The research in this paper aims to producing a home version machine that can dry and make biological waste into compact pellets. This product is made primarily for those who want to improve the environment and reduce the energy consuming process of separating the biological leftovers from other waste in the large processing plants and save money due to reduced pickups of waste. Since there is no commercially available product that does what we want to achieve we had to start from the beginning with both the design and the mechanical aspects. The result is a machine, that fits in our homes, and in an easy and inexpensive way reduces the amount of biological waste that needs to be collected by the public waste transportation system. This is done without reducing any of the energy in the waste and it can still be used to compost or by large-scale plants that use the waste to make electricity. The last aspect of drying the waste is that it stops bacteria growth; hence there will be no smell or decomposing.

I takt med att jordens befolkning ökar så ökar även efterfrågan på mat. För att odla mat i så stora mängder som krävs så behövs gödningsmedel. Ett viktigt ämne i gödningsmedel är kväve. Ett annat viktigt ämne i gödningsmedel är grundämnet fosfor, vilket inte går att skapa utan finns redan som en begränsad och bestämd mängd i naturen. För att tillverka konstgödsel behövs alltså fosfor, och ett sätt att ta fram fosfor är att bryta det ur gruvor. Detta har gjort att tillgången på fosfor senaste åren har minskat samtidigt som efterfrågan på ämnet har ökat i takt med befolkningsökningen. Därför har priset på fosfor börjat stiga vilket resulterat i att metoder för att återanvända fosfor börjat undersökas allt mer.   Kaffe är en mycket viktig handelsvara i världen och kaffekonsumtionen är idag stor. Stora mängder kaffe omsätts varje dag i kafferosterier, men mellan rostningsprocessen och slutprodukt ut till kund uppstår en större mängd kaffespill som inte fullt ut kan återanvändas utan går direkt till förbränning. Ett av Sveriges största kafferosterier är Löfbergs AB och ca 9,56 ton kaffe går till spillo från deras produktion i Karlstad varje år.   Kaffe innehåller bland annat fosfor men även näringsämnena kväve och kalium. Dessa tre ämnen (NPK) utgör grundstenarna i konstgödsel och är därmed mycket viktiga ämnen inom odling.   Denna studie ämnar undersöka om kaffe kan utgöra ett substitut till konstgjord växtnäring, vilket då även innebär ett nytt sätt att återvinna fosfor. För att undersöka detta har näringsinnehållet i kaffet analyserats, vilket påvisade att det finns tillräcklig mängd kväve, fosfor och kalium i kaffe för att kunna användas vid odling. Därmed kan alltså kaffe utgöra substitut till konstgjord växtnäring, och en mer utvecklad och förbättrad avfallshantering hos kafferosterier skulle kunna vara ett nytt sätt att återvinna fosfor.   Då resultatet visar att kaffe innehåller de ämnen som krävs för att utgöra substitut till konstgödning ämnar studien därefter att undersöka i vilken form kaffe bäst kan utgöra detta substitut i. Pressat kaffe i kaffetabletter skulle kunna underlätta både dosering och paketering, och därför undersöktes det om det är möjligt att pressa kaffe till sådana tabletter. En hydraul-press användes för pressningsförsöken och 14 pressningsförsök gjordes. Resultatet visade att det går att pressa kaffepulver till tabletter om det tillsätts bindemedel, vilket i denna undersökning utgjordes av vatten. För att få en kaffetablett att hålla formen och ej falla isär krävs dock, förutom bindemedel, att mängden kaffepulver som pressas ihop är mindre än 25 gram.   Det undersöktes även om kaffe i andra former, som kaffepulver och kaffesump, kunde fungera som gödning. Tillsammans med torv och de olika formerna av kaffe, i doserna 10, 30 och 50 gram kaffe, planterades havrefrön i plastkrukor där de fick växa under 4 veckors tid. Resultatet visade att den optimala dosen kaffe att plantera med är 10 gram och att plantera med kaffetabletter gav bättre utfall än att plantera med övriga kaffeformer som tillsats.

