Trä är den bästa förnyelsebara källan för att producera många produkter på grund av dess biokompatibla och biologiskt nedbrytbara natur. Träets biomassa har en motstridig natur mot enzymatisk uppgradering. Det beror på olika orsaker som ligninhalt, acetylhalt i hemicellulosa och cellulosakristallinitet som blockerar enzymets bindningsställe. Denna studie kommer under BioUPGRADE, som är en samarbetsplattform för att skapa högvärdiga och mångsidiga material på ett hållbart sätt med hjälp av biokatalys. Det allmänna syftet med denna studie är att producera holocellulosa och hemicellulosasubstrat från olika träslag och producera, rena och validera galaktosoxidas som en potentiell biokatalysator för träfibermodifiering. Studien undersöker effekten av kemisk perättiksyradelignifiering på två träslag, lövträ av eukalyptus (HW), och barrträ av gran (SW), undersökta vid olika tidsintervall, där PAA framställdes exsitu med ett volymetriskt förhållande på 1:3. Med resultaten från PAA-behandlingen avlägsnades 38,53 % lignin i eukalyptus och 31,80 % i barrved. Hemicellulosautbytet ökade med 47,40 % för eukalyptus och 19,05 % för gran med en ökning av tiden för PAA-behandling. Acetylhalten i hemicellulosan minskade från 2 % till 0,6 % i lövträ och 1,96 % till 0,6 % i barrträ. Cellulosautvinningen efter delignifieringen var nästan 100 %. Galaktosoxidaset producerades i en skakkolv med användning av Pichia pastoris KM71H-stammen. Pichia pastoris KM71H-celler odlades med användning av det buffrade komplexa glycerolmediet (BMGY) och galaktosoxidas uttrycktes med användning av Pichia pastoris KM71H-stammen i buffrat komplex metanolmedium (BMMY). Det uttryckta GaOx-proteinet renades därefter med användning av AKTA-kromatografi med användning av en 5 ml Histrap FF-kolonn. För att bestämma proteinkoncentrationen utfördes bicinchoninsyra (BCA) analys och GaOx som producerades i skakkolvsodling var 286,25 mg/L. Den specifika aktiviteten hos skakkolven som produceras GaOx är 164,24 U/mg. Det kan observeras att PAA-behandling visar sig vara en effektiv metod för delignifiering eftersom cellulosautvinningen är nära 100 % och förlusten av hemicellulosa är relativt låg med det använda volymetriska förhållandet. GaOx som produceras i skakkolvsproduktion visar ett lovande utbyte med en betydande specifik aktivitet mot galaktosen som substrat och kan användas i framtiden för enzymatisk uppgradering av träets biomassa. / Wood is the best renewable source for producing many products due to its biocompatible and biodegradable nature. The wood biomass has a recalcitrance nature towards enzymatic upgrading. It is due to various reasons such as lignin content, acetyl content in hemicellulose, and cellulose crystallinity which blocks the enzyme binding site. This study comes under BioUPGRADE, which is a collaborative platform to create high-value and multipurpose materials sustainably using biocatalysis. The general aim of this study is to produce holocellulose and hemicellulose substrates from different wood species and produce, purify, and validate galactose oxidase as a potential biocatalyst for wood fiber modification. The study investigates the effect of chemical peracetic acid delignification on two wood species, eucalyptus hardwood (HW), and spruce softwood (SW) investigated at different time intervals, where the PAA was prepared ex-situ with a volumetric ratio of 1:3. With the results from the PAA treatment, 38.53% of lignin was removed in eucalyptus and 31.80% in softwood. The hemicellulose yield increased by 47.40% for eucalyptus and 19.05% for spruce with an increase in the time of PAA treatment. The acetyl content of the hemicellulose was reduced from 2% to 0.6% in hardwood and 1.96% to 0.6% in softwood. The cellulose recovery after the delignification was nearly 100%. The galactose oxidase was produced in a shake flask using the Pichia pastoris KM71H strain. Pichia pastoris KM71H cells were cultivated using the buffered complex glycerol media (BMGY) and galactose oxidase was expressed using the Pichia pastoris KM71H strain in Buffered complex methanol media (BMMY). The expressed GaOx protein was subsequently purified using AKTA chromatography using a 5ml Histrap FF column. To determine the protein concentration Bicinchoninic acid (BCA) analysis was performed and the GaOx produced in shake flask cultivation was 286.25 mg/L. The specific activity of the shake flask produced GaOx is 164.24 U/mg. It can be observed that PAA treatment proves to be an efficient method for delignification as the cellulose recovery is near 100% and the loss of hemicellulose is relatively low with the volumetric ratio used. The GaOx produced in shake flask production shows a promising yield with a significant specific activity towards the galactose as substrate and could be used in the future for the enzymatic upgrading of the wood biomass.

I det här projektet extraherades värdefulla komponenter från äpple-pomace som är en restprodukt från cidertillverkning. Restprodukten var tillhandahållen av en svensk cidertillverkare. Extraktionen fokuserades mot pektin och fenolföreningar som uppvisar antioxiderande aktivitet. Extraktionsprocessen designades ur ett miljövänligt perspektiv, inga skadliga kemikalier användes. Fenolära substanser extraherades initialt från pomacen med en vattenlösning innehållande 50% etanol. Därefter studerades kompositionen och den antioxiderande aktiviteten i dessa extrakt. Fokuseringen i projektet låg främst på pektin. Pektin extraherades med subkritiskt vatten vid tre olika pH (3,5 och 7) samt vid två skilda temperaturer (120°C och 140°C) i antingen 5, 10 och 15 minuters sekvenser. Pektinet karakteriserades med avseende på extraktionsutvinningsgrad, sockerkomposition, molekylvikt och antioxiderande aktivitet. Resultaten jämfördes för att undersöka effekten av pH, temperatur och extraktionstid. Gelningsegenskapen hos olika pektin studerades som ett bevis på koncept i ett empiriskt experiment där hög-viskösa vätskor bestående av 5% pektin och 60% sackaros framställdes. Extraherade fenolföreningar har potential att fungera som naturligt utvunna antioxidanter i kosmetiska produkter och pektin kan tänkas användas som reologimodifierare i vattenbaserade formuleringar med låga pH-värden utan behov av kemiska modifieringar. / In this project, apple pomace from a Swedish cider making factory as a by-product was used as a raw material to extract valuable compounds. The extraction was focused on pectin and phenolic compounds with antioxidant activity. For the extraction procedures environmentally friendly processes were chosen without using any harsh chemicals. Phenolic compounds wereinitially extracted from the pomace using 50% aqueous ethanol and then the composition, total phenolic content and antioxidant activity were studied in these extracts. The main focus was on pectins, which were extracted by subcritical water at three different pH conditions (pH 3, 5 and 7) and two different temperatures (120°C and 140°C) in 5-, 10- and 15 minute sequences. Then the pectins were characterized in terms of extraction yield, sugar composition, molecular weight and antioxidant activity and the results were compared in terms of the effect of pH, temperatur eand extraction time. The gelling properties of the different pectins were also studied as a proof of concept in an empirical experiment, where highly viscous liquids were obtained at 5% pectinand 60% sucrose content. In summary, the extracted phenolic compounds have potential to function as naturally derived antioxidants in cosmetics and the pectin may be used as a rheology modifier in water-based formulations of low pH without any additional chemical modifications.

