Resumo: O trabalho de análise do uso de materiais alternativos no Alto Forno 1 da ArcelorMittal Tubarão estabelece uma taxa de substituição de cada material alternativo, plástico e pneu, em relação ao uso exclusivo do carvão mineral injetado no Alto Forno através das ventaneiras. A taxa de utilização de plástico e pneu é avaliada considerando o aporte de energia e dos agentes necessários para a reação química de redução do minério de ferro em ferro metálico. No presente trabalho são elaborados os balanços de massa e de energia de acordo com a configuração operacional vigente no segundo semestre de 2009 para o Alto Forno 1 e com os dados de produção do mês de julho de 2009. O resultado mostra a viabilidade técnica do uso de plástico ou pneu e estabelece as condições de uso de cada um em relação à quantidade, tipo e granulometria. A substituição energética decorrente do uso de plástico e pneu estabelece uma forma de aplicação segura e controlada deste resíduo, além de agregar valor a estes materiais normalmente descartados pela sociedade. Contribui também para amenizar os impactos ambientais decorrentes da falta de uma destinação regulamentada e eficaz para plásticos descartados e pneus inservíveis / Abstract: The study of alternative fuel materials in the Blast Furnace 1 of ArcelorMittal Tubarão, establishes a rate of each material analyzed, waste plastics packaging and waste tires, in order to replace part of the pulverized coal that is usually injected in to the Blast Furnace through the tuyeres. The injection rate of waste plastic packaging and waste tires is analyzed considering the energy input and the necessary elements for the iron ore reduction chemical reaction. The mass and energy balance is done according to the operational configuration of the Blast Furnace 1 in the second semester of 2009 and operation data from July of 2009. The result of the study shows technical viability to use waste plastics packaging and waste tires and establish requirements for the injection, such as flow rate and particles size. The alternative energy provided from these waste materials builds a safety and controlled way to reach the best utilization for each one. Moreover, the environmental impact can be reduced due to its disposal is normally done in outdoor areas / Orientador: José Antonio Perrella Balestieri / Coorientador: João Andrade de Carvalho Junior / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Ricardo Dias Martins de Carvalho / Mestre

Desde o primeiro choque do petróleo, em 1973, os países têm despendido esforços para reduzir sua dependência pelo produto, produzido principalmente em regiões politicamente instáveis. Os Estados Unidos são os maiores consumidores mundiais do combustível, e cerca de 70% são destinados ao transporte. Desde o final da década de 70, o governo americano tem incentivado o uso de etanol como substituto parcial da gasolina. No entanto, o crescimento do biocombustível levantou polêmicas porque a matéria-prima utilizada na sua produção no país é o milho, o que poderia estar afetando a oferta do grão para a produção de alimentos. Dessa forma, foi aprovado em 2007 o RFS2, uma legislação que prevê o consumo mandatório de volumes crescentes de etanol até 2022, mas limita a produção a partir de milho. Os investimentos em pesquisas de combustíveis alternativos passaram a se focar no desenvolvimento de etanol de segunda geração, que utiliza material celulósico como matéria-prima. Sua viabilidade técnica já foi confirmada, mas ainda são necessárias melhorias no processo de produção para que o produto possa ser ofertado em escala comercial. Por outro lado, o Brasil tem uma indústria de etanol madura e também tem feito pesquisas na tecnologia de segunda geração. Se bem sucedida, o país tem planos de exportar o excedente de produção, e os Estados Unidos são um mercado de interesse. O objetivo desta dissertação é auxiliar na avaliação das necessidades de os Estados Unidos importarem etanol de outros países, o que pode criar uma oportunidade para o Brasil. Para isso, foi utilizada a abordagem lógico-intuitiva de construção de cenários - voltada a aspectos qualitativos - para estudar o mercado de etanol combustível nos Estados Unidos até o ano de 2022. A coleta de informações foi feita por meio da revisão bibliográfica, focada em artigos internacionais. A política energética americana e a evolução da tecnologia de segunda geração de etanol foram identificadas como as principais incertezas que devem moldar o futuro do mercado em estudo. A partir delas, foram gerados quatro cenários, nomeados como \"Filho pródigo\", \"Pais esperançosos\", \"Filho independente\" e \"Filho preterido\". Concluiu-se que, enquanto o governo americano continuar incentivando o consumo de etanol, haverá boas oportunidades de exportação do biocombustível brasileiro. Os maiores volumes são esperados em \"Pais esperançosos\". Por outro lado, caso outras alternativas energéticas sejam priorizadas, nossas exportações podem reduzir substancialmente, e o volume comercializado dependerá do preço do nosso produto em relação ao deles e à gasolina. / Since the first oil shock in 1973, countries have made efforts to reduce their dependence on the product, mainly produced in politically unstable regions. The United States is the world\'s largest consumer of the fuel, and about 70 % is allocated to transport. Since the late 70s, the U.S. government has encouraged the use of ethanol as a partial substitute for gasoline. However, the growth of the biofuel arose controversy because the raw material used for the domestic production is corn, which could be affecting the supply of the grain for food production. Thus, it was approved in 2007 the RFS2, a legislation that requires mandatory use of increasing volumes of ethanol until 2022, but limits production from corn. Investments in alternative fuels research started to focus on the development of second generation ethanol, which uses cellulosic material as feedstock. Its technical feasibility has been confirmed, but improvements are still needed in the production process so that the product can be offered on a commercial scale. On the other hand, Brazil has a mature ethanol industry and is also doing research on second-generation technology. If successful, the country plans to export the surplus production, and the United States is a market of interest. The objective of this thesis is to assist the assessment of the United States needs to import ethanol from other countries, which may create an opportunity for Brazil. The logical-intuitive approach of scenario building - focused on qualitative aspects - was used to study the market for fuel ethanol in the United States until the year 2022. Data collection was done through literature review, focused on international articles. The U.S. energy policy and developments in the technology of second generation ethanol were identified as the major uncertainties that are shaping the future of the market under study. Four scenarios were generated from these two uncertainties and named as \"Prodigal Son\", \"Hopeful parents\", \"Independent Son\" and \"Deprecated Son\". It was concluded that while the U.S. government continues to encourage the consumption of ethanol, there are good opportunities to export the Brazilian biofuel. The largest volumes are expected in \"Hopeful parents\". On the other hand, if other energy alternatives are prioritized, our exports can reduce substantially, and sales volume will depend on the price of our product relative to theirs and gasoline.

