Vetenskapliga artiklar
Concept Study of a New Method for Drying Dishware in a Heat Pump Dishwater. Bengtsson, Peder; Berghel, Jonas
Estimation and Evaluation of Greenhouse Gas Emissions during the Life-Cycle of Wastewater Pipelines : Case study of Tehran, Iran. Roghani, Bardia; Amrollahi, M.S.; Govindarajan, Venkatesh
Impact of dissolved matter in the oxygen delignification stage. Wilke, Caroline; Andersson, Niclas; Germgård, Ulf
Modelling of oxygen permeation through filled polymeric layers for barrier coatings. Nyflött, Åsa; Petkova-Olsson, Yana; Moons, Ellen; Bonnerup, Chris; Järnström, Lars; Carlsson, Gunilla; Lestelius, Magnus; Minelli, Matteo
| Artikeln presenterar en utvecklad matematisk modell för gasgenomsläpplighet för ett tunt polymerskikt med tillsats av ogenomträngliga partiklar, för tillämpning i fallet polyvinylalkohol med lerapartiklar och syrgasgenomsläpplighet. Modellen är baserad på en geometrisk och termodynamisk beksrivning av polymerens och gasens egenskaper. I variation av kemiska egenskaper (koncentration) är drivkraften för gastransporten från ena sidan till den andra av skiktet. Tidigare använda modeller (s.k. icke-jämvikt/gitter fluid, NELF) beskriver polymerens beteende, med tillägg av en matematisk beskrivning för beteendet hos polymeren när lera-partiklar finns med som har en koncentration och en form/orientering som påverkar gasens vandirng genom skiktet). Polymerens kristallinitet är en ytterligare anpassning av den matematiska modellen. De beräknade gasgenomsläpplighetsdata som modellen producerar har sedan jämförts med experimentella data från mätningar på polyvinylakolholskikt med två olika typer av lerapartiklar (kaolin) som har olika form. En god överensstämmelse mellan beräknade data och experimentell bestämda erhålls då vi jämför polymer-kristallinitet, lerapartikelkoncentration och lerapartiklarnas form. De experimentella resultaten antyder en komplex växelverkan mellan polymeren och lerapartiklarna när vi jämför de två olika typerna av lerapartiklar, eftersom den matematiska modellens förutsägelser då avviker en aning. Den lerapartikel som var mindre flakformig påverkade i mindre grad gasgenomsläppligheten än den lerapartikel som var mera flakformig. Även polyvinylalkoholens hydrolyseringsgrad (syreinnehåll) påverkade gasgenomsläppligheten, med en större gasgenomsläpplighet för en lägre hydrolyseringsgrad vilket var förväntat. |
On the determination of paper using the short span compression test. Hämäläinen, Pyry; Hallbäck, Nils; Gåård, Anders; Lestelius, Magnus
On the determination of transverse shear properties of paper using the short span compression test. Hämäläinen, Pyry; Hallbäck, Nils; Gåård, Anders; Lestelius, Magnus
| Som ett försök till att experimentell bestämma den transversella skjuvmodulen (motståndet mot deformationer i planet hos ett material) hos papper har den s.k. kort-provlängd-kompressionstest-metoden (SCT, Short span compression test) använts. Den transversella skjumodulen är notoriskt svårt att mäta på andra vis, samtidigt som den är mycket viktig för att förstå hur papper beter sig i sådana industriella processer som mjukpapperstillverkning och bigning eller prägling av kartong. Mätningarna genomförders på två s.k. ytvikter (tjocklekar) av papper i både papprets tillverkningsriktning (MD, machine direction) och vinkelrätt mot denna (CD, cross direction). Genom att använda den s.k. Timosheno-Engesser-teorin för buckling av skjudeformerbara material så kunde den transversella skjuvmodulen bestämmas med de mätdata som erhölls från SCT-mätningar, från dragprov för bestämning av elsticitetsmodul, och tjockleksmätningar. Dessa värden för de transversella skjumodulerna användes sedan för att genomföra beräkningar med s.k. finita element-modeller (FE) som beskriver SCT-mätningen (inklusive geometri och testförhållanden). Resultat blev att Timosheno-Egasser-teorin gav tillräckligt bra uppskattningar för den ransversella skjuvmodulen för att kunna vara användbara i många ingenjörstillämpningar för pappersmaterial. |
Oxygen and water vapor transmission rates of starch-poly(vinyl alcohol) barrier coatings for flexible packaging paper. Christophliemk H., Johansson C., Ullsten H., Järnström L.