Enzymes and subcritical water can be used for the extraction of hemicelluloses from cereal by-products, making the processes eco-friendly. The polysaccharides extracted from cereal by-products can be used as matrices for development of materials for various applications. This includes bio-based materials such as films and hydrogels, which offer alternatives to existing materials produced from petrochemicals. The polymeric structure of cereal hemicelluloses contains functional groups which enable the modification of their structure by cross-linking, resulting in the formation of hydrogels. This project aims to use subcritical water extraction (SWE) to extract arabinoxylans (AXs) from corn and rye bran meanwhile the enzymatic treatment is done for purifying the samples during both pre- and post-treatment. AXs were further crosslinked by enzyme (laccase) for hydrogel preparation. During the whole project, the characterization included moisture and yield determination, starch and protein content which were tested using a spectrophotometer, monosaccharide content was analyzed by high performance anion exchange chromatography followed by pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD) and phenolic acid content was quantified by high performance liquid chromatography (HPLC). The pretreatment for destarching and SWE process was successful. The result showed that arabinoxylans form corn bran were having higher content of arabino substituents, arabino toxylans ratio and ferulic acid content than rye samples. The enzymatic crosslinking could form strong gels in the condition that the AXs had high ferulic acid content. In terms of forming strong hydrogels or to improving the properties of AXs gel, the pre- and post-treatment should be optimized to increase the purity of the extracted feruloylated AX content. / Enzymer och subkritiskt vatten kan användas för extraktion av hemicellulosa från spannmålsbiprodukter, vilket gör extraktionen miljövänlig. Polysackariderna extraherade från spannmålsprodukter kan användas som matriser för utveckling av material för diverse applikationer. Detta inkluderar biobaserade material som filmer och hydrogeler, där petrokemikalier kan ersättas som råvara. Den polymera strukturen hos spannmålshemicelluloser innehåller funktionella grupper som möjliggör formation av tvärbindningar vilket resulterar i bildandet av hydrogeler. Syftet med detta projekt är extraktion av arbinoxylaner (AXs) från majs och rågkli genom att använda subkritiskt vatten-extraktion (SWE) där rening under för- och efterbehandling utförs enzymatiskt. AX modifierades därefter enzymatiskt (laccas) med tvärbindningar för hydrogelframställning. Under hela projektet karakteriserades hydrogelen utifrån fuktinnehåll, bestämmelse av utbyte, stärkelse och proteininnehåll som testades med en spektrofotometer, monosackaridhalten analyserades med högpresterande anjonsutbyteskromatografi följt avpuls-amperometrisk detektion (HPAEC-PAD), samt kvantifierades fenolsyrahalten med högupplöst vätskekromatografi (HPLC). Resultatet visade att arabinoxylaner från majskli hade högre innehåll av arabinosubstituenter, där förhållandet mellan arabino och xylans, samt arabino och ferulsyra innehållet var högre än för rågproverna. Den enzymatiska tvärbindningen kunde bilda starka geler i det tillståndet där AX hade en hög ferulsyrahalt. När det gäller att bilda starka hydrogeler eller att förbättra egenskaperna hos AXs-gel, bör för-och efterbehandlingen optimeras för att öka renheten fördet extraherade feruloylerade AX-innehållet.

Användningen av kommunalt avfall för att producera förnybar energi, huvudsaklig biogas, uppfyller 8 av Sveriges 16 miljökvalitetsmål. Två typer av rötningsprocesser som används är kontinuerligt omrörda tankreaktorer (CSTR) och pluggflödesreaktorer (PFR). Rapportens syfte är att direkt jämföra de två reaktorkonfigurationerna, PFR och CSTR, med samma substratblandning. Båda reaktortyperna drevs med samma belastning (5,2 g VS/L dag), hydraulisk retentionstid (30 dagar) och driftstemperatur (520C). Två PFR-reaktorer drevs med återcirkulation av rötrester. Under projektets gång mättes olika parametrar, vilka var: pH, total gasvolym och gassammansättning, FOS/TAC (organiska syror/alkalinitet), flyktiga fettsyror (VFA), ammonium-kvävekoncentration och TS (torrsubstanshalt) och VS (organiska ämnen). Studieresultatet var uppdelat i två sektioner. Avsnitt 1 sammanfattar uppstartsperioden, där alla tre CSTR (D1-R, D2-NR och C1-NR) kördes i icke-återcirkulerande läge. Uppstartsperioden