Världens förlitande på fossila bränslen måste minska för att förhindra en global uppvärmning, vilket kan orsaka negativa effekter på vår miljö. En åtgärd för att hjälpa oss på denna väg är en ökad användning av biobränslen. För att få en effektiv energiutvinning från biobränsle används pelletering för att höja densiteten på biomassan. Industriell pelletering består utav flera processer: Torkning, malning, uppfuktning, uppvärmning, och slutligen pelletering.  Vid pelletering av biomassa består totalenergin (Wtot) utav tre delprocesser: Komprimering, flöde, och friktion. Komprimeringsenergin (Wkomp) mäter den vertikala kraften mot biomassan vid pelletering. Flödesenergin (Wflöde) mäter motståndet mot deformation när biomassan flödar in i presskanalen, denna deformation består utav en vertikal och radiell komprimering. Friktionsenergin (Wfrik) mäter motståndet från kontakt mellan pelletsen och matrisväggen.  Syftet med denna studie är att öka kunskapen om energianvändning vid de olika stegen i pelleteringsprocessen samt hitta ett samband mellan labbskalig pelletering (<20 kg/h) och kontinuerlig singelpelletering. Målet är att undersöka hur fukthalt och presslängd påverkar de olika delprocesser samt hur flödeskraften påverkas. Gran torkades, maldes och fuktades upp till en önskad fukthalt innan pelleteringstester. För denna studie användes tre typer av anläggningar vilket har syftet att undersöka de olika delprocesser vid pelletering. Den totala energin mäts med kontinuerlig singelpelletering, vilket innebär att ett lager biomassa komprimeras i en presskanal, varefter ett nytt lager komprimeras på det existerande lagret. Nya lager komprimeras succesivt tills flödeskraften har stabiliserats (den högsta uppmätte kraften under en pressning). För att mäta komprimering och friktion komprimeras ett gram pellets som sedan pressas ut ur presskanalen. Den sista anläggning var labbskalig pelletering, där friktion och flödeskraft kan mätas. Resultaten visar att presslängden hade en stor påverkan på alla delprocesser för kontinuerlig singelpelltering. En ökad presslängd leder till en ökad flödeskraft samt en ökad Wtot, Wkomp, Wfrik, och Wflöde. Fukthaltens påverkan på kontinuerlig singelpelletering var svagare. Det fanns inget samband mellan fukthalt och Wfrik. Det tydligaste sambandet fanns mellan fukthalt och komprimering, där en ökad fukthalt leder till en minskad Wkomp. Flödesenergin påverkades inte vid en fukthaltshöjning från 8% till 12%, men det blev en kraftig minskning vid en fukthaltshöjning från 12% till 16%. Flödeskraften stabiliserades aldrig vid 8% fukthalt. Flödeskraften stabiliserades vid både 12% och 16% fukthalt, varav 16% resulterade i ett lägre flödeskraftsbehov. Vid labbskalig pelletering ökade flödesenergin, flödeskraften, och friktionsenergin vid ökad fukthalt. Ett samband mellan kontinuerlig singelpelletering och labbskalig pelletering kunde inte hittas. / The world’s reliance on fossil fuels needs to be reduced to prevent global warming, which can have a negative effect on our environment. One way which can reduce our impact is to increase our usage of biofuels. Pelletisation is used to get an effective energy output from biofuels, since it increases the density of the biomass. Industrial pelletisation is consists of multiple processes: Drying, grinding, moisturising, heating, and lastly pelletising.  The total energy (Wtot) from pelletisation comes from three phases: Compression, flow, and friction. The compression-energy (Wkomp) measures the vertical force against the biomass when it is pelletised. The flow-energy (Wflöde) measures the resistance against deformation when the biomass enters the die-channel. This deformation is caused by radial and vertical compression. The friction-energy (Wfric) measures the resistance from the contact between the die-surface and pellet.  The purpose of this study is to increase the knowledge regarding energy usage from the pelletisation processes, and to find a correlation between laboratory scale (20 kg/h) and continuous single pelletisation. The goal of the study is to examine the impact moisture content and die-channel length has on the different phases, and how they impact the flow force.  Spruce dried, ground, and moisturised to a specific moisture content before pelletisation. Three applications were used, which purpose was to measure the different phases of pelletisation. The total energy is measure with continuous single-pelletisation, which means that you first compress a layer of biomass, which is followed by compressing another layer on top. New layers are then compressed until the flow-force has stabilised (the maximum force measured during a layer-compression). To measure compression and friction, a gram of biomass is compressed which is then pressed out of the die-channel. The last application was a laboratory scale press, where friction and flow-force can be measured.  The results showed that the length of the die-channel had a great impact on all phases when studying continuous single-pelletisation. An increase in the channel length increases Wtot, Wkomp, Wfrik, and Wflöde.  The moisture content’s effect on the phases were mixed. There was no correlation between moisture content and friction. The clearest correlation was between moisture content and compression. An increase in moisture content causes a lower Wkomp. The flow-energy was not affected when the moisture content was raised from 8% to 12%, but an increase from 12% to 16% reduced Wflöde greatly. The flow-force never stabilised when a moisture content of 8% was used. The flow-force stabilised at a moisture content level of 12% and 16%, whereof 16% resulted in a lower force required for stabilisation.  A correlation between continuous single-pelletisation and laboratory pelletisation were never found.

