Sweden's environmental objectives include that Sweden's use of renewable energy in 2020 must achieve at least 50% of the total energy consumption. In order to achieve these objectives an option is to utilize renewable energy sources, such as biogas. Biogas is produced by anaerobic digestion of organic material, and can be upgraded to receive energy-rich methane gas. In the city of Karlstad food waste is collected; however there is currently no biogas plant within a suitable range. As a result the collected food waste is transported to another city. Proposals have been made for the construction of a local biogas plant, but to make the plant profitable would require higher levels of food waste than current levels. The purpose of this project is to investigate whether the methane yield at co-digestion of food waste and biological sludge from pulp and paper mills is higher compared to digestion of food waste on its own. Would the addition of biosludge result in the desired amount of produced methane gas, and profitability to make the plant viable? Digestion experiments took place in Karlstad University laboratory in a semi-continuous, wet process under thermophilic conditions with a retention time of 20 days. Co-digestion with the mixing ratio of biosludge:food waste 1:2 generated 371 to 467 mL of methane gas/g VS, and this was the mixing ratio at co-digestion which generated the highest methane yield. The city of Karlstad will not, with the mixing ratio investigated, achieve the desired methane production by co-digestion of food waste and biological sludge from pulp and paper mills. To dilute the existing amounts of food waste by a third biosludge would however be an option when larger amount of substrate is needed, by reason of the results showing that the same amount of methane can be produced but with a smaller amount of food waste.

Sverige har som mål att vara koldioxidneutralt år 2045 och inte öka jordensmedeltemperatur med mer än 2°C. För att uppnå detta mål måste mängdenfossilbaserade produkter minskas eller fasas ut helt ur den svenska marknaden. Idagsläget är majoriteten av all plast producerad av fossila råvaror. Förbränning avfossil plast leder till betydande utsläpp av växthusgaser till atmosfären.Nedskräpningen av fossilbaserad plast på land och i hav, utgör samtidigt ett av detsvåraste miljöproblemet. Ett alternativ är att ersätta fossilbaserad plast medPolyhydroxyalkanoater (PHA) som är producerad av förnybara råvaror och heltbiologiskt nedbrytbar i naturen. Bakterierna producerar PHA när de får flyktigafettsyror (VFA). I det här projektet användes bakterier i ett bioslam från ett massa-och pappersbruks reningsverk. Bioslammet är rikt på bakterier som har förmågan attackumulera PHA och när VFA tillsätts lagrar bakterierna dessa ämnen i sina cellersom kol- och energikälla. Den största utmaningen vid PHA-produktion är den lågalönsamheten till följd av höga produktionskostnader för VFA. Det finns en möjlighetatt sänka kostnaderna genom att skapa en industriell symbios där olika industrierutnyttjar varandras restprodukter och spillvärme. Lixea är ett företag i Kristinehamnsom använder restprodukter från skogsindustrin för att skapa nya hållbara produkter.Under deras process bildas ett rejektvatten som innehåller VFA. Ett annat företagkan eventuellt kombinera bioslammet från ett massabruk och VFA från Lixea för attproducera PHA. Den producerade PHA kan sedan användas till en plastfilm till BlueOcean Closures skruvkorkar och planteringsskyddet Tubesprout. Om alla företagkan samarbeta har en industriell symbios mellan fem företag skapats.I detta examensarbete undersöks några av de grundläggande nödvändiga processernai en industriell symbios. Går det att producera PHA inom symbiosen och har PHArätt nedbrytningshastighet för att passa produkterna i symbiosen? Målet medexamensarbetet är att utforska användningen av PHA som material för Tubesproutoch en plastfilm för Blue Ocean Closure, med särskilda krav på nedbrytningstid iolika miljöer. Utveckla en påskyndad nedbrytningsmetod av biologiskt nedbrytbartmaterial. I ackumuleringsförsöken av PHA används bioslam från Stora EnsoSkoghalls bruk och VFA från Lixea För att analysera om biomassan ackumuleradePHA används metoderna FT-IR och acetonextraktion. PHA genomgick ettnedbrytningstest tillsammans med fyra andra material PE, PLA, Blue Ocean Closureskruvkork och Tubesprout för att undersöka hur snabbt de bryts ner. Materialentestas i fem olika miljöer kompost, två tallskogsmarker där en är berikad medhydrokol, sjön och en ny utvecklad aktivslam. Den nya metoden aktivslam ärmikroorganismer tagna från ett kommunalt reningsverk. Nedbrytningshastighetbestämdes genom att mäta viktminskningen av materialet, mikroskopbilder ochbilder ovanför materialet.Resultatet visar att VFA från Lixea kan ackumulera PHA men att bakterierna dogefter ca 12 timmar. Den högsta halten PHA som ackumulerades i biomassanmotsvarade 10,3 procent av biomassans torrsubstans. PHA har likartadnedbrytningshastighet som Tubesprout vilket innebär möjligheten att ersätta PHA        som material till en Tubesprout. PHA till en plastfilm skulle fungera ur ettnedbrytnings perspektiv där kravet var att den bröts ner med nästan samma hastighet.I nedbrytningstesten hade aktivslam bäst nedbrytningshastighet hos alla material.Aktivslam är en enkel metod som kan användas som ett snabbtest vid undersökningav biologiskt nedbrytbart material. / Sweden aims to be carbon dioxide neutral by 2045 and not increase