestion in two continuously fed reactors. Gas was fed and withdrawn once a day and the experimental series lasted for 68 days. The substrate mixtures sought to mimic the substrate conditions at Biogasbolaget in Karlskoga. Input material, i.e. the substrate mixture consisted of 8.5% silage, 0.6% glycerol, and 90.9% substrate (food waste and liquid manure). This ratio is the same as at Biogasbolaget. One of the reactors used the substrate mixture and the other used the substrate mixture and hydrochar. The hydrochar was mixed with the substrate mixture at a concentration of 8g/l. The material flow analysis was made over Karlskoga's biogas plant where the flows were drawn in the program Stan 2.5. LCC was made based on two different scenarios, if hydrochar is purchased externally or if an HTC reactor is connected to the biogas plant. It was chosen to calculate based on scenarios if the methane yield increases by 17%, according to results from the study made by Maria Kristoffersson or if the yield increases by 53% according to results from this study.  The results show that adding hydrochar as an additive gives an increase of 59% for the biogas yield and 53.5% for the methane yield. In average from digestion day 27 to 68, the biogas production for the hydrochar reactor resulted in 533 ml/g VS. The average value for the reference reactor resulted in 70 ml/g VS. This results in a percentage increase of 663%. Since there are suspicions that the reference reactor does not produce biogas as it should, the biogas production has been compared with previous studies that have been done on approximately the same substrate mixture and the same equipment. The biogas production in average for the reference reactor for (Leijen, 2016) resulted in 335 ml/g VS. The percentage difference in biogas production then results in 59% between the reference reactor and the hydrochar reactor. The methane production in the hydrochar reactor resulted on average to 367 ml/g VS, in the reference reactor to 18 ml/g VS and in the reference reactor in Leijen's study to 237 ml/g VS. Compared to Leijen's results, the percentage increase in methane gas production resulted in 53.5%. A stable digestion process was confirmed by the fact that the pH of the digestate resulted in 7.66 during the whole digestion process.  It is possible to interconnect the existing Karlskoga plant with an HTC plant and recycle the digestate for hydrochar production. The digestate with a higher carbon and nutrient content can be reused and recycled for hydrochar production. Out of 10 tonTS/day of digestate coming out of the digestion chamber, 2.46 tonTS/day will be recycled for hydrochar production. The rest of the digestate can be further used as fertilizer.  It is economically justifiable to invest in hydrochar as an additive to the digestion process. By building a HTC plant, where the addition of hydrochar can provide 17% and 53% higher methane production, the net profit results in 363 million and 1237 million SEK over a 20-year period. The alternative is to purchase hydrochar externally, where the net benefit amounts to SEK 177 million and 1052 million respectively over the same time period. The life cycle cost analysis shows that it is economically more advantageous to invest in an HTC plant compared to buying hydrochar externally.

Anaerob rötning är en naturlig nedbrytningsprocess av organiskt material som tar tillvara på avfall samtidigt som nyttig energi kan utvinnas. På Biogasbolaget AB i Karlskoga omvandlas substrat som matavfall, gödsel och ensilage till biogas som sedan kan uppgraderas till fordonsgas. Fordonsgasen kan användas som drivmedel till bussar i närområdet. Det bildas dessutom en rötrest som används som biogödsel, men som är kostsam för företaget. Rötkamrarna i Karlskoga är överdimensionerade i förhållande till den mängden substrat som levereras, vilket innebär att de kan ta hand om mer gas än det som bildas i dagsläget. Tidigare studier har visat att tillsats av hydrokol kan öka metangasproduktionen. Därför var syftet med studien att utvärdera ifall hydrokol kan öka metangasproduktionen i satsvis anaerob rötning. Målen var att jämföra två olika hydrokol; skogsindustriellt och kommunalt, samt att komma fram till en optimal dos. Eftersom området är relativt nytt var det också av intresse att ta reda på hur klimatpåverkan förändras vid tillsats av hydrokol genom att utföra en enkel livscykelanalys.   