Co-combustion of animal carcasses and slaughterhouse waste products (animal waste), which are classed as high-risk infectious waste, has been considered as a “fuel opportunity” for waste-to-energy boilers. In this study, the impact of co-combustion of animal waste with municipal solid waste (MSW) on operational issues such as bed agglomeration, deposit formation and emission was investigated, employing experimental and theoretical methods. In the experimental section, a series of full-scale tests in a bubbling fluidised-bed boiler were carried out, to determine the effects of animal waste co-combustion on the issues addressed. Two combustion scenarios were considered, identified as the reference (Ref) case and the animal waste (AW) case. In the Ref case, a solid-waste fuel mix, consisting of sorted and pretreated industry and household waste was combusted. In the AW case, 20 wt% AW was added to the reference fuel mix. The collected samples, which included super-heater deposits, fuel mixes and bed and fly ashes, were analysed, using chemical fractionation, SEM-EDX and XRD. In addition, the flue gases´ emission rate were continuously analysed, using FTIR spectrometry. The results showed positive effects from co-combustion of AW, indicating decreased deposit formation and lower risk of bed agglomeration, as well as reduced emissions of NOx and SO2. Moreover, it was found that the concentrations of P, Ca, S and Cl were enriched in the bed materials. In the theoretical section, thermodynamic calculations, with respect to experimental data, were performed to provide greater understanding of the ash transformation behaviour and the related melting temperature. The calculations mainly focused on bed agglomeration, where addition of AW to the MSW considerably reduced the risk of agglomeration. The results of equilibrium products and phase diagram information for the bed ashes suggested melt-induced agglomeration as a possible cause of the formation of sticky layers on the bed particle in the Ref case. Moreover, it was concluded that higher amounts of calcium phosphate and sulfates increased the first melting temperature of the bed ashes in the AW case. / <p><strong>Sponsorship</strong>:</p><p>Waste Refinery and Sparbanksstiftelsen Sjuhärad</p>

Membrane bioreactors (MBRs) show great promise for productivity improvement and energy conservation in conventional bioprocesses for wastewater reclamation. In order to attain high productivity in a bioprocess, it is crucial to retain the microorganisms in the bioreactors by preventing wash out. This enables recycling of the microorganisms, and is consequently saving energy. The main feature of MBRs is their permeable membranes, acting as a limitative interface between the medium and the microorganisms. Permeation of nutrients and metabolites through the membranes is thus dependent on the membrane characteristics, i.e. porosity, hydrophilicity,and polarity. The present thesis introduces membranes for MBRs to be used in a continuous feeding process, designed in the form of robust, durable, and semi-hydrophilic films that constitute an effective barrier for the microorganisms, while permitting passage of nutrients and metabolites. Polyamide 46 (polytetramethylene adipamide), a robust synthetic polymer, holds the desired capabilities, with the exception of porosity and hydrophilicity. In order to achieve adequate porosity and hydrophilicity, bulk functionalization of polyamide 46 with different reagents was performed. These procedures changed the configuration from dense planar to spherical, resulting in increased porosity. Hydroxyethylation of the changed membranes increased the surface tension from 11.2 to 44.6 mJ/m2. The enhanced hydrophilicity of PA 46 resulted in high productivity of biogas formation in a compact MBR, due to diminished biofouling. Copolymerization of hydrophilized polyamide 46 with hydroxymethyl 3,4-ethylenedioxythiophene revealed electroconductivity and hydrophilic properties, adequate for use in MBRs. To find either the maximal pH stability or the surface charge of the membranes having undergone carboxymethylation, polarity and the isoelectric point (pI) of the treated membranes were studied by means of a Zeta analyzer. The hydroxylated PA 46 was finally employed in a multilayer membrane bioreactor and compared with hydrophobic polyamide and PVDF membranes. The resulting biogas production showed that the hydroxylated PA 46 membrane was, after 18 days without regeneration, fully comparable with PVDF membranes.

