Detta arbete hade till mål att kartlägga och identifiera ett antal biologiska restprodukter som kan vara tänkvärda som råmaterial för produktion av förnybara produkter i Sverige. Genom en detaljerad litteraturgenomgång har man identifierat vilka tekniker som är mest möjliga och lämpliga från olika aspekter. Baserat på kemiska sammansättningar, tillgänglighet och låg kostnad har fem biologiska restprodukter utvalts. Dessa restprodukter är apelsinskal, hästgödsel, vetehalm, drank och fågel fjädrar. För varje restprodukt har det undersökts vilka tekniker och förbehandlings metoder som kan bli tillämpliga samt vilken verkan de har på biomassans kvalitet. Ett antal studier har beskrivits i rapporten som kan bidra till en mer ekonomisk och miljömässig produktion genom förbättring av produktutbyte och minskning av problem i processen.

Domsjö Fabriker AB har under en tid haft en stigande vattenförbrukning utan att kunna peka på någon bidragande faktor. Som ett led i denna utredning har en dataanalys över blekeriet med fokus på variabeln Chemical Oxygen Demand (COD) genomförts. Ett antal olika regressionsmodeller skapades med syftet att utreda om ljusheten uppmätt efter kokeriet påverkade halterna COD kort därefter. Men även med syftet att förklara vad som påverkar den slutliga blekningen av cellulosamassan i blekeriet, och framförallt om COD-halten är en bidragande faktor. Resultatet av detta var att ljusheten efter kokeriet inte hade någon påverkan på COD, samt att COD-halten troligen inte har någon påverkan på blekningen då COD inte var del av en accepterad modell som förklarade ljusheten. Då labbproverna av COD är kostsamma och inte har någon påverkan på ljusheten rekommenderas nyttan av labbproverna att ses över. Sammanfattningsvis är det utmanande att modellera sambandet mellan ljushet och övriga variabler i blekeriet. Detta beror på osäkerhet i mätningarna, avsaknaden av samtliga potentiella oberoende variabler, samt att fabriken tros ha stor variation i processen. / Domsjö Fabriker AB has experienced an increase in water consumption over a period of time, without being able to identify any contributing factors. As part of this investigation, a data analysis of the bleachery, focusing on the variable Chemical Oxygen Demand (COD) has been conducted. Several different regression models were constructed with the aim of exploring whether the brightness measured after the cooking process affected the COD levels shortly thereafter. Furthermore, the models aimed to find the factors influencing the final bleaching of the cellulose pulp in the bleachery, particularly with regard to whether COD contributed or not. The results of this analysis revealed that the brightness after the cooking process had no impact on COD, and it was also determined that COD likely does not influence the bleaching process, as COD was not part of an accepted model explaining brightness. Considering that laboratory tests of COD are costly and do not affect brightness, a reconsideration of the utility of these tests is recommended. In conclusion, it is challenging to model the relationship between brightness and other variables in the bleachery due to measurement uncertainty, the absence of all potential independent variables, and the factory's presumed significant variability in the process.

