Cement production is responsible for around 7% of the global anthropogenic carbon dioxide emissions. More than half of these emissions are due to the unavoidable release of carbon dioxide upon thermal decomposition of the main raw material limestone. Many different options for carbon capture are currently being investigated to lower emissions, and one potential route to facilitate carbon capture could be the implementation of an electrified separate calcination step. However, potential effects on the phase composition of cement clinker need to be investigated, which is the aim of the present study. Phases of special interest are alite, belite, aluminate, ferrite, calcite, and lime.  The phase composition during clinker formation was examined through HT-XRD lab-scale experiments, allowing the phase transformations to be observed in situ. Two different methods of separate calcination were investigated, one method in which the raw meal was calcined separately, and one method where the limestone was calcined separately. The former yielded an alite amount similar to that of the reference experiments, whereas the latter method yielded a lower amount. It could, unfortunately, not be excluded that the difference was due to poor experimental conditions, and additional experiments are needed to investigate the matter further. The study does, however, indicate that a calcined raw meal might be used to produce a clinker of similar phase composition concerning major phases belite, aluminate, ferrite, alite, and free lime. A raw meal containing calcined limestone might, however, need longer residence time at clinkering temperature too obtain similar phase composition. In addition, a raw meal containing calcined limestone was observed to be carbonated to a greater extent upon reheating than a calcined raw meal. Further experiments are needed to fully understand the effects on clinker composition of an electrified separate calcination step, and several improvements to the experimental method are given in the study.

Since the beginning of the 20th century plastic has been a widely used material, which has resulted in large quantities of plastic being produced in the last century. The plastics of today are mainly produced from fossil raw materials, which gives it a high climate impact. Plastic also has a long service life, which creates problems with handling after the new period when new plastic is produced at a faster rate than plastic debris can be recycled or incinerated. One possible approach is to switch from plastic from fossil sources to bioplastics, which is produced by renewable sources. This means a reduction in the environmental impact as the amount of fossil CO2 emissions from combustion of plastics would decrease. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are created by short volatile fatty acids (VFAs) added to bio sludge from a wastewater treatment plant at a pulp and paper mill where there is a lot of bacteria and microorganisms. Some of the bacteria in the sludge have the ability to accumulate PHA when VFA is added in excess and then be able to use it as an energy and carbon source in cases of starvation. This means that PHA produced in this way can be degraded by bacteria making it biodegradable while having similar properties as oil-based plastics. Production of PHA is currently expensive as it is often necessary to purchase VFA for production. To make it economically sustainable to replace oil-based plastics with PHA, the cost of PHA production must therefore be reduced. This can be done by using mixed bacterial cultures from, for example, industrial wastewater treatment plants and by creating their own composition of VFA through fermentation. At the paper mill at BillerudKorsnäs Gruvön there are several process streams that today are led to the water treatment plant, one of which is from PM6 (Paper Machine 6). By fermenting that stream, VFA can be formed with a composition of acetic acid, propionic acid, and butyric acid. The current may thus be suitable to use as a substrate in PHA production. Another way to produce VFA is to ferment the residual flow from hydrothermal carbonation (HTC) of bio sludge. According to (Samorì et al., 2019), acetic acid, butyric acid and valeric acid are formed, which means that even this stream may be suitable as a substrate for PHA production. The purpose of this thesis is to investigate the effects of the composition of VFA on the production of PHA from forest industrial bio sludge. The study covers two different cases, Case PM6 and Case HTC, where two different types of composition of VFA are added to paper sludge from the paper mill. The experiments were performed in cylindrical tanks on three occasions where the first two experiments had a volume of 30 liters and the last experiment a volume of 10 liters. On the first occasion, the maximum accumulation rate in the growth phase was studied. In the second instance, a high accumulation rate was sought, but also survival after the growth phase. The first two trials were batch trials where the sludge was dosed until saturation was achieved. On the third occasion, the possibility of carrying out PHA production with a continuous sludge exchange was studied. The experiments were analyzed by FTIR which provided information on the absorbance of the sludge which shows how the PHA concentration increased during the course of the experiments. Extractions were then performed to obtain the concentration of PHA that eventually accumulated in the sludge. The results show that biomass from BillerudKorsnäs Gruvön's mills accumulated PHA faster with VFA composition from fermented PM6 effluent compared to VFA composition from fermented HTC condensate. Calculations made with input from the experiments indicate that it is possible to produce a larger amount of PHA per year with Case PM6. The conclusion is therefore that Case PM6 is preferable if as large a PHA production as possible wants to be achieved. Case HTC is instead preferred if reduced PHA production can be tolerated in favor of biocarbon production.

Användningen av biobränslen har ökat för att minska utsläppen från fossila bränslen. Biobränslen kan dock leda till beläggningar inuti injektorn, vilka påverkar fordonets  körbarhet. Den mest trodda hypotesen bakom beläggningsbildningen är att förorening av motorolja i bränslesystemet leder till bildning av kalciumsulfatkristaller som mjuka partiklar fäster till. Dessutom påstås det att temperaturen har en signifikant påverkan på beläggningsbildningen. För att ställa om till mer förnyelsebara bränslen krävs mer förståelse bakom beläggningarnas mekanism. Därför var syftet med denna studie att undersöka mekanismen bakom interna injektorbeläggningar med en nydesignad rigg i laboratorieskala för att få en djupare förståelse av mekanismen, och i synnerhet rollen av kalciumsulfat och temperatur. Syftet uppnåddes genom att dela upp det experimentella arbetet i två delar:a) Köra riggen med testbränslen följt av analyser av de körda proverna med huvudsakligen SEM-EDX och FTIR, för att förstå rollen av temperatur och motorolja för beläggningarnas mekanism. b) Löslighetsstudier av kalciumsulfat för att förstå rollen av kalciumsulfat för beläggningarnas mekanism. Resultaten visade att den nydesignade testriggen fungerade bra med resultat som överensstämde med litteratur och erbjöd repeterbarhet. Därmed rekommenderas riggen för framtida studier av interna injektorbeläggningar. En djupare förståelse av mekanismen bakom interna injektorbeläggningar uppnåddes framgångsrikt. För första gången utfördes en FTIR och SEM-EDX studie över en temperaturgradient, vilket gjorde det möjligt att se starttemperaturen för olika reaktioner och identifiera beläggningar i olika temperaturintervall. Det visades att beläggningsbildningen var temperaturberoende med olika typer av beläggningar i olika temperaturintervall. Vid temperaturer under 100°C var zinksulfat och oreagerat metallkarboxylat de dominanta ämnena. Över 100°C ändrade metallkarboxylatet form och blev mer koncentrerat medan koncentrationen av zinksulfat minskade. Dessutom visades det att kalciumsulfat bildades i stor utsträckning när temperaturen översteg 100°C. Temperaturstudien och resultaten är unika och okända i litteraturen. Ostwald-mognad har föreslagits som en möjlig mekanism i litteraturen men visade sig vara osannolik. Upplösningen av kalciumsulfat av motoroljans additiv följt av utfällning i bränslet visade sig vara en mer sannolik mekanism. Det visades också att tvålbeläggningar främjade beläggningsbildning av kalciumsulfatkristaller, vilket överensstämmer med fältobservationer då de vanligtvis samexisterar. / The use of biofuels has increased to reduce the emissions from fossil fuels. However, the use of biofuels results in deposit formation inside the injector, which leads to issues with the drivability of the vehicle. The most believed hypothesis behind the deposit formation is that engine oil contamination in the fuel system leads to formation of calcium sulphate crystals that soft particles adhere to. Moreover, temperature is claimed to have a significant effect on the deposit formation. To ease the shift towards more renewable fuels, more understanding behind the deposit mechanism is needed. Therefore, this study aimed to investigate the mechanism behind internal injector deposits with a newly designed lab scale rig to get a deeper understanding of the mechanism, and especially the role of calcium sulphate and temperature. The aim was achieved by dividing the experimental work into two parts:a) Running the test-rig with test fuels followed by analyses of the samples with mainly SEM-EDX and FTIR, to understand the role of temperature, and engine oil for the deposit mechanism. b) Solubility studies of calcium sulphate to understand the role of calcium sulphate for the deposit mechanism. The results showed that the newly designed test rig worked well, where the results were consistent with literatureand offered repeatability. Thereby, the rig is recommended for future studies of internal injector deposits. A deeper understanding of the mechanism behind the internal injector deposits was successfully achieved. For the first time, a FTIR and SEM-EDX study was performed over a temperature gradient, which made it possible to see the onset temperature for different reactions and to identify deposits in different temperature ranges. It was showed that the deposit formation was temperature dependent with different types of deposits in different temperature ranges. At temperatures below 100°C, zinc sulphate and unreacted metal carboxylates were the dominant species. Above 100°C, the metal carboxylates changed form and became more concentrated while the concentration of zinc sulphate decreased. Moreover, calcium sulphate showed to be formed to a large extent when the temperature exceeded 100°C. The temperature study and results are unique and unknown in the literature. Ostwald ripening has been proposed as a possible mechanism in the literature but turned out to be unlikely. The dissolution of calcium sulphate by engine oil additives followed by precipitation in the fuel showed to be a more likely mechanism. It was also shown that soap deposits promoted the deposit formation of calcium sulphate crystals, which is in line with the field observations since they normally coexist.