gjordes för att säkerställa reaktorernas stabilitet och det gällde att uppnå en liknande baslinje för detektion. Inom studien accepterades avvikelser för baslinjen inom intervallet 0-5%. För uppstartsperioden varierade den specifika metanproduktionen med 2 % mellan D1-NR och D2-R, D1-R och C1-NR med 6 %, och D2-NR och C1-NR med 8 %. För ammoniak-koncentrationen var skillnaden mellan D1-R och D2-NR 2 % och mellan D1-R och C1-NR 9 %, mellan D2-NR och C1-NR, 7%. Med dessa variationer togs beslutet att utesluta reaktor C1-NR från den experimentella perioden för projektet. Avsnitt 2 jämför PFR och CSTR återcirkulerat/icke återcirkulerat läge. En CSTR drevs med 30 % återcirkulation av rötrest och en CSTR drevs i icke-återcirkulationsläge. Att jämföra PFR och CSTR återcirkulerat/icke återcirkulerat läge visade att PFR:erna övervann båda CSTR:erna när det gäller den specifika metanproduktionen. Där PFR producerade 395±93 NL/KgVS och 372±42 (N)L/KgVS CSTR med återcirkulation 280±10 (N)L/KgVS och den icke-återcirkulerade CSTR producerade 250±7 (N)L/KgVS. NH4+-N-nivåerna mellan PFR och CSTR visade en skillnad på 1 g/L, där PFR var den med högre NH4+-N (2,53±0,39 g/L för PFR-A och 2,73±0,43 g/L för PFR-T). En av skillnaderna mellan de återcirkulerade och de icke-återcirkulerade CSTR:erna var VFA-koncentrationen. VFA-koncentrationen i de återcirkulerade var 1,05±0,90 g/L och 0,43±0,25 g/L i de icke-återcirkulerade. VFA-koncentrationen för PFR var i genomsnitt 0,28±0,12 g/L och 0,40 ±0,16 g/L. Graden av nedbrytning i CSTRs var 90-91%, och 63-65% i PFR. Den är möjligen felberäknad och visar en inkonsekvens mellan reaktorernas prestanda och specifik metanproduktion. / The use of municipal waste to produce renewable energy, in the form of biogas, fulfils eight of Sweden's sixteen environmental quality objectives. The most common technology to produce biogas is anaerobic digestion (AD). Two common types of AD processes are continuously stirred reactors (CSTR) and plug flow reactors (PFR). The thesis aims at directly comparing the two reactor configurations using the same substrate mix. For this, two PFRs (PFR-T and PFR-A) and three CSTRs (D1-R, D2-NR and C1-NR) were setup. All reactors were operated at the same organic loading rate (5.2 g VS/L-day), hydraulic retention time (30 days) and operational temperature (52°C). During the project, various parameters were measured to evaluate the reactor performance, such as pH, total gas volume and gas composition, FOS/TAC (organic acids/alkalinity), volatile fatty acids (VFA), ammonium-nitrogen concentration, and solid and volatile solid of digestate.   The study result was divided into two sections. Section 1 summarises the start-up period (42 days), where the CSTRs and the PFRs were operated under non-recirculation mode. The start-up period was done to ensure the stability of the reactors and was concerned with achieving a similar baseline for performance. For the start-up period, the specific methane production between D1-R and D2-NR varied by 2% while the variation between C1-NR and D2-NR was 8%. Likewise, for the ammonia concentration, the difference between D1-R and D2-NR was 2%, while C1-NR differed by 9% from D2-NR. Based on these findings, the decision was taken to exclude reactor C1-NR from the experimental period of the project.  Section 2 compares the PFR and CSTR. One CSTR was operated with 30% recirculation of digest, while the other CSTR was operated in non-recirculation mode. The two PFRs were operated with recirculation of digestate. The experiments showed that the PFRs outperformed both CSTRs regarding the specific methane production. The PFRs produced 395±93 (N)L/kg-VS and 372±42 (N)L/kg-VS. In contrast, the CSTR with recirculation reached 280±10 (N)L/kg-VS and the non-recirculated CSTR produced 250±7 (N)L/kg-VS. The NH4+-N levels for the PFRs and CSTRs showed a 1 g/L difference, with a higher value for the PFRs (2.53±0.39 g/L for PFR-A, and 2.73±0.43 g/L for PFR-T). One of the significant differences between the recirculated and the non-recirculated CSTRs was the VFA concentration. The VFA concentration in the recirculated and non-recirculated reactor was 1.05±0.90 g/L and 0.43±0.25 g/L, respectively. The VFA concentration for the two PFRs was on average 0.28±0.12 g/L and 0.40 ±0.16 g/L. The degree of degradation in the CSTRs was 90-91% compared to 63-65% in the PFRs. The degree of degradation is possibly miscalculated and shows an inconsistency between the reactor performance in terms of specific methane production.