The role of forest biomass as a replacement for fossil fuels and products is becoming increasingly prominent as a means to mitigate climate change. To guide a sustainable transition towards a forest-based bio-economy, it is important that advantages and disadvantages of forest products are assessed, to ensure that the products deliver environmental impact reduction. Life Cycle Assessment (LCA) has become heavily relied upon for assessing the environmental impact of bio-based products. However, LCAs of similar product systems can lead to results that differ considerably, and the method is, thus, associated with uncertainties. It is, therefore, necessary to explore the relevance of uncertainties, to build knowledge about enablers and challenges in using LCA for assessing forest products. Three important challenges in the context of uncertainty in LCA are the focus of this thesis: 1) system boundaries, 2) climate impact assessment practice, and 3) allocation. More specifically, the relevance of a) including and excluding life cycle phases, b) potentially important climate aspects, and c) applying different allocation methods, was assessed. Case studies involved a chemical industry cluster, a biorefinery, and single product value chains for a plastic box, a fuel, and a building. In summary, the thesis demonstrates that: A major share of the environmental impact related to the production of an industry cluster can occur outside the cluster gates, so when strategies involving a transition to forest biomass feedstock are developed and evaluated, a life cycle perspective reveals the full environmental impact reduction potential. For bio-based products differing in functional properties from the fossil products they are meant to replace, material deterioration in the use phase can contribute substantially to overall environmental performance. This is acknowledged if all life cycle phases are regarded. As climate aspects commonly not assessed in forest product LCAs could influence results greatly, and even affect the outcome of comparisons between forest and non-forest products, the climate impact of forest products is uncertain. It is, therefore, important that this uncertainty is acknowledged and communicated, and that appropriate methods and guidelines are developed. The choice of allocation method in the LCA of biorefinery products can have a major influence on results, especially for physically non-dominant products and in consequential studies. In these cases, scenario analysis is especially valuable to show the possible range of results. LCA provides useful guidance for forest product development and production as the life cycle approach reveals causes of environmental impact throughout the product value chain. Proper identification, estimation, and management of uncertainties strengthen the provision of reliable decision support. / Att ersätta fossila bränslen och produkter med skogsbiomassa blir ett allt viktigare sätt att försöka minska klimatförändringen. För att säkerställa en hållbar övergång till en skogsbaserad bioekonomi är det viktigt att fördelarna och nackdelarna med skogsprodukter bedöms, för att klargöra att de faktiskt ger minskad miljöpåverkan. Livscykelanalys (LCA) är en flitigt använd metod för att bedöma miljöpåverkan från biobaserade produkter. Dock kan LCA:er på snarlika produktsystem komma fram till resultat som skiljer sig avsevärt. Metoden är således förknippad med osäkerheter. Det är därför nödvändigt att undersöka betydelsen av osäkerheter och därigenom bygga upp kunskap om förutsättningar för och utmaningar i användningen av LCA för bedömning av skogsprodukters miljöprestanda. Avhandlingen fokuserar på tre viktiga utmaningar som alla rör osäkerheter i LCA: 1) systemgränser, 2) praxis vid bedömning av klimatpåverkan, och 3) allokering. Närmare bestämt bedöms betydelsen av a) inkluderandet och exkluderandet av livscykelfaser, b) potentiellt viktiga klimataspekter och c) olika allokeringsmetoder. Fallstudier har gjorts på ett kemiskt industrikluster, ett bioraffinaderi och produktvärdekedjorna för en plastlåda, ett fordonsbränsle samt en byggnad. Sammanfattningsvis visar avhandlingen att: En stor del av miljöpåverkan relaterad till ett industriklusters produktion kan uppstå utanför klustrets grindar. När strategier som innebär en övergång till skogsbasserat råmaterial utvecklas och utvärderas är det således viktigt att använda ett livscykelperspektiv, så att den fulla potentialen för minskad miljöpåverkan synliggörs. För biobaserade produkter som skiljer sig i funktionella egenskaper från de fossila produkter de är avsedda att ersätta riskerar materialförsämring i användningsfasen att väsentligt minska den övergripande miljöprestandan. Om detta är fallet framgår tydligt om alla livscykelfaser beaktas. Klimataspekter som vanligtvis inte bedöms i LCA-studier på skogsprodukter kan påverka resultatet kraftigt och även påverka resultatet av jämförelser mellan skogs och icke-skogsprodukter. Således är den faktiska klimatpåverkan av skogsprodukter osäker. Det är därför viktigt att osäkerheten uppmärksammas och kommuniceras samt att lämpliga metoder och riktlinjer för bedömning av klimatpåverkan från skogsprodukter utvecklas. I LCA av bioraffinaderiprodukter kan val av allokeringsmetod ha en stor inverkan på resultaten. Detta gäller särskilt för fysiskt icke-dominanta produkter och i konsekvensanalyser. I dessa fall är scenarioanalys speciellt värdefullt att använda för att visa möjliga skillnader i resultat. LCA ger värdefull vägledning för utveckling och produktion av skogsprodukter, då livscykeltänkandet beaktar orsakerna till miljöpåverkan i produkternas hela värdekedjor. Korrekt identifiering, uppskattning och hantering av osäkerheter stärker tillförlitligheten av beslutsunderlaget.

