Forests can be an important element of an overall strategy to limit the atmospheric concentration of carbon dioxide (CO2) that contributes to climate change. As an integral part of the global carbon cycle, forests remove CO2 from the atmosphere as they grow, and accumulate carbon in tree biomass. Using wood products made from sustainably managed forests can reduce net CO2 emission by substituting in place of fossil fuels and energy-intensive materials. In this thesis the mechanisms by which wood product substitution can affect energy and carbon balances are studied. These include: the energy needed to manufacture wood products compared with alternative materials; the avoidance of industrial process carbon emission from e.g. cement manufacture; the use of wood by-products as biofuel to replace fossil fuels; and the physical storage of carbon in forests and wood materials. A methodological framework is first developed by integrating knowledge from the fields of forestry, industry, construction, and energy. A life cycle perspective is employed encompassing the entire product chain from natural resource acquisition to material disposal or reuse. Analytical challenges that are addressed include the functional unit of comparison, the fossil reference system, land use issues of wood vs. non-wood materials, and the diverse phases of the product life cycle. The methodology is then applied to two multi-storey wood-framed buildings in Sweden and Finland, compared with two functionally equivalent buildings with reinforced concrete structural frames. The results show that less primary energy is needed to produce the wood-framed buildings than the concrete-frame buildings. CO2 emission is significantly lower for the wood-frame buildings, due to reductions in both fossil fuel use and cement calcination process emission. The most important single factor affecting the energy and carbon balances is the use of biomass by-products from the wood product chain as biofuel to replace fossil fuels. Over the life cycle of the wood-framed buildings, the energy of biomass residues from forest operations, wood processing, construction and demolition is greater than the energy inputs to produce the materials in the buildings. Realisation of this benefit is facilitated by integrating and optimising the biomass and energy flows within the forestry, industrial, construction, energy, and waste management sectors. Different forest management regimes are studied in an integrated carbon analysis to quantify the carbon flows and stocks associated with tree biomass, soils, and forest products. Intensified forest management that produces greater quantities of biomass leads to net CO2 emission benefits by augmenting the potential to substitute for fossil fuels and non-wood materials. The increased energy use and carbon emission required for the more intensive forest management, as well as the slight reduction in soil carbon accumulation due to greater removal of forest residues, are more than compensated for by the emission reduction due to product substitution. Carbon stock changes in forests and wood materials can be temporarily significant, but over the building life cycle and forest rotation period the stock change becomes insignificant. In the long term, the active and sustainable management of forests, including their use as a source for wood products and biofuels, allows the greatest potential for reducing net CO2 emission. Implementation issues related to the wider use of wood-based materials to reduce energy use and carbon emission are also explored. An analysis of the effects of energy and taxation costs on the economic competitiveness of materials shows that the cost of energy for material processing, as a percentage of the total cost of finished material, is lower for wood products than for other common non-wood building materials. Energy and carbon taxation affects the cost of wood products less than other materials. The economic benefit of using biomass residues to substitute for fossil fuels also increases as tax rates increase. In general, higher taxation of fossil fuels and carbon emission increases the economic competitiveness of wood construction. An analysis of added value in forest product industries shows that greater economic value is added in the production of structural building materials than in other uses of forest biomass. Co-production of multiple wood-based products increases the total value that is added to the