Sustainable Cereal Straw Management: Use as Feedstock for Emerging Biobased Industries or Cropland Soil Incorporation?

Sustainability goals regarding biobased chemicals and fuels can lead to increased demand for cereal straw, which could lead to undesirable effects on soil organic matter (SOM) content. The aim of this study was to evaluate the effects of removing straw on SOM, using a life cycle approach based on agricultural statistics and soil carbon modelling. This regional evaluation in southern Sweden showed that the general restrictions on straw removal recommended in many European studies, with demands on the incorporation of at least half of the aboveground straw, is not an efficient means of SOM preservation. Unrestricted straw removal in combination with the cultivation of intermediate crops leads to a much higher SOM build-up. Such measures will increase the availability of removable straw 2.5 times, at little extra cost. The findings of this study demonstrate the necessity of regional evaluation, taking new findings on the impact of straw incorporation on SOM into consideration. This is important for both regional emerging biobased industries, where unnecessary restrictions on straw removal might hamper the development of new production pathways, and for future sustainability in agriculture, where well-intended but inefficient SOM preservation strategies might hinder the implementation of more efficient measures.[GRAPHICS]

Fiber- och energigrödor som råvara till produktion av dissolvingcellulosa och biprodukter

Denna förstudie hade till mål att identifiera ett antal grödor som kan vara intressant som råvara för produktion av specialcellulosa och bioenergi i norra Sverige. Baserat på en litteraturstudie skulle dessutom kartläggas, vilka aspekter av användandet av grödorna för nämnd ändamål som har undersökts tidigare. Baserat på potentiella avkastningsnivåer för både fiber och biomassa har fem grödor utvalts för en mer detaljerade litteraturgenomgång. Dessa grödor är rörflen, rörsvingel, ängssvingel, timotej och hampa. För varje gröda har undersökts vilka skördetidpunkter som kan bli relevanta och hur de påverkar biomassans kvalitet. En rad förbehandlingar har listats som potentiell kan bidra till en mer ekonomisk transport, förbättrad fiberutbyte och minskade problem i massaprocessen. Odling av gräsarterna rörsvingel, ängssvingel och timotej i renbestånd eller i en vallblandning med kvävefixerande baljväxter kan minska insatskostnader och därmed förbättra ekonomin. Även samodling kan tänkas ger nya möjligheter till stabila skördar, men detta bör provas i fältförsök. De fem grödorna visar avkastningsnivåer för fiber-, massa, respektive biomassa som liknar eller överstiger björk, som är den råvara som lantbruksgrödorna potentiellt kan ersätta. Det finns ingen självklar logistikkedja för skörd, transport och lagring av de fem grödorna. Denna studie har kartlagd vilka olika skörde-, transport- och lagringsmöjligheter är rimliga, men systemen behöver provas i verkligheten. Den potentiella massa- respektive fiberkvaliteten har undersökts i mycket begränsat omfattning med hjälp av ett fåtal indikatorer såsom askhalt respektive kiselhalt och fiberlängden. Resultatet visar behov för en kemikalieåtervinningsprocess som är anpassat till högre mineralhalter än i björkmassa, alternativ en eller flera förbehandlingar som kan förbättra råvarans kemiska sammansättning. Ett antal olika förbehandlingsmetoder presenteras i rapporten. Dessutom är det tydligt att andelen finfraktion från de fem grödorna kommer att bli mycket högre än vad som är typisk t.ex. för björk. Detta tyder på behov av anpassning av processen respektive behov för en eller flera förbehandlingar av fiberråvarorna. Eftersom vissa förbehandlingsmetoder tenderar till att minska problem med både höga mineralhalter och höga finfraktionsandelar bör det undersökas hur stor effekten av förbehandlingen kan vara. Bioenergiproduktion från fiberproduktionens biprodukter har undersökts och olika möjligheter till bi-produkter presenteras. Det är mestadels biomassa från potentiella fraktioneringsmoment samt etanolutvinning från tvättvattnet efter fiberkokningen som bidrar till energivinster. Eftersom erfarenheter från lantbruksgrödor i sulfitmassaprocessen är mycket begränsat, är det oklart om hur stor etanolutbytet kan vara. Det bör därför undersökas vilka sockerarter som de olika biomassafraktionerna består av

