Development of Non-Petroleum Based Binders for Use in Flexible Pavements, TR-594, 2010

Most bituminous adhesives or binders that are used for pavement materials are derived primarily from fossil fuels. With petroleum oil reserves becoming depleted and the drive to establish a bio-based economy, there is a push to produce binders from alternative sources, particularly from biorenewable resources. However, until now, no research has studied the applicability of utilizing bio-oils as a bitumen replacement (100% replacement) in the pavement industry. The main objective of this research was to test various properties of bio-oils in order to determine the applicability of using bio-oils as binders in the pavement industry. The overall conclusions about the applicability of using bio-oils as bio-binders in the pavement industry can be summarized as follows: 1. Bio-oils cannot be used as bio-binders/pavement materials without any heat pre-treatment/upgrading procedure. 2. Current testing standards and specifications, especially Superpave procedures, should be modified to comply with the properties of bio-binders. 3. The temperature range of the viscous behavior for bio-oils may be lower than that of bitumen binders by about 30°–40° C. 4. The rheological properties of the unmodified bio-binders vary in comparison to bitumen binders, but the rheological properties of these modified bio-binders change significantly upon adding polymer modifiers. 5. The high-temperature performance grade for the developed bio-binders may not vary significantly from that of the bitumen binders, but the low-temperature performance grade may vary significantly

A study of the effects of PVAC on works of art on paper and wood: pH and colour change

This paper presents the preliminary findings of pH and colour measurements carried out on artworks on paperand on wood that had been treated with a poly(vinyl acetate) (PVAC) based adhesive in the 1980s. In both cases, areas treated with PVAC proved to be less acidic than untreated areas. Contrary to expectations, the conservation treatments have not, as yet, increased acidity levels in the objects under study. Colour measurements of the works on paper showed that those that had been backed with a cotton fabric using a mixture of methylcellulose and PVAC were less yellow than those from the same print run that had not been backed. This finding suggests that the backing somehow prevented the natural degradation of the support. In view of these preliminary results, further research is clearly needed. This study forms part of a broader ongoing project to assess the role of PVAC in the conservation of a range of cultural assets.

A study of the effects of PVAC on works of art on paper and wood: pH and colour change

This paper presents the preliminary findings of pH and colour measurements carried out on artworks on paperand on wood that had been treated with a poly(vinyl acetate) (PVAC) based adhesive in the 1980s. In both cases, areas treated with PVAC proved to be less acidic than untreated areas. Contrary to expectations, the conservation treatments have not, as yet, increased acidity levels in the objects under study. Colour measurements of the works on paper showed that those that had been backed with a cotton fabric using a mixture of methylcellulose and PVAC were less yellow than those from the same print run that had not been backed. This finding suggests that the backing somehow prevented the natural degradation of the support. In view of these preliminary results, further research is clearly needed. This study forms part of a broader ongoing project to assess the role of PVAC in the conservation of a range of cultural assets.

Workers exposed to wood dust have an increased micronucleus frequency in nasal and buccal cells: results from a pilot study

Wood dust is recognised as a human carcinogen, based on the strong association of wood dust exposure and the elevated risk of malignant tumours of the nasal cavity and paranasal sinuses [sino-nasal cancer (SNC)]. The study aimed to assess genetic damage in workers exposed to wood dust using biomarkers in both buccal and nasal cells that reflect genome instability events, cellular proliferation and cell death frequencies. Nasal and buccal epithelial cells were collected from 31 parquet layers, installers, carpenters and furniture workers (exposed group) and 19 non-exposed workers located in Switzerland. Micronucleus (MN) frequencies were scored in nasal and buccal cells collected among woodworkers. Other nuclear anomalies in buccal cells were measured through the use of the buccal micronucleus cytome assay. MN frequencies in nasal and buccal cells were significantly higher in the exposed group compared to the non-exposed group; odds ratio for nasal cells 3.1 [95% confidence interval (CI) 1.8-5.1] and buccal cells 1.8 (95% CI 1.3-2.4). The exposed group had higher frequencies of cells with nuclear buds, karyorrhectic, pyknotic, karyolytic cells and a decrease in the frequency of basal, binucleated and condensed cells compared to the non-exposed group. Our study confirms that woodworkers have an elevated risk for chromosomal instability in cells of the aerodigestive tract. The MN assay in nasal cells may become a relevant biomonitoring tool in the future for early detection of SNC risk. Future studies should seek to standardise the protocol for MN frequency in nasal cells similar to that for MN in buccal cells.