För att motverka global uppvärmning är det centralt att världen rör sig från fossila bränslen för energiproduktion och mot alternativa energiresurser som biobränslen. Industriella restprodukter – exempelvis sågspån – är ett bra alternativ för framställning av biobränslen då annars oanvändbara material kommer till användning. För att göra sådana material mer lätthanterliga komprimeras de ofta till pellets. Den globala pelletsmarknaden har ökat med ungefär 14 % årligen sedan 2010. Pelleteringsprocessen kan delas upp i tre faser: komprimering, strömning och friktion. Energianvändningen i pelleteringsprocessen går till komprimering av materialet; till att deformera materialet och överkomma det viskösa motståndet; och till att överkomma friktionen mellan materialet och presskanalväggarna. För att undersöka energianvändningen för pelletering på laboratorieskala används ofta singelpelletpressar. Syftet med den här studien är att öka kunskapen kring energianvändningen vid pelletering, med det huvudsakliga målet att vidareutveckla test- och beräkningsmetoder för att bestämma energianvändningen för att överkomma det viskösa motståndet i materialet vid pelletering i singelpelletpress. Materialet som pelleterades i studien var granspån. För att bestämma energianvändningen till att överkomma det viskösa motståndet i materialet etablerades ett jämviktssystem i singelpelletpressen, där presskraften stabiliserades med successiva pressningar – kallat kontinuerlig pelletering. Matrisuppställningen i singelpelletpressen inkluderade en kona, där materialet tvingas ner från en presskanal med en större diameter till en presskanal med en mindre diameter för att inkludera strömningsfasen. För att uppnå ett jämviktstillstånd kontrollerades friktionsmotståndskrafterna mot strömning av materialet genom att variera längden på den aktiva presskanalen (där det komprimerade materialet under konan har kontakt med presskanalväggen). Tillfället då strömning initierades undersöktes för att separera komprimeringsfasen från strömnings-/friktionsfasen. Separata komprimerings- och friktionsförsök gjordes för att subtrahera energianvändningen till komprimering och till att överkomma friktion från den totala energianvändningen – för att komma åt energianvändningen till att överkomma det viskösa motståndet. Jämviktstillståndet nåddes och kontinuerlig pelletering utfördes med en materialfukthalt på 17,5 % och en aktiv presskanallängd på 13 mm, där det högsta uppmätta presstrycket för varje successivt försök stabiliserades runt 154 MPa och pellets med densiteten 1200 kg/m3 producerades. Medelvärdet på trycket som krävdes för att initiera strömning blev 123 MPa. Den specifika energianvändningen som gick till att överkomma materialets viskösa motstånd blev 88 J/g material, vilket motsvarade 65 % av den totala energianvändningen. Motståndskrafterna mot presskraften från friktionen mellan pelleten och presskanalväggen ökade exponentiellt i förhållande till längden på pelleten i den aktiva presskanalen, vilket innebär svårigheter med att etablera önskade jämviktstillstånd genom en enbart teoretisk bestämning av den aktiva presskanallängden; experimentella försök behöver alltså göras.Den kontinuerliga pelleteringen i studien gjordes vid ett lägre presstryck än vid industriella processer för att inte överbelasta utrustningen. Densiteten för pelleten som tillverkades hamnade dock inom industriella intervall, vilket validerar metoden i studien. För att undersöka jämviktstillstånd vid högre presstryck kan längden på den aktiva presskanalen ökas. Metoden i studien förenklar vissa aspekter av kraftförhållanden och strömningens egenskaper. Vidare studier rekommenderas angående Poissoneffekten i konan, visköst motstånd i materialet i den aktiva presskanalen som konsekvens av en ojämn hastighetsprofil och en potentiell övergångsfas mellan komprimeringsfasen och strömnings-/friktionsfasen. Studien visar att kontinuerlig pelletering i singelpelletpress fungerar och för framtida studier på energianvändningen vid pelletering som använder singelpelletpressar rekommenderas att en uppsättning matriser med olika längder på den aktiva presskanalen konstrueras för att enkelt kunna upprätta ett jämviktstillstånd för kontinuerlig pelletering. Att andelen av den totala energianvändningen som gick till att överkomma det viskösa motståndet i materialet blev så hög belyser vikten av fortsatta studier kring det viskösa motståndet för att vidare kunna energieffektivisera pelleteringsprocessen.

