Metanpotentialen för makroalgen Saccharina lattissima varierar beroende på parametrar som odlingsdjup och olika isättnings- och skördedatum. För att utvärdera skillnader i parametrar användes satsvisa utrötningsförsök med ymp från en biogasanläggning som rötar fiskrester och matavfall. Algen som odlades på fyra meters djup gav mer metan än algen av samma art på två meters djup. Detta berodde på att algen på fyra meters djup hade en högre proteinhalt än algen på två meter. För att utvärdera metanpotentialen för alger med olika isättnings- och skördedatum användes sex stycken alger satta i september, oktober och november på två meters djup. Det skördades en alg från varje månad i april och en alg från samma månader i maj på Seafarm vid Strömstad. Algerna som hade skördats i april gav en högre metanpotential än de som skördades i maj. Metanpotentialen var högre för att de hade en högre lipidhalt. När de sattes i havet spelade ingen roll för lipidhalten. Oktober månad skiljde sig för att metanpotentialen var lägre i både april och maj.

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

As a steady renewable energy technology, biogas is a viable alternative to reduce our dependency to fossil fuels and to prevent severe climate change. Biogas potential can be improved through combining different types of substrate and inoculum, as well as through substrate pre-treatments. This study aims to observe and explore the potential of macroalgae Saccharina latissima as a promising new source in renewable energy technology. The biomethane potential of macroalgae in mixture with additional substrate of mixed waste paper will be studied as a mean to improve the biogas yield. It will also compare the biomethane results of the macroalgae and the mixed substrate (macroalgae plus waste paper) exposure to non-thermal and thermal pre-treatment. In the experiment, the ratio of 3 : 1 for gr VS inoculum : gr VS substrate is used in a quantitative BMP test up to 25 days of incubation. The substrate was pre-treated mechanically (blended) into slurry and thermally through pre-heating at high temperature (130°C, 45 minutes) before digested by the inoculum. In the end of incubation period at STP (0°C and 1 atm), the highest cumulative methane yield of 260.91 Nml CH4/gr VS substrate was achieved by sample in Var – I, while the control has cumulative methane yield of 50.52 Nml CH4/gr VS. Thermally pre-treated samples resulted in lower BMP yields than the ones which were not thermally pre-treated. Through the ANOVA t-test of the methane volume and biomethane potential (BMP) yields, it is concluded that the thermal pre-treatment and waste paper addition only give little effect to biomethane production from macroalgae.

To assess the spatial distribution of nutrient wastes around an open-water integrated fish/mollusk/kelp farm in-situ kelp bioassays were employed. Growth rates were measured over a four-month growing season and used as a proxy for relative nutrient concentrations. Seasonality and depth effects on growth rate were also assessed. Growth around the pens was 0.20 cm • day-1 higher than at the control, and reached a maximum of 1.4 cm • day-1. Optimal growth was achieved at 8 m. Growth at 8 m was significantly higher by 1.5 cm • day-1 compared to surface waters at 2 m. Early spring had the highest growth rates with a peak of 1.4 cm • day-1 recorded on June 21. This study re-iterates the fundamental benefits of IMTA and shows the potential of in-situ assay as an alternative to error-prone and costly water sampling to asses nutrient status in water. / Graduate

A turn to more sustainable resources has lead the research during the last decades to algae. Algae is a resource that has been utilized for thousands of years offering a variety of possibilities. Nevertheless modern technology were able to uncover algae’s great potential and pave the way for alternative uses such as biofuel and biomaterial production. Towards that direction, ‘Seafarm’ aims in utilizing algae in the most efficient and sustainable way. For that purpose various steps have been established, including the biorefinery step which entail among other the extraction of carbohydrates from brown algae. The current thesis is based on an extraction of carbohydrates from Saccharina latissima, a brown algae species, which was developed by Viktor Öberg during his master thesis at KTH. The aim of this work is to assist in the scaling up of that laboratory process by analyzing the basic steps and substances of the process, investigating its environmental performance and identifying improvement areas for theoretical optimization. The results of the aforementioned analysis include a substance flow analysis which reveals the basic steps of the process and constitute the basis for further analysis. The second step examines the environmental performance of the process based on the chemical selection. Hence the results are a risk assessment of chemicals with performance indicators for each chemical as well as the whole process. The final part provides a theoretical optimization of the process based on literature studies where the recommendations are divided in production optimization and environmental performance. The above results constitute the basis of the analysis of the process and sets the foundations for scaling up the process at an industrial level. The current analysis in combination with an energy and economic assessment could be used for the designing of the process and its integration in the biorefinery.