Owl melanin-based plumage redness is more frequent near than away from the equator: implications on the effect of climate change on biodiversity

Climate change acts as a major new selective agent on many organisms, particularly at high latitudes where climate change is more pronounced than at lower latitudes. Studies are required to predict which species are at a high risk of extinction and whether certain phenotypes may be more affected by climate change than others. The identification of susceptible phenotypes is important for evaluating the potential negative effect of climate change on biodiversity at the inter- and intraspecific levels. Melanin-based coloration is an interesting and easily accessible candidate trait because, within certain species, reddish pheomelanin-based coloration is associated with adaptations to warm climates. However, it is unclear whether the same holds among species. We tested one prediction of this hypothesis in four owl genera (wood, scops, screech, and pygmy owls), namely that darker reddish species are more prevalent near the equator than polewards. Our comparative analysis is consistent with this prediction for the northern hemisphere, suggesting that pale reddish species may be adapted to cold climates and dark reddish species to warmer climates. Thus, climate change may have a larger negative impact on pale pheomelanic owls and favour dark pheomelanic species.

Esiselvitys puupolttoaineen jalostamisesta torrefiointitekniikalla

Fossiilisten polttoaineiden käytöstä aiheutuvia kasvihuonekaasupäästöjä pyritään vähentämään EU:ssa mm. päästökaupan avulla. Uusiutumattomien polttoaineiden tilalle kehitetään biopolttoaineita, joita voidaan hyödyntää olemassa olevien voimalaitosten polttolaitteistoilla. Biopolttoaineiden etuna on, ettäniiden ei katsota lisäävän hiilidioksidipäästöjä, koska biomassa sitoo itseensä kasvaessaan poltossa vapautuvan määrän hiiltä. Eräs kiinnostavimmista jalostetuista biopolttoaineista on torrefioitu puu, joka vastaa useimmilta ominaisuuksiltaan kivihiiltä ja jota voidaan käyttää hiilivoimalaitoksissa ilman laitteistomuutoksia. Torrefiointi on puun eräänlaista paistamista hapettomissa olosuhteissa 250-270ºC:ssa, jolloin siitä saadaanpoistettua vesi ja osa haihtuvista aineista. Puun väri muuttuu suklaanruskeaksi, se kevenee, ei savuta poltettaessa, hylkii vettä, jauhautuu hyvin sekä sillä on pienet hiukkaspäästöt. Käsitellyn puun ominaisuudet muuttuvat säilyvyydeltään ja käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi raaka-aineeseen verrattuna. Torrefioinnilla saavutetaan puulle polttoainekäytön kannalta myös paremmat ja kestävämmät ominaisuudet kuin hiiltämällä. Torrefiointiprosessia on tutkittu jonkin verran ja torrefioidun biomassan polttoa voimalaitosmittakaavassa on kokeiltu pienessä mittakaavassa. Torrefioitu materiaali on alhaisen tiheytensä vuoksi hankalaa ja kallista kuljettaa,joten sen tiheyttä tulee nostaa kuljetuksia varten tiivistämällä esim.pelletöimällä. Torrefionti yhdistettynä pelletöintiin on parhaimmillaan kilpailukykyinen vaihtoehto, kun kivihiiltä korvaavaa biomassaa jalostetaan kaukana käyttöpaikasta ja kuljetetaan irtotavarana aluskuljetuksina. Torrefioitua puuta on tiettävästi poltettu vain hollantilaisessa voimalaitoksessa. Tässä esiselvityksessä kootun tiedon perusteella torrefioidun puupolttoaineen tuottamiseen Suomen olosuhteissa arvioidaan olevan teknis-taloudellisia mahdollisuuksia. Kuitenkin torrefiointiprosessin soveltaminen suomen olosuhteisiin ja kotimaisiin raakaaineisiin vaatii panostusta jatkotutkimukseen ennen varsinaiseen toteutusvaiheeseen siirtymistä.