Biofuels from agricultural biomass – land use change in Swedish perspective : report from a project within the collaborative research program Renewable transportation fuels and systems, October 2017

Riksdagen har röstat igenom ett nytt klimatpolitiskt ramverk, vilket innebär att Sverige senast 2045 inte ska ha några nettoutsläpp av växthusgaser. Transportsektorn domineras fortfarande av fossila bränslen, och det behövs kraftiga insatser för att sänka utsläppen. Sverige har en relativt hög andel biodrivmedel, cirka 20% av energianvändningen inom transportsektorn. Närmare 90% av dessa biodrivmedel importeras dock, eller produceras från importerad biomassa. I denna studie undersöktes om och hur det går att tillgodose transportsektorn år 2030 med den mängd biodrivmedel som behövs (20 TWh), baserad på inhemsk råvara. Omfånget på studien begränsas till biomassa som inte orsakar förändrad markanvändning. Detta eftersom EU har meddelat att biomassa som istället skulle kunna användas för mat eller foder inte kommer att stimuleras som råvara framöver. Anledningen till detta politiska beslut är en rädsla för att ökad produktion av biodrivmedel kan ge direkt eller indirekt förändrad markanvändning (förkortad iLUC, efter engelskans indirect land use change), vilket kan leda till utsläpp av kol och andra växthusgaser från mark. I denna studie visar vi att cirka 4-10 TWh biodrivmedel kan produceras från iLUC-fri jordbruksråvara, det stora spannet beror på antagen omvandlingseffektivitet till biodrivmedel. De studerade råvarorna var (1) restprodukter från jordbruket, (2) vall odlad på nerlagd åkermark, (3) grödor från existerande odling så som mellangrödor (4) vall från intensifiering av pågående odling. Genom litteraturstudier bedömdes den iLUC-fri råvara från andra sektorer (skogsrester, industriella biprodukter och avfall från andra delar av samhället, marina råvaror exkluderade) till 8-11 TWh biodrivmedel. Med andra ord har vi goda möjligheter att nå de 20 TWh biobränslen som krävs år 2030 baserat på inhemskt iLUC-fri råvara. Om vi minskar vår konsumtion av kött och alkohol, samt minskar markanvändning för hästar, kan vi producera ännu mer biodrivmedel. Styrning mot biomassa med lägre iLUC skulle dock kunna innebära högre produktionskostnader jämfört med dagens biodrivmedelsproduktion. Det är därför intressant att studera potentiella tradeoffs mellan växthusgaser och ekonomi. I det här projektet undersökte vi produktion av etanol och biogas baserat på vetekärna och vetehalm. Här representerar vetekärna det nuvarande produktionssystemet, och halm representerar ett iLUC-fritt produktionssystem. Resultaten visar att halmbaserade biodrivmedel visserligen inte konkurrerar med livsmedelsproduktionen och har lägre utsläpp av växthusgaser jämfört med vetekärna, men högre produktionskostnader. De högre produktionskostnaderna beror framförallt på lägre utbyte av drivmedel och dyrare förbehandling av råvaran. För att kunna dra generella slutsatser om trade-offs av iLUC-fri råvara behövs dock fler fallstudier där fler råvaror, biodrivmedel studeras, och andra miljöpåverkanskategorier inkluderas

How green is an urban tree? The impact of species selection in reducing the carbon footprint of park trees in Swedish cities

Introduction: Planting trees in urban areas can mitigate some of the emissions generated in cities by carbon sequestration (annual uptake of CO2 through the process of photosynthesis) and carbon storage (amount of carbon stored in the tree's biomass throughout its lifespan). The aim of this study was to calculate the carbon footprint from nursery production to final establishment of different tree species grown for planting in urban parks in a northern European context.Material and methods: The analysis included a cradle-to-gate approach and investigated the amount of carbon the adult trees needed to sequester in order to compensate for initial carbon emissions and which temporal perspectives are of concern. Greenhouse gas emissions were estimated based on an inventory of consumption of fuels, energy, materials and other production inputs during cultivation, delivery, planting and establishment of three different tree species in three different locations in Sweden. The tree species considered in the analysis (Salix alba, Quercus rubra, Pinus sylvestris) were selected due to significant differences in their growth rates. Salix alba is a competitive strategist in resource-rich habitats, and is proficient at converting these resources into vigorous growth. Pinus sylvestris is a pronounced stress strategist with good ability to handle resource-limited habitats, and invests in traits accordingly, resulting in significantly slower development. Quercus rubra has its main distribution in cool and moderately resource-rich habitats, but has relatively high stress tolerance and can be considered intermediate between the other two species in terms of growth rate.Results and discussion: The results showed that within 16 years of planting, all species in all three cities, except Pinus sylvestris planted in Umeå, compensated for initial carbon emissions, i.e. showed net absorption of CO2 after emissions from cultivation, delivery, planting and establishment of the trees had been deducted. There was a clear link between the time by which compensation of initial carbon emissions was achieved and growth rate of the different species, with the fast-growing Salix alba showing the best results. The single largest source of emissions among all activities carried out during cultivation, delivery and planting of all species, regardless of the city in which they were planted, was fuel consumption during tree planting