Coastal areas in Grenada and the Caribbean are experiencing an abundance of stranded macroalgae. Climate change and eutrophication are probable causes of this inconvenience. This leads to logistic and economic dilemmas for the Caribbean societies. Research of methods to benefit from the algal bloom is therefore valuable for a sustainable future in these countries. Studies of biogas and fertilizer production are initiated around the world, but a large scale production is absent. Therefore, this thesis scrutinize the requirements for producing biofertilizer from biogas by examine the content of macroalgae and the conditions in Grenada. To achieve this, a literature study and a miniature biogas experiment were conducted. Grenada would presumably benefit from substituting synthetic fertilizer with biofertilizer from macroalgae utilized in biogas production. The positive aspects includes the recirculation of nutrients, development of renewable energy and autonomous fertilizer production. Further research of the definite macroalgae content is essential to determine the exact extent and conditions of the fertilizer utilization. / Kustområden i Grenada och Karibien är drabbat av större mängder strandade makroalger. Klimatförändringar och övergödning är de huvudsakliga orsakerna till denna olägenhet. Detta leder till logistiska och ekonomiska problem för samhällen i Karibien. Det är därför av värde att forska på metoder för att försöka nyttja algblomningen, för en hållbar framtid i dessa länder. Studier på biogasproduktion och gödselmedelstillverkning av makroalger har utvecklats på senare tid, men en storskalig produktion är fortfarande frånvarande. Därför ska denna avhandling granska kriterierna för att använda biogödsel från biogasproduktion genom att undersöka makroalgernas innehåll, och Grenadas förutsättningar för att genomföra detta. För att uppnå detta så har en litteraturstudie och ett mindre biogasexperiment genomförts. Grenada skulle förmodligen dra fördel av att byta ut syntetiskt gödningsmedel med biogödningsmedel från biogasproduktion med makroalger. De positiva aspekterna av detta är recirkulationen av näringsämnen, etablering av förnyelsebara energikällor, samt självständig gödselproduktion. Vidare forskning på det exakta innehållet i makroalger är väsentligt för att kunna bestämma utsträckningen och förhållandena för gödselmedelsanvändningen.

To develop anaerobic digestion (AD), innovative solutions to increase methane yields in existing AD processes are needed. In particular, the adoption of low energy pre-treatments to enhance biomass biodegradability is needed to provide efficient digestion processes increasing profitability. To obtain these features, hydrodynamic cavitation has been evaluated as an innovative solutions for AD of waste activated sludge (WAS), food waste (FW), macro algae and grass, in comparison with steam explosion (high energy pre-treatment). The effect of these two pre-treatments on the substrates, e.g. particle size distribution, soluble chemical oxygen demand (sCOD), biochemical methane potential (BMP) and biodegradability rate, have been evaluated. After two minutes of hydrodynamic cavitation (8 bar), the mean fine particle size decreased from 489- 1344 nm to 277- 381 nm (≤77% reduction) depending of the biomasses. Similar impacts were observed after ten minutes of steam explosion (210 °C, 30 bar) with a reduction in particle size between 40% and 70% for all the substrates treated.  In terms of BMP value, hydrodynamic cavitation caused significant increment only within the A. nodosum showing a post treatment increment of 44% compared to the untreated value, while similar values were obtained before and after treatment within the other tested substrates. In contrast, steam explosion allowed an increment for all treated samples, A. nodosum (+86%), grass (14%) and S. latissima (4%). However, greater impacts where observed with hydrodynamic cavitation than steam explosion when comparing the kinetic constant K. Overall, hydrodynamic cavitation appeared an efficient pre-treatment for AD capable to compete with the traditional steam explosion in terms om kinetics and providing a more efficient energy balance (+14%) as well as methane yield for A. nodosum. / Det behövs innovativa lösningar för att utveckla anaerob rötning i syfte att öka metangasutbytet från biogassubstrat. Beroende på substratets egenskaper, kan förbehandling möjliggöra sönderdelning av bakterieflockar, uppbrytning av cellväggar, elimination av inhiberande ämnen och frigörelse av intracellulära organiska ämnen, som alla kan leda till en förbättring av den biologiska nedbrytningen i rötningen. För att uppnå detta har den lågenergikrävande förebehandlingsmetoden hydrodynamisk kavitation prövats på biologiskt slam, matavfall, makroalger respektive gräs, i jämförelse med ångexplosion. Effekten på substraten av dessa två förbehandlingar har uppmäts genom att undersöka distribution av partikelstorlek, löst organiskt kol (sCOD), biometan potential (BMP) och nedbrytningshastigheten. Efter 2 minuters hydrodynamisk kavitation (8 bar) minskade partikelstorleken från 489- 1344 nm till 277- 281 nm (≤77 % reduktion) för de olika biomassorna. Liknande påverkan observerades efter tio minuters ångexplosion (210 °C, 30 bar) med en partikelstorlekreducering mellan 40 och 70 % för alla behandlade substrat. Efter behandling med hydrodynamisk kavitation, i jämförelse med obehandlad biomassa, ökade metanproduktionens hastighetskonstant (K) för matavfall (+65%), makroalgen S. latissima (+3%), gräs (+16 %) samtidigt som den minskade för A. nodosum (-17 %). Förbehandlingen med ångexplosion ökade hastighetskonstanten för S. latissima (+50 %) och A. nodosum (+65 %) medan den minskade för gräs (-37 %), i jämförelse med obehandlad biomassa. Vad gäller BMP värden, orsakade hydrodynamisk kavitation små variationer där endast A. nodosum visade en ökning efter behandling (+44 %) i jämförelse med obehandlad biomassa. Biomassa förbehandlade med ångexplosion visade en ökning för A .nodosum (+86 %), gräs (14 %) och S. latissima (4 %). Sammantaget visar hydrodynamisk kavitation potential som en effektiv behandling före rötning och kapabel att konkurrera med den traditionella ångexplosionen gällande kinetik och energibalans (+14%) samt metanutbytet för A. nodosum.