Evaluation of Extractive Substances in Branch Knotwood: Opportunities for Lignan Extraction and Industrial Utilization in SCA’s Wood Processing Units
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Utvärdering av extraktivämnen i kvistnötter: Möjligheter för lignanutvinning och industriellt användande i SCA:s enheter (Swedish)
Abstract [sv]
Kvistnötter, det vill säga den del av trädet där stammen förgrenar sig ut till en kvist, är generellt oönskade vid massa- och papperstillverkning eftersom de försämrar massans kvalitet. Lignaner är en grupp extraktämnen som förekommer i stora mängder i grankvistnötter. Huvudkomponenten av lignanerna, hydroxymatairesinol (HMR), har blivit en synnerligen uppmärksammad molekyl till följd av dess starka antioxidativa egenskaper, samt positiv effekt på vissa cancertyper. Att separera kvistnötter från sållade överstora flisfraktioner från sågverk och massabruk skulle inte bara underlätta massaproduktionen, utan även möjliggöra utnyttjandet av kvistnötternas värdefulla extraktämnen. Målet med denna studie är att uppskatta mängden kvistnötter samt identifiera möjligheter att separera dem från processflöden från olika enheter inom SCA (Svenska Cellulosa Aktiebolaget). Studien syftar även till att analysera koncentrationen av extraktivämnen, främst lignaner, i kvistnötterna samt att utvärdera utfällning av lignaner i industriell skala. Kvistnötsmaterialet separerades från den vanliga stamveden i de överstora träflisbilarna och analyserades med GC-FID. Analysen visade att kvistnötter från Tunadals sågverk hade de högsta lignanhalterna; 5,1 vikt%, medan kvistnötter från Östrands, Munksunds och Ortvikens massabruk hade betydligt lägre koncentrationer; mellan 0,4 vikt% and 1,9 vikt%. Studien visade även att lignan kan isoleras från kvistnötsextrakt som en utfällning bestående av ett komplex med lignan kristalliserat med kaliumacetat. Utifrån de uppmätta lignanhalterna, information om enheternas råvarukonsumtion, samt en rad antaganden, så uppskattades det att 500 ton lignan och 270 ton ren HMR kan utvinnas från de studerade SCA-enheterna årligen. Genom effektivt utnyttjande av biomassan kan således de oönskade kvistnötterna förvandlas till värdefulla och användbara resurser.
Abstract [en]
Branch knots, i.e. the branch bases inside tree stems, are generally unwanted in pulp and paper manufacturing as they deteriorate the pulp quality. Lignans are a group of extractives particularly abundant in spruce knots. The major lignan, hydroxymatairesinol (HMR), has become a compound of interest due to its advantageous health effects, including antioxidant and antitumor effects. Separating branch knots from screened oversized chip fractions of wood processing units would not only facilitate pulp production, it would also enable the utilization of valuable bioactive extractives present in the knots. The goal of this study is to estimate the amount of knots and identify the possibility of separating them from the process flows of different units within SCA (Svenska Cellulosa Aktiebolaget). The study also aims to analyze the concentration of extractives, mainly lignans, in the knots and evaluate the precipitation of lignans on an industrial scale. Knotwood and stemwood in oversized wood chips were separated and analyzed with GC-FID. The analysis revealed that spruce knots from Tunadal sawmill had the highest lignan concentrations; 5,1 wt%. In contrast, knots from the mills of Östrand, Munksund and Ortviken had significantly lower amounts; between 0,4 wt% and 1,9 wt%. Additionally, it was shown that lignan can be isolated from knotwood extracts as a powder precipitate, consisting of a complex with lignan, mainly HMR, co-crystallized with potassium acetate. Based on the lignan concentrations, raw material consumption, and a series of assumptions based on earlier research, it was estimated that 500 tons of lignans and 270 tons of pure HMR can be obtained from the four studied SCA units annually after knot separation and extraction. Thus, through biomass utilization, the unwanted knots can turn into valuable and usable resources.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-CBH-GRU ; 2024:304
Keywords [en]
Branch knots, hydroxymatairesinol, lignin, oversized wood chips, potassium acetate
Keywords [sv]
hydroxymatairesinol, kaliumacetat, kvistnötter, lignin, överstor träflis
National Category
Paper, Pulp and Fiber Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-351848OAI: oai:DiVA.org:kth-351848DiVA, id: diva2:1889368
External cooperation
SCA
Subject / course
Polymeric Materials
Educational program
Degree of Master - Macromolecular Materials
Examiners
2024-08-152024-08-15