the earth'saverage temperature by more than 2°C. In order to achieve this goal, fossil-basedproducts must be reduced or completely phased out of the Swedish market.Currently, the majority of all plastic produced is based on fossil raw materials. Theburning of fossil plastics leads to significant emissions of greenhouse gases into theatmosphere. The littering of fossil-based plastic on land and in the sea is at the sametime one of the most difficult environmental problems. An alternative is to replacefossil-based plastics with polyhydroxyalkanoates (PHA), which are renewable andfully biodegradable bioplastics. Bacteria produce PHA when they receive volatilefatty acids (VFA). In this project, bacteria were used in biosludge from a pulp andpaper mill treatment plant. The biosludge is rich in bacteria that can accumulate PHAand when VFA is added, the bacteria store these substances in their cells as a sourceof carbon and energy. The biggest challenge in PHA production is the lowprofitability due to the high production costs of VFA. There is an opportunity tolower costs by creating an industrial symbiosis where different industries utilize eachother's residual products and waste heat. Lixea is a company in Kristinehamn thatuses residual products from the forest industry to create new sustainable products.During their process, a reject water containing VFA is formed. Another companycould potentially combine the biosludge from a pulp mill and VFA from Lixea toproduce PHA. The PHA produced can then be used for a plastic film for Blue OceanClosures screw caps and the Tubesprout plant protection. Which in the end, anindustrial symbiosis between five companies has been created.n this thesis, some of the basic necessary processes in an industrial symbiosis areinvestigated. Is it possible to produce PHA within the symbiosis and does the PHAhave the right degradation rate to suit the products in the symbiosis? The goal of thethesis is to explore the use of PHA as a material for Tubesprout and a plastic film forBlue Ocean Closure, with special requirements for degradation time in differentenvironments. Develop an accelerated degradation method of biodegradablematerial. In the accumulation trials of PHA, biosludge from Stora Enso Skoghall'smill and VFA from Lixea are used. To analyze whether the biomass accumulatedPHA, the methods FT-IR and acetone extraction are used. PHA underwent adegradation test along with four other materials PE, PLA, Blue Ocean Closure screwcap and Tubesprout to investigate how quickly they degrade. The materials are testedin five different environments; compost, two pine forest lands where one is enrichedwith hydrocoal, the lake and a newly developed activated sludge. The new method,activated sludge, is microorganisms taken from a municipal treatment plant.Degradation rate was determined by measuring, the weight loss of the material,microscope images and images above material.The result shows that VFA from Lixea can accumulate PHA but that the bacteriadied during both experiments. The highest level of PHA accumulated in the biomasswas Lixea 2 which corresponded to 10.3 percent. PHA has a similar degradation rateas Tubesprout, which means the possibility of replacing PHA as material for a        Tubesprout. PHA to a plastic film would work from a degradation perspective wherethe requirement was that it degraded at nearly the same rate. In the degradation tests,activated sludge had the best degradation rate of all materials. Activated sludge is asimple method that can be used as a rapid test when examining biodegradablematerial.

Today's society is facing major challenges. In order to reduce the climate impact fossil fuels should be replaced with fuels that do not contribute to the greenhouse effect. The growing population generates organic waste originating from industry and households so called organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Through anaerobic digestion, waste can be utilized to produce energy-rich methane gas. In this way, waste can be a resource instead of a burden on society. The purpose of this project is to investigate the methane yield of source-sorted organic fraction of municipal solid waste (SS-OFMSW) pretreated with screw crush technology and methane yield at the co-digestion of food waste and biosludge from paper mills. SS-OFMSW which is either pre-treated in a screw crusher or a Food Waste Mill and a mixture of SS-OFMSW and biosludge from paper mills digested in a semi - continuous wet process under mesophilic conditions with a retention time of 20 days. Screw crush technique gave a slurry with a methane yield of about 440-490 mL / g VS, which was slightly higher than the yield of 300-350 mL / g VS from the slurry pretreated with Food Waste Mill. The methane concentration was slightly higher for slurry pretreated with Food Waste Mill, 74% in average compared with 68% for slurry pretreated with screw crush. Biosludge from paper mills is an organic waste that can be digested in order to produce biogas. The sludge is poor in nutrients and methane yield at individual anaerobic digestion of paper mill sludge is relatively low. In this study, biosludge was co-digested with SS-OFMSW. The mixture with the proportions 1:1 by g VS gave a methane yield of about 420-480 mL / g VS which is higher than the constituent substrates digested separately. Co-digestion gave a methane concentration at 80% which is also higher than at the individual anaerobic digestion of substrates.