The influence of moisture content on the polymer structure of polyvinyl alcohol in dispersion barrier coatings and its effect on the mass transport of oxygen. Nyflött Å., Meriçer Ç., Minelli M., Moons E., Järnström L., Lestelius M., Baschetti M.G.
| Denna studie undersöker hur fukt påverkar gasgenomsläppligheten tunna skikt av polyvinylalkohol och polyvinylalkohol med lerapartiklar i sig, formade från vattenbalndingar av polymeren. Syrgasgenomsläppligheten mättes vid olika relativ fukthalt i omgivningen, och skiktens materialegenskaper karakteriserades i form av polyvinylalkoholens kristalinitetsgrad, mängd lerapartikel-tillsats och hur dessa lera-partiklar orienterade sig i skikten. Resultaten visade att fukten (vattnet) fungerade som en slags mjukgörare för polyvinylalkolen och att lerapartikel-tillsatsen inte kunde hejda denna påverkan signifikant. Polyvinylalkolens kristallinitets-grad sjönk när fukthalten ökade, men kunde ökas igen om fukten togs bort. En termodynamiskt baserad matematisk mastransportmodell anpassades (modellen tog hänsyn till hur polyvinylalkoholen påverkades av fukten) användes för att bättre förstå och förutsäga gasgenomsläppligheten, i vilken både diffusivitet och löslighet påverkades. Den matematiska modellens beräknade gasgenomsläpplighet gav god överensstämmelse med den experimentellt uppmätta. |
Starch-poly(vinyl alcohol) barrier coatings for flexible packaging paper and their effects of phase interactions. Christophliemk H., Ullsten H., Johansson C., Järnström L.
Modeling the influence of forming fabric structure on vacuum box dewatering. Sjöstrand B., Barbier C., Nilsson L.
| Formningsvirans påverkan på vakuumavvattning, flödesmodeller. Vid början av pappersmaskinen finns en formingsvira som är ett tyg av plasttrådar som har till uppgift att ta emot pappersmassa men släppa igenom de stora mängder vatten som pappersmassan är utblandad med. I pappersprocessen är det av stor vikt att massan avvattnas effektivt. Formingsviran är en avancerad vävd struktur som kan se ut på många olika sätt. Tjockleken, volymen av hålrum i viran och hur lätt luft kan flöda igenom den är tre exempel på egenskaper som påverkar förmågan att avvattna pappersmassan. Denna studie går ut på att undersöka hur formingsvirans inre struktur påverkar avvattningen, med hjälp av flödesmodeller i ett datorprogram som heter COMSOL Multiphysics. Den inre strukturen ändras utan att de tre egenskaperna med inverkan på avvattningen ändras, och bestäms av hur öppen eller stängd viran är i tjockleksriktiningen. Tre varianter av formingsvirans inre struktur användes, när arksidan är mer stängd och baksidan är mer öppen (A), när baksidan är mer stängd och arksidan är mer öppen (V), och när båda sidorna är lika öppna (I). Det visar sig att alla tre strukturerna är väldigt lika varandra men att A och I ger lite snabbare avvattning än V. Detta simulerades även med hjälp av COMSOL Multiphysics men modellerna klarade inte av att särkilja de olika virornas skillnader, även om de var i helt rätt storleksområde för avvattningen och luftflödet. Modellerna kan med fördel användas vid framtagandet av nya viradesigner, om de inte är för snarlika varandra. |
An economic-environmental analysis of selected barrier-coating materials used in packaging food products: a Swedish case study. Venkatesh G., Nyflött Å., Bonnerup C., Lestelius M.