Utvärderingen av hydrokolets potential i anaerob rötning utfördes genom satsvis rötning i två omgångar. Substrat och ymp hämtades från Karlskogas biogasanläggning. De doserna hydrokol som testades i båda försöken var 4, 8 och 10 g/l samt referensfallet 0 g/l vilket motsvarade Karlskogas förhållanden. Det gjordes även försök med endast hydrokol för att ta reda på om det var hydrokolet i sig som producerade metangas. Den satsvisa rötningen visade att det kommunala hydrokolet med en dos på 8 g/l gav mest metangas (841 Nml/g VS) jämfört med referensen 0 g/l (435 Nml/g VS) vilket var en ökning med 93%. Det skogsindustriella hydrokolet med en dos på 8 g/l visade en ökning med 16,6% (517 Nml/g VS) jämfört med referensen 0 g/l (443 Nml/g VS). Den enkla livscykelanalysen visade att det resulterade i en större minskning av utsläpp när dieselbussar kan bytas ut mot hydrokolsbaserad biogas jämfört med vanlig biogas. Vid tillsats av kommunalt hydrokol till biogasprocessen blev besparingen 14783 ton CO2.ekv./år vid utbyte av diesel och för skogsindustriellt hydrokol motsvarade besparingen 8938 ton CO2.ekv./år. Det jämfört med biogas som produceras utan hydrokol som vid utbyte av diesel sparar 7688 ton CO2.ekv./år. Massflödesanalysen visade att det teoretiskt är möjligt att använda Karlskogas rötrest för att använda som substrat till HTC-anläggningen och därmed införa ett cirkulärt system. Däremot visade metallanalysen att det finns risk för förhöjda mängder tungmetall i rötresten, vilket skulle kunna leda till att de inte klarar de krav som finns för att certifiera biogödseln.   För Biogasbolaget AB i Karlskoga innebär resultaten att de med 8 g/l kommunalt alternativt skogsindustriellt hydrokol skulle kunna öka sin metangasproduktion med 93% respektive 16,6%. Däremot kan det leda till problem med metallhalterna i rötresten som riskerar att överstiga gränsvärdena som finns för biogödsel. / Anaerobic digestion is a natural decomposition process of organic material that utilizes waste while extracting useful energy. At Biogasbolaget AB in Karlskoga, substrates such as food waste, manure, and silage are converted into biogas, which can then be upgraded to vehicle fuel. The vehicle gas can be used as fuel for buses in the local area. Additionally, a digestate is formed, which is used as biofertilizer but is costly for the company. The digesters in Karlskoga are oversized compared to the amount of substrate delivered, which means they can handle more gas than is currently being produced. Previous studies have shown that the addition of hydrochar can increase methane gas production. Therefore, the aim of the study was to evaluate whether hydrochar can increase methane gas production in batch anaerobic digestion. The goals were to compare two different types of hydrochar: from the forestry industry and municipal sources, and to determine the optimal dosage. Since the area is relatively new, it was also of interest to determine how the climate impact changes with the addition of hydrochar by conducting a simple life cycle analysis.   The evaluation of hydrochar's potential in anaerobic digestion was carried out through batch digestion in two rounds. Substrate and inoculum were obtained from Karlskoga's biogas plant. The doses of hydrochar tested in both experiments were 4, 8, and 10 g/l, as well as the reference case of 0 g/l, which corresponded to Karlskoga's conditions. Experiments were also conducted with hydrochar alone to determine if it was the hydrochar itself that produced methane gas. The batch digestion showed that the municipal hydrochar with a dosage of 8 g/l produced the most methane gas (841 Nml/g VS) compared to the reference of 0 g/l (435 Nml/g VS), which was an increase of 93%. The forestry industry hydrochar with a dosage of 8 g/l showed an increase of 16,6% (517 Nml/g VS) compared to the reference of 0 g/l (443 Nml/g VS). The simple life cycle analysis showed that it resulted in a greater reduction in emissions when diesel buses can be replaced by hydrochar-based biogas compared to regular biogas. When municipal hydrochar was added to the biogas process, the savings amounted to 14,783 tons of CO2 equivalent per year through diesel substitution. For forest industry hydrochar the equivalent resulted in savings of 8,938 tons of CO2 equivalent per year. This is in comparison to biogas produced without hydrochar, which saves 7,688 tons of CO2 equivalent per year when substituting diesel. The mass flow analysis showed that it is theoretically possible to use Karlskoga's digestate as substrate for the HTC plant, thus introducing a circular system. However, the metal analysis revealed a potential risk of elevated levels of heavy metals in the digestate, which could prevent it from meeting the requirements for certifying the biofertilizer.   For Biogasbolaget AB in Karlskoga, the results mean that with 8 g/l of municipal or forest industry hydrochar, they could increase their methane gas production by 93% and 16.6%, respectively. However, this could lead to issues with metal levels in the digestate, which may exceed the threshold values set for  biofertilizer.