The world has to change its energy and climate policy to guarantee the future of earth. The need of finding new solutions to address energy needs is vital. More than 80 percent of the population in Zambia relies on charcoal as a primary source of energy. The deforestation that follows with this solution is not sustainable.The speed of deforestation in Zambia is one of the highest in the world. The combustion of charcoal develops smoke that causes negative health effects. More people die of injuries related to smoke inhalation than of malaria, tuberculosis and HIV/AIDS all together.Emerging Cooking Solutions (ECS) is working to replace the charcoal with the more efficient fuel pellet. Pellets are made out of residue and has a high energy value. By substituting the use of charcoal with the use pellets the rate of deforestation will diminish. The combustion occurs in stoves that reduces the smoke development and don’t harm the public health.This study aims to provide more knowledge of the materials that could be used for pelleting, which could be helpful to ECS and other companies and contribute with information for future decision making. To make a pellet you need to reduce the particle size and then compress the material into the cylindrical rods. By reducing the particle size energy is required in the form of mills or other decomposition processes. The goal is to minimize the energy required to break the materials down, since a high use of energy is associatedwith higher costs.This study examines the quality in pellets when changing the particle size. Four materials with hard shell characteristics were examined with three different particle sizes and two different forces. The pellets were tested for their density, hardness and energy consumption when pelletized. A single pellet press, located at Karlstad University, was used for the experiment. A summary of previous studies was made to study the structure of the material and to evaluate possible characteristics between properties and set of lignin, cellulose and hemicellulose. Moisture and temperature were constant under the elaborations.The results of the study showed that Cashew nut residue, Hazelnut shells, olive kernels and Pongamia shell had possibility to generate a pellet. Variation in quality between material structure and particle-size were observed.Pongamia shells were able to withstand the highest pressure in the tests. The materials showed a relationship between hemicelose, density and hardness, but will require further reports to compile a synthesis. No trend could be observed for energy use in varying the particle sizes of the material.Hazelnut shells acted differently from the other materials when being pressed out of the single pellet press. Were the friction energy varied big for the specific pellet production. The energy curve was uneven compared to the other materials. The other curves acted more even. Observations will need more studies to examine why the material behaved like this.All materials showed lower quality in hardness when the particle size increased. Two out of four materials would not make a pellet for the two larger particle sizes. The study confirms the hypothesis that smaller particle size is required to generate pellets. / Världens klimatpolitik behöver förändras för att kunna skapa en hållbar infrastruktur och garantera jordens framtid. Behovet av att hitta effektiva energilösningar för att bemöta energiefterfrågan är viktigare än någonsin. I Zambia använder sig mer än 80 procent av träkol som primär energikälla. Avskogningen som sker för att tillgodose landet med energi är inte hållbar. Skövlingen har lett till att landets avskogningshastigheter är en av de högsta i världen. Förbränningen av träkol medföljer rökutveckling som skadar hälsan. Konsekvenserna av röken medför fler dödsfall malaria, tuberkulos och HIV/AIDS tillsammans.Emerging Cooking Solutions (ECS) arbetar med att ersätta träkolet i Zambia med den mer effektiva bränslepelleten. Ersättningen kommer minska efterfrågan på träkolen och därmed minska avskogningshastigheten. Förbränningen av pelleten sker i kaminer som minskar hälsofaran som röken utgör.Studien ämnas att dels utöka kunskapen om material som skulle kunna användas för pelletering. Vilketskulle kunna utveckla ESC och andra företag och assistera vid framtida projekt och beslutsfattandet. En pellets tillverkas genom att sönderdela material till små partiklar och sedan komprimera materialet till cylinderformade stavar. Dessa stavar har högt energiinnehåll på liten volym. För att minska partikelstorlek krävs energi, i form av kvarnar eller andra sönderdelningsprocesser. Den energi som krävs för sönderdelning vill man undvika i möjligaste mån då den kan resultera i eventuella extra kostnader bland annat.I denna studie undersökts hur kvaliteten i pellet förändras vid förändring av partikelstorleken. Fyra material, med hårt skal med tre olika partikelstorlekar och två olika presskrafter användes. De tillverkade pelletsen kvalitetstestades utefter densitet, hårdhet och energianvändning vid pelletering. En enpetarpress på Karlstads Universitet användes för att göra pelletsen. En sammanställning av tidigare studier gjordes för att undersöka materieluppbyggnaden och utvärdera eventuella samband mellan egenskaper och uppsättning lignin, cellulosa och hemicellulosa