The work of the present thesis focused on conversion of the cellulosic part of waste textiles into biogas and ethanol, and its challenges. In 2009, the global annual fiber consumption exceeded 70 Mt, of which around 40% consisted of cellulosic material. This huge amount of fibers is processed into apparel, home textiles, and industrial products, ending up as waste after a certain time delay. Regretfully, current management of waste textiles mainly comprises incineration and landfilling, in spite of the potential of cellulosic material being used in the production of ethanol or methane. The volume of cellulose mentioned above would be sufficient for producing around 20 billion liters of ethanol or 11.6 billion Nm3 of methane per year. Nevertheless, waste textiles are not yet accepted as a suitable substrate for biofuel production, since their processing to biofuel presents certain challenges, e.g. high crystallinity of cotton cellulose, presence of dyes, reagents and other materials, and being textiles as a mixture of natural and synthetic fibers. High crystallinity of cotton cellulose curbs high efficient conversion by enzymatic or bacterial hydrolysis, and the presence of non-cellulosic fibers may create several processing problems. The work of the present thesis centered on these challenges. Cotton linter and blue jeans waste textiles, all practically pure cellulose, were converted to ethanol by SSSF, using S. cerevisiae, with a yield of about 0.14 g ethanol/g textile, only 25% of the theoretical yield. To improve the yield, a pretreatment process was required and thus, several methods were examined. Alkaline pretreatments significantly improved the yield of hydrolysis and subsequent ethanol production, the most effective condition being treatment with a 12% NaOH-solution at 0 °C, increasing the yield to 0.48 g ethanol/g textile (85% of the theoretical yield). Waste textile streams, however, are mixtures of different fibers, and a separation of the cellulosic fibers from synthetic fibers is thus necessary. The separation was not achieved using an alkaline pretreatment, and hence another approach was investigated, viz. pretreatment with N-methyl-morpholine-N-oxide (NMMO), an industrially available and environment friendly cellulose solvent. The dissolution process was performed under different conditions in terms of solvent concentration, temperature, and duration. Pretreatment with 85% NMMO at 120 °C under atmospheric pressure for 2.5 hours, improved the ethanol yield by 150%, compared to the yield of untreated cellulose. This pretreatment proved to be of major advantage, as it provided a method for dissolving and then recovering the cellulose. Using this method as a foundation, a novel process was developed, refined and verified, by testing polyester/cellulose-blended textiles, which predominate waste textiles. The polyesters were purified as fibers after the NMMO treatments, and up to 95% of the cellulose content was regenerated. The solvent was then recovered, recycled, and reused. Furthermore, investigating the effect of this treatment on anaerobic digestion of cellulose disclosed a remarkable enhancement of the microbial solubilization; the rate in pretreated textiles was twice the rate in untreated material. The overall yield of methane was, however, not significantly affected. The process developed in the present thesis appears promising for transformation of waste textiles into a suitable raw material, to subsequently be used for biological conversion to ethanol and biogas. / <p>Thesis to be defended in public on Friday, May 27, 2011 at 13.00 at KC-salen, Kemigården 4, Göteborg, for the degree of Doctor of Philosophy.</p>

Dagens stora materialanvändning är påfrestande för jordens naturresurser. En möjlig källa för framtida resurser är deponier; i avfallet som tidigare deponerats finns ofta såväl återvinningsbara metaller som avfall passande för energiåtervinning. Konceptet landfill mining (LFM) är ett sätt att utnyttja de resurser som finns i deponier och innebär att deponierna grävs ut med efterföljande material- och energiåtervinning.En deponi där landfill mining skulle kunna vara aktuellt är Filbornadeponin i Helsingborg. Tre avsnitt av Filbornadeponin anses vara extra intressanta för en eventuell utgrävning; Lagringsytan, BCR1 och Rökille. Detta examensarbete är en förstudie inför framtida LFM-projekt på Filbornadeponin och syftet är att identifiera kritiska faktorer för projektens genomförande. I arbetet ingår att ta fram materialsammansättningen för aktuella deponier samt en utredning av de ekonomiska och miljömässiga förutsättningarna för respektive projekt.Arbetet är fallstudieinspirerat med målet att kartlägga förutsättningarna för respektive deponi. Detta uppnås via en bakgrundsstudie för respektive deponi, där faktorer som deponivolym, avfallets ålder, materialsammansättning och metangasproduktion undersöks. Bakgrundsstudien kompletteras av en fältstudie där provgrävningar/provborrning, plockanalys och kemisk analys bidrar med mer information. För att genomföra de ekonomiska och miljömässiga beräkningarna ställs två scenarier upp för respektive deponi, ett referensfall där verksamheten