PHA-produktion och nerbrytning inom en industriell symbios. : Kan PHA produceras i en industriell symbios och har det rätt nedbrytningshastighet

Autor: Bondesson, Carl
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Sverige har som mål att vara koldioxidneutralt år 2045 och inte öka jordensmedeltemperatur med mer än 2°C. För att uppnå detta mål måste mängdenfossilbaserade produkter minskas eller fasas ut helt ur den svenska marknaden. Idagsläget är majoriteten av all plast producerad av fossila råvaror. Förbränning avfossil plast leder till betydande utsläpp av växthusgaser till atmosfären.Nedskräpningen av fossilbaserad plast på land och i hav, utgör samtidigt ett av detsvåraste miljöproblemet. Ett alternativ är att ersätta fossilbaserad plast medPolyhydroxyalkanoater (PHA) som är producerad av förnybara råvaror och heltbiologiskt nedbrytbar i naturen. Bakterierna producerar PHA när de får flyktigafettsyror (VFA). I det här projektet användes bakterier i ett bioslam från ett massa-och pappersbruks reningsverk. Bioslammet är rikt på bakterier som har förmågan attackumulera PHA och när VFA tillsätts lagrar bakterierna dessa ämnen i sina cellersom kol- och energikälla. Den största utmaningen vid PHA-produktion är den lågalönsamheten till följd av höga produktionskostnader för VFA. Det finns en möjlighetatt sänka kostnaderna genom att skapa en industriell symbios där olika industrierutnyttjar varandras restprodukter och spillvärme. Lixea är ett företag i Kristinehamnsom använder restprodukter från skogsindustrin för att skapa nya hållbara produkter.Under deras process bildas ett rejektvatten som innehåller VFA. Ett annat företagkan eventuellt kombinera bioslammet från ett massabruk och VFA från Lixea för attproducera PHA. Den producerade PHA kan sedan användas till en plastfilm till BlueOcean Closures skruvkorkar och planteringsskyddet Tubesprout. Om alla företagkan samarbeta har en industriell symbios mellan fem företag skapats.I detta examensarbete undersöks några av de grundläggande nödvändiga processernai en industriell symbios. Går det att producera PHA inom symbiosen och har PHArätt nedbrytningshastighet för att passa produkterna i symbiosen? Målet medexamensarbetet är att utforska användningen av PHA som material för Tubesproutoch en plastfilm för Blue Ocean Closure, med särskilda krav på nedbrytningstid iolika miljöer. Utveckla en påskyndad nedbrytningsmetod av biologiskt nedbrytbartmaterial. I ackumuleringsförsöken av PHA används bioslam från Stora EnsoSkoghalls bruk och VFA från Lixea För att analysera om biomassan ackumuleradePHA används metoderna FT-IR och acetonextraktion. PHA genomgick ettnedbrytningstest tillsammans med fyra andra material PE, PLA, Blue Ocean Closureskruvkork och Tubesprout för att undersöka hur snabbt de bryts ner. Materialentestas i fem olika miljöer kompost, två tallskogsmarker där en är berikad medhydrokol, sjön och en ny utvecklad aktivslam. Den nya metoden aktivslam ärmikroorganismer tagna från ett kommunalt reningsverk. Nedbrytningshastighetbestämdes genom att mäta viktminskningen av materialet, mikroskopbilder ochbilder ovanför materialet.Resultatet visar att VFA från Lixea kan ackumulera PHA men att bakterierna dogefter ca 12 timmar. Den högsta halten PHA som ackumulerades i biomassanmotsvarade 10,3 procent av biomassans torrsubstans. PHA har likartadnedbrytningshastighet som Tubesprout vilket innebär möjligheten att ersätta PHA som material till en Tubesprout. PHA till en plastfilm skulle fungera ur ettnedbrytnings perspektiv där kravet var att den bröts ner med nästan samma hastighet.I nedbrytningstesten hade aktivslam bäst nedbrytningshastighet hos alla material.Aktivslam är en enkel metod som kan användas som ett snabbtest vid undersökningav biologiskt nedbrytbart material.
Sweden aims to be carbon dioxide neutral by 2045 and not increase the earth'saverage temperature by more than 2°C. In order to achieve this goal, fossil-basedproducts must be reduced or completely phased out of the Swedish market.Currently, the majority of all plastic produced is based on fossil raw materials. Theburning of fossil plastics leads to significant emissions of greenhouse gases into theatmosphere. The littering of fossil-based plastic on land and in the sea is at the sametime one of the most difficult environmental problems. An alternative is to replacefossil-based plastics with polyhydroxyalkanoates (PHA), which are renewable andfully biodegradable bioplastics. Bacteria produce PHA when they receive volatilefatty acids (VFA). In this project, bacteria were used in biosludge from a pulp andpaper mill treatment plant. The biosludge is rich in bacteria that can accumulate PHAand when VFA is added, the bacteria store these substances in their cells as a sourceof carbon and energy. The biggest challenge in PHA production is the lowprofitability due to the high production costs of VFA. There is an opportunity tolower costs by creating an industrial symbiosis where different industries utilize eachother's residual products and waste heat. Lixea is a company in Kristinehamn thatuses residual products from the forest industry to create new sustainable products.During their process, a reject water containing VFA is formed. Another companycould potentially combine the biosludge from a pulp mill and VFA from Lixea toproduce PHA. The PHA produced can then be used for a plastic film for Blue OceanClosures screw caps and the Tubesprout plant protection. Which in the end, anindustrial symbiosis between five companies has been created.n this thesis, some of the basic necessary processes in an industrial symbiosis areinvestigated. Is it possible to produce PHA within the symbiosis and does the PHAhave the right degradation rate to suit the products in the symbiosis? The goal of thethesis is to explore the use of PHA as a material for Tubesprout and a plastic film forBlue Ocean Closure, with special requirements for degradation time in differentenvironments. Develop an accelerated degradation method of biodegradablematerial. In the accumulation trials of PHA, biosludge from Stora Enso Skoghall'smill and VFA from Lixea are used. To analyze whether the biomass accumulatedPHA, the methods FT-IR and acetone extraction are used. PHA underwent adegradation test along with four other materials PE, PLA, Blue Ocean Closure screwcap and Tubesprout to investigate how quickly they degrade. The materials are testedin five different environments; compost, two pine forest lands where one is enrichedwith hydrocoal, the lake and a newly developed activated sludge. The new method,activated sludge, is microorganisms taken from a municipal treatment plant.Degradation rate was determined by measuring, the weight loss of the material,microscope images and images above material.The result shows that VFA from Lixea can accumulate PHA but that the bacteriadied during both experiments. The highest level of PHA accumulated in the biomasswas Lixea 2 which corresponded to 10.3 percent. PHA has a similar degradation rateas Tubesprout, which means the possibility of replacing PHA as material for a Tubesprout. PHA to a plastic film would work from a degradation perspective wherethe requirement was that it degraded at nearly the same rate. In the degradation tests,activated sludge had the best degradation rate of all materials. Activated sludge is asimple method that can be used as a rapid test when examining biodegradablematerial.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: