Antalet massa- och pappersbruk har halverats i Europa de senaste åren samtidigt som tillverkningen av papper ökat med 12 procent under samma tid. Många bruk som producerar massa och papper går nu på gränsen för sin kapacitet, framför allt är det vattenreningen som är den begränsande faktorn. Eva-Maria Ekstrand, nybliven doktor vid Tema Miljöförändring, presenterar en lösning i sin avhandling, lösningen stavas biogas.
– Vi har en industri som vid sidan av pappers- och massaproduktion även producerar stora mängder avloppsvatten och slam med högt innehåll av organiska ämnen. Avloppsslammen kostar dem stora pengar och ansträngningar att bli av med och de innehåller en stor potential för utvinning av metan. Min forskning handlar om hur vi kan komma det åt materialet eftersom produktion av biogas är en viktig pusselbit för övergången till ett fossilfritt samhälle, säger Eva-Maria Ekstrand.
– Men det handlar om de lättaste vattnen, främst från de bruk som tillverkar mekanisk massa eller returpapper. Avloppsströmmarna är mer koncentrerade och har låga halter av ämnen som kan störa biogasprocessen, säger hon.
– Vi har också kunnat visa att det är strömmar från bruk som tillverkar mekanisk massa som har högst potential för utvinning av biogas
Träflis hos Billerud Korsnäs Foto Charlotte PerhammarMen det stora flertalet bruk både i Sverige och globalt tillverkar kemisk massa med sulfatmetoden. Förutom att vattnet innehåller kemikalier som är tillsatta vid kokning och blekning finns här också organiska ämnen från trät som hartssyror och andra ämnen som löses ut i sulfatprocessen.
Eva-Maria Ekstrand bestämde sig för att koncentrera sin forskning kring innehållet i själva fiberslammet. Hon hämtade hem mängder av prover av fiberslam från ett stort antal bruk med olika massaprocesser. I ett första steg upptäckte hon att just sulfatbrukens fiberslam hade en hög potential för utvinning av metan.
Efter det första steget förs resterande vatten ut till jättelika luftningsdammar, där det tillförs syre och näringsämnen. Efter en lång tid börjar slammet sedan att bryta ner sig självt, större mikroorganismer äter på mindre och slammet minskar i volym.
– Man kan lite förenklat säga att det äter av sig självt. Resultatet är ett aktivt slam som är svårrötat men som innehåller viktiga näringsämnen, berättar hon.
Nästa steg i forskningen blev därför att kombinera det aktiva slammet med fiberslammet. Kombinationen visade sig ge en mera stabil process i biogasreaktorn, men det organiska materialet i det aktiva slammet var fortfarande svårt att bryta ner. I ytterligare ett steg föryngrades därför det aktiva slammet genom att man tillförde mer avloppsvatten.
– Vi testade detta i pilotskala och det visade sig att bruket kunde behandla fyra gånger så mycket vatten per tidsenhet, vilket antingen gör det möjligt att minska den aktiva volymen i luftningsdammen eller öka produktionen av papper eller massa.
Foto Anna Nilsen– På bruken behöver de inte längre oroa sig för den ökade slamproduktionen som sker till följd av sänkt slamålder, eftersom vi kan omvandla det organiska materialet till biogas. Vi har visat att detta fungerar väl för sulfatbruk där man tidigare såg stora utmaningar. Men tekniken har likande effekt på de bruk som arbetar med mekanisk massa, säger hon.
Genom att sänka slamåldern i det aktiva slammet och sedan kombinera det med fiberslam i en biogasreaktor kan stora mängder biogas produceras, samtidigt som bruken får möjlighet att utnyttja produktionskapaciteten effektivare.
– I praktiken innebär det att bruken kan öka produktionen av massa och papper rejält, utan att behöva bygga fler utrymmeskrävande och dyra luftningsdammar.
Eva-Maria Ekstrands forskning har även drivits inom det nationella kompetenscentrumet Biogas Research Center, BRC, vid Linköpings universitet.