fortgår som idag och ett landfill mining-scenario med utgrävning och efterföljande behandling enligt deponiernas specifika förutsättningar.De ekonomiska resultaten visar att två av tre deponier får en större kostnad för LFM-scenariot än för en fortsatt verksamhet liknande den idag. Samtidigt visar de miljömässiga resultaten att stora miljövinster finns kopplade till en utgrävning av de två deponierna Lagringsytan och BCR1. Vid en utgrävning av dessa kan utsläpp av stora mängder metanekvivalenter förhindras. Miljöresultaten för en utgrävning av Rökille uppvisar istället en försämrad miljöprestanda jämfört med referensfallet.Baserat på resultatet har främst sex stycken kritiska faktorer för lönsamhet och miljöprestanda påvisats: (1) Det är svårt att hitta tillgänglig data om en deponis materialsammansättning på förhand och den information som finns är ofta osäker. (2) Ett LFM-projekt kan förhindra framtida metanutsläpp. Dock finns risken att inbunden metangas förekommer i massorna, vilken kan frigöras vid utgrävningen. (3) Det krävs specifik utformning av separationsprocessen och lämplig teknik framtagen särskilt för landfill mining finns inte på marknaden i dagsläget. (4) Lagstiftningen inom området är oklar och ett flertal bestämmelser motverkar resursåtervinningen av gamla deponier. Exempelvis kan riktvärden för metallinnehåll och deponiskatt påverka utfallet för en utgrävning. (5) Metaller är i dagsläget de enda inkomstbringande materialfraktionerna i ett LFM-projekt. Dessutom ger återvinningen av metaller utsläppsbesparingar i form av undvikna utsläpp från jungfruliga metaller. (6) Kostnaden för att skicka bränslefraktionen till förbränning är den enskilt största kostnadsposten i LFM-scenarierna för de två deponierna med en brännbar fraktion. Samtidigt leder förbränningen till utsläpp av fossil koldioxid eftersom en stor del av det brännbara materialet utgörs av plast. / The extensive material use in today's society is demanding for the Earth's natural resources. A possible source for future resources is landfills; the landfills often contain both recyclable metals and other waste fractions suitable for energy recovery. The concept landfill mining (LFM) is a way to exploit the resources found in landfills. In a LFM-project the landfill is excavated with subsequent material and energy recycling.A location where landfill mining could be suitable is the Filborna landfill in Helsingborg. Three sections of the landfill are considered to be especially interesting for a possible excavation; Lagringsytan, BCR1, and Rökille. This thesis is a pilot study for future LFM-projects on Filborna with the aim to identify critical factors for the projects’ implementation. It includes retrieving the material composition of the landfills and an evaluation of the economic and environmental performance of each project.The method is a case study-approach with the goal to identify the specific conditions for each landfill. This is achieved by a background study for each landfill, where factors such as landfill volume, age, material composition, and methane production are examined. The background study complements through a field study where excavation/exploration drilling, picking analysis, and chemical analysis provide extended information. In order to perform the economic and environmental calculations, two scenarios are set up for each landfill; a reference case with business as usual and a LFM-scenario with excavation and subsequent treatment according to the specific landfill conditions.The financial calculations show that two out of three projects have a greater cost connected to the LFM-scenario than for the business as usual scenario. Regarding the environmental performance, the LFM-processes at the landfills Lagringsytan and BCR1 result in a reduction of greenhouse gas emissions compared to the reference case. On the contrary, the results show that the gypsym landfill Rökille yields more greenhouse gas emissions in the LFM-scenario.Based on the results, six critical factors for profitability and environmental performance are identified: (1) It is difficult to find data on a landfill’s material composition in advance and the information available is often uncertain. (2) A landfill mining project can prevent future methane emissions. However, it is possible that methane hidden in the landfill is released during excavation. (3) LFM requires a specific design of the separation process and suitable technology developed specifically for landfill mining is not available on the market today. (4) The law on this area is unclear and several regulations discourage resource recycling of old landfills. For example the limits for metal content and landfill taxation affect the outcome of an excavation. (5) Metals are the only material fractions generating an income in today’s LFM-projects. In addition, the recycling of metals leads to avoided emissions from virgin metals. (6) The cost of sending the fuel fraction to combustion is the largest single cost item in the LFM-scenarios for the two landfills with combustible waste. Also, the combustion causes emissions of fossil carbon dioxide due to the waste’s high plastic content.