Idag när den globala uppvärmningen är ett faktum behöver en omställning ske ifrån fossila energikällor till förnybara energikällor. Biomassa kan ersätta fossila bränslen såsom kol och olja vid förbränningsprocesser. Ett sätt att hantera biomassa är genom pelletering till pellets. Pellets produceras till största del av sågspån som är en rest ifrån sågverk. Ett problem för producenter av pellets idag är att det finns svårigheter med att pelletera sågspån av olika träslag eller färskhet i samma utrustning.En annan rest ifrån sågverk och annan trähantering är en mix av avbarkningsrester. Användningsområdet för denna mix av rester är idag begränsat och eldas för det mesta upp. Mixen kan på grund av sin kemiska komposition potentiellt användas som inblandning vid pelletering.Studien syftar till att lösa svårigheterna med att pelletera sågspån av olika färskhet genom att utöka kunskapen kring pelleteringsegenskaper hos avbarkningsrester. Det huvudsakliga målet med studien är att en blandning av lagrat furuspån och avbarkningsmixen ska kunna pelleteras i samma matris som färskt furuspån med en pelletskvalité som uppfyller 97,5% hållfasthet. Även pelletens hårdhet ska utvärderas i huvudmålet. Som delmål ska pelleteringsegenskaperna kompressionsenergi, backpressure och friktionsenergi kartläggas vid olika fukthalter hos mixen, mixens olika barksorter samt lagrat och färskt furuspån, dessutom ska studien utvärdera om backpressure och friktionsenergi fungerar som uppskalningsparametrar från singelpellet press till labbpress.Studien genomfördes i två delar där den första delen bestod i att pelletera furubark, björkbark, granbark, mix av avbarkningsrester, färskt furuspån och lagrat furuspån vid olika fukthalter i en enpetarpress. Under pelleteringen mättes kompressionsenergi, backpressure och friktionsenergi. I andra delen utformades två testmatriser utifrån första delens resultat som sen testades i en labbpress. Pelletskvalitén hos pressade pellets i båda delarna utvärderades genom att testa hållfasthet och hårdhet.Resultaten av studien visar att mixen av avbarkningsrester kan blandas med lagrat furuspån och pelleteras i samma matris som färskt furuspån. Enligt enpetartesterna hade mixen låg kompressionsenergi, backpressure och friktionsenergi i förhållande till mixens beståndsdelar separat. Enpetartesterna visade också att den största skillnaden mellan färskt och lagrat furuspån ligger i kompressionsenergin. Vidare studier rekommenderas där användandet av kompressionsenergi som uppskalningsparameter från enpetarpress undersöks. 30% inblandning av mix resulterade i 95,5% hållfasthet vilket var högre än vid 20 och 40% inblandning som hade 77,3% respektive 94,7%.Backpressure fungerade inte som en uppskalningsparameter mellan enpetarpress och labbpress. Friktionsenergi fungerade som en uppskalningsparameter i den här studien men behöver verifieras av vidare studier. Ingen av de testade blandningarna av avbarkningsrester och lagrat furuspån uppnådde hållfasthets kravet på 97,5% men de kunde pelleteras i samma matris som färskt furuspån. / Today, when global warming is a fact, a shift needs to take place from fossil-based energy sources towards renewable energy sources. Biomass can replace fossil fuels such as coal and oil in combustion processes. One way to handle biomass is by pelletizing it into pellets. Pellets are mostly produced from sawdust, which is a residue from sawmills. A problem for pellet producers today is that there are difficulties in pelletizing sawdust of different types of wood or age of sawdust in the same equipment.Another residue from sawmills and other wood handling is a mix of debarking residues. The area of use for this mix of residues is today limited and is most often burnt to produce heat. Due to its chemical composition, the mix can potentially be used as an additive when pelletizing.The study aims to solve the difficulties of pelletizing sawdust of different freshness by expanding the knowledge about pelletizing properties of debarking residues. The main goal of the study is that a mixture of stored pine shavings and the debarking mix should be able to be pelletized in the same matrix as fresh pine shavings with a pellet quality that meets 97.5% strength. The hardness of the pellet will also be evaluated in the main target. As a sub-goal, the pelletizing