| Skälet till att man belägger livsmedelsförpackningar med barriärer (tunna skikt) är att skydda livsmedlets näringsvärden, bevara utseende, lukt och smak och därmed minska svinn. Många hållbarhets-studier av barriärbeläggningar för livsmedelstillämpning undersöker enbart miljöaspekter, emedan denna studie också beaktar ekonomiska aspekter. Fyra olika barriärbeläggningar undersöktes; stärkelse, polyetylen, etylvinylalkohol med kaolinlera och latex med kaolinlera. Två slutscenarios med relevans för Sverige behandlades i hållbarhetsanalysen; ett där allt utom stärkelsebeläggningen, som komposterades, materialåtervanns och ett scenario där allt energiåtervanns. Enheten som material och scenarios jämfördes i var global uppvärmningspotential (GWP). För att kunna göra jämförelsen som inlkuderade miljöpåverkan och ekonomi provades normalisering, viktning och aggregering, samt utsläppsbeskattning (Greenhouse Gas, GHG) för respektive aspekt. För att kunna utföra viktning så inhämtades externa bedömares synd på detta med resultatet 40,6 % för miljö och 59,4% för ekonomi. Med detta underlag blir stärkelse the mest passande alternativet, följt av polyetylen, som det mest gångbara för båda slutscenrierna (material-/kompost vs. energiåtervinning). Detta stämmer med flera tidigare resultat, samtidgt som det visar på möjligheten att göra mera detaljerade hållbarhetsstudier inkluderande ekonomi för tekniska produkter. |
A mathematical model of heat and mass transfer in Yankee drying of tissue. Ottosson A., Nilsson L., Berghel J.
Research experience from the use of different additives in wood-fuel pellet production M.Stål, J.Berghel, S.Frodeson. (2017) International Journal of Energy Production and Management, 2 (3): 288-293
| Användningen av träbränslepellets har ökat markant över hela världen under de senaste åren, särskilt i Storbritannien. Om träbränslepellets skulle fortsätta att vara ett framgångsrikt biobränsle på energimarknaden måste pelletsproduktionsindustrin sänka produktionskostnaden, eftersom det är en låg marginalverksamhet. Förbättrade pellets beträffande lagring och styrka hos pelleten är dessutom avgörande för att hantera den utländska transporten. Dessutom försöker industrin att producera pellets från en bredare råmaterialbas och samtidigt uppfylla kundernas krav. Att använda tillsatser i pelletsproduktion är ett sätt att uppfylla kriterierna. Konsekvenserna av att använda tillsatser för träbränslepellets presenteras här som en sammanställning av resultat och erfarenheter från mer än 20 olika studier vid testbädden för pelletsproduktionsforskning vid Karlstads universitet. Forskningen har fokuserat på elförbrukningen, de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos pelleten och de CO2-ekvivalenter som släppts ut under produktionen. Resultaten visade att tillsatserna Våtmarkgräs, Alger, Terpentin och Lignin minskade elförbrukningen i pelletspressen men tyvärr också minskade hållbarheten. Tillsatserna hartser, melass, vitt socker, potatisstärkelse och oxiderad potatisstärkelse ökade pelletsens hållbarhet och visade nästan ingen förändring i elförbrukningen. Tillsatserna oxiderad majsstärkelse, sulfitlut och vetestärkelse flrbättrade pelletsens egenskaper och minskade samtidigt både elförbrukning och klimatpåverkan. |
What are the biological functions of lignin and its complexation with carbohydrates?Gunnar Henriksson
Pelletizing Pure Biomass Substances to Investigate the Mechanical Properties and Bonding Mechanisms. M. Ståhl, J. Berghel, S. Frodeson,
Environmental analysis of producing biochar and energy recovery from biosludge pulp and paper mill. Mohammadi, A., Sandberg, M., Venkatesh, G., Eskandari, S., Dalgaard, T., Joseph S., Granström, K.