Norrvatten är en av Sveriges största dricksvattenproducenter. Med ett ökande behov av en större produktionskapacitet och nya regleringar, planerar dem att förbättra sin reningsprocess. En aspekt som kräver omfattande undersökning är val av reningsmetod för att nå den nya gränsen från Livsmedelsverket för fyra PFAS kemikalier. PFAS är en grupp kemikalier som är mänskligt producerade sedan 1950-talet, vilka är persistenta och farliga för människors hälsa. Deras stabilitet i miljön leder till att de ackumulerar i naturen och hamnar i mat och dricksvatten. För att uppnå de nya regleringarna måste Norrvatten minska sin PFAS4 koncentration från cirka 5.7 ng/L till 4 ng/L. PFAS-separationen är planerad att genomföras via antingen aktivt kol eller en kombination där flotation även implementeras. Aktivt kol har en bevisad möjlighet att separera och destruera PFAS4, men nyligen har indikationer på en potential hos flotation uppenbarats. Dock är forskningen kring dess effektivitet begränsad vilket medför ett behov av att utvärdera dess användbarhet. Denna rapport syftar till att förse Norrvatten med ett underlag på effektiviteten och gynnsamheten med flotation inför beslutet att implementera flotation. Av den anledningen undersöktes separationseffektiviteten som uppnås i en befintlig flotationsbassäng i Norrvattens vattenverk. Genom att mäta PFAS4 koncentrationen i inflödet, utflödet och slammet kunde en borttagningseffektivitet på 19-38% bestämmas för olika belastningar. Slamkoncentrationen mättes till ungefär 200-700 ng/L. Felkällor kunde identifieras i mätningarna eftersom massbalansen inte stämde överens trots att mätosäkerheten från analysen adderades. Dessutom gjordes en omanalys av två prover som skilde sig från det förväntade resultatet, vilket gav avsevärda skillnader i resultatet. Trots att några felkällor kunde identifieras kunde inte en fullständig förklaring till avvikelserna fastställas. Trots detta kunde slutsatser dras att den uppmätta separationseffektiviteten och slamkoncentrationen kunde förse ett korrekt intervall. Dessutom indikerade resultaten att flotation inte kan appliceras enskilt för att nå koncentrationsmålet utan bör kombineras med kompletterande kolfilter f ̈or att nå gränsvärdet. Flotation ger upphov till en mer koncentrerad ström av PFAS som kräver behandling för att eliminera kemikalierna från miljöns kretslopp. Flera potentiella behandlingsmetoder identifierades för hur slammet kan hanteras. Jämförelsen inkluderade aktivt kolfilter, jonbytare, membran, oxidationsprocesser, sonolys, förbränning, deponi, jordrening, flotation, skumfraktionering, behandling på reningsverk och återanvändning för jordförbättring. Metoderna jämfördes utifrån bevisad robusthet, kostnad och applicerbarhet. Ett möjligt slamhanteringsalternativ visade sig vara ett sekundärt steg med flotation, förbränning av det uppkoncentrerade slammet och behandling av permeatet med jonbytare. Med den föreslagna slamhanteringen kunde implementering av flotation utvärderas baserat på maximal PFAS destruktion, ekonomi, koldioxidutsläpp och energiförbrukning. Det visade sig att energiförbrukningen är större för processen som inkluderar flotation men koldioxidutsläppen är mindre. Dock är det möjligt att avgränsningarna för koldioxid kan ha gynnat flotationsprocessen eftersom utsläpp från reaktivering av kolfilter inkluderades men inte utsläpp från förbränning eller energiproduktion. PFAS destruktionen blev ungefär 1-2% större för processen med exklusivt kolfilter eftersom flotationsprocessen innehåller ytterligare en ström som släpper ut PFAS efter behandling med jonbytare. Det mest ekonomiska alternativet visade sig bero på koncentrationsgränsen där implementering av flotation var dyrare för en PFAS4 koncentration på 4 ng/L i dricksvattnet, men billigare vid en gräns på 3 ng/L. Slutligen upptäcktes det att volymen av sekundärt slam som beräknades att skickas till förbränning har en stor påverkan på driftkostnaderna. Därför bör optimeringar genomföras för att minimera den sekundära slamvolymen om flotation implementeras. / Norrvatten is one of the largest drinking water producers in Sweden. With the need to increase their production capacity and new