Ozonförbehandling av avloppsvattenslam har diskuterats i litteraturen som en potentiell metod för att öka biogasproduktionen och minska slamvolymen. I detta arbete utvecklades en numerisk modell för att simulera effekten av ozonförbehandling på biogasproduktion genom anaerobrötning. Modellen bygger på en befintlig modell från litteraturen. Den antar att ozonering leder till en förbättring av hydrolyssteget samtidigt som de övriga stegen (acidogen, acetogen och metanogen) lämnas opåverkade. Modellen kan förutsäga biogasproduktionen för ett givet substrat förutsatt att den matas in i sin makromolekylära koncentration. Modellen är validerad mot fyra uppsättningar data från laboratorieexperiment rapporterade i litteraturen. Även genomförbarhetanalys och känslighetsanalys av modellen studerades. Skillnad i simulerade och experimentella data beräknades för olika ozondoser och en regressionsplot gjordes för att studera robustheten och noggrannheten hos modellen. / Ozone pretreatment of wastewater sludge has been discussed in the literature as a potential method for increasing biogas production and reducing sludge volume. In this work, a numerical model to simulate the effect of ozone pretreatment on biogas production by anaerobic digestion was developed. The model is based on an existing model from the literature. It assumes that ozonation leads to an enhancement of the hydrolysis step while leaving the other steps (acidogenic, acetogenic and methanogenic) unaffected. The model can predict the biogas production for any given substrate provided it is being inputted in its macromolecular concentration. The model is validated against four sets of data from laboratory experiments reported in the literature. Feasibility and sensitivity analysis of the model was also studied. Difference in the simulated and experimental data were calculated for different ozone dosages and a regression plot was made to study the robustness and accuracy of the model.

No description available.

This work explores the fusion of bio-technology and sports footwear design and envisions a future where people enhance their physiology to meet their specific needs. Through tissue engineering, the wearer’s own biomaterials are utilized to optimize performance and customization. It seeks to redefine the enhancement of long-distance running by creating a physical bond between footwear and feet. Based on both design fiction and industrial design, the project speculates on the impact of biotechnological advances. It reflects a curiosity-driven exploration of the human body and its potential transformation. The thesis concludes with reflections on such innovations in footwear design and the role of design fiction in imagining future possibilities. It forms a contribution to Design Ecologies and illustrates the intersection of design, ecology, biology, and fiction, in addressing contemporary challenges.

BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) is an important part of measures to achieve zero net emissions globally by 2050, as the technology can create carbon sinks. However, the technology is very energy-intensive and expensive, and affects the existing systems at implementation. The purpose of this study is to investigate the possibility of implementing BECCS at Karlstad Energy's biofuel-fired CHP-plant, Heden 3. The goal is, by simulation in CHEMCAD, to generate energy consumption key figures for two different separation technologies (MEA-MonoEthanolAmine and HPC-HotPotassiumCarbonate) with 90 % separation rate in three different operating cases. In addition, the systemic impact on Heden 3 will be determined by analyzing three different scenarios. In the first scenario fuel consumption is kept unchanged and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the second scenario fuel supply increases to meet the district heating needs of the existing system and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the third scenario fuel supply is kept unchanged and steam is extracted from the turbine. In addition, the study investigates various transport options for storage of carbon dioxide and finally calculate the total carbon sink Karlstad Energy can contribute to. The results show that production of electricity is reduced by 65-87 % after implementation of MEA and 151-238 % for HPC in the first scenario. Without heat utilization in the carbon capture system, heat production is reduced by 66-86 % with MEA and 54-76% for HPC. In the second scenario, a fuel supply increase by 134 % is required to meet the needs, which corresponds to more than twice the boiler capacity and results in a reduced production of electricity by 247 %. In the third scenario, production of electricity is reduced by 104 % at maximum load with HPC. The HPC system has high-quality heat to utilize, probably enough to meet the district heating needs without increasing the boiler power. But heat optimization opportunities need to be further explored in order to be able to express something to a greater extent. The MEA process does not offer the same opportunities for heat utilization. As the CHP-plant have heat as the main product, HPC would be a more suitable alternative despite the high load on the electricity production. The performance of the carbon dioxide plant seems to vary between different operating cases and it can be concluded that the variation is related to the flue gas composition rather than being load dependent. Transport of carbon dioxide by train has the lowest carbon dioxide emissions and requires the least number of cargoes for transport from Karlstad to storage in Norway. However, this is not relevant at present because of the lack of rail connection to the plant. Total carbon sink is approximately 127 000 tonnes per year if the boiler capacity is assumed to be unchanged. / BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) är en viktig del av åtgärder i målet om att nå nollnetto utsläpp år 2050 globalt, då tekniken kan skapa kolsänkor. Tekniken är dock mycket energikrävande och dyr, och påverkar de befintliga systemen vid implementering. Syftet med den här studien är att undersöka möjligheten att implementera BECCS på Karlstad Energis biobränsleeldade kraftvärmeverk, Heden 3. Målet är att, genom simulering i CHEMCAD, ta fram förbrukningsnyckeltal för två olika avskiljningstekniker (MEA-MonoEtanolAmin och HPC-HotPotassiumCarbonate) med 90 % avskiljningsgrad vid tre olika driftfall. Dessutom ska systempåverkan på Heden 3 fastställas genom analys av tre olika scenarier. I första scenariot hålls bränsleförbrukningen oförändrad och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det andra scenariot ökar bränsletillförseln för att tillgodose fjärrvärmebehovet i det befintliga systemet och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det tredje scenariot hålls bränsletillförseln oförändrad och ånga extraheras från turbinen. Därtill undersöks i studien olika transportmöjligheter till lagringsplats av koldioxiden och slutligen beräknas den totala kolsänkan Karlstad Energi kan bidra med. Resultaten visar att elproduktionen i det första scenariot reduceras med 65-87 % för MEA och för HPC 151-238 %. Utan värmeutnyttjande från koldioxidavskiljningssystemen reduceras värmeproduktionen med 66-86 % med MEA och 54-76 % med HPC. I det andra scenariot krävs att bränsletillförseln ökar med 134 % för att tillgodose behoven vilket motsvarar mer än dubbla panneffekten och innebär en reducerad elproduktion på 247 %. I det tredje scenariot reduceras elproduktionen med 104 % vid maximal last med HPC.  I HPC-systemet finns högvärdig värme att utnyttja, sannolikt tillräckligt mycket för att kunna uppfylla fjärrvärmebehovet utan att öka panneffekten. Men värmeoptimeringsmöjligheter behöver undersökas ytterligare för att kunna uttrycka något i större omfattning. I MEA-processen finns inte samma möjligheter till värmeutnyttjande. Eftersom kraftvärmeverket har värme som främsta produkt skulle således HPC vara ett lämpligare alternativ trots den höga belastningen på elproduktionen. Koldioxidanläggningens prestanda förefaller variera mellan olika driftfall och med en enklare undersökning kunde slutsatsen dras att variationen har ett samband med rökgassammansättningen snarare än att det är ett lastberoende. Transport av koldioxid med tåg har lägst koldioxidutsläpp och kräver minst antal laster för transport från Karlstad till lagring i Norge. Detta är dock inte aktuellt i dagsläget på grund av avsaknaden av räls in till verket. Den totala kolsänkan är cirka 127 000 ton per år om pannan antas köras oförändrat.