properties compression energy, backpressure and friction energy will be mapped at different moisture contents of the mix, the mix's different bark types and stored and fresh pine shavings, in addition the study will evaluate whether backpressure and friction energy function as upscaling parameters from single pellet press to labpress.The study was carried out in two parts where the first part consisted of pelletizing pine bark, birch bark, spruce bark, mix of debarking residues, fresh pine shavings and stored pine shavings at different moisture contents in a single-press. During the pelletization, compression energy, backpressure and friction energy were measured. In the second part, two test matrices were designed based on the results of the first part, which were then tested in a lab press with the same die. The pellet quality of pressed pellets in both parts was evaluated by testing strength and hardness.The results of the study show that the mix of debarking residues can be mixed with stored pine shavings and pelleted in the same die as fresh pine shavings.According to the single-press tests, the mix of debarking residues had low compression energy, backpressure and frictional energy in relation to the components of the mix separately. The single-press tests also showed that the biggest difference between fresh and stored pine shavings lies in the compression energy. Further studies are recommended where the use of compression energy as a scaling parameter from a single-press is investigated. A blend with 30% mix resulted in 95.5% strength which was higher than with 20 and 40% mix which had 77.3% and 94.7% respectively.Backpressure did not work as an upscaling parameter. Friction energy served as an upscaling parameter in this study but needs to be verified by further studies. None of the tested mixtures of debarking residues and stored pine shavings achieved the strength requirement of 97.5%, but they could be pelletized in the same die as fresh pine shavings.

I en värld med ökande koldioxidhalter i atmosfären och höjd medeltemperatur, råder det inga tvivel om att vi står inför en rad utmaningar för att minska användandet av bland annat fossila bränslen som generar skadliga utsläpp. Det finns många alternativ till oljebaserade bränslen, och ett som har ökat markant de senaste åren är bränslepellets. Bränslepellets är ett träbaserat biobränsle som i sitt kompakta tillstånd erbjuder ett bra värmevärde och är klimatneutralt. För att tillverka pellets måste råmaterialet först termiskt torkas, från en fukthalt på ca 55 % till ca 10 %, vilket i dagsläget kan motsvara upp till en fjärdedel av hela energiåtgången i pelleteringsprocessen. Med den ökade efterfrågan av bränslepellets finns också ökade förutsättningar för energieffektiviseringar i pelletsproduceringen, speciellt i torkningssteget.  Drinor AB har tagit fram en avvattningsmaskin av biomaterial som heter CDP, och med den är det möjligt att avvattna biomaterial till ca 30 %, vilket skulle reducera både tiden och energin det tar att termiskt torka materialet. Avvattningen sker under tryck på minst 40 ton, där vattnet mekaniskt pressas ut ur råmaterialet. Hur avvattningen påverkar råmaterialet, speciellt i en pelletframställning, är oklart och syftet med detta arbete var att ta reda på hur pelleteringsegenskaperna påverkas efter pressning med CDP, och om det finns möjligheter att spara energi i malningsdelen i pelleteringsprocessen. Målet med arbetet var att ta reda på hur CDP påverkar pelletskvaliteter i form av hårdhet och densitet, samt om friktionsutvecklingen i pelleteringsmatrisen förändras, genom att framställa pellets ur 3 scenarion. I ett scenario ska en traditionell pelletsframställning liknas, med endast termisk torkning och i de resterande två scenarion implementeras CDP som försteg till den termiska torkningen. I ett av dessa två scenarion mals inte träflisen innan pelletering, för att se om energi kan sparas utan att offra pelletskvalitet. Ett annat mål var att, per scenario, ta reda på vid vilken fukthalts- och temperaturkombination de bästa pelletsen tillverkades med avseende på hög densitet och hårdhet samt låg friktionsutveckling. Resultaten visade att scenariot med CDP som komplement till termisk torkning och utan malningprocess, producerade pellets med högst hårdhet, högst densitet och