regulations, they are planning to improve their treatment process. One aspect that requires extensive investigation, is the treatment approach to reach the new limit from the Swedish Food Agency of four PFAS chemicals. PFAS is a group of chemicals that have been humanely produced since the 1950s, which are persistent and hazardous to human health. Their environmental stability causes them to accumulate in nature and ends up in foods and drinking water. To fulfill the new regulations, Norrvatten has to decrease the PFAS4 concentration in their drinking water from approximately 5.7 ng/L to 4 ng/L. The removal is planned to be achieved through either activated carbon filters or a combination where dissolved air flotation is included. Activated carbon has a proven separation and destruction possibility for PFAS4 but recently, DAF has appeared to be a promising alternative. However, there is limited research on its efficiency, which establishes a need for investigations on the potential of DAF for PFAS removal. To navigate Norrvatten through the decision between exclusively applying GAC filters or implementing a combination with DAF, this thesis intends to provide a basis of its efficiency and favorability. Therefore, this thesis investigated the removal efficiency that was obtained in one existing DAF basin in Norrvattens waterworks. By measuring the PFAS4 concentration in the inlet, outlet, and sludge flow, a removal efficiency of 19-38% was acquired for different flow levels. In addition, the sludge concentration was measured to approximately 200-700 ng/L in the water phase. Presence of sources of errors could be identified in the measurements as the mass balance did not add up despite the addition of the measurement uncertainty in the analysis. Also, two samples were analyzed twice as the results differed from the expected results, which provided significant variations. Although some sources of error were identified, a full explanation for the differing results could not be disclosed. However, through some consistency, it was possible to conclude that the removal efficiency and sludge concentration could provide an accurate interval to illustrate the reality. In addition, the results indicate that DAF cannot be applied alone to reach the concentration goal, but has to be combined with additional GAC filters to reach the target. DAF provides a separation of PFAS into a sludge stream that requires treatment to remove the chemicals from the environmental cycle. To investigate how the sludge could be managed, several treatment methods were identified. The comparison included GAC, AIX, membranes, oxidation processes, sonolysis, incineration, landfill, soil cleaning, DAF, foam fractionation, treatment at a wastewater facility, and reuse for soil improvement. The methods were compared based on proven robustness, cost, and applicability. It was concluded that a viable alternative was to transfer the sludge to a second stage of DAF, incinerate the concentrated sludge, and treat the permeate with AIX. From the sludge management proposal, the implementation of DAF was analyzed based on maximum PFAS destruction, economics, carbon emissions, and energy requirements. It was found that the energy requirement was larger for the process including DAF but the carbon emissions are smaller. However, the delimitations on the carbon emissions may have been in favor of the DAF process as the GAC reactivation emissions are included but emissions due to incineration or energy production are excluded. The PFAS destruction was approximately 1-2% larger for the process that excluded DAF as an additional stream containing PFAS would be released into the environment after AIX, which is not present when only GAC is implemented. The economic out-come depended on the concentration limit, where implementation of DAF was more expensive for a treatment target of 4 ng/L in the drinking water and more economical for 3 ng/L. Lastly, it was found that the volume of the concentrated sludge that would be sent for incineration had a large impact on the operational cost. Therefore, if DAF is implemented optimizations are of relevance to minimize the volume of that stream.