För att skapa ett hållbart och cirkulärt samhälle måste nödvändigt avfall börja ses som en värdefull resurs. Ett exempel på en sådan resurs är det slam som avskiljs vid rening av avloppsvatten. Genom att mikroorganismer bryter ner det organiska materialet i slammet bildas biogas som kan användas för att utvinna energi. Detta är ingen ny teknik utan har använts i 1000-tals år men processen för energiutbytet har effektiviserats och idag används ofta en syrefri och uppvärmd rötkammare för att påskynda nedbrytningen. Vid Horshaga avloppsreningsverk i Skara produceras biogas av slammet som utvinns vid reningen av vattnet. Biogasen används för intern uppvärmning av rötkammaren, vatten och lokaler. Ofta produceras det mer än vad verksamheten kan använda internt och biogasen eldas då istället upp i en gasfackla utan att energi tillvaratas. Syftet med studien är att kartlägga biogasproduktionen och energianvändning för att se om det går att nyttja överskottsbiogasen för kraftvärmeproduktion. I Studien har data samlats in från verksamhetens interna nätverk samt genom intervjustudie med anställda inom bolaget. Resultatet visade på att årsvis produceras det mer biogas än vad verksamhet kan använda, men under vintermånaderna råder ett underskott av biogas och då har fossilolja tillsatts för att täcka upp för värmebehovet. Största värmeförbrukning går åt till att värma upp rötkammaren. Vid kraftvärmeproduktion av överskottsbiogasen skulle intäkterna bli 267 576 kronor. Att öka kvalitén och minska den interna energianvändningen skulle bidra till mera tillgänglig biogas till kraftvärmeproduktion. Det kan också finnas andra värden än ekonomiska för egen elproduktion tillexempel ökad krisberedskap / To create a sustainable and circular society, waste must begin to be seen as a valuable resource. An example of such a resource is the sludge that occurs during wastewater treatment. When microorganisms break down the organic material in the sludge, biogas is formed that can be used to extract energy. This technology has been used for 1000s of years, but the process for energy exchange has been improved and today an oxygen-free and heated digester is often used to speed up the decomposition. At the Horshaga wastewater treatment plant in Skara, biogas is produced from the sludge extracted in the biological treatment of water. The biogas is used for internal heating of the digester, water and premises. Often more biogas is produced than the business can use internally and the biogas is the instead burned up without energy being utilized. The purpose of the study is to map biogas production and energy use to investigate possibility to use the surplus biogas for combined heat and power production. The study has been based on data from the company's internal network and a smaller interview study with employees within the company. The result showed that more biogas is produced annually than the business can use, but during the winter months there is a deficit of biogas, and fossil oil has been added there to cover the energy need. The largest heat consumption is used to heat up the digester. In the case of cogeneration production of the surplus biogas, the revenue would be SEK 267,576. Increasing the quality and reducing internal energy use would contribute to more available biogas for cogeneration production. There may also be values other than financial for own electricity production, for example increased crisis preparedness. / <p>2023-06-02</p>

This research aims to optimize operational sustainability and minimize the environmental impacts of lead-acid battery recycling, identifying, and establishing improvements in the smelting and refining stages. Through Life Cycle Assessment (LCA) and Material Flow Analysis (MFA) using the SimaPro and STAN tools, recycling processes were modelled to quantify material flows and evaluate environmental impacts. The results indicate the level of control over air emissions, hazardous waste and lead recovery within the operation can be significantly improved with the application of technologies and increased efficiency of the operation process. Concerning the impact assessment, essential categories have been defined including carcinogenic and non-carcinogenic effects on human health, global warming, and particle formation. The data conclude that the use of