biomass produced on an area of forest land. The results show that production of wood-based building material is favoured economically by climate change mitigation policies, and creates high added value within forest product industries. / Skogsresurser kan utgöra en viktig del i en strategi för att begränsa koncentrationen av koldioxid (CO2) i atmosfären och därmed begränsa klimatförändringarna. Skog tar upp CO2 från atmosfären när den växer och kolet lagras i trädens biomassa. Trädprodukter från hållbart brukade skogar kan minska nettoutsläppen av CO2 genom att de kan ersätta fossilt bränsle och energiintensiva material. I denna avhandling studeras faktorer som påverkar energi- och kolbalanser när träprodukter ersätter alternativa produkter. Signifikanta faktorer är den energi som behövs för att framställa träprodukter jämfört med alternativa produkter, utsläpp av CO2 från industriella processer som vid cementproduktion, ersättning av fossilt bränsle med trärester samt lagring av kol i skog och träprodukter. En metodik har utvecklats för att studera dessa faktorer genom att integrera ämneskunskaper från byggkonstruktion, energi, industri och det skogliga området. Den bygger på ett livscykelperspektiv och innefattar hela material- och produktkedjor från naturresurs till avfall eller återanvändning av material eller produkter. De metodikfrågor som varit i fokus är den funktionella enheten för jämförelser, det fossila referenssystemet, utnyttjande av skogmark vid produktion av träprodukter samt produktens olika faser under en livscykel. Metodiken har sedan använts för att jämföra ett svenskt och ett finskt flervåningshus i trä med två funktionellt likvärdiga hus med betongstomme. Resultaten visade att det behövs mindre primärenergi för att tillverka trähuset än betonghuset. Energin som kan utvinnas från biprodukter under en träbyggnads livscykel – från skogsskötsel, förädling, konstruktion och rivning – är större än den energi som krävs för att tillverka byggnadsmaterialet i byggnaden. Nettoutsläppen av CO2 från både fossil primärenergi och cementkalcinering är också väsentligt lägre för trähuset, men användningen av biprodukter från skogsavverkning, träförädlingskedjan och rivningsvirke för att ersätta fossilt bränsle har störst påverkan på kolbalansen. För att fullt ut tillgodogöra sig biprodukters potentiella fördelar krävs att de olika sektorerna för skogsbruk, industri, konstruktion, energi och avfallshantering integreras och optimeras med avseende på energi- och materialflöden. Olika skogsskötselmetoder har analyserats för att kvantifiera de flöden och den lagring av kol som sker i biomassa, mark och träprodukter. Intensifierat skogsbruk gav mindre utsläpp av CO2 per ha skogsmark, eftersom potentialen ökade för att ersätta fossila bränslen och energiintensiva material. Denna substitutionseffekt kompenserade mer än väl för den ökning i energianvändning och de utsläpp av CO2 som den intensivare skogsskötseln medförde, inklusive för den minskning av lagrat kol i marken som uttaget av skogsrester medförde. Lagring av kol i skogar och träprodukter kan vara intressant i ett kort tidsperspektiv, men under en byggnads livscykel och ett skogsbestånds rotationsperiod har den liten betydelse. I längden uppnås den största minskningen av CO2-utsläpp genom en aktiv och hållbar skogsskötsel med uttag av skogsresurser för användning till träprodukter och energi. I denna avhandling studerades också hur användningen av träprodukter påverkas av energi- och miljöskatter. En analys av energi- och skattekostnadernas effekt på konkurrenskraften för trämaterial visade att energikostnaden är lägre för trämaterial än för andra vanliga byggmaterial. Energi- och koldioxidskatter påverkar träprodukter i mindre utsträckning än produkter i andra material. De ekonomiska fördelarna av att använda biomassa som ersättning för fossila bränslen ökar också med höjda skatter. Konkurrensfördelarna för träkonstruktioner ökar därför generellt i takt med högre skatt på fossila bränslen och CO2-utsläpp. En analys av förädlingsvärdet hos skogsprodukter visade på en större värdeökning vid produktion av byggnadsmaterial än för andra biomassebaserade produkter. Samproduktion av flera träprodukter ökade det totala värdet hos biomassan per skogsareal. Resultaten visade att produktion av träbaserade byggnadsmaterial får ekonomiska fördelar av klimatpolitiska åtgärder och att sådan produktion har ett högt förädlingsvärde för industrierna i träbranschen.