Vid tillverkning av massa och papper förorenas årligen 505 miljoner kubikmeter vatten som måste renas innan det släpps tillbaka till omgivningen. Vid reningen avskiljs först stora partiklar som sedan avvattnas och förbränns. Vattnet som blir kvar genomgår ytterligare en rening, varvid det bildas bioslam. Bioslammet innehåller mycket intracellulärt vatten, vilket gör det kostsamt och energikrävande att avvattna. Det är även sedan 2005 förbjudet att dumpa organiskt material, varför en mer ekonomiskt attraktiv behandling av slammet är anaerob nedbrytning. I denna nedbrytning omvandlas det organiska materialet till metan och koldioxid där metanet är den eftertraktade gasen. Bioslammet innehåller dock partiklar såsom träfiberrester och mikroorganismer med komplex struktur och är näringsfattigt. Någon form av sönderdelande förbehandling underlättar därför rötningsprocessen. I detta projekt undersöktes termisk förbehandling i kombination med kemisk förbehandling på bioslam från Stora Enso Skoghalls bruk på Hammarö. Själva rötningen skedde i två omgångar varav den första omgången med termisk förbehandling vid 70C och den andra vid 140C. Den kemiska förbehandlingen skedde med tillsats av lut (natriumhydroxid), kalk (kalciumhydroxid) och syra (fosforsyra) vid pH 9 och 11 för baserna och pH 2 och 4 för syran. Även neutrala prov (endast värmebehandling) och ett blankprov (ingen förbehandling) gjordes. Bioslammet ympades med kommunalt slam från Fiskartorpets reningsverk i Kristinehamn som har en mesofil bakteriekultur. Rötningen varade i 19 dagar per omgång i en temperatur på 35C och skedde satsvis i E-kolvar försedda med påsar för gasuppsamling. Totalt rötades 42 prov per omgång som utgjordes av sju mätpunkter á sex replikat för goda statistiska underlag. Resultaten gav en indikation för högst metanproduktion för proven behandlade med kalk vid 140C och för provet utan kemisk förbehandling vid 140C. Lägst produktion hade det kalkbehandlade provet vid pH 9 och 70C följt av blankprovet. Lutproven gav lägre metanproduktion vid 140C än vid 70C och fosforsyran hade så gott som oförändrad produktion mellan temperaturerna. Gemensamt för alla prover som behandlats vid 70C var att de fick en högre procentandel metan då de behandlats vid 140C. De resultat som erhållits är dock osäkra då det i vissa fall var stor spridning mellan provens biogasproduktion inom de enskilda förbehandlingsområdena. / In the pulp and paper process 505 million tons of water are polluted annually, which has to be purified before it is returned to the surrounding lakes. When the water is treated bigger particles are first separated to form sludge, then dewatered and finally incinerated. The excess water is further treated were a type of sludge  bio sludge  is formed. The bio sludge contains high concentration of intracellular water, why it is expensive and energy demanding to dewater. It is also forbidden to dump organic waste since 2005, why a more economically attractive treatment of the water is anaerobic digestion. In the digestion organic compounds is converted into methane and carbon dioxide where the methane is the desired gas. The bio sludge also contains fiber residues and microorganisms with complex structure and is nutrient-poor, which makes it hard to digest. Some kind of disintegrating pretreatment is needed and co-digestion with a more nutrient-rich sludge to facilitate the digestion process. In this project thermal pretreatment in combination with chemical pretreatment was examined on bio sludge from Stora Enso Skoghalls bruk at Hammarö. The anaerobe digestion was done by two rounds whereof the first round thermal pretreated at 70C and the second at 140C. The chemical pretreatment was done by additive of sodium hydroxide, calcium hydroxide and phosphoric acid at pH 9 and 11 for the bases and pH 2 and 4 for the acid. Also neutral samples (no chemical pretreatment) and a reference sample (no pretreatment) were done. The bio sludge were co-digested with municipal sludge from Fiskartorpets reningsverk in Kristinehamn which has a mesophilic bacterial culture. The anaerobic digestion lasted for 19 days per round at a temperature of 35C and were done batch wise in E-flasks provided with a small bag for gas collection. Totally 42 samples were made per round which consisted of seven measurement points and six replicates each for a good statistical basis. The results gave an indication of the highest methane production for the samples treated with calcium hydroxide at 140C and the neutral sample treated at 140C. The sample treated with calcium hydroxide at pH 9 and 70C gave the lowest production of methane followed by the reference sample. The samples treated with sodium hydroxide gave a lower methane production at 140C than at 70C while the acid treated samples had almost the same production at the two different temperatures. All the samples had in common a higher proportion of methane in the biogas when treated at 140C than at 70C. The results should be taken with caution since the distribution amongst the samples within the same pretreatment method sometimes is very high.