Utsläpp av CO2 till atmosfären bidrar till ökningen av globala temperaturer. Industrisektorn står för 20 % av utsläppen och utav dessa kommer 6 % från pappers- och massaindustrin. För att lyckas minska den globala temperaturhöjningen till under 1,5 °C hjälper det inte bara att minska utsläppen. Även negativa utsläpp måste genereras. Syftet med denna studie är att undersöka implementeringen av CLG för att separera CO2 på ett energieffektivt sätt och samtidigt generera H2 och elektricitet. Processanalyser genomfördes för att undersöka möjligheten att implementera CLG-processen till ett typiskt massabruk. Processmodeller togs fram for att undersöka CLG, värmeåtervinning samt elektricitetsgenerering. Processmodellerna utvecklades med hjälp av Aspen Plus och Aspen HYSYS. De framtagna modellerna analyserades sedan med avseende på olika designparametrar inom CLG-processen. På ett typiskt massabruk som producerar 800 000 adt varje år kan 375 kg CO2/adt separeras och då uppnå negativa utsläpp, genom att byta ut multi-fuel forsrännaren med en CLG process. Den framtagna processmodellen skulle också kunna generera 360-504 kWh/adt av H2 beroende på de designparametrar som används för CLG-processen. Enligt modellen kan värme som återvinns från processen användas för att fånga upp ytterligare 13 % av CO2 från andra delar av bruket. Processanalys för olika designparametrar inom CLG systemet så som temperatur, luftflöde och flödet av syrgasbärare har presenterats. Nyckeltalen som undersöktes var den mängd CO2 som kunde fångas upp, mängd H2 genererad samt överskottet av elektricitet som produceras när multi-fuel förbränningen byts ut mot en CLG-process på ett typiskt massa bruk. / Emissions of CO2 to the atmosphere are contributing to the global temperature rise. The industrial sector contributed to 20 % of the emissions and out of that, 6 % are generated from the pulp and paper industry. To limit the temperature increase below 1,5 °C, the emissions not only need to be reduced but also negative emissions should be generated from different sectors. The purpose of this study is to realize the implementation of Chemical Looping Gasification (CLG) to separate CO2 (for permanent storage) in an energy-efficient way while co-generating H2 as well as electricity. Process analysis was carried out to investigate the possibility of substituting the multifuel boiler in a typical pulp mill with a CLG process. Process models for the CLG, heat recovery and electricity generation process were developed using AspenPlus and Aspen HYSYS. The process was analysed for different design conditions (temperature, autothermal condition, air flow, oxygen carrier flow) in the CLG process. It was found that in a typical pulp mill producing 800 000 adt per year, 375 kg- CO2/adt (14 % of total emissions from the process) can be inherently separated for storage to achieve negative emissions, if the multi-fuel boiler is replaced with a CLG unit. This process will also be able to generate 360-504 kWh/adt H2 depending on the design conditions in the CLG process. Heat recovered from the CLG unit can be utilized in capturing approximately 13 % additional CO2 from other sources in the pulp mill. Process analysis for different design conditions in CLG (temperature, airflow, oxygen carrier flow) have been presented. The key performance indicators were CO2 capture rates, H2 generated and net electrical output from the process.

Today, pharmaceutical residues are widely found in nature as a cause of the extensive use of human and veterinary medicine. The pharmaceutical residues have shown to have a damaging impact on flora and fauna. Wastewater Treatment Plants (WWTPs), today, are not designed for pharmaceutical removal, which calls for new methods and the implementation of these to avoid increased concentrations of pharmaceutical residues in nature. This thesis addresses three main areas. Firstly, a pre-study regarding the prevalence of pharmaceutical residues at different parts of a WWTP and in the nearby river, secondly, an evaluation of removal of pharmaceutical residues using ozone and, thirdly, the construction of a pilot plant scale Activated Carbon (AC) unit and an evaluation of its capacity for pharmaceutical and ozone removal. This work was done in order to verify the quality of a future full-scale unit including the advanced techniques ozone and AC that will be implemented at a WWTP for pharmaceutical removal. The pre-study shows that the total concentration of the Active Pharmaceutical Ingredients (APIs) was largest at the inlet (93.8 mg/L) and decreased throughout the process steps to be the lowest at the outlet (5.6 mg/L). Paracetamol was found in the highest concentration (86.5 mg/L) at the inlet but could not be detected in the outlet. In the recipient none of the APIs could be found. However, caffeine was detected in the recipient. The pilot plant studies were performed in a batch process, one at high ozone generation and one at low ozone generation. The pilot test at high ozone generation showed that all of the measured APIs