av materialet. Övriga faktorer som hölls konstanta var fukthalt och temperatur bland annat.Resultatet av studien påvisade att Cashewnötrester, Hasselnötsskal, Olivkärnor och Pongamia skal hade förutsättningar för att pelleteras.Pongamia skal klarade av högst tryck vid hårhetstester och innehöll störst andel hemicellulosa av materialen som testades. Samband mellan hemicellulosa, densitet och hårdhet lades märke till men kräver vidare studier för att sammanställa en syntes. Ingen trend kunde iakttas för energianvändningen vid variation av partikelstorlekar av materialet.Hasselnötsskal reagerade annorlunda än de andra materialen vid utpressning från enpetarpressen. Där friktionsenergin varierade kraftigt för den enskilda pelletstillverkningen. Enerigkurvan var ojämn och vågig jämfört med de andra materialen som pressades ut med en betydligt jämnare kurva. Observationen behöver vidare studier för att öka kunskapen om varför materialet reagerade så.Samtliga material påvisade försämrad hårdhetskvalitet vid större partikelstorlekar. Två av fyra material utgjorde en pellet vid alla partikelstorlekar. Olivkärnor och Hasselnötsskalen föll sönder vid de två större partikelstorlekarna. Studien bekräftar hypotesen av att mindre partikelstorlek krävs för att tillverka pellets.

Biobränslen utgör 25% av Sveriges energitillförsel och majoriteten av dessa är träbaserade. Träpellets är ett biobränsle och i Sverige producerades 1,6 miljoner ton pellets 2018. Egenskaper hos pellets så som hållbarhet och energiåtgång för produktion testas ofta i en singelpelletspress. Då den totala energianvändningen för att pressa en pellet i en industriskalig matris innefattar tre energikrävande delmoment; komprimering, friktion och strömning. Strömning är då material som ligger över ytorna mellan presskanalerna, klacken, komprimeras och flytts ner mot konorna, samt då materialet som befinner sig i en kona deformeras när det trycks ner i presskanalen. Pelletering i en konventionell singelpelletspress innefattar enbart komprimering och friktion. Denna studie har fokuserat på att undersöka strömningsmomentets inverkan på den totala energianvändningen. För att undersöka detta har komprimeringsenergi, friktionsenergi, strömningsenergi samt den kraft som krävs för att strömningsmomentet ska påbörjas, Fflow, undersökts för 3 olika partikelstorlekar. Färsk gran med en fukthalt på 10% har pressats i olika matriser. Detta för att bestämma strömningens inverkan på den totala energianvändningen samt hur stor inverkan pressning av material som befinner sig runt inströmningskonan, på klacken, till presskanalen har på den totala energianvändningen. Partikelstorleken påverkar inte energianvändningen. Fflow var högre för tester i matris med klack jämfört med tester i matris utan klack. Detta ledde till att även komprimeringsenergin ökade. Materialet kring konöppningen påverkade pressningen så att den producerade pelleten blev 1 mm kortare, vilket gav en lägre friktionsenergi för dessa tester. Strömningsenergin stod för 43–57% av den totala energianvändningen. Energin som krävdes för den delen av strömningen där material runt inströmningskonan pressas stod för 35–52% av den totala energianvändningen. / Biofuels make up 25% of Sweden’s energy supply and the majority of biofuels used are made from wood. Wood pellets is one type of biofuel and in Sweden, 1.6 million tonnes of wood pellets were produced in 2018. Different pellet properties such as durability and energy use for production is often tested in a single pellet press. The total energy use for making a pellet in an industrial scale machine is the sum of the energy required for three different component sequences, compression, friction and flow. Flow is when the material that lies on the surfaces between the press channel openings is compressed and pushed downwards towards the coned openings and the materiel in the coned opening is deformed and pushed down to the press channel. Only compression and friction can be studied using a conventional single pellet press. Thus, this study focuses on the impact of the flow component on the total energy use for pelletizing. In order to do this, energy used for compression, friction and flow, as well as the power required for the material to enter the flow component, Fflow, has been studied for three different particle sizes. Fresh spruce with a moisture content of 10% has been pressed in different dies. With these pressings, the impact of the flow component, as well as the impact of pressing material located around the coned press channel opening on the total energy use was determined. Particle size did not affect energy use. Fflow was higher for pressings with material located on the surface around the coned opening, compared to pressings without. This resulted in an increased compression energy for pressings with material around the coned opening. The material located around the press channel opening affected the pelletizing so that the produced pellet was 1 mm shorter, which resulted in a lower energy use for the friction component. Energy used by the flow component made up over 43-57% of the total energy use. The part of the flow energy that is needed to compress the material around the press channel opening and move that material towards the opening stood for 35-52% of the total energy use for palletization.

