I framtiden kommer avfall att behöva hanteras cirkulärt och resurser tas om hand för att möta hårdare framtida miljökrav. Ett miljöproblem som lyfts de senaste åren är nedskräpning där plast ofta nämns som ett exempel. Plast är ett viktigt material och används i stora delar av samhället. Det är hållbart och har ett högt nedbrytningsmotstånd vilket har bidragit till materialets popularitet. Dock leder dess egenskaper till problem om materialet hamnar i naturen eller havet. Ett alternativ till konventionellt tillverkad plast som senare år har fått uppmärksamhet är bioplast. Ett sätt att tillverka bioplast är från polymerer som kallas polyhydroxyalkanoater (PHA). PHA är biologiskt lättnedbrytbara, biobaserade och förnyelsebara polymerer och benämns som framtidens polymerer av forskare. Polymererna kan tillverkas från mixade bakteriekulturer som bland annat hittas i skogsindustriella avloppsvatten. Fördelar med att använda en mixad istället för en monobakteriekultur är reducerade kostnader i produktionen. De höga kostnaderna för produktionen är en nackdel och lyfts fram som ett hinder för att en storskalig industriell produktion kan ske lönsamt enligt tidigare studier. Kostnaderna för extraktionen av polymererna utgör ungefär 70 % av de totala produktionskostnaderna. I det här arbetet har sex olika teoretiskt uppbyggda system som producerar färdiga PHA polymerer från skogsindustriellt avloppsvatten undersökts med Gruvöns bruks biologiska reningsanläggning, Multibio, som utgångspunkt. Systemen som undersöktes var kombinationer av olika sätt att fermentera avloppsvattnet och därefter extrahera polymererna. Målet var finna det system som var mest ekonomiskt försvarbart med ett syfte att analysera olika system som kan bidra till en ekonomisk hållbar tillväxt. För att beräkna flöden av massa och energi upprättades en beräkningsmodell i Matlab Simulink, där dagsdata från 2019 matades in. Resultaten från mass- och energianalysen importerades därefter till Microsoft Excel och en kalkyl byggdes. Resultaten visade att systemet med fermentering vid inloppstemperaturen på flödet och en kombination av högtryckshomogenisering och enzymextraktion producerade upp till 650 ton PHA per år och även generade en vinst på cirka 20 miljoner kronor om året. Med hjälp av nuvärdesmetoden itererades en högsta tillåten grundinvestering fram för att systemet ska vara avbetalat efter 15 år som slutade på cirka 150 miljoner kronor. I studien förekommer osäkerheter som efter analyser och diskussion är rekommenderade att utredas vidare som bland annat efterhanteringen av de nya kemikalier som uppstår med det nya systemet och indata på priser till kalkylen. Av studiens resultat dras slutsatsen att potential finns för att produktion av PHA från skogsindustriellt avloppsvatten kan ske med en ekonomisk hållbarhet men att fortsatta studier är nödvändiga på grund av osäkerheterna i arbetet. / In the future, waste will need to be handled in a circular manner and resources be taken care of to meet the tougher environmental requirements of the future. An environmental problem that has been highlighted in recent years is littering where plastics are often cited as an example. Plastic is an important material and is used in large parts of society. It is durable and has a high degradation resistance which has contributed to the material's popularity. However, its properties often lead to complications if the material ends up in nature or the ocean. An alternative to conventionally manufactured plastics that has received attention in recent years is bioplastics. One way to make bioplastics is from polymers called polyhydroxyalkanoates (PHA). PHAs are biodegradable, biobased and renewable polymers and are referred to as the “polymers of the future” by researchers. The polymers can be made from mixed bacterial cultures which can be found in forest industrial wastewater. Benefits of using a mixed rather than a monobacterial culture are the reduced costs in production. The high cost of production is a disadvantage and is highlighted as an obstacle to a large-scale industrial production being profitable according to previous studies. The cost of extraction of the polymer represents about 70% of the total production cost. In this work, six different theoretically constructed systems that produce ready-made PHA polymers from forest industrial wastewater have been investigated using Gruvön mill's biological wastewater treatment plant, Multibio, as a starting point. The systems investigated were combinations of different ways of fermenting the wastewater and then extracting the polymers. The goal was to find the system that was most economically defensible with the aim of analysing different systems that could contribute to economically sustainable growth. To calculate mass and energy flows, a model was established in Matlab Simulink, where daily data from 2019 were used. The results of the mass and energy analysis were then imported into Microsoft Excel and a spreadsheet was built. The results showed that the system of fermentation at the inlet temperature of the flow and a combination of high-pressure homogenization and enzyme extraction produced up to 650 tonnes of PHA per year and generated a yearly profit for about 20 million SEK. Using the present value method, the maximum allowable basic investment was iterated until the system would be paid off after 15 years, which ended at about 150 million SEK. The study contains uncertainties, that after analysis and discussion are recommended to be further investigated, such as the handling of the new chemicals that arise with the new system and input on prices for the calculations. The study concludes that there is potential for production of PHA from forest industrial wastewater with economic sustainability, but that further studies are necessary due to the uncertainties in the thesis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-79002 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Hedin, Andreas |
| Publisher | Karlstads universitet, Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap (from 2013) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds