Resursåtervinning

Avfallsproblemet är en del av de stora utmaningar som EU ska ta sig an och som avses bli centrala i EU:s 8:e ramprogram för forskning efter 2013.  Sveriges internationella konkurrenskraft inom området måste också bibehållas och utvecklas. Därför är resursåtervinning ett viktigt och prioriterat forskningsområde inom högskolan. Det omfattar utvecklandet av metoder för att återvinna resurser, energi och material, ur avfall eller restprodukter från industriella processer. Dessutom ingår utveckling av material för att förbättra deras återvinningsbarhet. I Borås finns fyra tätt samverkande forskargrupper inom området Resursåtervinning: bioteknik, förbränning och termiska processer, polymerteknik samt datormodellering. Deras forskning är till sin natur tvär-vetenskaplig och vi avser därför att bedriva forskarutbildningen som ett sammanhållet forskarutbildningsämne.

Energiåtervinning

Energiåtervinningsforskningen bedrivs inom tre av de fyra samarbetande grupperna – bioteknik, förbränning och termiska processer samt datormodelleringsgruppen. Bioteknikgruppen har satsat stort på förädling av avfall och restprodukter med hjälp av enzymer och mikroorganismer. Gruppen har koncentrerat sig på cellulosa- och keratinrika material som skogsrestprodukter, textilavfall, fruktskal, byggavfall, slakteriavfall, osv. Man utvecklar tekniker för att omvandla dessa avfall och restprodukter till etanol och biogas för användning som drivmedel (men också till råvaror för helt nya material, se nedan). Ett exempel på detta arbete är den internationellt mycket uppmärksammade studien av nedbrytningen av textilier, t.ex. jeans, för etanolproduktion. För att öka vår förståelse om de atomära egenskaper som försvårar effektiv nedbrytning av cellulosamaterial modelleras processerna när cellulosamaterial bryts ned för att tillverka etanol. Därmed bidrar modelleringen till en förbättrad nedbrytningsprocess.

Forskargruppen inom förbränning och termiska system arbetar främst med forskning och utvecklingsfrågor relaterade till förbränning och samförbränning av biomassa och avfall. Gruppen verkar i samarbetsprojekt med stor industriell relevans. Målen är att optimera effektiviteten och ekonomin för kraft- och värmeanläggningar samt minimera användningen av naturresurser och miljöpåverkan. Gemensamt för de arbeten som utförs är att resultaten till stor del är baserade på försök i kommersiella anläggningar. Exempel på projekt är: analys av sammansättningen av avfall till två olika förbränningsanläggningar över året, metodik för reglering och optimering av förbränning, siktning av avfall för att reducera andelen oorganiskt material i avfallsbränslet för att minska risken för problem vid förbränningen, aktiv förbränningskontroll, undersökning av alternativa metoder att snabbt styra luft- och bränsleblandningen i en fastbränslepanna för att kompensera för ojämnheter i bränslets flöde och sammansättning och därmed förbättra förbränningen och minska de skadliga utsläppen och undersökning av återvinningspotentialen av krävande avfallsbränslen genom samförbränning, till exempel av bilfluff (dvs. bilinredning) och rötat avloppsslam.

Inom gruppen finns också erfarenhet av förgasning av olika typer av material, främst biomassa och svartlut. Där har forskning bedrivits på grundläggande nivå för att ta fram kinetikuttryck där även transportegenskaperna är medtagna. Detta har gjorts under både pyrolys- och förgasningsbetingelser. För detta har två specifika utrustningar konstruerats; en laminär flödesreaktor (kontinuerlig reaktor med mycket snabb upphettningshastighet) samt en droppreaktor (där reaktionsmekanismer, transportegenskaper och fysikaliska förändring kan studeras). Som redskap i forskningen har olika slags utvärderingsmetodiker använts för att belysa potentialen hos processer (antingen hela processer eller delsteg). Dessa har i stor utsträckning varit baserade på termodynamik (entropi- eller exergibalanser). Framför allt har de använts inom kemikalieåtervinning för sulfatmassabruk där nya och existerande processer har kunnat jämföras.

Materialåtervinning

Materialåtervinningsforskningen bedrivs genom samarbete mellan tre av de fyra samverkande grupperna – bioteknik-, polymerteknik- och datormodelleringsgrupperna. Målsättningen är att utveckla nya material och funktionella polymerer ur restprodukter och avfall.

Ett centralt område är utveckling av polymera material från biomassa, och speciellt biomassa erhållen från olika avfallsströmmar. Ett tema är mikrobiologisk produktion av ur biomassa. Genom att använda zygomycetes-svampar för att producera alkohol ur cellulosa- och kreatinrika avfall får man ett antal polymera ”biprodukter” som har väl så stort värde som den utvunna energin. Dels bildas polysackarider som chitin och chitosan och dels bildas olika proteiner. Dessa kan sedan bl.a. användas som superabsorbenter efter lämplig kemisk behandling. Egenskaperna för de proteinbaserade och kolhydratbaserade superabsorbenterna studeras dels experimentellt och dels med olika simuleringsmetoder, för att finna lämpliga behandlingar för att optimera deras absorptionsförmåga. Detta projekt sker som ett samarbete mellan bioteknik-, polymer- och datormodelleringsgrupperna.

Med biotekniska metoder kan man även återvinna textila material, så att de syntetiska polyesterfibrerna kan tas om hand. Detta kommer att undersökas inom ett doktorandprojekt, och syftet är att undersöka denna polyesterfibers kvalité, egenskaper samt bearbetbarhet till nya textila fibrer. Dessutom pågår forskning gällande naturfiberkompositer, samt bionedbrytbara polymera material. Naturfiberkompositer har tillverkats från biobaserade hartser samt naturfiber. Dessas mekaniska egenskaper är mycket goda och därtill ger de lättare kompositmaterial. Inom forskningen har naturfibrer kombinerats med polymera härdplaster baserade på mjölksyra samt växtoljor. Biobaserade fibrer från polymjölksyra (PLA), har tillverkats och ytterligare modifierats för att erhålla funktionella egenskaper. PLA-baserade fibrer är av intresse i textila material, där man vill ersätta råoljebaserad polyesterfiber, samt i biomedicinska tillämpningar p.g.a. deras bionedbrytbarhet. Bland aktuella projekt märks syntes av härdplaster från växtoljor, tillverkning av kompositer genom kombination med naturfibrer av olika typ, samt karakterisering av kompositernas mekaniska och fysikaliska egenskaper. Ett annat fokus är på att undersöka tekniska metoder för återvinning av polymera kompositmaterial. Mekanisk återvinning samt mikrovågspyrolys är tekniker som undersökts i ett industriforsknings-projekt som görs i nära samarbete med ett företag i återvinningsbranschen.