were below their Limit of Quantification (LOQ) after 2 minutes. The pilot test at low ozone generation showed a total API-removal of 44% after 7 minutes, 78% after 13 minutes, 97% after 20 minutes and more than 99% after 60 minutes. All of the APIs were below their LOQ after 180 min. The AC-filter construction mirrored the conditions within a full-scale unit as closely as possible and was scaled by the superficial velocity. The AC-filter showed an ozone removal of approximately 99% and removed all pharmaceutical residues apart from Ranitidine which was decreased by 76%. / Idag återfinns läkemedelsrester i stor utsträckning i naturen, vilket är ett resultat av den omfattande användningen av human- och veterinärmediciner. Läkemedelsresterna har visat sig ha en skadlig effekt på flora och fauna. Dagens avloppsreningsverk är inte byggda för att rena vattnet från läkemedelsrester, vilket kräver att nya metoder utvecklas och implementeras för att förebygga spridning av läkemedel. Denna avhandling redogör för tre huvudområden, inledningsvis en förstudie om förekomsten av läkemedelsrester i olika delar av ett vattenreningsverk samt i en närliggande å. Därefter en studie av ozons förmåga att eliminera läkemedelsrester och slutligen konstruktion av ett aktivt kolfilter och en utvärdering av dess förmåga att ta bort läkemedel. Detta gjordes med syftet att verifiera kvalitén hos en fullskalig anläggning som kommer att installeras på ett vattenreningsverket där ozon och aktivt kol kommer användas för borttagning av läkemedelsrester. Förstudien visar att totalkoncentrationen av de aktiva läkemedelssubstanserna (API:er) var som störst vid inloppet av reningsverket (93.8 μg/L) och koncentrationen minskade genom de olika processtegen och var som lägst i utloppet (5.6 μg/L). Paracetamol återfanns i den högsta koncentrationen i inloppet (86.5 μg/L), men kunde inte detekteras i utloppet. Ingen av API:erna återfanns i recipienten, men däremot detekterades koffein. Pilotanläggningsstudierna genomfördes i en batch och genomfördes med högozongenerering och med låg ozongenerering. Studien med hög ozongenerering visade att alla läkemedelsrester var under analysmetodens detektionsgräns efter 2 minuter. Pilotstudien med låg ozonegenerering visade att den totala läkemedelsborttagningen var 44 % efter 7 minuter, 78 % efter 13 minuter, 97 % efter 20 minuter och mer än 99 % efter 60 minuter. Alla läkemedelsrester var under analysmetodens detektionsgräns efter 180 min. Kolfiltret konstruerades för att efterlikna det fullskaliga filtret så mycket som möjligt och skalades således efter den hypotetiska tomma bäddhastigheten. Kolfiltret tog bort cirka 99 % av ozonet och alla läkemedelsrester utom Ranitidin som reducerades med 76 %.

Katalytisk förbränning är en lovande teknik för användning vid kraftgenerering, särskilt för gasturbiner. Genom att använda katalytisk förbränning kan man nå mycket låga emissioner av kväveoxider (NOX), kolmonoxid (CO) och oförbrända kolväten (UHC) samtidigt, vilket är svårt vid konventionell förbränning. Förutom att man erhåller låga emissioner, kan katalytisk förbränning stabilisera förbränningen och kan därmed användas för att uppnå stabil förbränning för gaser med låga värmevärden. Denna avhandling behandlar huvudsakligen högtemperaturdelen av den katalytiska förbränningskammaren. Kraven på denna del har visat sig svåra att nå. För att den katalytiska förbränningskammaren ska kunna göras till ett alternativ till den konventionella, måste katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet utvecklas. Målet med denna avhandling har varit att utveckla katalysatorer med högre aktivitet och stabilitet, lämpliga för högtemperaturdelen av en katalytisk förbränningskammare för förbränning av naturgas. En mikroemulsionsbaserad framställningsmetod utvecklades för att undersöka om den kunde ge katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet. Bärarmaterial som är kända för sin stabilitet, magnesia och hexaaluminat, framställdes med den nya metoden. Mikroemulsionsmetoden användes också för att impregnera de framställda materialen med de mer aktiva materialen perovskit (LaMnO3) och ceriumdioxid (CeO2). Det visade sig att mikroemulsionsmetoden kan användas för att framställa katalysatorer med bättre aktivitet jämfört med de konventionella framställningsmetoderna. Genom att använda mikroemulsionen för att lägga på aktiva material på bäraren erhölls också en högre aktivitet jämfört med konventionella beläggningsstekniker. Eftersom katalysatorerna ska användas under lång tid i förbräningskammaren utfördes också en åldringsstudie. Som jämförelse användes en av de mest stabila materialen som rapporterats i litteraturen: LMHA (mangan-substituerad lantan-hexaaluminat). Resultaten visade att LMHA deaktiverade mycket mer jämfört med flera av katalysatorerna innehållande ceriumdioxid på hexaaluminat som framställts med den utvecklade mikroemulsionstekniken. / Catalytic combustion is a promising technology for power applications, especially gas turbines. By using catalytic combustion ultra low emissions