Kestävän kehityksen näkökulmien huomioiminen kunnan energiaratkaisussa

Diplomityön tavoitteena on tuottaa informaatiota kunnalliseen päätöksentekoon, jonka avulla kestävän kehityksen näkökulmia voidaan huomioida kunnan energiaratkaisusta päätettäessä. Yhtenä työn lähtökohtana on ollut myös uusi EU-direktiivi, jonka mukaan ympäristönäkökohtia voidaan huomioida julkisten hankintojen tarjouspyyntömenettelyssä valintaperusteena. Tarkastelun kohteena oli kokoluokaltaan 0,5–3 MW:n aluelämpölaitokset sekä polttoaineiden tuotantoketjut. Työssä vertailtavat polttoaineet olivat metsähake, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja turve. Diplomityössä on perehdytty kestävän kehityksen käsitteeseen ja muodostettu sen mukaan ekologiselle, sosiaaliselle ja taloudelliselle näkökulmalle kunnallisen energiaratkaisun indikaattoreita. Empiirisessä osassa käsitellään kestävän kehityksen näkökulmien muodostumista Enon energiaosuuskunnan toimintaan perustuen. Käytettävät kestävän kehityksen näkökulmien mukaiset indikaattorit ovat polttoaineen tuotannosta ja käytöstä aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt, polttoaineen tuotannon työllisyysvaikutukset sekä energian hinnan muodostuminen osuuskunnan asiakkaille. Tässä diplomityössä tarkastelluilla kestävän kehityksen indikaattoreilla mitattuna, metsähakkeen käytöllä energiantuotannossa on positiivinen vaikutus niin kunnan kasvihuonekaasutaseessa, työllisyystilanteessa sekä myös enemmän kuluttajaystävällinen asema, lämmön hinnan vakauden ansiosta, kuin muilla työssä käsiteltävillä polttoaineilla. Polttoaineen tuotantoketjun osalta metsähakkeelle saatiin tuotannon ja käytön aiheuttamaksi kasvihuonekaasupäästöksi 2,9–4,2 g CO2-ekv/MJ. Tulos perustuu Enon energiaosuuskunnan polttoaineen hankinnassa käytössä oleviin keskimääräisiin etäisyyksiin metsäkuljetuksessa (250 m) ja kaukokuljetuksessa (15 km). Tuotannon ja käytön aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt olivat raskaalla polttoöljyllä 88,2 g CO2-ekv/MJ, kevyellä polttoöljyllä 85,0 g CO2-ekv/MJ ja turpeella 104,0–108,1 g CO2-ekv/MJ. Metsähakkeen osalta polttoaineen tuotannon osuus koko tarkastellun energiaketjun kasvihuonekaasupäästöistä oli noin 43–57 %. Enon energiaosuuskunnan tapauksessa vuoden 2005 odotetulla toiminta-asteella metsähakkeella tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 160 t CO2-ekv. Kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 3700 t CO2-ekv sekä turpeen (50 %) ja metsähakkeen (50 %) seoskäyttöön perustuvalla ketjulla noin 2300–2400 t CO2-ekv. Samaisella toiminta-asteella työllisyysvaikutukset ovat käytettäessä metsähaketta 2,2–8,6 htv, raakaöljyä 0,12 htv ja turvetta 1,4–1,6 htv. Metsähakkeen käyttö aluelämpölaitosten pääpolttoaineena takaa myös vakaan hintakehityksen osuuskunnan asiakkaille.

Puupellettien tuotanto-, jakelu- ja käyttöketjun tekniikka, talous ja markkinat

Puupelletti on puumurskeesta puristamalla valmistettu polttoainejaloste, jonka raaka- aineita ovat mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotteet kutterinlastu ja sahanpuru. Sylinterin muotoiset pelletit ovat yleensä halkaisijaltaan 6-10 mm ja pituudeltaan 10 - 30 mm. Tässä diplomityössä tarkastellaan pellettiketjua valmistuksesta loppukäyttöön. Työ sisältää valmistuksen, kuljetuksen ja käytön niin tekniset puolet, kuin taloudelliset näkökohdatkin. Myös muiden maiden pellettimarkkinoiden tilanne tuodaan esille. Työn lopussa kuvataan muutama case-esimerkki onnistuneista pellettiketjuista. Suomessa puupellettimarkkinoiden kehitys alkoi 1998 Vöyrissä auenneen pellettitehtaan myötä. Pellettien tuotanto ja kulutus ovat sen jälkeen kasvaneet nopeasti ja nyt vuonna 2001 pellettien tuotantokapasiteetti on 150 000 t/a. Pellettimarkkinoiden nopea kehitys Suomessa perustuu öljyn korkeaan hintaan, käytön helppouteen ja ympäristöystävällisyyteen. Käyttölaitteistojen yleistyessä ja jakelun tehostuessa pellettiliiketoiminta tulee vahvistamaan asemaansa entisestään Suomessa

Purchasing Process Performance Definition and Improvement in the Mechanical Wood Industry

Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli määrittää Schauman Wood Oy:n ostoprosessin suorituskyvyn nykytila yrityksen Suomen yksiköissä. Nykytila-arviointi suoritettiin uusien ja käytössä olevien mittaustulosten avulla. Tutkimuksessa verrattiin kymmenen tuotantolaitoksen ostoprosesseja keskenään. Keskeinen tutkimusongelma oli ostoprosessin suorituseroja aikaansaavien tekijöiden selvittäminen eri yksiköissä. Tutkimuksen tavoitteena oli saavuttaa yhtenäisemmät toimintatavat yrityksessä sekä laajentaa konsernin osto-organisaation hyödyntämistä hankintatoimessa. Tavoitteena oli ostoprosessin virtaviivaistaminen ja tehokkaamman seurantajärjestelmän kehittäminen. Ostotoimintojen suorituskyvyn jatkuva parantaminen perustuu osittain uusien mittareiden avulla saatavaan informaatioon ja täsmällisempään seurantaan. Sisäistä benchmarkingia käytettiin työkaluna suorituskyky-eroavaisuuksien määrittelyssä. Tietoa erilaisista toimintatavoista kerättiin haastattelemalla yrityksen ostajia ja tehdaspalvelupäälliköitä eri tehdaspaikkakunnilla. Sisäisen benchmarkingin avulla määriteltiin toimintatapa eroavaisuudet sekä kehitettiin seurantakortti, jossa jokaista yksikköä verrataan parhaaseen ja eniten kehittyneeseen yksikköön. Työn tuloksina muodostui ehdotuksia ostotoiminnon uusiksi mittareiksi. Uudet mittarit ovat tehokkuusmittareita, jotka kuvaavat resurssien käytön tehokkuutta sekä auttavat seuraamaan ostoprosessin tilaa entistä paremmin. Uusien mittareiden tavoitteena on myös vähentää mittareiden manipulaatiomahdollisuutta. Työn ulkopuolelle rajattiin informaatioteknologiajärjestelmien tietotekninen osuus. Eräs yrityksen tuotantolaitoksista rajattiin myös työn ulkopuolelle, koska sen ostoprosessit ovat huomattavasti kehittymättömämpiä kuin Schauman Woodin muiden tehtaiden ostoprosessit. Kyseisen yksikön kehittämisen tulee lähteä aivan ruohonjuuritasolta. Tutkimuksen teoriaosuus on kerätty alan ammattikirjallisuudesta ja tutkimuksen aihetta käsittelevistä uudehkoista tieteellisistä alan artikkeleista. Teorian tarkoituksena on tukea empiiristä osuutta sekä antaa lukijalle uusia näkemyksiä ostotoiminnan monista mahdollisuuksista. Tutkimuksen tuloksia ovat nykytila-analyysi, ehdotukset uusista ostotoiminnan mittareista sekä ehdotus MRO-tuotteiden ulkoistamiskokeilusta. Yrityksen ostotoiminnan tulisi kehittyä operatiivisesta tasosta kohti strategisempaa oston tasoa. Johdon sitoutuminen hankintatoimen kehityshankkeisiin on erityisen tärkeää, lisäksi hankintatoimi tulisi nähdä strategisempana osa-alueena yrityksessä. Hankintatoimen kehittämisen avulla yrityksen kustannustehokkuutta voidaan lisätä merkittävästi.

