The energy sector represents the biggest contributor to global climate change. The concurring efforts to decarbonise electricity and heat generation contribute to the ongoing expansion of renewable energy systems.  The European wind power (WP) capacity is expected to triple by the year 2030, with onshore wind farms accounting for over 80% of new installations. This upswing entails critical demands for construction materials, shifting environmental burdens to the construction phase, compared to the use-phase hotspot of fossil resources. To counteract these magnified impacts, emerging innovations are disrupting conventional wind turbine (WT) technologies. To assess these developments, this study evaluates the future environmental impacts of WP production in Sweden using the emerging prospective life cycle assessment (pLCA) methodology. Six explorative foreground scenarios are developed for a generic Swedish WP plant in the year 2050. The scenarios build on projected national capacity developments, as well as identified key processes of hydrogen-based steel and concrete, as well as wooden WT towers. In addition, the application and propagation of the integrated assessment model REMIND-SSP2-NDC-2050 is deployed to project socio-economic changes in the background system.   Compared to the reference year 2020, all six scenarios show clear improvements of the climate change contribution. Especially “green” materials and wood towers promise significant future potential to accelerate a sustainable transition of Swedish WP production. The combined introduction of green steel, concrete, and hydrogen results in the overall best environmental performance, reducing the global warming potential by 47% from 6,3 g CO2eq per kWh in 2020 to 3,34 g CO2eq per kWh in 2050. However, burden-shifting occurs in particular for cancerous human toxicity and the occupation of agricultural land. While inheriting only 8% higher GWP, the wood tower scenario avoids the shifted effect on human toxicity but increases land occupation and terrestrial acidification even further. For all six scenarios, critical pressures emerge for non-fossil elements resulting from the growing demand for permanent magnet materials. The study’s results highlight a promising outlook for Swedish WP production by 2050 and the corresponding importance of pLCA to facilitate a sustainable transition of the energy sector. / Energisektorn är den sektor som bidrar mest till den globala klimatförändringen. De samtidiga insatserna för att minska koldioxidutsläppen från el- och värmeproduktion bidrar till den pågående utbyggnaden av förnybara energisystem.  Den europeiska vindkraftskapaciteten (WP) förväntas tredubblas fram till år 2030, och vindkraftsparker på land står för över 80% av de nya installationerna. Detta uppsving medför en kritisk efterfrågan på byggmaterial, vilket innebär att miljöbelastningen flyttas från användnings- till byggfasen. För att motverka dessa ökade effekter finns det nya innovationer som förändrar den konventionella tekniken för vindkraftverk (WT). För att bedöma denna utveckling utvärderas i denna studie den framtida miljöpåverkan från produktionen av vindkraftverk i Sverige med hjälp av den nya prospektiva livscykelanalysmetoden (pLCA). Sex explorativa förgrundsscenarier utvecklas för en generisk svensk WP-anläggning år 2050. Scenarierna bygger på förväntad nationell kapacitetsutveckling, samt identifierade nyckelprocesser för vätgasbaserat stål och betong, samt WT-torn av trä. Dessutom används tillämpningen och spridningen av den integrerade utvärderingsmodellen REMIND-SSP2-NDC-2050 för att projicera socioekonomiska förändringar i bakgrundssystemet.   Jämfört med referensåret 2020 visar alla sex scenarierna tydliga förbättringar av bidraget till klimatförändringarna. Särskilt ”gröna” material och trätorn har en betydande framtida potential för att påskynda en hållbar omställning av svensk WPproduktion. Det kombinerade införandet av grönt stål, betong och vätgas resulterar i den övergripande bästa miljöprestandan, vilket minskar den globala uppvärmningspotentialen med 47% från 6,3 g CO2eq per kWh 2020 till 3,34 g CO2eq per kWh 2050. Det sker dock en omfördelning av bördorna, särskilt när det gäller cancerframkallande toxicitet för människor och ianspråktagande av jordbruksmark. Trätornsscenariot, som endast har 8 % högre GWP, undviker rebound-effekten för humantoxicitet men ökar markanvändningen och försurningen av marken ytterligare. För alla sex scenarierna uppstår ett kritiskt tryck på icke-fossila grundämnen till följd av den växande efterfrågan på permanentmagnetmaterial. Studiens resultat belyser en lovande utsikt för svensk WP produktion fram till 2050 och den motsvarande betydelsen av pLCA för att underlätta en hållbar övergång av energisektorn.