No description available.

Transverse mechanical properties of wood are important in many practial applications and an interesting scientific subject. A very low transverse shear modulus has been identified in spruce, which causes large strain concentrations in wood structures. In this thesis, experimental characterization of local density variations as well as local strain fields are carried out using the SilviScan apparatus and digital speckle photography, respectively. This is combined with micromechanical modeling based on hexagonal wood cells in combination with finite element analysis. Problems addressed include the moduli in the transverse plane, including variations at the scale of individual annual rings. The relative importance of cell wall bending and stretching deformation mechanisms is analysed as a function of wood cell geometry, relative density and direction of loading (radial, tangential and shear). Transverse anisotropy is also analyzed, including its dependency of earlywood and latewood characteristics. The wood cell shape angle variation and density effects are sufficient to explain transverse anisotropy in softwoods (no ray effects), and the influence of earlywood/latewood ratio is explained. As a practical test method for shear modulus measurements, an off-axis compression test with full-field strain determination is proposed. The advantage is a simple fixture and large region of representative strain required for a heterogeneous material such as wood. As an alternative, the single cube apparatus (SCA) for shear tests is evaluated. The SCA is used to determine the shear strain distribution within the annual rings. Based on the density distribution of the shear test specimen and a micromechanics model, a finite element model is developed, and predictions are compared with the measured shear strains. The agreement between predicted and measured shear strains at the annual ring scale are remarkably good. It shows that the low GRT of spruce is due to the low earlywood density and the large cell wall bending deformation resulting from shear loading. Furthermore, it illustrates the need for improved understanding of annual ring scale effects. For example, fairly low transverse global loads will lead to lage local shear strains. / Transversella mekaniska egenskaper hos trä är viktiga i många praktiska tillämpningar och är av vetenskapligt intresse. Gran har exemplevis mycket låg transversell skjuvmodul, vilket leder till stora lokala töjningskoncentrationer i trästrukturer. I den här avhandlingen utförs experimentella mätningar av densitetsfördelning och lokal töjningsfördelning med hjälp av SilviScan utrustning (röntgen) och digital speckelfoto grafi (DSP). Det kombineras med mikromekanisk modellering med hexagonala cellmodeller som utgångspunkt, ibland i kombination med finita elementberäkningar. Transversella moduler bestäms liksom töjningseffekter på skalan individuella årsringar. Den relativa betydelsen av böjning och sträckning av cellväggen analyseras som funktion av relativ densitet och belastningsriktning (radiell, tangentiell och skjuvning). Stor andel böjdeformation ger låg modul och proportionerna mellan de båda mekanismerna styr graden av anisotropi. Transversell anisotropi analyseras därför, inklusive dess beroende av karakteristiken hos vårved och sommarved. Formvinkeln på vedcellen och inverkan av densitet är tillräckliga för att förklara graden av anisotropi (utan inverkan från märg- strålar). Inverkan av förhållandet mellan mängden vårved och sommarved på anisotropin analyseras särskilt. En enkel tryckbelastningsmetod (“off-axis metod”) används för att bestämma transversell skjuvmodul hos trä. Metoden kombineras med DSP. Fördelen är en enkel fixtur i kombination med det stora område av ren skjuvdeformation som uppstår i provstaven. Som ett alternativ utvärderas också en metod baserad på kubiskt prov (SCA). Metoden används för att bestämma lokala skjuvtöjningar på skalan individuella årsringar. Baserat på densitetsfördelningen i provet och en mikromekanisk modell så utvecklas en finita element-modell. Den utnyttjas för att beräkna lokala skjuvtöjningar. Jämförelsen mellan beräkningar och uppmätta skjuvtöjningar ger enastående god överensstämmelse. Det visar att den låga skjuvmodulen för gran orsakas av låg densitet i kombination med att böjning av cellväggarna dominerar som deformationsmekanism. Det illustrerar också att vi behöver förbättra vår förståelse för deformationsfält på årsringsnivå. En praktisk konsekvens är t ex att relativt låga globala laster ger upphov till mycket hög lokal skjuvdeformation. / QC 20100830

Undersökningens resultat visar att det finns betydande kostnadsbesparingar att göra vid införandet av en ny metod för askåterföring. Den nya metoden medför betydligt mindre transporter vilket leder till ett reducerat utsläpp av koldioxid och andra ämnen som har en negativ miljöpåverkan. I den nya metoden utnyttjas i viss utsträckning timmerbilarnas lediga kapacitet för transport av aska ut till spridningsområdet vilket då ökar chansen till högre lönsamhet för åkerinäringen.

