Bark Biorefinery : Isolation, Characterization and Application

• To fulfill the United Nations’ 17 sustainable development goals, there is a need to transition from a petroleum-based society toward a more sustainable one which requires new solutions and the production of materials, chemicals, and energy from renewable resources. Using side-stream products from industries to produce value-added products will be economically beneficial. Furthermore, finding more environmentally friendly process routes will aid industries in achieving their goal of reducing carbon dioxide emissions and contributing to a more sustainable society.Tree bark is the outer protective layer of a tree and today, mills and factories incinerate the bark to produce energy. Norway spruce (Picea abies) bark consistsof cellulose, lignin, hemicellulose, and extractives. Applying the biorefinery concept makes it possible to extract and isolate these compounds in the bark and utilize them to produce high-value materials and chemicals.This thesis applies the biorefinery concept to isolate cellulose and lignin from spruce bark by using mild extraction processes and more eco-friendly chemicals.Cellulose is the most abundant compound in spruce bark and has great potential to be used in various applications. The isolation of cellulose fibers from bark was in the present work carried out by first removing the extractives and non-cellulosic polysaccharides via sequential extractions using acetone and subcritical water. Nanocellulose was isolated from the bark cellulose and used to produce Pickering emulsions successfully. This proves that using side-stream products such as bark is feasible to produce high-value products like emulsions.Lignin is the second most abundant compound in the spruce bark. Following the acetone and subcritical water extractions, a mild cyclic organosolv extraction sequence was applied to be able to recover spruce bark lignin. The lignin extracted was comparable to lignin extracted from wood. Stilbene glucosides incorporated in the bark lignin provide the lignin with additional beneficial properties, i.e., antimicrobial and antioxidative. This elevates the value of the lignin further and makes it suitable for a variety of different applications.

• För att kunna uppnå Förenta Nationernas 17 globala hållbarhetsmål behöverdet ske en förändring från ett oljebaserat samhälle till ett mer hållbart samhälle. Detta innebär att det finns ett behov för nya hållbara lösningar och material, kemikalier och energi som produceras med förnybara råvaror. Att utnyttja sidoströmmar från industrier för att producera högvärdiga produkter kommer vara ekonomiskt fördelaktigt. Dessutom, att finna mer miljövänliga processer kommer att bidra till att hjälpa industrier att uppnå deras mål med att minska koldioxidutsläppen och bidra till ett mer hållbart samhälle.Trädbark är det yttersta skyddande lagret på ett träd och idag förbränner bruk och fabriker den för att skapa energi. Granbarken består av cellulosa, lignin, hemicellulosa, och extraktivämnen. Att använda bioraffinaderikonceptet gör det möjligt att extrahera och isolera komponenterna i barken och vidare producera högvärdiga material och kemikalier.Denna avhandling applicerar bioraffinaderikonceptet för att isolera cellulosa och lignin från den inre granbarken genom att använda milda extraktionsprocesser och mer miljövänliga kemikalier.Cellulosa är den vanligaste förekommande komponenten i bark och har stor potential att användas för olika tillämpningar. Isoleringen av cellulosafibrer från bark genomfördes i detta arbete först genom att avlägsna extraktivämnen och icke-cellulosahaltiga polysackarider via sekventiella extraktioner med aceton och subkritiskt vatten. Nanocellulosa isolerades från barkcellulosan och användes för att producera Pickering emulsioner med framgång. Detta visar att det är möjligt att utnyttja en produkt såsom bark från en sidoström till att skapa högvärdiga produkter som emulsioner.Lignin är den näst mest vanligt förekommande komponenten i bark. Efter extraktion med aceton och subkritiskt vatten genomgick barkfibrerna en sekventiell cyklisk organosolv-extraktion för att erhålla gransbarkslignin. Det extraherade ligninet var jämförbart med lignin som extraherats från ved. Stilbene glykosider som är inkorporerade i barkligninet ger ligninet ytterligare fördelaktiga egenskaper, exempelvis antimikrobiella och antioxidativa. Detta förhöjer värdet ännu mer och gör den lämplig för flera olika tillämpningar.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Nanoteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Nano-technology (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Polymerkemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Polymer Chemistry (hsv//eng)

Nyckelord

Sustainability

bark

biorefinery

Norway spruce

nanocellulose

Pickering emulsion

organosolv

extraction

lignin

Hållbarhet

bark

bioraffinaderi

gran

nanocellulosa

Pickering emulsioner

organosolv

extraktion

lignin

Fiber- och polymervetenskap

Fibre and Polymer Science

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)