of nitrogen oxides (NOX), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (UHC) can be reached simultaneously, which is very difficult with conventional combustion technologies. Besides achieving low emission levels, catalytic combustion can stabilize the combustion and thereby be used to obtain stable combustion with low heating-value gases. This thesis is focused on the high temperature part of the catalytic combustor. The level of performance demanded on this part has been proven hard to achieve. In order to make the catalytic combustor an alternative to the conventional flame combustor, more stable catalysts with higher activity have to be developed. The objective of this work was to develop catalysts with higher activity and stability, suitable for the high-temperature part of a catalytic combustor fueled by natural gas. A microemulsion-based preparation method was developed for this purpose in an attempt to increase the stability and activity of the catalysts. Supports known for their stability, magnesia and hexaaluminate, were prepared using the new method. The microemulsion method was also used to impregnate the prepared material with the more active materials perovskite (LaMnO3) and ceria (CeO2). It was shown that the microemulsion method could be used to prepare catalysts with better activity compared to the conventional methods. Furthermore, by using the microemulsion to apply active materials onto the support a significantly higher activity was obtained than when using conventional impregnation techniques. Since the catalysts will operate in the catalytic combustor for extended periods of time under harsh conditions, an aging study was performed. One of the most stable catalysts reported in the literature, LMHA (manganese-substituted lanthanum hexaaluminate), was included in the study for comparison purposes. The results show that LMHA deactivated much more strongly compared to several of the catalysts consisting of ceria supported on lanthanum hexaaluminate prepared by the developed microemulsion method. / QC 20101104

Uranoxid (UOx) är ett energitätt material som ofta används i kärnbränsle. UOx-pulver pressas och sintras för att tillverka urandioxidkutsar som förs in i bränslestavar. Stavarna monteras slutligen ihop till ett bränsleknippe. Tillverkningsprocessens stabilitet och förutsägbarhet är viktiga. För att åstadkomma önskvärda egenskaper hos UO2-kutsarna är karaktärisering av UOx-pulvret centralt. Sintringsaktivitet är den viktigaste egenskapen när det kommer till att beskriva hur UOx-pulvret beter sig vid reduktion i högtemperatursintring. Återcyklat UO2 oxideras till U3O8 och kan användas till att styra sintringsaktiviteten tack vare dess porbildande egenskaper. Denna rapport beskriver karaktäriseringen av UOx-pulver och kuts med avseende på fysiokemiska egenskaper relaterade till sintringsaktivitet. Statistiska analyser av historiska data utfördes även och visade på en komplex relation mellan pulveregenskaper och sintringsaktivitet. Effekten av U3O8-pulver i blandningar av UO2-pulver med hög och låg sintringsaktivitet undersöktes. Att variera U3O8-batch hade ingen inverkan på diameterkrympning efter sintring utom i ett fall. Blandningar av UO2-pulver visade på avvikande egenskaper jämfört med det jungfruliga pulvret. UO2-pulvrets kemiska aktivitet undersöktes via oxidering med H2O2. Förbrukningshastigheten av H2O2 var densamma för hög- och lågaktiva UO2-pulver vid samma förhållande mellan specifik yta och lösningsvolym. / Uranium oxide (UOx) is an energy dense material commonly used in nuclear fuel. UOx powder is pressed and sintered to produce uranium dioxide (UO2) pellets which are loaded into fuel rods. The rods are then mounted together in a final nuclear fuel assembly. Stability and predictability of the manufacturing processes during UO2 pellet production is of high importance. To achieve desired properties and quality of the UO2 pellets, the ability to assess the characteristics of the UOx powder is crucial. Sinterability is the most important characteristic which describes the behavior of the UOx powder during reduction in high temperatures. Recycled uranium dioxide is oxidized into U3O8 powder which can be used to modify the sinterability due to its pore forming ability. This study describes the characterization of uranium oxide powders and pellets regarding physicochemical properties relating to sintering behavior. Statistical analyses of historical data were also performed and showed a complexity of the relation between powder properties and  sinterability. The effect of U3O8 powder in different blends of UO2 powders of high and low sinterability were analyzed. Varying U3O8 powder batch did not influence the diameter shrinkage after sintering except for one case. UO2 powder blends showed deviating behavior from their virgin powder constituents. Chemical activity of UO2 was analyzed by oxidation with H2O2. The consumption rate of H2O2 was shown to be equal for active and incative UO2 powders under equal specific surface area/solution volume ratio.