Det vatten som avrinner från hårdgjorda ytor, så kallat dagvatten, innehåller ofta en mängd olika föroreningar, så som tungmetaller och näringsämnen, som kan göra stor skada om vattnet inte renas innan det når recipienten. Ett vanligt sätt att rena detta vatten är genom öppna system, som dammar och våtmarker, eftersom de fungerar både som flödesutjämnare och som sedimentationsmagasin. I Steningedalen, Märsta, finns en dagvattenanläggning med dammar och översilningsytor, vars syfte är att rena dagvatten från ett avrinningsområde på ca 7200 ha. Vattnet leds till dammarna via en dagvattentunnel vars primära syfte var att leda vattnet förbi Märsta centrum. Tunneln är ca 3100 m lång, sprängd och delvis i betong, och har ett skibord installerat i tunnelmynningen med syfte att skapa ett sedimentationsmagasin samt att vid höga flöden leda vattnet förbi dammarna direkt till Märstaån. I denna studie har reningseffekten av denna dagvattentunnel utretts. Detta har gjorts genom provtagning av vattnet i två punkter i tunneln, den ena belägen ca 1 km uppströms tunnelmynningen och den andra i tunnelmynningen. Analyser med avseende på tungmetallerna bly, kadmium, krom, koppar, nickel och zink samt näringsämnet fosfor har därefter genomförts. Även halten suspenderat material och vattnets partikelstorleksfördelning har undersökts. För att komplettera vattenanalyserna har även tungmetall- och fosforhalten i sedimenten vid provpunkterna analyserats och sedimentmäktigheten mätts. Resultaten av vatten- och sedimentprovtagningen visar bland annat att halterna av tungmetaller i vattnet generellt är relativt höga. Speciellt zink återfinns i höga halter både i vattnet och i sedimenten och överskrider det av Naturvårdsverket uppsatta gränsvärdet för lösta halter i vatten. Vidare är fosforhalterna, enligt Naturvårdsverkets klassning för sjöar och vattendrag, extremt höga vid högt flöde och höga vid lågt flöde i tunneln.  Resultaten av filtreringsanalyserna visar på att partikelstorleken i vattnet är generellt mycket liten, vilket innebär att andelen partiklar som är stora nog att sedimentera också är mycket liten. Sedimentmäktigheten är dock högre i slutet av tunneln, vilket visar att sedimentationen ökar med ett minskat avstånd till tunnelmynningen. Detta beror sannolikt på att det installerade dämmet leder till en minskad vattenhastighet genom en ökning i tvärsnittsarea, vilket i sin tur leder till förbättrade förutsättningar för sedimentation. Resultaten visar vidare att halterna av tungmetaller och fosfor i dagvattnet inte skiljer sig avsevärt mellan provpunkterna vid lågt flöde i tunneln. Vid högt flöde är halten av tungmetaller och fosfor dock lägre vid tunnelmynningen jämfört med den övre provtagningspunkten, vilket tyder på att det sker en viss avskiljning i tunneln, sannolikt genom sedimentation av partikelbundna föroreningar. Därmed dras slutsatsen att tunnelns senare del uppvisar en god avskiljning av föroreningar vid ett relativt högt flöde, men att avskiljningseffekten minskar vid lägre flöden, vilket kan förklaras genom att partiklarna i vattnet generellt är mycket små men att både mängden partiklar och partikelstorleksfördelningen ökar vid högre flöden. / Stormwater often contains a variety of pollutants such as heavy metals and nutrients that can cause great damage if the water is not treated before it reaches the recipient. A common way to decontaminate this water is through open systems such as ponds and wetlands since they both act as a sedimentation tank and also create a more steady flow. In Steningedalen, Märsta, there is a constructed wetland system designed to clean stormwater from a catchment of about 7200 ha. The water is channeled to the ponds via a stormwater tunnel whose primary purpose was to carry water past the center of Märsta village. The tunnel is about 3100 m long, partially in concrete, and has a weir installed in the end of the tunnel. The purpose of the weir is partly to create a sedimentation basin and partly to channel water past the wetland system when high flows occur. In this