Modern chemical technology is an efficient tool for solving problems, particularly within the complex environment of the pulp and paper industry, and the combination of experimental studies, mill data and mass balance calculations are of fundamental importance to the development of the industry. In this study various examples are presented, whereby chemical technology is of fundamental importance. It is well documented that under normal conditions the molten salt mixture from the kraft recovery boiler flows down into the dissolving tank without problems. However, in the case of  alternatives to the kraft recovery boiler, knowledge of more precise data of the molten salts is required for the design calculations. In this study the viscosity for the case of sodium carbonate and 30 mole% sulphide has been measured and is of the magnitude 2 – 3 cP at temperatures relevant for a recovery boiler, i.e. similar to water at room temperature. The presence of non-process elements (NPE) in a typical pulp mill has been investigated. The main input is with regards to the wood, and anticipated problems include; deposits in evaporators, high dead-load in liquor streams, plugging of the upper part of the recovery boiler and decreasing efficiency in the causticization department. Efficient green liquor clarification is of the greatest importance as an efficient kidney for many NPE. Mill data and calculations show that the magnesium added in the oxygen delignification does not form a closed loop. Integration of a prehydrolysis kraft pulp mill producing dissolving pulp with a plant producing viscose textile fiber could be highly beneficial. The prehydrolysis liquor will contain both sugars and acetic acid. It is however not possible to fully replace the sulphuric acid of the viscose spinning bath with acetic acid of own production. The sulphuric chemicals from the viscose plant can be partly taken care of in the kraft recovery area as well as the viscose plant which can be supplied with alkali and sulphuric acid. Zinc-containing effluents from the viscose plant can be treated with green liquor to precipitate zinc sulphide. / Modern chemical technology is an extremely efficient tool for solving problems particularly in a complicated environment such as the pulp and paper industry. Here, examples are studied during which chemical technology is of fundamental importance. At normal conditions the molten salt mixture from the kraft recovery boiler flows down into the dissolving tank without hindrance. However, for certain kraft recovery boiler alternatives, knowledge of more precise data of the molten salts is required. The viscosity for the case of sodium carbonate and 30 mole% sulphide has been measured and is of the magnitude 2 – 3 cP at relevant temperatures. The main input of non-process elements (NPE) is down to the wood, and known problems include deposits in evaporators and decreasing efficiency in the causticization department. Green liquor clarification is an efficient kidney for many NPE. Magnesium added in the oxygen delignification does not form a closed loop. Integration of a prehydrolysis kraft pulp mill producing dissolving pulp with a plant producing viscose textile fiber could be of significant interest, as the handling of both alkali and sulphuric compounds can be integrated. Problems will however arise as the capacity of the pulping line and the chemical recovery has to be adjusted.

Spruce Bark contains several fundamental main substances; lignin, non-cellulose polysaccharides, cellulose and extractives. This undergraduate study focuses on developing a process to extract each of these components from spruce bark using a biorefinery concept, with a main focus on extracting lignin without degradation. The purpose of the Bark biorefinery concept is to contribute to a circular bioeconomy, by making use of natural resources. With extended research on the area, it will be possible to produce polymers, green chemicals and biofuel from the components in bark.  This report covers the extraction of the bark components with soxhlet extraction, Hot-water extraction, organosolv extraction and peracetic acid delignification. The extraction was made on two samples, matchstick-sized bark (MS) and 20 mesh-sized bark with a diameter of 0.8 mm (20M). The purpose was to be able to compare the efficiency of the extraction between the two samples. Afterwards, the characterisation of extracts and residue was executed with carbohydrate analysis, 2D HSQC-NMR and FTIR-analysis.  The results showed that a smaller particle size led to more efficient extractions of all components as well as more pure extract solutions. Lignin concentration determinations of samples at each step showed that a significant amount of lignin was lost prior to the organosolv extraction. Future research should look into ways to reduce this loss in order to increase the lignin yield. The findings in the FTIR and NMR analyses correlates with what could be seen in other reports, discussing similar subjects. For upscaling of this process, future research should go toward optimization of all extraction methods in order to make an upscaling of the process economically viable.