In this thesis the methane gas potential of three different substrates, two algaes Saccharina latissima and Laminaria digitata and biosludge mixed with paper fiber was studied. This was done by batch experiments in a laboratory environment to examine the gas production and composition of the produced gas. Biogas production is a complex anaerobic digestion process in which various microorganisms decompose the substrate in steps and at the end produce biogas and a residue. Many factors affect the production of gas, for example the substrate content, temperature and pH in the digester. The analysis of methane potential were divided into two experiments. In experiment 1 substrates were digested along with inoculum from Växjö waste water treatment plant in a temperature of about 37 ˚C. In experiment 2 substrates were digested along with inoculum from Kalmar Biogas AB at about 52 ˚C. Both experiments contained 15 bottles each with three replicates for each substrate: only inoculum, inoculum + Algae 1 (Saccharina latissima), inoculum + Algae 2 (Laminaria digitata), inoculum + Paper (biosolids mixed with paper fiber), inoculum + Reference (Cellulose). The inoculum and the reference were running to assess the quality of the inoculum. Mixtures between the inoculum and the substrate was first set to 5:1 and then 4:1, based on the material's VS-concentration. All experiments went on until gas production was minimal. For experiment 1 ,with the ratio of 5:1, the end results of the accumulated methane for Algae 1, Algae 2, Paper and Reference were 315, 313, 88 and 381 Nml CH4/g VS substrate respetively. The batch with inoculum + Paper was ended after seven days because the difference between inoculum + Paper and only inoculum was small. In experiment 1, with a ratio of 4:1, inoculum + Reference and inoculum batches were not prepared mainly because of lack of space.The batch with only inoculum was assumed to give the same results as in experiment 1, with the ratio of 5:1. The end results of the accumulated methane for Algae 1, Algae 2 and Paper were: 199, 214 and 41 Nml/g VS substrate repectively For experiment 2, with the ratio of 5:1, the end results of accumulated methane for Algae 1, Algae 2, Paper and Reference were: 191, 183, 33, 243 Nml/g VS substrate respectively In experiment 2, with the ratio 4:1, the end result of accumulated methane for Algae 1, Algea 2, Paper and Reference were: 288, 179, 18, 337 Nml/g VS substrate respectively. / I detta examensarbete studerades metanpotentialen för algerna Saccharina latissima, Laminaria digitata samt bioslam blandat med pappersfiber. Detta gjordes i satsvisa försök i laboratoriemiljö där gasproduktionen och sammansättning av den producerade gasen undersöktes. Biogasproduktion sker i en anaerob rötningsprocess och är ett komplext förlopp där olika mikroorganismer sönderdelar substratet i flera steg för att slutligen bilda biogas samt en rötrest. Många faktorer så som substratets kemiska innehåll, temperatur och pH i rötkammaren påverkar produktionen av biogas. Analysen av metanpotential delades in i två försök. I försök 1 rötades substraten tillsammans med ymp från Växjö avloppsreningsverk vid en temperatur på cirka 37 ˚C. I försök 2 rötades substraten tillsammans med ymp från Kalmar Biogas AB vid cirka 52˚C. Båda försöken bestod av 15 stycken flaskor vardera med tre replikat för varje exmperiment: endast ymp, ymp + Alg 1 (Saccharina latissima), ymp + Alg 2 (Laminaria digitata), ymp + Papper (bioslam blandad med papperfiber) samt ymp + Referens (Cellulosa). Ymp och referenssubstratet kördes för att bedöma ympens kvalitet. Blandningar mellan ymp och substrat valdes först till 5:1 och därefter till 4:1, baserat på materialens VS-halter. Alla försök pågick tills gasproduktionen var minimal. För försök 1 med kvot 5:1 var slutresultatet av den ackumulerande metanmängden för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 315, 313, 88 respektivt 381 Nml/g VS substrat. Försöket med papper avslutades redan efter sju dagar eftersom skillnaden i metanmängd mellan flaskorna med ymp + Papper samt flaskor endast ymp var mycket liten. I försök 1 med kvot 4:1 rötades inte referenssubstratet och endast ymp främst på grund av platsbrist. Här antogs istället att endast ymp skulle ge samma resultat som i föregående försök med mesofil temperatur. Slutresultatet för försök 1 med kvot 4:1 blev 199, 214 samt 41 Nml CH4/g VS substrat för Alg 1, Alg 2 samt Papper. För försök 2 med kvoten 5:1 blev slutresultaten (den ackumulerade metanmängden) för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 191, 183, 33 respektive 243 Nml/g VS substrat. I försök 2 med kvoten 4:1 blev slutresultaten för Alg 1, Alg 2, Papper respektive Referens 288, 179, 18 respektive 337 Nml CH4/g VS substrat.