Detta examensarbete har utförts för trägolvtillverkaren Tarketts räkning och syftet har varit att utvärdera en särskild metod som färgar trä. Metoden innebär att trä behandlas i vatten i en viss tid och temperatur varvid en färgändring påstods erhållas. Målet har varit ge de nordiska träslagen björk och bok en mörkare färg som liknar exotiska trädslag. För att utvärdera metoden genomfördes först en teoretisk utvärdering för att få förståelse för vad som händer i träet när det utsätts för denna behandling och sedan en praktisk utvärdering enligt principen för flerfaktorförsök. Arbetet har resulterat i vetskapen om att träet verkligen får en viss färgändring genom att behandla det enligt den särskilda metoden. Hur stor färgförändring som erhålls beror främst på processens temperatur men även tid, ty dessa faktorer samverkar. Metoden uppvisar repeternoggrannhet, dvs uppnådd färg vid bestämda parametrar är konstant och den erhållna färgen är dessutom beständig. Men, metoden påverkar träet på ett flertal negativa sätt. Vid torkning av de behandlade trästavarna uppstår ändsprickor och vissa stavar blir skeva. Utbytet som erhålls beror främst på hur hårt stavarna behandlas. Låga temperaturer, 100 C, krävs om ett bra utbyte ska erhållas. Andra egenskaper som blir försämrade är träets vätbarhet och hållfasthet. En försämrad vätbarhet innebär i sin tur en försämrad limbarhet eftersom träet inte väter limmet tillräckligt bra. Hårdare behandlat trä fick en lägre vätbarhet än mildare behandlad. Men en försämrad vätbarhet är inte bara negativt utan det innebär även att träets dimensionsstabilitet förbättras. Träets fuktrörelser blir alltså inte lika stora vid klimatförändringar, något som också bevisades med sk klimattester. Utvärderingen resulterade även i vetskapen om att processvattnet från infärgningsmetoden är miljöfarligt och måste renas. Att rena vattnet är svårt då de miljöfarliga ämnena som det innehåller är lösta i vattnet, så för att kunna ta hand om reningsprocessen behöver Tarkett kunskap om olika reningsprocesser men även utrustning som kan kräva stora investeringar. Det är svårt att bedöma om infärgningsmetoden är användbar för Tarkett eller ej. Min rekommendation avgörs nämligen av vilket färgändring som Tarkett tycker är den mest tilltalande. Föredrar Tarkett den mörkaste erhållna färgen rekommenderar jag inte Tarkett att gå vidare med infärgningsmetoden eftersom ett så pass dåligt utbyte erhålls. Utbytet kan eventuellt förbättras men det måste i så fall undersökas närmare. Föredrar Tarkett däremot en ljusare färg som erhållits för andra försök är infärgningsmetoden värd att undersöka vidare. / This master thesis has been performed at Tarkett, a wood flooring company. The purpose was to evaluate a certain method that colors wood. The method treats wood in hot water for a certain time and at a certain temperature and the result was said to be a darker color. The objective was that the two nordic wood species birch and beech should get a darker color that reminds of exotic wood species. First a theoretical evaluation was performed to get an understanding of what happens in the wood during this treatment. Then at practical evaluation was performed according to a method called multiple-factor-method. The result of the work is the knowledge that the wood do get a darker color by treating it with this method. The color change depends mostly of the temperature but also of the time, since these factors interact. The method is repeatable, which means that the color achieved at certain parameters is constant, and the color is also resistant. But, the method have negative affects on the wood. When dried some slats receive cracks or become skew. The exchange depends mostly on how tough the treatment is, according to temperature. A good exchange demand low temperatures at 100 C. Other negative affects are the ability to get wet and the strength. A worse ability to get wet also means a worse ability to glue. But a worsened ability to wet is not only negative since it also means that the dimensional stability is better. The shrinkage and swelling does not get that big when changes in the climate occur and this was also shown by so called climate tests. The evaluation also resulted in the knowledge that the wastewater isn’t environmentally friendly and therefore has to be purified. It is difficult to purify the wastewater since the substances are solved in the water so to handle the purification Tarkett need to have the knowledge of certain purifying processes as well as equipment that may demand large investments. It is difficult to judge whether the method is useful for Tarkett or not since my recommendation is a matter of which color change that Tarkett finds the most appealing. Does Tarkett prefer the darkest color achieved then I do not recommend Tarkett to use this method since you get such a bad exchange. The exchange might somehow be improved but that has to be investigated. On the other hand if Tarkett does prefer a lighter color, that has been achieved at other test, then I do think that the method is worth further investigations.

Wood inhabiting fungi oposes a great problem for preservation of wooden surfaces everywhere, being the main problem of economic losses of wooden products. A reference collection consisting of 9 different genus constituting of 21 different strains of wood-inhabiting fungi was used for identification of unknown species of mould and blue stain fungi on wood. The fungus DNA from the samples was isolated from malt extract agar. PCR (Polymerase Chain Reaction) was conducted on rDNA ITS1 and ITS2 regions for amplification of the DNA. The 21 samples were collected to a reference collection for identification of unknown species of fungi on wooden field samples using PCR and T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism). PCR-based methods, sequencing and T-RFLP were proven to be simple and accurate methods for detection and identification of fungi in their early stage.

This study investigate water uptake in six different species of hardwood in tangential and radial section. Alder (Alnus glutinosa) and beech (Fagus sylvatika) represent semi-diffuse-porous hardwoods. Aspen (Popolus tremula) and birch (Betula pubescens) represent diffuse-porous group; oak (Quercus robur) and ash (Fraxinus excelsior) the ring-porous hardwoods. Spruce (Picea abies) was used as a reference sample. Significantly higher water uptake was observed in the diffuse-porous and the semi-diffuse-porous group. Water uptake varied among the species, nevertheless tangential section was more permeable in general. Any impact of density or annual rings width on water uptake was observed. Correlation between ratio of earlywood and latewood and water uptake in dependence on hardwood group was found out. Ring-porous species had low rate of earlywood and low water uptake, whereas diffuse-porous and semi-diffuse-porous hardwoods had high rate of earlywood and high water uptake. Relation between water uptake and microstructure of wood was observed.