Sverige är en av de största exportörerna av massa- och pappersprodukter i världen. Brukens reningsprocesser producerar stora mängder slam som innehåller kolhaltigt organiskt material. Vi har jämfört tre olika tekniker att göra något värdefullt, som energi eller biokol, av slammet. De är förbränning, pyrolys och hydrotermisk karbonisering (HTC). Värme som bildas vid förbränning (System A) antas användas inom bruket. Biokol som bildas vid pyrolys (System B) och i hydrotermisk karbonisering (System C) är tänkt att användas som markförbättring och kolsänka. Genom att utföra en livscykelanalys (LCA) kunde vi visa att alla tre systemen ger mindre utsläpp av växthusgaser än om slammet hade deponerats. Pyrolys var det effektivaste sättet att binda kol i marken. Pyrolys ger också lägst risk för övergödning och är överlägset vad gäller att binda in tungmetaller så att de inte läcker ut i miljön. Hydrotermisk karbonisering är den mest lämpade processen om fokus ligger på att minska markförsurning. Resultaten visar att miljömässigt är biokolstillverkning från massa- och pappersbruk bättre än energiåtervinning, som i sin tur är bättre än deponering.
A comparative analysis of the gasification performances of torrefied and untorrefied bagasse: Influence of feed size, gasifier design and operating variables on gasification efficiency. Anthony Anukam, Omobola Okoh, Sampson Mamphweli, Jonas Berghel
Effects of moisture content during densification of biomass pellets, focusing on polysaccharide substances. Frodeson, Stefan; Henriksson, Gunnar; Berghel, Jonas
Business Excellence Models Today and Tomorrow. Mikael Johnson, Åsa Rönnbäck, and Bo Enquist
Life cycle assessment of combination of anaerobic digestion and pyrolysis: focusing on different options for biogas use. Advances in Geosciences (ADGEO), accepted for publication. Mohammadi A, Venkatesh G, Sandberg M, Eskandari S, Granström K.
Kombinationen av rötning och pyrolysteknologi kan vara ett nytt produktionssystem för att maximera energi- och näringsåtervinning från massa och pappersbruksslam. Här undersöktes energiproduktion och utsläppsminskning för slambehandling med rötning och pyrolysteknologi från ett typisk massa- och pappersbruk, för tre olika regioner i världen med olika användning av energigaser: (A) biogas för fordonsbränsle i transportsektorn i Sverige, (B) biogas för värme och el i kraftsektorn i Brasilien, och (C) biogas för matlagning i hushåll i Kina. Resultaten av miljöbedömningen visar att användningen av biogas och pyrolysgas för alla dessa tre scenarier bidrar mest till utsläppsminskningen, medan avvattnings- och torkningsprocesserna som utförs på slammet bidrar mest till miljöutsläppen. Jämfört med scenarierna B och C visar Scenario A, där biogas ersätter bensin i transportsektorn och värme från förbrända pyrolysgaser ger fjärrvärme i Sverige, den högsta miljöprestandan för de tre användningsområdena för energigaser.
A review of the chemistry of anaerobic digestion: Methods of accelerating and optimizing process efficiency. Processes 7(8):504, Special Issue Processes for Bioenergy and Resources Recovery from Biowaste, 2019. Anukam A, Mohammadi A, Naqvi M, Granström K.
Rötningsteknik har funnits i århundraden och dess underliggande teori har etablerats i årtionden. Det anses vara en användbar teknik för produktion av förnybar energi. Denna översikt presenterar en djupgående analys av kemin för anaerob rötning och diskuterar hur processkemi kan användas för att optimera systemprestanda genom identifiering av metoder som kan påskynda syntrofiska interaktioner mellan olika mikroorganismer för förbättrade metanogena reaktioner. Nya framsteg och etablerad forskning diskuteras för att erbjuda en allmän men omfattande sammanfattning av ackumulerad kunskap i teorin om anaerob rötning samt en översikt över tidigare forskning och framtida riktningar och möjligheter för tekniken.
Hydrochar-amended substrates for production of containerized pine tree seedlings under different fertilization regimes. Agronomy, 9(7):350, 2019. Eskandari S, Mohammadi A, Sandberg M, Eckstein R L, Hedberg K, Granström K.
