Composition and application potential of fibre-rich side streams from the forest industry
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Sandberg, Mia
Date
2023-06-13
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
83 + 11
Series
Abstract
Circular economy and material efficiency are strong influencers in the forest industry. Nevertheless, the forest industry generates substantial quantities of waste and side streams that are mainly incinerated or disposed in landfills. Fibre-rich side streams are generated in different stages of pulp, paper, board, and tissue paper production. Significant amounts of valuable components such as fibres and minerals are lost in form of fibre-rich side streams as their complex compositions are not fully known and the current uses are limited. In this master’s thesis, a selection of fibre-rich side streams from pulp, board and tissue paper mills are characterized in order to outline their suitability as raw material sources for side products in terms of chemical composition and physical properties. Two knot rejects, a fibre sludge, a fibre clay, and a deinking sludge were selected for this study. The chemical composition analyses determined the carbohydrate, lignin, extractives, ash, metal, and elemental contents. The fibre characteristics and fine material species within these side streams were analysed using both laboratory analyses and microscopy. Additionally, the feasibility of analysing these side streams using these methods was evaluated. As a result, this master’s thesis provides a rough overview of the chemical composition and physical properties of the studied side streams, guidance on how to perform the analyses more reliably and conclusions on the most potential new uses. The studied fibre-rich side streams are heterogenous materials containing 47-85% carbohydrates, 0.2-2.4% extractives, 0.5-2.0% acid soluble lignin, 1.7-50% ash and 13-32% acid insoluble material. In terms of chemical composition, the fibre sludge showed highest potential as feedstock in sugar platform or in agricultural uses, the fibre clay as a reinforcement material in composites and the deinking sludge as a source of fillers and pigments. In case of the knot reject, it was estimated that the most profitable use would be to recycle the side stream back into the digester and use it for pulp production. Further research on the applicability of fibre-rich side streams is still required to assess the viability of these materials for specific applications.Kiertotalous ja materiaalitehokkuus ovat voimakkaita vaikuttajia metsäteollisuuden keskuudessa. Metsäteollisuuden toiminnoissa syntyy siitä huolimatta huomattavia määriä jätettä ja sivuvirtoja, jotka päätyvät pääasiassa poltettavaksi tai sijoitetaan kaatopaikoille. Kuitupitoisia sivuvirtoja syntyy sellun, paperin, kartongin ja pehmopaperin tuotannon eri vaiheissa. Kuitupitoisten sivuvirtojen mukana menetetään merkittäviä määriä arvokkaita komponentteja, kuten kuituja ja mineraaleja, koska näiden sivuvirtojen koostumusta ei täysin tunneta ja nykyiset hyötykäyttökohteet ovat rajalliset. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia valittujen sellu-, kartonki- ja pehmopaperitehtaiden kuitupitoisten sivuvirtojen koostumusta, jotta niiden soveltuvuutta sivutuotteiden raaka-ainelähteiksi voidaan arvioida kemiallisen koostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien osalta. Tähän tutkimukseen valittiin näytteet kuitulietteestä, kuitusavesta, siistauslietteestä sekä kahden eri tehtaan oksarejektistä. Kemiallisen koostumuksen analyyseissä määritettiin näiden sivuvirtojen hiilihydraatti-, ligniini-, uuteaine-, tuhka-, metalli- ja alkuainepitoisuudet. Kuitujen ominaisuudet ja hienoaineslajit analysoitiin sekä laboratorioanalyyseillä, että mikroskopoimalla. Työssä tutkittiin myös sivuvirtojen analysoitavuutta mainituilla menetelmillä. Tämä diplomityö tarjoaa karkean yleiskuvan tutkittujen sivuvirtojen kemiallisesta koostumuksesta ja fysikaalisista ominaisuuksista, ohjeita analyysien suorittamiseen, sekä yhteenvedon potentiaalisimmista käyttökohteista. Tutkitut kuitupitoiset sivuvirrat ovat heterogeenisiä materiaaleja, jotka sisältävät 47-85% hiilihydraatteja, 0,2-2,4% uuteaineita, 0,5-2,0% happoliukoista ligniiniä, 1,7-50% tuhkaa ja 13-32 % happoon liukenematonta ainetta. Kemiallisen koostumuksen perusteella kuituliete osoittautui potentiaalisimmaksi raaka-aineeksi sokerialustan tai maatalouden tuotteisiin, kuitusavi lujitemateriaaliksi komposiitteihin ja siistausliete täyteaineiden ja pigmenttien lähteeksi. Oksarejektin kohdalla arvioitiin, että kannattavinta olisi kierrättää sivuvirta takaisin keittoon ja hyödyntää se sellun tuotannossa. Kuitupitoisten sivuvirtojen soveltuvuutta on vielä tutkittava lisää, jotta voidaan arvioida näiden materiaalien soveltuvuutta tiettyihin käyttökohteisiin.Description
Supervisor
Maloney, ThaddeusThesis advisor
Roselli, AnnariikkaKeywords
forest industry, side streams, knot reject, fibre sludge, fibre clay, deinking sludge