<p>This study investigate water uptake in six different species of hardwood in tangential and radial section. Alder (Alnus glutinosa) and beech (Fagus sylvatika) represent semi-diffuse-porous hardwoods. Aspen (Popolus tremula) and birch (Betula pubescens) represent diffuse-porous group; oak (Quercus robur) and ash (Fraxinus excelsior) the ring-porous hardwoods. Spruce (Picea abies) was used as a reference sample.</p><p>Significantly higher water uptake was observed in the diffuse-porous and the semi-diffuse-porous group. Water uptake varied among the species, nevertheless tangential section was more permeable in general. Any impact of density or annual rings width on water uptake was observed. Correlation between ratio of earlywood and latewood and water uptake in dependence on hardwood group was found out. Ring-porous species had low rate of earlywood and low water uptake, whereas diffuse-porous and semi-diffuse-porous hardwoods had high rate of earlywood and high water uptake. Relation between water uptake and microstructure of wood was observed.</p>

This study was conducted to examine the availability of certified timber products in the consumer market in Hong Kong and the popularity of FSC timber products in the Hong Kong consumer market. Consumers’ level of environmental friendliness; their view of the use of timber to the environment; the factors affecting their choice of timber for household renovation; their awareness on the term “FSC” and the kind of FSC products they are aware of; consumers’ willingness-to-pay (WTP) and WTP premium level for FSC products in Hong Kong, are studied. Moreover, the effectiveness of various kinds of marketing and promotion techniques FSC could adopt in Hong Kong, are reviewed. Site investigations to the “renovation streets” in Wanchai and Mongkok were carried out and it is found that a high percentage of wooden floorings shops (79% in Wanchai and 77% in Mongkok) carry products with the timber certification logos (FSC and/or PEFC). Despite this significant percentage of shops carrying products with the timber certification logos, it is also found that there is generally a lack of awareness amongst the shopkeepers on the FSC labels/logos that are shown on their products. For the online questionnaire survey, a total of 146 questionnaires werecollected and the study revealed that 25% of the respondents areaware of the term “FSC”. While 80% of the participants thought that the use of timber products for flooring and furniture for household renovation have an adverse impact to the natural environment, the impact to the environment is not the main factor that will affect people's purchase decision. The majority of respondents (68%) indicated that they “Only generally aware of the term ‘FSC timber products’ or equivalent terms” and FSC paper is the major kind of FSC products they have heard of. For the WTP for a premium for FSC timber products, 47% of the respondents agree with a premium; the majority of respondents (72%) opted for a 0-10% WTP premium with a mean premium WTP level of 9.06%. Based on the literature review and study, it could be concluded that the awareness of the FSC certifications, together with the availability of FSC certified timber products in the consumer market, are the keys to create market demand for FSC products. And it could be done via efforts from environmental NGOs by persuading businesses to choose certified timber products and educating consumers to raise their awareness of FSC products. Together with efforts from FSC to be more proactive via online media as well as creating new labels for retailers, it is hoped that the popularity of FSC products in Hong Kong could be enhanced. / published_or_final_version / Environmental Management / Master / Master of Science in Environmental Management

Transportation costs of commercial forestry farms in South Africa are generally very high, causing great economic concern. The current roads of the majority of commercial farms, used to transport timber from the compartments to the market (mill), form part of a 'cob-web', high density network. In order to optimise transportation, it is beneficial to eradicate such a high density of road, achieved by adopting the most effective methods and technology. Such methods include that of Route Network Analysis (RNA) which designs a minimalist, yet cost-effective road pattern of a forestry farm. The aim of the study was to determine what data are required to optimise economic and timber transportation, based on the commercial forestry farm of Ntonjaneni, located in Zululand, KwaZulu-Natal. Route Network Analysis, which incorporates Geographical Information Systems (GIS) in addition to the current information pertaining to a network, was applied to the Ntonjaneni Farm. The existing data consisted of cadastral shapefile data containing relative attribute data, as well as Digital Elevation Models (DEMs), which were manipulated in order to create a realistic spatial representation of the farm's current transportation network. In addition, the development of project management guidelines to assist the efficient implementation and completion of the analysis was undertaken. The most ideal route from the plantations to the mill was created, avoiding the environmentally buffered rivers and those slopes which were too steep. As a result, the network was greatly improved. The irrelevant roads were removed, and replaced with a less dense route for timber transportation. The results of the RNA reveal that RNA, completed by the project management guidelines, is an effective and environmentally sound means of optimising commercial forestry transportation. However, data relating to the rivers and road slope need to be updated in order for RNA to be effectively performed during future studies. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2005.