Den stora oron för de ökade växthusutsläppen och klimatförändringas effekter har uppmuntrat utvecklingen av åtgärder för att motverka de negativa konsekvenserna. En av de tekniker som har uppmärksammats under de senaste decennierna är kolavskiljningstekniken. Men nuförtiden är kolavskiljning en teknik som är relaterad till höga kostnader där både kapital- och driftskostnaderna är höga. Därför utfördes i detta projekt ett försök att minska kostnaden genom att ersätta den absorptionspackade kolonnen med ett nytt kompakt system. I detta fall atomiserade det kompakta systemet lösningsmedlet till droppar för att öka massöverföringen av koldioxidabsorptionen. Syftet med detta projekt var att utföra en jämförande teknisk-ekonomisk utvärdering av den konventionella kemiska absorptionsprocessen med packade kolonner mot en process med ett kompakt system. En processmodell för den konventionella processen etablerades i Aspen Plus. Dessutom manipulerades den berikade lösningen i samma processmodell för att simulera den förbättrade absorptionen på grund av atomatiseringen av lösningsmedlet. Det resulterade i att implementeringen av det kompakta systemet kunde generera tekniska förbättringar som ett minskat användande av lösningsmedel och en lägre återkokningsbelastning i regenereringskolonnen. Det var dock ingen betydande minskning av den totala fångstkostnaden. I det här fallet var de främsta bidragande faktorerna till fångstkostnaden var kompressorkostnaden och det höga elpriset. Känslighetsanalysen visade dock i huvudsak att fångstkostnaden skulle kunna sänkas när elpriset är lägre. Man kan dra slutsatsen att kompakta system är en lovande teknik som skulle kunna bidra till utvecklingen av kolavskiljningstekniken. Framtida undersökningar av processdesignen krävs dock för att sänka fångstkostnaden ännu mer. / The great concern regarding the increased greenhouse emissions and the effects of the climate change has encouraged the development of solution in order to counteract the negative consequences. One of the technologies that has gained attention during the last decades has been the carbon capture technology. However, nowadays the carbon capture has been a technology that has been related to high capture costs where both capital and operational costs usually has been high. Therefore, in this project, an attempt was realized to reduce the capture cost by replacing the absorption packed column with a novel compact system. In this case, the compact system atomized the solvent into droplets in order to enhance the mass transfer of the carbon dioxide absorption. The aim of this project was to perform a comparative techno-economical evaluation of the conventional chemical absorption process with packed columns to a process with a compact system. A process model for the conventional process was established in Aspen Plus. Furthermore, the rich loading was varied in the same process model in order to simulate the enhanced absorption due to the atomization of the solvent. It resulted that the implementation of the compact system could generate technical benefits such as a reduced solvent utilization and a lower reboiler duty in the stripper column. However, there was no significant reduction regarding the total capture cost. In this case, the main contributors to the capture cost were the compressor cost and the high electricity price. Nevertheless, the sensitivity analysis showed principally that the capture cost could be reduced if the power required in the flue gas compressor can be reduced. It could be concluded that the compact system is a promising technology that could contribute to a further development of the carbon capture technology. However, future investigations regarding the process design are required in order reduce the capture cost even more.

Utveckling av en innovativ teknologi för koldioxidavskiljning med användning av aerosoldroppar av en kaliumkarbonatlösning. Laboratorieexperiment för att studera koldioxidabsorptionsprocessen under olika driftsförhållanden (temperatur, K2CO3- och CO2-koncentration, mängd genererad aerosol) / Development of an innovative technology for carbon capture using aerosol droplets of a potassium carbonate solution. Laboratory experiments to study CO2 absorption process with various operating conditions (temperature, K2CO3 and CO2 concentration, amount of aerosol generated)