lägst friktionsutveckling under båda fukthalterna på pelleteringsmaterialet och nästintill samtliga matristemperaturer. Det scenario som hade endast termisk torkning producerade pellets med lägst densitet och hårdhet samt högst friktion under nästan alla temperaturer och fukthalter. När den bästa fukthalts- och temperaturkombinationen togs fram per scenario, så var scenariot med CDP och utan malning bäst. Pellets producerade där hade ökad densitet, nästan tredubblad hårdhet samt mer än halverad friktionsutveckling i pelleteringsmatrisen, jämfört med scenariot som imiterade traditionell pelletsframställning med endast termisk torkning. Skulle det scenariot med CDP och utan malningsprocess implementeras i en verklig industriell skala skulle det innebära stora förutsättningar för ökad produktion av pellets med bättre kvalitet, samt ett minskat energianvändande i form av reducerad termisk torkning och minskat användande av malningsprocessen. / In a world with growing carbon dioxide contents in the atmosphere and elevated average temperature, there is no doubt that we are faced with a number of challenges to reduce the use of, among other things, fossil fuels that generate harmful emissions. There are many alternatives to oil-based fuels, and one that has increased markedly in recent years is fuel pellets. Fuel pellets are a wood-based biofuel that, in its compact state, offers a good thermal value and is climate neutral. In order to produce pellets, the raw material must first be thermally dried, from a moisture content of about 55 % to about 10 %, which can currently account for up to at least a quarter of the total energy consumption in the pelleting process. With the increased demand for fuel pellets, there are also increased possibilities for energy efficiency in the pellet production, especially in the drying stage. Drinor AB has developed a biomaterial dewatering machine called CDP, with which it is possible to drain the biomaterial to a moisture content of about 30%, which would reduce both the time and the energy it takes to thermally dry the material. The dewatering pressure is at least 40 tonnes, where the water is mechanically squeezed out of the raw material. How the dewatering affects the raw material, especially in a pellet production, is unclear and the purpose of this work was to find out how the pelleting properties are affected after pressing with CDP and if there is potential for saving energy in the grinding process in the pelleting process. The aim of the work was to find out how CDP affects pellet qualities in terms of hardness and density, and if the friction development in the pelleting dye changes, by making pellets out of 3 scenarios. In one scenario, traditional pellets production should be resembled, with only thermal drying, and in the remaining two scenarios, CDP is implemented as a complement to thermal drying. In one of these two scenarios, the wood chips were not milled before pelleting, to see if energy can be saved without sacrificing pellet quality. Another goal was to determine, by each scenario, what moisture and temperature combination the best pellets were produced with respect to high density and hardness and low friction development. The results showed that the CDP scenario, as a complement to thermal drying and without grinding process, produced the hardest pellets, highest density and lowest friction development during both moisture levels of the pelleting material and almost all die temperatures. The scenario that only had thermal drying produced pellets with the lowest density and hardness, as well as maximum friction under almost all temperatures and moisture levels. When the best moisture and temperature combination was achieved by each scenario, the scenario with CDP and without grinding was the best. Pellets produced there had increased density, almost triple the hardness, and more than half the friction development in the pelleting die, compared to the scenario that imitated traditional pellets production with only thermal drying. Should the scenario with CDP and without grinding process be implemented on a real industrial scale, it would provide great conditions for increased production of better quality pellets, as well as reduced energy use in the form of reduced thermal drying and reduced use of the grinding process.