Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2018-12-03T15:52:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao DANIELA MAFFI RODRIGUES.pdf: 1641622 bytes, checksum: 7201a3a551a602c84d3776d0f02f7399 (MD5) / Approved for entry into archive by Sheila Dias (sheila.dias@pucrs.br) on 2018-12-05T13:35:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao DANIELA MAFFI RODRIGUES.pdf: 1641622 bytes, checksum: 7201a3a551a602c84d3776d0f02f7399 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-05T13:50:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao DANIELA MAFFI RODRIGUES.pdf: 1641622 bytes, checksum: 7201a3a551a602c84d3776d0f02f7399 (MD5) Previous issue date: 2018-07-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Carbon capture and storage (CCS) and carbon capture and utilisation(CCU) technologies has been pointed out as possibilities to mitigate the effects caused by the massiverelease of CO2 into the atmosphere. The use of CO2 in cycloaddition reactions toepoxides obtaining cyclic carbonates is an interesting possibility to reduce CO2emission. Cyclic carbonates are products of great applicability as solvents in the chemical industry and are used as raw material for a wide range of products. Meanwhile, the use of CO2 for a cycloaddition reaction requires a large amount of energy being necessary the use of catalysts in order to optimize such reactions. Poly (ionic liquids) (PIL) are alternative catalysts due its selective, recyclability and conversion. In this work, cellulosic poly(ionic liquids) (CPIL) obtained from rice husk were testedas heterogeneous catalyst. Cellulose extraction was carried out by chemical method. A chemical modification of the cellulose fibers was carried out by the treatment with citric acid and functionalization with 3 mmol of the ionic liquids BMIM Cl, TBAB, TBPB and BMPYRR to form CPIL-BMIM, CPIL-TBA, CPIL-TBP and CPIL-BMPYRR), without addition of solvents. Cyclo addition reactions were carried out with propylene and styrene oxides with different CO2 pressures(25, 30 and 40 bar) and temperatures (90, 110 and 120 ?C) for 6 h. The obtained product was characterized by gas chromatography (GC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR)and Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR). The results showed better yields for CPIL-TBP and CPIL-TBA, whose values were 53.2% and 39% respectively for propylene carbonate and 67.3% for styrene carbonate using CPIL-TBP. When the ZnBr2 cocatalyst was used, there was an increase in the catalytic activity of these catalysts. For CPIL-TBP the yields were 71.4% for propylene carbonate and 78.7% for styrene carbonate. For CPIL-TBA the increase in propylene carbonate yield was 67.7%. / O uso das tecnologias de captura e armazenamento de carbono (CCS) e de captura utiliza??o do carbono (CCU) v?m sendo apontadas como possibilidades para mitigar os efeitos causados pela libera??o deliberada de elevadas concentra??es de CO2 na atmosfera. A utiliza??o do CO2 em rea??es de cicloadi??o em ep?xidos para obter carbonatos c?clicos vem se mostrando uma possibilidade interessante para reduzir a emiss?o de CO2 na atmosfera. Os carbonatos c?clicos s?o produtos de grande aplicabilidade como solventes na ind?stria qu?mica e s?o utilizados como mat?ria prima para uma vasta gama de produtos. Entretanto, o CO2 apresenta baixa reatividade tornando-se necess?rio o uso de catalisadores para otimizar tais rea??es. Os poli(l?quidos i?nicos) (PILs) v?m se mostrando como poss?veis catalisadores alternativos, demonstrando-se seletivos, recicl?veis e gerando consider?vel convers?o. Neste trabalho foram testados poli(l?quidos i?nicos) celul?sicos (CPIL), obtidos a partir da casca do arroz, como catalisador heterog?neo. A extra??o da celulose foi realizada por um m?todo qu?mico. A modifica??o qu?mica das fibras de celulose foi realizada a partir do tratamento com ?cido c?trico e a funcionaliza??o desta com 3 mmol dos l?quidos i?nicos BMIM Cl, TBAB, TBPB e BMPYRR formando CPIL-BMIM, CPIL-TBA, CPIL-TBP e CPIL-BMPYRR. As rea??es de cicloadi??o foram realizadas com os ?xidos de propileno e estireno com diferentes press?es de CO2 (15, 25, 30 e 40 bar) e temperaturas (90, 110, 120 e 130?C) durante (3, 6 e 9h), todas as rea??es foram realizadas sem a utiliza??o de solventes. O produto obtido foi caracterizado por cromatografia gasosa (CG) , espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e Resson?ncia Magn?tica Nuclear (1H RMN). Os resultados demonstraram melhores rendimentos para CPIL-TBP e CPIL-TBA, cujos valores foram de 53,2% e 39% respectivamente para o carbonato de propileno e de 67,3% para o carbonato de estireno utilizando o CPIL-TBP. Quando o cocatalisador ZnBr2 foi utilizado, houve um aumento na a atividade catal?tica destes catalisadores, para o CPIL-TBP os rendimentos foram de 71,4 % para o carbonato de propileno e 78,7% para o carbonato de estireno. Para o CPIL-TBA o aumento no rendimento de carbonato de propileno foi de 67,7%.