Carbon balance of Fibre-Based Package

Customers are more and more interested in the environmental impacts of the products they purchase. Different labels give the required environmental information to consumers and the labels might affect to the consuming decisions. The European Union has set a plan for sustainable consuming, which encourages industry and commerce to calculate carbon footprints for the products. A term “carbon footprint” means carbon dioxide emissions across the product lifecycle. In this thesis, carbon footprints are calculated for two different fibre-based packages. In the end, greenhouse gas emissions from fibre-package production are compared to greenhouse gas emissions from PET bottle production. The data for mill processes is exact and monitored in the mill. In addition, data was gathered from raw material and material suppliers, customers, official records, KCL-eco databases and literature. The data for PET bottle is sourced from literature. End-of-life operations affect greatly on the carbon footprint of a fibre-based package. The results show that the carbon footprint is smallest when used packages are recycled. Recycling saves also natural resources. If used packages are not recyclable for some reason, it is recommended to use them in energy production. Through waste incineration fossil fuels could be substituted and greenhouse gas emissions avoided.

Aluminium fouling and its impact on activated carbon based dioxin and furan removal in a wet scrubber at a co-incineration plant

Dioxins and furans, PCDD/Fs, are highly toxic substances formed in post combustion zones in furnaces. PCDD/F emissions are regulated by a waste incineration directive which relates also to co-incineration plants. Several observations of dioxin and furan enhancements in wet scrub- bers have been reported previously. This is thought to be due to the so-called "memory effect" which occurs when dioxins and furans absorb into plastic material in scrubbers and desorb when ambient circumstances alter significantly. At the co-incineration plant involved, dioxins and furans are controlled with a wet scrubber, the tower packing of which is made of plastic in which activated carbon particles are dispersed. This should avoid the memory effect and act as a dioxin and furan sink since dioxins and furans are absorbed irreversibly into the packing ma- terial. In this case, the tower packing in the scrubber is covered with a white layer that has been found to be mainly aluminium. The aim of this thesis was to determine the aluminium balance and the dioxin and furan behaviour in the scrubber and, thus, the impacts that the foul- ing has on dioxin and furan removal. The source of aluminium, reasons for fouling and further actions to minimize its impacts on dioxin and furan removal were also to be discovered. Measurements in various media around the scrubber and in fuels were made and a profile analysis of PCDD/F and mass balance calculations were carried out. PCDD/F content de- creased in the scrubber. The reduced PCDD/F was not discharged into scrubbing water. The removal mechanism seems to work in spite of the fouling, at least with low PCDD/F loads. Most of the PCDD/F in excess water originates from the Kymijoki River which is used as feeding water in the scrubber. Fouling turned out to consist mainly of aluminium hydroxides. Sludge combusted in the furnace was found to be a significant source of aluminium. Ways to minimize the fouling would be adjustment of pH to a proper lever, installation of a mechanical filter to catch the loose material from the scrubbing water and affecting the aluminium content of the sludge.