technologies and improvement of operational efficiency is crucial it helps to enhance the sustainability of the process while complying with regulatory requirements and producing economic benefits by getting more valuable materials. Within this context, the principles of circular economy can be effectively integrated to maximize resource value throughout their lifecycle, minimizing waste generation, and reducing natural resource consumption. / Denna forskning syftar till att optimera driftens hållbarhet och minimera miljöpåverkan av återvinning av blybatterier genom att identifiera och etablera förbättringar i smält- och raffineringsstadierna. Genom livscykelbedömning (LCA) och materialflödesanalys (MFA) med hjälp av verktygen SimaPro och STAN modellerades återvinningsprocesser för att kvantifiera materialflöden och utvärdera miljöpåverkan. Resultaten indikerar att nivån på kontroll över luftutsläpp, farligt avfall och blyåtervinning inom verksamheten kan förbättras avsevärt med tillämpning av teknologier och ökad effektivitet i driftsprocessen. När det gäller påverkansbedömningen har väsentliga kategorier definierats inklusive cancerframkallande och icke-cancerframkallande effekter på människors hälsa, global uppvärmning och partikelbildning. Data drar slutsatsen att användningen av teknologier och förbättring av driftseffektiviteten är avgörande då det hjälper till att förbättra processens hållbarhet samtidigt som man uppfyller lagkrav och genererar ekonomiska fördelar genom att få mer värdefulla material. Inom denna kontext kan principerna för cirkulär ekonomi effektivt integreras för att maximera resursvärdet under hela deras livscykel, minimera avfallsproduktion och minska konsumtionen av naturresurser.

Återvinningsföretag och deras utbyten med sina kunder spelar en viktig roll för möjliggörandet av återcirkulering av restmaterial, något som bidrar till en mer effektiv och hållbar resurshantering i samhället. Denna studie har därför undersökt hur återvinningsföretag kan utveckla sin miljökommunikation genom att studera hur kunder värderar miljönytta, vilka miljöåtgärder och -effekter de främst prioriterar samt vilken typ av information de skulle kunna ha användning av. Detta för att stärka marknaden för produkter och tjänster kopplade till återvinning av restmaterial och på så sätt bidra till en mer hållbar resursanvändning och slutna kretslopp.  Studien baseras på teorier och kunskap utvecklade inom de vetenskapliga områdena industriell ekologi och industriell symbios, grön marknadsföring samt gröna inköp. För att besvara studiens frågeställningar genomfördes en intervjustudie med kunder till ett återvinningsföretag, kompletterad med dokument- och litteraturstudier. Kunder till återvinningsföretaget Econova intervjuades rörande hur de värderar miljönytta och miljökommunikation samt hur de själva prioriterar miljöfrågor. Även säljare på Econova tillfrågades om hur de ser på behovet av utökad miljökommunikation.  Studien visade på att minskade växthusgasutsläpp var den miljönytta som prioriterades och efterfrågades främst på alla nivåer i värdekedjan, vilket gör det till en bra aspekt för återvinningsföretag att lyfta i sin miljökommunikation. Studien visade även att företagens restmaterialhantering idag inte är ett av deras mest prioriterade områden för miljöåtgärder, och det är inte heller något som deras kunder frågar om i någon större utsträckning. Därför är det heller inte det område där det finns störst betalningsvilja för åtgärder med bättre miljönytta. Det är dock möjligt för Econova och andra återvinningsföretag att vara i framkant av hållbarhetstrenden genom att tydligare lyfta fördelarna kopplade till deras cirkulära tjänster. En utökad grön marknadsföring kan bidra till att de ökar medvetenheten hos sina kunder och hos allmänheten, vilket i slutändan kan stärka marknaden för gröna affärer kopplade till återvinning av restmaterial och främja industriella samarbeten. / the enabling of recirculation of waste materials, which can lead to a more efficient and sustainable use of resources. This study explores the possibilities for recycling companies to develop their environmental communication by studying how customers value the environmental benefits generated from the re-use of waste materials. This may contribute to strengthening the market for products and services related to the recycling of waste materials and in that way create a more sustainable use of resources and close material cycles.  