Att tillsätta biokol i jordbruksmark är ofta positivt. I denna studie har biokol istället blandats i det odlingssubstrat som tallplantor växer i i plantskolors växthus. För första gången undersöktes effekten av hydrokol tillverkat av bioslam från pappersbruk. Hydrokol är biokol framställt genom hydrotermisk karbonisering (HTC). Hydrokol i form av pulver eller pellets blandades med torv i förhållanden 10% och 20%. Gödning tillsattes i tre nivåer: ingen, halv dos eller full dos. Det visade sig att hydrokol hade positiva eller neutrala effekter på skottbiomassa och stamdiameter jämfört med kontrollplantor oavsett gödningsmängd. Kombinationen 20% hydrokol + halv dos gödning gav samma kvalitet på tallplantorna som full dos gödning, vilket innebär att plantskolor med hjälp av hydrokol kan minska mängden inköpt gödningsmedel.
Environmental performance of end-of-life handling alternatives for paper-and-pulp-mill sludge: using digestate as a source of energy or for biochar production. Energy, 182: 594-605, 2019. Mohammadi A, Sandberg M, Venkatesh G, Eskandari S, Dalgaard T, Joseph S, Granström K.
Denna studie utvärderar miljökonsekvenserna av olika alternativ för hantering av slam från papper och massabruk i Sverige, med hjälp av Life Cycle Assessment (LCA). Den vanliga metoden med förbränning av bioslam med energiåtervinning följt av deponering av aska (System A) jämfördes med att röta slam för att producera biogas, med olika alternativ för hantering av rötrester: förbränning för värme (System B) eller pyrolys för produktion av biokol (System C). Aska och biokol antas användas till markförbättring. LCA-resultaten visar att System B och C avsevärt minskar miljökonsekvenserna av bioslamhantering i förhållande till förbränning. System C överträffade de andra två, vilket leder författarna till rekommendationen att användningen av massa- och pappersbrukens bioslam bör användas för produktion av biogas och biokol.
The Potential for a Pellet Plant to Become a Biorefinery. Processes, 7(4):233, 2019. Frodeson S, Berghel J, Ståhl M, Granström K, Romlin C, Thelander A.
Användningen av bioenergi har ökat globalt de senaste åren, liksom användningen av biomaterial för olika nya produktlösningar genom olika bioraffinaderikoncept. I den här studien introducerar vi konceptet att använda en mekanisk avvattningspress i kombination med termisk torkning i en pelletsfabrik. Syftet är att öka förståelsen för de effekter en avvattningspress kan ha vid pelletsproduktion och undersöka om pelletsanläggningar skulle kunna bli bioraffinaderier. Utvärderingarna i denna studie är baserade på industriella data och inledande tester vid universitet. Resultaten visar att kombinationen av en mekanisk avvattningspress och en bäddtork minskar energianvändningen med 50%, jämfört med att endast använda en bäddtork. Pressvattnet från den mekaniska avvattningspressen kan användas som råmaterial för biogas, bioplast och biohydrogen. Följaktligen visar denna studie på möjligheterna hos en pelletsfabrik som ökar torkningseffektiviteten och går mot att bli ett bioraffinaderi.