Avhandlingen: Anaerobic digestion in the kraft pulp and paper industry - Challenges and possibilities for implementation, Eva-Maria Ekstrand, Tema Miljöförändring, Linköpings universitet 2019. Huvudhandledare är professor emeritus Bo Svensson och universitetslektor Annika Björn.
– Vi har en industri som vid sidan av pappers- och massaproduktion även producerar stora mängder avloppsvatten och slam med högt innehåll av organiska ämnen. Avloppsslammen kostar dem stora pengar och ansträngningar att bli av med och de innehåller en stor potential för utvinning av metan. Min forskning handlar om hur vi kan komma det åt materialet eftersom produktion av biogas är en viktig pusselbit för övergången till ett fossilfritt samhälle, säger Eva-Maria Ekstrand.
Mekaniska massan enklast
Det finns ett antal bruk ute i Europa som tar tillvara det organiska materialet i avloppsvattnet för utvinning av biogas.– Men det handlar om de lättaste vattnen, främst från de bruk som tillverkar mekanisk massa eller returpapper. Avloppsströmmarna är mer koncentrerade och har låga halter av ämnen som kan störa biogasprocessen, säger hon.
– Vi har också kunnat visa att det är strömmar från bruk som tillverkar mekanisk massa som har högst potential för utvinning av biogas
Eva-Maria Ekstrand bestämde sig för att koncentrera sin forskning kring innehållet i själva fiberslammet. Hon hämtade hem mängder av prover av fiberslam från ett stort antal bruk med olika massaprocesser. I ett första steg upptäckte hon att just sulfatbrukens fiberslam hade en hög potential för utvinning av metan.
Fiberslam och aktivt slam
Fiberslam bildas i ett första reningssteg då fibrerna avskiljs i sedimenteringsdammar. Eva-Maria Ekstrands forskning visar att fiberslam är ett lättrötat slam, men att det också saknas många näringsämnen som behövs för biogasproduktion.Efter det första steget förs resterande vatten ut till jättelika luftningsdammar, där det tillförs syre och näringsämnen. Efter en lång tid börjar slammet sedan att bryta ner sig självt, större mikroorganismer äter på mindre och slammet minskar i volym.
– Man kan lite förenklat säga att det äter av sig självt. Resultatet är ett aktivt slam som är svårrötat men som innehåller viktiga näringsämnen, berättar hon.
Nästa steg i forskningen blev därför att kombinera det aktiva slammet med fiberslammet. Kombinationen visade sig ge en mera stabil process i biogasreaktorn, men det organiska materialet i det aktiva slammet var fortfarande svårt att bryta ner. I ytterligare ett steg föryngrades därför det aktiva slammet genom att man tillförde mer avloppsvatten.
– Vi testade detta i pilotskala och det visade sig att bruket kunde behandla fyra gånger så mycket vatten per tidsenhet, vilket antingen gör det möjligt att minska den aktiva volymen i luftningsdammen eller öka produktionen av papper eller massa.
Fler fördelar med biogasen
Hennes avhandling visar med all tydlighet att anaerob rötning, utan närvaro av syre, av brukens avloppsströmmar både är möjlig och ger stora fördelar som hög metanproduktion, högre vattenreningskapacitet och besparingar av såväl energi som tillsatta näringsämnen.Genom att sänka slamåldern i det aktiva slammet och sedan kombinera det med fiberslam i en biogasreaktor kan stora mängder biogas produceras, samtidigt som bruken får möjlighet att utnyttja produktionskapaciteten effektivare.
– I praktiken innebär det att bruken kan öka produktionen av massa och papper rejält, utan att behöva bygga fler utrymmeskrävande och dyra luftningsdammar.
Eva-Maria Ekstrands forskning har även drivits inom det nationella kompetenscentrumet Biogas Research Center, BRC, vid Linköpings universitet.
Avhandlingen: Anaerobic digestion in the kraft pulp and paper industry - Challenges and possibilities for implementation, Eva-Maria Ekstrand, Tema Miljöförändring, Linköpings universitet 2019. Huvudhandledare är professor emeritus Bo Svensson och universitetslektor Annika Björn.