The Paris Agreement aims to limit global warming to 1.5 degrees Celsius, and Sweden has set a goal toreach net-zero emissions by 2045. Carbon Capture and Storage (CCS) is one method that can reducecarbon dioxide emissions. The industry and transportation sectors are the biggest sources of emissionsin Sweden, requiring technological developments and increased investment to reduce their carbondioxide (CO2) emissions. The Geological Survey of Sweden (SGU) is responsible for controls,supervision, operation, and construction of activities connected with carbon dioxide (CO2) storage. SGUbelieves that the storage conditions in Sweden are poor. Sedimentary, basaltic and ultramafic rock ispreferable for CO2 storage, but finding the right sort of bedrock at the right depth and with the rightvolumes and porosity is the challenge. Hence it is in question to collaborate with nations in the northern sea, in order to transport and storageCO2 which would lessen the burden of needing to build new infrastructure. There are a few upcomingCarbon Capture and Utilisation (CCU) projects in Sweden but from the industry’s point of view, thepriority seems to be mostly on Bio-CCS. However, there is still interest for CCS technology in industrialproduction such as steel or cement and also Direct Air Capture (DAC) in the near future. Due to thehigh cost of CCS, funding through the Swedish Energy Agency and EU is vital in order to make iteconomically viable. Other Cost reducing solutions such as relocation on old oil and gas fields orarranging CCS hubs are possible. In summary, this study concludes that CCS is not currently a feasible technique in order to reduce CO2 from the atmosphere, given the current state and costs for it. If the technology becomes more energyefficient and when financial means are in place, the future is bright for CCS. It is extremely relevantthat this technology continues to develop into a better, cheaper and faster way to capture CO2 and reduceemissions of the effective greenhouse gases. / Parisavtalet syftar till att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius och Sverige harockså satt som mål att nå nettonollutsläpp till år 2045. Ett sätt att nå dessa mål kan vara med teknikenför Carbon Capture and Storage (CCS) som är en metod för att minska koldioxidhalten i atmosfären.Den här rapporten syftar till att undersöka med hjälp av litteraturstudier och intervjuer hur genomförbarCCS är som teknik för att minska koldioxidutsläppen samt hur man även kan minska på den befintligamängden koldioxid som redan finns i luften. Huvudfokuset är att undersöka hur CCS fungerar och vilkakostnader som är involverade. Eftersom koldioxid (CO2) är en av de växthusgaser som bidrar mest tillden globala uppvärmningen är det viktigt att vidta åtgärder för att minska den. Det är inte bara utsläppenav CO2 som måste minska utan även mängden CO2 som redan finns i atmosfären. Forskning kring CCSär därför viktig för att hitta nya sätt att effektivisera metoden och göra den mer genomförbar. Naturvårdsverket ger ut en årlig rapport som utvärderar landets framsteg mot att nå sina miljömål,inklusive “Begränsad klimatpåverkan”. Rapporten konstaterar att även om EU och Sverige har minskatutsläppen ökar de fortfarande globalt sett. Industri- och transportsektorn identifieras som de störstautsläppskällorna i Sverige. Den svenska förordningen om CCS regleras av miljöbalken som testar kollagringi geologiska formationer som en miljöfarlig verksamhet och den separerade CO2 ses som avfall.Sverige har ännu inte någon kommersiell CCS-anläggning men regeringen har föreslagit att svenskaindustrier bör införa CCS för att minska dessa utsläpp. Både Sverige och EU har investerat i att utvecklateknik för att minska användningen av fossila bränslen och underlätta för användningen av CCS. CCS processen består av tre huvudsteg: avskiljning och separering av CO2, transport samt lagring elleråteranvändning. Alla typer av nuvarande CCS-metoder kräver en stor mängd energi och de flesta avdem separerar CO2 från industriella förbränningar. Direct Air Capture (DAC) är en annaninfångningsteknik som är mer flexibel när det gäller placering, men också dyrare än de andra teknikerna.Transporten av den infångade CO2 kan ske med lastbil, tåg, fartyg eller rör. De mest genomförbaraalternativen är dock rörledningar och via fartyg på grund av deras transportkapacitet. Rörledningarkräver en välutvecklad infrastruktur, vilket gör dem kostsamma, men de är det mest genomförbaraalternativet för att separera CO2 från landbaserade anläggningar och transportera dem till närliggandelagringsplatser. Geologisk lagring av CO2 kan göras både på land och till havs. Injektion till dengeologiska formationen vid lagringsplatser sker via borrhål. CO2 förvätskas och ersätter denursprungliga vätskan i bergmaterialets porer i berggrunden och reagerar så småningom med berget ochbildar nya mineraler i berggrunden. Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) ansvarar för kontroller, tillsyn, drift och uppförande avverksamheter kopplade till CO2-lagring. Geologin i Sverige lämpar sig dock generellt sett inte förlagring av CO2, förutom för vissa sydliga områden. Nordsjön har en del gynnsamma förutsättningar förCO2-lagring och det finns även potentiella geologiska formationer i södra Östersjön. Sedimentära,basaltiska eller ultramafiska bergarter är att föredra för geologisk CO2-lagring. Den största utmaningenär att hitta rätt sorts berggrund på rätt djup och med rätt volym och porositet. Den största svårigheten med CCS är den höga kostnaden, vilket bidrar till att hämma den utbreddaanvändningen. Kostnaden för CCS inkluderar olika faktorer som infångningsmetod, transportmedel,lagringsplats och övervakning över lagringen. Bland dessa är infångningen den dyraste fasen avtekniken, följt av lagring, transport och övervakning. Kostnaderna för varje fas har analyserats över2olika intervaller med hänsyn till lägre, medelstora och högre kostnader men även beroende på regiondå kostnaden kan variera beroende på ländernas förutsättningar. Infångningsfasen av CCS har betydande kostnadsvariationer beroende på vilken metod som används,renheten hos den infångade CO2 samt den energi som krävs för avskiljningsprocesserna.Högkoncentrerade CO2-strömmar har lägre bearbetningskostnader än lågkoncentrerade. DAC är förnärvarande den dyraste infångningsmetoden. Transportkostnader för CO2 inkluderar kostnaderrelaterade till infrastruktur, drift, underhåll, konstruktion och markanvändning. Kostnaden för transportmed rör beror på faktorer som diameter, avstånd och flödeshastighet. Högre flödeshastigheter genomrörledningar kan minska transportkostnaderna. Lagringskostnader för CO2 omfattar utgifter förborrning, infrastruktur, projektledning, licensiering och platsval. Geologisk lagring på land är förnärvarande mer kostnadseffektivt på grund av de utmaningar och högre kostnader som är förknippademed geologisk lagring till havs. Övervakningskostnader är till exempel screening och utvärdering avlagringsplatser samt uppgifter som datainsamling, platsrankning, brunnsinstallation och seismiskautvärderingar. Att minska energitillgången för infångning, förbättra val av lösningsmedel vid separationsfasen,återanvända och utveckla befintlig infrastruktur är exempel som kan hjälpa till att sänka kostnadernaför CCS-processen och främja en bredare användning. Ett annat förslag för att öka den ekonomiskalönsamheten är genom att implementera CCS nav eller kluster. Dessa CCS nav eller kluster ger företagmöjligheten att samordna infrastrukturen för sina CCS-anläggningar. Detta kan lindra den ekonomiskabördan att bygga upp egen kostsam infrastruktur. Nedlagda olje- och gasfält kan återbrukas för CCS- anläggningar då efterfrågan av fossila bränslenminskar. Istället för att riva ner verksamheterna för fossilt bränsle, exploatera ny mark och borra nyahål kan olje- och gasfälten i exempelvis norra haven återbrukas för CCS- anläggningar. Danmark är ettav de första länderna som har tagit initiativet att omvandla oljeanläggningar till koldioxidlagringanläggningar. Det är möjligt att söka om ekonomiskt stöd från Energimyndigheten eller EU för att få stöd till främstBio-CCS projekt men även andra. Detta är i syfte för att underlätta en fri marknad för tekniker somimplementerar koldioxidinfångst. Ambitionen med detta stödsystem är för att realisera en infångst av10 miljoner CO2 via Bio-CCS och minst 2 miljoner CO2/år för andra CCS tekniker. Genom omvändauktion får det företag som kan erbjuda infångad CO2/ton med Bio-CCS teknik för lägst pris, ta del avstödsystemet. EU har även initiativ att finansiera CCS-projekt genom CETPartnership eller EU:sinnovationsfond vars syfte är att stödja forskning och innovation inom CCS. Sammanfattningsvis kom denna studie fram till att CCS inte är genomförbart idag som en teknik för attminska CO2 från atmosfären med hänsyn till nuläget och kostnaderna för att implementera. Om teknikenenergi effektiviseras och när ekonomiska medel finns på plats är framtiden ljus för CCS. Det är oerhörtrelevant att denna teknik fortsätter att utvecklas till ett bättre, billigare och snabbare sätt att fånga uppCO2 och minska utsläppen av de effektiva växthusgaserna. Regeringen och industrin måste därförsamarbeta bättre för att underlätta regelverk som främjar och möjliggör samarbete inom CCS-branschendå många myndigheter lyfter fram att CCS är en nödvändig teknik för framtiden för att uppnå klimatneutralitet.