Characterization of Pure and Blended Pellets Made from Norway Spruce and Pea Starch: A Comparative Study of Bonding Mechanism Relevant to Quality. Anukam, Anthony Ike, Berghel, Jonas, Frodeson, Stefan. Famewo, Elizabeth Bosede, Nyamukamba, Pardon. Energies 12(23): 1 - 22
Compression of Biomass Substances—A Study on Springback Effects and Color Formation in Pellet Manufacture, Frodeson, S., Lindén, P., Henriksson, G. and Berghel, J., Applied Science, 9(20), 4302
Dewatering of softwood kraft pulp with additives of microfibrillated cellulose anf dialcohol cellulose. Björn Sjöstrand, Henrik Ullsten, Lars Nilsson & Christophe Barbier. Bioresources
| Förståelse för avvattning av pappersmassa med olika skogsbaserade tillsatser. Det går att tillverka extra starka papper och även plastliknande material i en konventionell pappersprocess genom att använda olika tillsatser. I detta arbete har tillsatser av mikrofibrillerad cellulosa (MFC) och dialkoholcellulosa (DAC) studerats med avseende på avvattning. MFC är småskalig cellulosa som används för att öka styrkan hos pappersprodukten den blandas i, DAC är extra flexibla cellulosafibrer som används för att skapa ett väldigt töjbart papper som kan likna plast. Vid båda dessa typer av tillsatser kommer avvattningen påverkas och bli svårare i tillverkningsprocessen. Avvattning är ett viktigt steg i papperstillverkningsprocessen och kräver dessutom stora mängder energi. För att kunna använda tillsatser som MFC och DAC i stor skala krävs en ordentlig förståelse för hur de påverkar avvattningen. Båda tillsatserna har stor förmåga att hålla fast vatten och en laborativ studie gjordes för att undersöka hur dessa effekter påverkar storskalig pappersproduktion där tillsatserna blandades i vanlig pappersmassa i olika koncentrationer. Denna studie visar att ganska höga koncentrationer av både MFC och DAC kan blandas i pappersmassan utan att det för den sakens skull blir omöjligt att köra i en pappersprocess. Det gäller istället att göra ordentliga undersökningar av massor och tillsatser innan de avfärdas som omöjliga. Den vattenhållande kapaciteten hos massorna kan på ett snabbt och enkelt sätt mätas med hjälp av en centrifug, och den visar sig vara linjärt kopplad till avvattningen för båda tillsatserna vid mer processliknande förhållanden. Ett viktigt resultat av denna studie är dock att olika typer av tillsatser påverkar detta förhållande på olika sätt, det krävs därför mer avancerade mätningar än den vattenhållande kapaciteten för att avgöra om försök i produktionen är möjliga att testa. |
Improving the Understanding of the Bonding Mechanism of Primary Components of Biomass Pellets Through the Use of Advanced Analytical Instruments. Anukam, Anthony Ike, Berghel, Jonas, Famewo, Elizabeth Bosede, Frodeson, Stefan. Journal of Wood Chemistry and Technology
Lignin Recovery from Spent Alkaline Pulping Liquors Using Acidification, Membrane Separation, and Related Processing Steps: A Review. Martin A. Hubbe, Raimo Alén, Michael Paleologou, Miyuru Kannangara & Jonas Kihlman. Bioresources
Multiple Linear Regression modelling of Pulp and Handsheet Properties Based on Fiber Morphology Measurements and Process Data. Daniel Ekbåge, Lars Nilsson, Helena Håkansson & Ping-I Lin. Bioresources
Through air drying assisted by infrared radiation: the influence of radiator power on drying rates and temperature. Aron Tysén, Hannes Vomhoff & Lars Nilsson. Nordic pulp and paper research journal
Time series analysis of refining conditions and estimated pulp properties in a chemi-thermomechanical pulp process. Daniel Ekbåge, Lars Nilsson & Helena Håkansson. Bioresources
Towards Understanding the Pelletizing Process of Biomass: Perspectives on Energy Efficiency and Pelletability of Pure Substances, Doctoral-thesis, Karlstad University. Frodeson, Stefan. Karlstad University Studies
Use of gasoline, LPG and LPG-HHO blend in SI engine: A comparative performance for emission control and sustainable environment. Muhammad Usman, Muhammad Farooq, Muhammad Naqvi, Muhammad Wajid Saleem, Jafar Hussain, Salman Raza Naqvi, Shahzaib Jahangir, Hafiz Muhammad Jazim Usama, Saad Idrees, Anthony Anukam. Processes 8(1): 1 - 15
Vacuum Dewatering of Cellulosic Materials: New insights into transport phenomena in the papermaking process. Björn Sjöstrand. Thesis, Karlstad University Studies, ISSN 1403-8099 ; 2020:4
How the service ecosystems lens supports valuable user innovations. Trischler, J.; Johnson, M. & Kristensson, P. Naples Forum on Service
|
Using Secondary Pea Starch in Full-Scale Wood Fuel Pellet Production Decreases the Use of Steam Conditioning. Ståhl M; Frodeson S, Berghel J, Olsson, S.
|