The study is based on the scientific knowledge developed within the fields of industrial ecology, industrial symbiosis, green marketing and green purchasing. To answer the research questions, an interview study was undertaken alongside with document and literature studies. Interviews were held with customers of the recycling company Econova, concerning how they value environmental benefits and communication and how they prioritize environmental issues. Further interviews were held with sales personnel at Econova, concerning their views of the need for further environmental communication.  The findings suggest that decreased emissions of greenhouse gases is the environmental benefit most valued at all levels of the supply chain. This indicates that it is a benefit worth highlighting in the marketing materials of recycling companies. The findings also show that the handling of waste is not a highly prioritized area for green investments, at least not within the interviewed companies. Neither is it an aspect that is prioritized by their customers. However, it is possible for companies like Econova to be proactive by clearly highlighting the benefits of their circular services. Improved environmental communications can contribute to greater awareness among their customers and in society. This awareness could, in the long run, lead to a stronger market for green products associated with the re-circulation of waste materials, which in turn could promote industrial collaborations.

Biowaste Valorization (BV) includes practices that capture the value of biowaste through its conversion to high-value products. BV practices can influence the progress of various Sustainable Development Goals (SDGs) differently. BV can have several potential interactions with the SDGs (BV-SDGs interactions) that may take the form of either synergies or trade-offs. Therefore, the identification of BV-SDGs interactions is key to the successful achievement of SDGs. Sweden is a country at an advanced stage of BV implementation and can thus offer valuable insights. Through semi-structured interviews, relevant stakeholders evaluated the impact of BV on 15 selected SDGs targets in Sweden thus far. Both positive and negative effects were found, but synergies outnumbered the trade-offs with BV positively contributing to all 15 targets. However, this study also shows some potential trade-offs that require further investigation. The findings highlight the need for multidisciplinary collaboration to address BV-SDGs interactions comprehensively. The evidence provided in this study can inform the scientific community as well as other types of stakeholders towards better BV planning. The insights from the Swedish case can be valuable to Sweden and other countries in different stages in the transition to BV and a wider Circular Economy (CE). / Biowaste Valorization (BV) inkluderar metoder som fångar värdet av bioavfall genom dess omvandling till högvärdiga produkter. BV-praxis kan påverka utvecklingen av olika hållbara utvecklingsmål (SDG) på olika sätt. BV kan ha flera potentiella interaktioner med SDG (BV-SDG-interaktioner) som kan ta formen av antingen synergier eller avvägningar. Därför är identifieringen av BV-SDG-interaktioner nyckeln till ett framgångsrikt uppnående av SDG. Sverige är ett land i ett långt framskridet stadium av BV-implementering och kan därmed erbjuda värdefulla insikter. Genom semistrukturerade intervjuer utvärderade relevanta intressenter effekten av BV på 15 utvalda SDG-mål i Sverige hittills. Både positiva och negativa effekter hittades, men synergierna överträffade avvägningarna med BV som positivt bidrog till alla 15 målen. Men den här studien visar också på några potentiella avvägningar som kräver ytterligare utredning. Resultaten belyser behovet av tvärvetenskapligt samarbete för att ta itu med BV-SDG-interaktioner på ett heltäckande sätt. Bevisen som tillhandahålls i denna studie kan informera vetenskapssamhället såväl som andra typer av intressenter mot bättre BV-planering. Insikterna från det svenska fallet kan vara värdefulla för Sverige och andra länder i olika skeden av övergången till BV och en bredare cirkulär ekonomi (CE).