study, the treatment effect of this stormwater tunnel is investigated. This has been carried out by sampling the water at two points, one about 1 km away from the end of the tunnel, and the other at the end of the tunnel, with subsequent analysis for the heavy metals lead, copper, cadmium, chrome, nickel and zinc as well as the nutrient phosphorus. Also, the concentration of suspended matter and the particle size distribution of the stormwater has been investigated. To supplement the water analysis, heavy metals and phosphorus in the sediments were analysed and thickness of the sediment was also measured. The result of the water and sediment sampling shows that the levels of heavy metals in the water are generally relatively high. Zinc in particular, is found at high concentrations both in water and in sediments and exceeds the Environmental Protection Agency’s limit. Phosphorus levels are also, according to the Environmental Protection Agency's classification of lakes and streams, extremely high at high flow rates and high at low flow rates in the tunnel. The results also show that the concentrations of heavy metals and phosphorus in surface waters do not differ significantly between the sampling points at low flow rates in the tunnel. At high flow rates, however, a reduced level of both heavy metals and phosphorus was detected in the end of the tunnel, which indicates that the level of these pollutants decreases with distance from the inlet due to sedimentation in the tunnel. Sediment thickness is greater at the end of the tunnel, which indicates that sedimentation increases towards the outlet of the tunnel which most likely is due to fact that the installed weir slows down the flow rates and creates a sedimentation basin. However, the results of the particle size distribution analysis show that the fraction of particles large enough to settle is very small. Thus it is concluded that the later part of the tunnel shows a relatively good separation capability at high flow rates, but the separation effect is reduced at lower flow rates, which can be explained by the small size of the particles in the water.

<p>Våtmarker som anläggs på jordbruksmark kan förhindra att fosfor från åkrarna når sjöar och vattendrag och hjälper därmed till att minska övergödningen. Det är viktigt att utforma våt-marken på ett sådant sätt att så mycket som möjligt av den biotillgängliga fosforn hålls kvar. Syftet med studien var att undersöka om det finns ett positivt samband mellan lerinnehåll och fosfors biotillgänglighet i en anlagd våtmarks sediment. Syftet var även att undersöka om partikelstorleken minskar gradvis med avståndet från inloppet, det vill säga om mer lera sedimenterar närmare utloppet. Prover togs längs tre transekter från sedimentet i en våtmark i västra Östergötland och fosfor- samt partikelstorleksanalyser gjordes. Genom extraktion med ammoniumklorid (NH4Cl) kunde lättillgänglig fosfor bestämmas. Partikelstorleksanalysen gjordes med en modifierad pipettmetod, baserad på att större partiklar sedimenterar fortare än mindre partiklar. Regressionsanalys visade att partikelstorleken minskade signifikant från inlopp till utlopp i våtmarken. Däremot hittades inte några signifikanta samband mellan partikelstorlek och lättillgänglig fosfor eller totalfosfor, i motsats till resultat i andra studier. Halterna av både lera och olika fosforfraktioner i sedimentet var relativt låga och likartade vid olika provpunkter i våtmarken vilket kan ha påverkat resultaten.</p>