Quantitative elemental analysis of dry-ashed bark and wood samples of birch, spruce and pine from south-western Finland using PIXE

A total of over 200 different samples of bark and wood of Silver birch, Norway spruce and Scots pine were analysed. Samples were taken from several areas in western Finland, some with known sources of atmospheric heavy metal emission (Harjavalta, Ykspihlaja). Also analytical data for pine needles from some sites are reported. The chemical analyses were performed by thick-target particle-induced X-ray emission (PIXE) spectrometry after preconcentration by dry ashing of samples at 550oC. The following elements were quantified in most of the samples: P, S, K, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Ba and Pb. The ash percentage and the chemical composition of ashes of different wood materials were also obtained, as dry ashing was used in the analytical procedure. The variations in elemental concentrations in wood and bark of an individual tree, expressed as RSDs, were mostly in the range 10 – 20 %. For several trees of the same species sampled from small areas (< 1 ha), the variations in elemental concentrations were surprisingly high (RSDs 20 – 50 %). In the vicinity of metal plants, effects of strong atmospheric heavy metal pollution (pollution factor above 100) were observed in pine bark. The increase of heavy metal content in wood samples from the same sites was quite small. Elemental concentrations in ashes of bark and wood, from areas with no local source of atmospheric pollution, were relatively uniform. Based on this observation an alternative way of demonstrating atmospheric pollution of tree bark is discussed.

Research of wood fuel market in Ukraine and the Republic of Belarus

The goal of the present work was to describe the wood fuel market of Ukraine and the Republic of Belarus, to estimate wood fuel potential and to research opportunities of wood fuel trading. Nowadays the wood waste, wood residues and by-products are becoming more and more potential raw materials for energy production. Against the background of unstable prices of traditional energy sources and environmental degradation, European States are planning to get 12% of energy from alternative sources already in 2010. Wastes of wood-working and agricultural productions are such sources. At present time the most popular wood biofuels are wood pellets, briquettes, wood chips and logs. Ukraine and the Republic of Belarus have a rather big potential of wood fuel resources. But wood fuels markets of these countries are on the entry level and quite disorganized. There is almost no domestic usage of wood biofuel. All produced pellets, briquettes as well as wood chips and logs go to the export, but the volumes are not high at present time. Ukraine and the Republic of Belarus have a very suitable geographical location. The most promising directions of wood fuel trading are developed wood fuel markets of Northern countries, Austria, Germany as well as actively developing markets of Poland and Hungary. At the long distance truck and sea transportation are the most appropriate. At a short distance cheap transportation by rail is more suitable. Thereby export is a potential opportunity for development of wood fuel production and in the future for usage in the researched countries.

High-Performance-Tensile-Strength Alpha-Grass Reinforced Starch-Based Fully Biodegradable Composites

Though there has been a great deal of work concerning the development of natural fibers in reinforced starch-based composites, there is still more to be done. In general, cellulose fibers have lower strength than glass fibers; however, their specific strength is not far from that of fiberglass. In this work, alpha-fibers were obtained from alpha-grass through a mild cooking process. The fibers were used to reinforce a starch-based biopolymer. Composites including 5 to 35% (w/w) alpha-grass fibers in their formulation were prepared, tested, and subsequently compared with those of wood- and fiberglass-reinforced polypropylene (PP). The term “high-performance” refers to the tensile strength of the studied composites and is mainly due to a good interphase, a good dispersion of the fibers inside the matrix, and a good aspect ratio. The tensile strength of the composites showed a linear evolution for fiber contents up to 35% (w/w). The strain at break of the composites decreased with the fiber content and showed the stiffening effects of the reinforcement. The prepared composites showed high mechanical properties, even approaching those of glass fiber reinforced composites

Bio-based composites from stone groundwood applied to new product development

This paper deals with the product design, engineering, and material selection intended for the manufacturing of an eco-friendly chair. The final product is expected to combine design attributes with technical and legal feasibility with the implementation of new bio-based materials. Considering the industrial design, a range of objectives and trends were determined after setting the market requirements, and the final concept was proposed and modeled. The product geometry, production technology, and legal specifications were the input data for product engineering. The material selection was based on the technical requirements. Polypropylene (PP) composite materials based on coupled-fiberglass, sized-fiberglass, and coupled-stone ground wood reinforcements were prepared and characterized. Final formulations based on these PP composites are proposed and justified