Mellangrödors potential som proteinkälla

En ökad efterfrågan på lokalt producerade gröna proteiner kräver en ökad avkastning per hektar eller en utökad användning av grön biomassa. Detta projekt fokuserar på möjligheten att utvinna proteiner ur mellangrödor för potentiell användning som livsmedel eller foder

Impacts of future climate on local water supply and demand – A socio-hydrological case study in the Nordic region

Study region Fårö island, part of Region Gotland, Sweden. Study focus Despite its importance for proactive planning and management, understanding of how future climate and socioeconomic trends may interact to influence water supply and demand at sub-regional scale remains limited for the Nordic region. We aim to close this knowledge gap by developing a combined social and hydrological simulation model for Fårö island in the Baltic Sea. We use multivariate Monte Carlo simulations to explore the effects of future climate scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) on local groundwater supplies, and subsequent impacts on the housing sector, tourism sector, and municipal water supply system in the period 2020–2050. New hydrological insights for the region Our results suggest that groundwater storage will remain critically low in the coming 30 years, with a 60–70% probability of the groundwater head falling to lower levels than experienced in the past 60 years. Low water availability and widespread saltwater intrusion will constrain housing and tourism development by up to 11% and 30% respectively. To sustain growth, the tourist sector will become increasingly reliant on water from private wells, and supplementary water deliveries from neighboring regions will be required to meet water demand on the municipal grid.publishedVersio

Lactate dehydrogenase from the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima: the crystal structure at 2.1 å resolution reveals strategies for intrinsic protein stabilization

AbstractBackground: L(+)-Lactate dehydrogenase (LDH) catalyzes the last step in anaerobic glycolysis, the conversion of pyruvate to lactate, with the concomitant oxidation of NADH. Extensive physicochemical and structural investigations of LDHs from both mesophilic and thermophilic organisms have been undertaken in order to study the temperature adaptation of proteins. In this study we aimed to determine the high-resolution structure of LDH from the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima (TmLDH), the most thermostable LDH to be isolated so far. It was hoped that the structure of TmLDH would serve as a model system to reveal strategies of protein stabilization at temperatures near the boiling point of water.Results: The crystal structure of the extremely thermostable TmLDH has been determined at 2.1 å resolution as a quaternary complex with the cofactor NADH, the allosteric activator fructose-1,6-bisphosphate, and the substrate analog oxamate. The structure of TmLDH was solved by Patterson search methods using a homology-based model as a search probe. The native tetramer shows perfect 222 symmetry. Structural comparisons with five LDHs from mesophilic and moderately thermophilic organisms and with other ultrastable enzymes from T. maritima reveal possible strategies of protein thermostabilization.Conclusions: Structural analysis of TmLDH and comparison of the enzyme to moderately thermophilic and mesophilic homologs reveals a strong conservation of both the three-dimensional fold and the catalytic mechanism. Going from lower to higher physiological temperatures a variety of structural differences can be observed: an increased number of intrasubunit ion pairs; a decrease of the ratio of hydrophobic to charged surface area, mainly caused by an increased number of arginine and glutamate sidechains on the protein surface; an increased secondary structure content including an additional unique ‘thermohelix’ (αT) in TmLDH; more tightly bound intersubunit contacts mainly based on hydrophobic interactions; and a decrease in both the number and the total volume of internal cavities. Similar strategies for thermal adaptation can be observed in other enzymes from T. maritima