Våtmarker som anläggs på jordbruksmark kan förhindra att fosfor från åkrarna når sjöar och vattendrag och hjälper därmed till att minska övergödningen. Det är viktigt att utforma våt-marken på ett sådant sätt att så mycket som möjligt av den biotillgängliga fosforn hålls kvar. Syftet med studien var att undersöka om det finns ett positivt samband mellan lerinnehåll och fosfors biotillgänglighet i en anlagd våtmarks sediment. Syftet var även att undersöka om partikelstorleken minskar gradvis med avståndet från inloppet, det vill säga om mer lera sedimenterar närmare utloppet. Prover togs längs tre transekter från sedimentet i en våtmark i västra Östergötland och fosfor- samt partikelstorleksanalyser gjordes. Genom extraktion med ammoniumklorid (NH4Cl) kunde lättillgänglig fosfor bestämmas. Partikelstorleksanalysen gjordes med en modifierad pipettmetod, baserad på att större partiklar sedimenterar fortare än mindre partiklar. Regressionsanalys visade att partikelstorleken minskade signifikant från inlopp till utlopp i våtmarken. Däremot hittades inte några signifikanta samband mellan partikelstorlek och lättillgänglig fosfor eller totalfosfor, i motsats till resultat i andra studier. Halterna av både lera och olika fosforfraktioner i sedimentet var relativt låga och likartade vid olika provpunkter i våtmarken vilket kan ha påverkat resultaten.

No description available.

I detta examensarbete utforskas påverkan av partikelstorleken hos Pt-katalysatorer på kolbärare på syrereduktionen i polymerelektrolytmembran (PEM)-bränsleceller. Den elektrokemiskt aktiva ytarean, aktiviteten för syrereduktion och tillhörande degraderingshastigheter för de undersökta katalysatorerna beräknas och jämförs. Experimenten utfördes med hjälp av en metod som kallas ”roterande skivelektrod med tunn film” i en syra-vatten-lösning. Den katalytiska aktiviteten beräknades med Koutecky-Levichs ekvation. Resultaten visar att filmkvaliteten är avgörande för att kunna göra en bedömning av syrereduktionssaktiviteten. En homogen distribution av Pt-nanopartiklar är nödvändig för att få en korrekt och pålitlig katalytisk aktivitet. Vidare utvecklas en metodik för utvärdering av filmkvaliteten baserad på den diffusionsbegränsade strömtätheten och på potentialen vid halva topphöjden. Mätningen av syrereduktionsaktiviteten genomfördes enbart med prov vars filmkvalitet godkändes med avseende på denna metodik och den erhållna aktiviteten jämfördes vid 0.9 V vs. RHE. De undersökta katalysatorerna uppvisar snarlik aktivitet för syrereduktionsreaktionen, vilket överensstämmer med att också de uppmätta elektrokemiskt aktiva ytareorna för de olika katalysatorerna är snarlika. Förlusten av elektrokemiskt aktiv ytarea visar sig vara beroende av partikelstorleken och mindre partiklar uppvisar en högre degraderingshastighet. Rapporten avslutas med en diskussion om avvikelserna från tidigare studier och möjligheter för vidare studier. / In this thesis, the particle size effect of carbon-supported Pt catalysts on the oxygen reduction reaction in polymer electrolyte membrane fuel cells is studied. The electrochemically active surface area and the oxygen reduction reaction activities and the associated degradation rate of the investigated carbon-supported Pt catalysts are computed and compared. The experiments were conducted by a method called thin-film rotating disk electrode in an aqueous acid solution, and the catalytic activity was computed using the Koutecky-Levich equation. The results show that thin-film quality is crucial in the oxygen reduction reaction activity measurement. A homogeneous distribution of Pt nanoparticles is necessary for obtaining correct and reliable catalytic activities. Furthermore, in this thesis, a methodology based on the diffusion-limited current density and the half-wave potential for thin-film quality evaluation is developed. The oxygen reduction reaction activity measurement was only applied to samples with good film quality, and the obtained activity results were compared at 0.9 V vs. RHE. The investigated carbon-supported Pt catalysts display similar oxygen reduction reaction activities, due to the fact that the measured electrochemically active surface area results for the particle sizes are similar. The degradation rate was studied in a platinum dissolution test and the results show a particle size-dependent electrochemically active surface area loss. Smaller particles show a faster and larger degradation rate. At the end of the thesis, deviations in this work from existing work are discussed, and possibilities for future work are presented.

Koldioxidutsläpp (CO2) från energiproduktionsindustrin och transportsektorn globalt påverkar miljön negativt. Länder har enats om att minska utsläppen för att nå målet om en genomsnittlig temperaturökning på 1,5 °C till 2030. Trots detta förväntas de globala utsläppen av CO2 från fossila bränslen och industriella processer vara cirka 40 Gton per år fram till 2100. För att dra nytta av CO2-utsläppen och skapa värdefulla produkter med negativa utsläpp är mineralkarbonatisering en önskvärd process. Denna process innebär att CO2 och mineraler löses upp i en alkalisk lösning och bildar stabila produkter. Faktorer som partikelstorlek hos mineralerna och CO2-lösningshastigheten påverkar mineralkarbonatiseringens hastighet. Experiment utfördes med en batchreaktor från Paebbl AB och en matematisk modell utvecklades i Matlab. Resultaten jämfördes för olika partikelstorlekar i tre motståndsfall. Större partikelstorlek hos olivin visade sig öka tiden för total konvertering, oavsett motståndstyp. De modellerade motstånden beskrev inte tillräckligt processen och indikerade att alla tre motstånd har en samtidig och enhetlig effekt på olivinmineralisering, utöver eventuella begränsningar som föroreningar och biprodukter. Mineraliseringsexperiment med 20 μm partiklar under en timme gav 34,4% omvandling, medan 10 μm partiklar under två timmar gav 46,7% omvandling. En inledande undersökning av massöverföringsbegränsningar visade att CO2-lösningshastigheten inte är den begränsande faktorn, utan lägre omrörningshastigheter och beteendet hos (CO2 + olivin)-systemet behöver ytterligare studeras. Framtida forskning bör fokusera på att lösa dessa begränsningar. / Carbon dioxide (CO2) emissions from the energy production industry and the transportation sector globally negatively affect the environment. A prominent example is the interconnection of carbon with the greenhouse effect. Countries have agreed to mitigate their emissions and try to fulfill the target of 1.5 oC average temperature increase by 2030, but in order to do so the global emissions of CO2 from fossil fuels and industrial processes will still lead up to the astonishing amount of 40 Gtons of CO2 each year until 2100.  It is apparent that processes that try to take advantage of the emitted CO2 creating valuable products with negative emissions are highly desired. One of these is mineral carbonation, where CO2 and minerals dissolve in an alkaline solution and form stable products. Many factors affect the rate at which mineral carbonation happens. The effect of the particle size of the mineral in the process will be investigated, along the CO2 dissolution rate through the overall gas-liquid mass transfer coefficient (kLa), in order to get a better understanding of the process. Experiments were conducted with a batch reactor provided by Paebbl AB and a mathematical model was developed in Matlab. The experimental and numerical results, in regards to the particle size, were then compared for the cases of three resistances. This model can be developed further for use in a continuous mineralization process. The results revealed that increasing the particle size of olivine leads to a significant increase in the time required for total conversion, irrespective of the resistance type. The modelled resistances were found to inadequately describe the process, suggesting a simultaneous and uniform effect of all three resistances on olivine mineralization, in addition to the effect of other possible limitations such as impurities and by-products. Mineralization experiments with 20μm particles and a duration of 1 hour led to 34.4% conversion, whereas experiments with 10μm particles and a duration of 2 hours resulted in 46.7% conversion. Finally, the initial investigation of the mass transfer limitations in a system of CO2 and water led to an average kLa coefficient of 191 h-1, suggesting that the CO2 dissolution rate is not the limiting factor. However, the impact of lower stirring rates remains unexplored due to the absence of appropriate instrumentation and the behaviour of the (CO2 + olivine) system should also be studied. Future research should aim to address these limitations.