The biological sludge formed in the pulp and paper wastewater treatment constitutes a costlyproblem to dispose off due to poor dewaterability. It is often incinerated or used as soilconditioner improvement. By using anaerobic digestion of the biological sludge, thedewaterability can be increased. Thanks to the formation of biogas, the sludge volume isdecreased and energy can be recovered as methane. By pre-treating the sludge, the biogasproduction can be increased, making the anaerobic digestion more economically feasible. Eleven samples of biological sludges from six Swedish pulp and paper mills, chosen torepresent different types and sizes of mills available in Sweden, were pre-treated with alkali(NaOH, pH12), heat (80˚C, 1 hr) and electroporation (2000 pulses, 10 kV/cm). Initialmethane production rate and methane potential of all sludges and pre-treatments weredetermined using batch experiment. A combination of two sludges (from the same mill) pretreatedwith alkali and heat was further investigated in a semi-continuous digester experiment. The batch experiments showed that alkali pre-treatment had the greatest positive effect onmethane production. Heat treatment performed second best, whereas electroporation had no orlittle effect. Overall, pre-treatments increased the initial methane production rate, but withinsignificant effects on the methane potential. Heat pre-treatment showed no difference inbiogas production compared to the control in the semi-continuous digester experiment. Alkalitreatment was shown to inhibit biogas production and cause high accumulation of acetate. Itcould not be concluded whether it was an effect from hydroxide or sodium ion addition.Further analysis of the NaOH impact on floc structure, toxicity and bioavailability issuggested to determine the suitability of alkali-treated sludge for anaerobic digestion. / Bioslam, som bildas vid vattenreningen på pappers- och massabruk, utgör en kostnad attomhänderta på grund av avvattningssvårigheter. Kvittblivning sker oftast genom förbränningeller användning som jordförbättringsmedel. Genom rötning kan slammet bli merlättavvattnat och tack vare att det bildas biogas minskar slamvolymen samtidigt som energikan utvinnas från metanet. Produktionen av biogas kan ökas genom att förbehandla slammetinnan rötning, vilket skulle innebära ekonomiska fördelar. Denna studie har undersökt effekten av förbehandling för elva bioslam från sex svenskapappers- och massabruk, valda att representera olika typer och storlekar på svenska bruk.Behandlingen gjordes med alkali (NaOH, pH12), värme (80˚C, 1 h) och elektroporering(2000 pulser, 10 kV/cm). Effekten av förbehandling på initial metanproduktionshastighet ochmetanpotential undersöktes med hjälp av satsvis utrötning (batch) av alla slam. Enkombination av två slam från samma burk utvärderades i ett semi-kontinuerligt rötningsförsökefter förbehandling med värme och alkali. Resultatet från utrötningsförsöket visade att den alkaliska förbehandlingen hade störst positivinverkan på metanproduktionen. Värmebehandlingen presterade näst bäst, medanelektroporeringen visade sig ha liten eller ingen effekt. Generellt sett ökade den initialametanproduktionshastigheten till följd av förbehandling, medan metanpotentialen förblevoförändrad. Värmebehandling gav ingen effekt på biogasproduktionen i det semikontinuerligarötningsförsöket jämfört med kontroll, medan alkalisk förbehandling inhiberadebiogasproduktionen och orsakade höga koncentrationer av ackumulerat acetat. Det kunde inteavgöras huruvida det var natrium- eller hydroxidjoner, som orsakade inhiberingen. För attkunna utvärdera möjligheten att röta slam, som förbehandlats med NaOH, rekommenderasvidare analys av dess påverkan på flockstruktur, toxicitet och biotillgänglighet.