Cirkulär ekonomi bygger på principerna om att designa bort avfall, där avfall ses som en råvaruresurs. För att övergå till ett fossilfritt samhälle kommer material från förnyelsebara råvaror att behövas. Biobaserade material har oftast inte samma tekniska egenskaper och estetiska uttryck som befintliga material, biobaserade DIY-material utvecklade från okonventionell råvaruresurs kan väcka starka positiva och negativa reaktioner hos användarna. Studien har undersökt hur man i en Material driven designprocess genom form och kultur kan skapa acceptans för ett biobaserat DIY material från en okonventionell råvaruresurs. Studiens huvudsyfte har varit att bidra med ny kunskap för att underlätta för designers i en Material Driven Designprocess, att identifiera användningsområden och produktform som kan stärka materialacceptans hos användare. Fördjupningsområden i studien är teorier för Hållbar utveckling, Cirkulär ekonomi, Bioekonomi, Material Driven Design for Sustainability och Culture Sensitive Design. Huvudmetoden i studien har varit Material Driven design, vilket innefattas av ett flertal designmetoder. Studien visar på att den kulturella koppling mellan användarna och råvarans ursprung har i denna studie haft en signifikant betydelse för material acceptansen genom att skapa mening för användaren och att materialet primärt behöver applicerat i en produkt på ett sådant sätt att användaren känner tillit till dess prestanda. Resultatet presenteras i form av ett förslag på en användare studie och en produktprototyp. / A circular economy is based on the principles of designing away waste, where waste is seen as a raw material resource. To move to a fossil-free society, materials from renewable raw materials will be needed. Bio-based materials usually do not have the same technical characteristics and aesthetic expressions as existing materials, bio-based DIY materials developed from unconventional raw material resources can provoke strong positive and negative reactions among users. This study has investigated how a Material-driven design process through form and culture can create acceptance for a bio-based DIY material from an unconventional raw material resource. The study's main purpose has been to contribute with new knowledge to make it easier for designers in a Material Driven Design process to identify uses and product forms that can strengthen material acceptance among users. In-depth areas in the study are theories for Sustainable Development, Circular Economy, Bioeconomy, Material Driven Design for Sustainability and Culture Sensitive Design. The main method of the study has been Material Driven Design, which is covered by several design methods. The study shows that the cultural link between the users and the origin of the raw material has had a significant impact on material acceptance by creating meaning for the user and that the material primarily needs to be applied in a product in such a way that the user has confidence in its performance. The results are presented in the form of a proposal for a user study and a product concept.

Cellulosananofibriller (CNFs) hör till naturens mest fundamentala byggstenar och förser naturliga material, såsom den yttre cellväggen i trä, med en otrolig styrka och styvhet. Genom att imitera träets arkitektur öppnas möjligheter upp för tillverkning av nya, biobaserade och lättviktiga strukturella material med mekaniska egenskaper som överskrider de för glasfiber, metaller och legeringar. Den ingenjörsmässiga utmaningen ligger i att framgångsrikt lyckas överföra de önskade mekaniska egenskaperna hos CNFs till filament som kan användas i material för dagligt bruk. Vid flödesfokuserad spinning av extraherade CNFs påverkar många parametrar den slutgiltiga funktionaliteten och kvaliteten hos de resulterande filamenten. För att optimera dessa processparametrar är mätning av de spunna filamentens dimensioner ett viktigt moment. Av särskilt intresse är filamentbredden, eftersom den är avgörande för de mekaniska egenskaperna. Karakterisering av filamentbredden är i dagsläget en mycket tidskrävande process där varje filament mäts manuellt i optiskt mikroskop. Det huvudsakliga målet med detta projekt är att effektivisera den nuvarande mätprocessen med avseende på både hastighet och noggrannhet med hjälp av laserspridning. I denna rapport visar vi på minst en halvering av nuvarande mättid vid användandet av en 3D-printad laseruppställning istället för ett optiskt mikroskop vid mätning av filamentbredd. Våra resultat indikerar att mätsäkerheten generellt är högre för lasermetoden jämfört med mikroskopin. Genomsnittliga standardavvikelser för mätvärden på tunnaste bredden från mikroskopi samt de två olika kurvanpassningsmetoderna vid lasermätning rapporteras vara 1.62, 0.85 (Curve fit) respektive 1.59 (Minima matching). Standardavvikelserna för tunnaste bredd korrelerar dock inte direkt mot metodernas noggrannhet eftersom de spunna filamenten uppvisar en stor variation i bredd längs med längden. En närmare jämförelse mellan mätvärden för matchade punkter på ideala och defekta filament demonstrerar att icke-uniforma och defekta filament påverkar mätnoggrannheten för laserspridningen negativt. Sammantaget stödjer våra resultat det faktum att ett tunnare filament resulterar i bättre upplösning och mindre mätfel vid mätning med laserspridning. Våra resultat visar på den stora potentialen för laserspridning som en mer effektiv mätmetod vid karakterisering av cellulosafilamentbredd. / Cellulose nanofibrils (CNFs) are one of nature’s most fundamental building blocks, providing incredible strength and stiffness to natural materials, such as the outer cell wall layer in wood. By mimicking the architecture of wood, possibilities opens up for the fabrication of new, biobased, light-weight structural materials with mechanical properties exceeding that of glassfibers, metals and alloys. However, the engineering challenge lies in successfully managing to translate the desirable mechanical properties of the CNFs into filaments that can be used in everyday life materials. Throughout the process of spinning the extracted CNFs into filaments, many factors and parameters affect the ultimate functionality and performance of the resulting filaments. Measuring the dimensions of the spun filaments is a crucial step in further optimizing process parameters. The width of the filament especially, impacts its mechanical performance. The characterization of the cellulose filament width is currently very time-consuming as each filament is manually measured using optical microscopy. The primary goal of this project is to make the current characterization process more effective, with respect to both accuracy and speed of measurement, by using laser scattering. In this report, we demonstrate a reduction by more than a half in measurement time using a 3D-printed laser scattering setup instead of an optical microscope when measuring filament width. Our results indicate that the certainty in measurement is generally higher for lase rscattering compared to optical microscopy. The mean standard deviations (SD) for the smallest widths estimated with optical microscopy and the two curve fitting methods used for the laser measurements are reported to be 1.62, 0.85 (Curve fit) and 1.59 (Minima matching) respectively. However, standard deviations for the thinnest width does not correlate directly to the accuracy of the methods since the spun filaments show a large variation in width along the length. A closer comparison between measurement values for matched points at ideal and non-uniform filaments demonstrate that the accuracy of the laser measurements are dependent on the uniformity of the filaments, with non-uniform filaments negatively impacting the accuracy. Our overall results supports the fact that a thinner filament gives a better resolution and smaller error when measuring with laser. Our results provide evidence for the great potential of laser scattering as a more efficient method for cellulose filament width determination.