O desenvolvimento de combustíveis nucleares avançados tipo placa para reatores de pesquisa e de potência compactos e de alto desempenho é um programa de cooperação entre o CDTN e o IPEN-SP. Neste programa, o CDTN tem como ênfase o desenvolvimento do combustível tipo placa com a utilização das ligas de U-Zr-Nb e o IPEN das ligas de U-Mo. Este desenvolvimento tem como objetivo a utilização destes combustíveis avançados no reator Multipropósito Brasileiro (RMB) e no reator protótipo do Laboratório de Geração Núcleo Elétrica (LABGENE) do Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo, que estão previsto entrar em operação na próxima década. A placa combustível é usualmente obtida empregando a técnica Picture Frame. Nesta técnica o cerne combustível contendo o material físsil (235U) é inserido em uma moldura e revestido por duas chapas metálicas. Este conjunto é selado por soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) formando um sanduíche, o qual é conformado pelo processo de laminação a quente. O cerne combustível em dispersão é amplamente utilizado na obtenção de placa combustível. A dispersão é formada pela mistura da liga de urânio contendo 235U em uma matriz metálica. A dispersão usando ligas de urânio de alta densidade é um desenvolvimento relativamente recente e tem o objetivo de reduzir o enriquecimento mantendo o elevado desempenho do reator. Com relação à chapa de revestimento, a utilização de liga de alumínio no desenvolvimento de placa combustível foi mantida mesmo com a introdução de ligas de urânio de elevadas densidades. Neste desenvolvimento é raro o uso de outra liga como o Zry, provavelmente por se tratar de um material estratégico empregado na propulsão nuclear. Neste trabalho foi realizado o desenvolvimento do combustível tipo placa pela técnica Picture Frame utilizando ligas de U-2,5Zr-7,5Nb e U-3Zr-9Nb e zircaloy 4. As dispersões foram feitas com carregamentos (liga de urânio/Zry) de 35, 45 e 55 % em volume. Os sanduíches obtidos foram laminados à temperatura de 800 C formando as placas combustíveis. Após a laminação, as placas foram caracterizadas usando as seguintes técnicas: inspeção visual, radiografia de raios X, avaliação microestrutural, microdureza Vickers e análise química por espectrometria de dispersão de energia de raios X (EDS). As ligas U-2,5Zr-7,5Nb e U-3Zr-9Nb foram obtidas pelo processo de fusão e os pós utilizados na dispersão por meio do processo de hidretação-desidretação. Os cernes combustíveis foram obtidos pelo processo de prensagem após a homogeneização dos pós das ligas de urânio e zircaloy. Como resultado, foram obtidas placas com carregamento até 55% em volume sem a ocorrência de defeitos tais como trincas, fissuras, bolhas ou mesmo delaminação. Este carregamento excede o limite tecnológico de aproximadamente 45% estabelecido na literatura. A partir deste resultado pode ser inferido que existe uma maior compatibilidade mecânica entre as ligas de urânio e o revestimento de zircaloy comparada com o revestimento com ligas de alumínio. Outra característica singular observada nas placas combustíveis usando zircaloy está relacionada aos defeitos terminais causados pela diferença nas resistências entre o cerne e o revestimento. Nestas placas foram observados defeitos terminais de pequena extensão muito diferente dos defeitos terminais chamados rabo de peixe de grande extensão que ocorrem nas placas com revestimento de alumínio. Foi, também, investigado neste trabalho o coeficiente de interdifusão do urânio em ligas ternárias de U-Zr-Nb que auxilia na qualificação de placa combustível não irradiada. O estudo de interdifusão no sistema ternário é muito complexo e não existe nenhuma informação na literatura para as ligas U-Zr-Nb. Pares de difusão formados pelas ligas U-2,5Zr-7,5Nb, U-3Zr-9Nb e Zry foram tratadas termicamente na faixa de temperatura de 700 a 1000 C. Difusividades do urânio foram obtidas pelos métodos de espessura de camada de interação e coeficiente de interdifusão efetivo. Os coeficientes de interdifusão do urânio medidos destas duas ligas com zircaloy obtiveram a mesma ordem de grandeza. Os resultados obtidos pelo método de espessura de camada de interação das difusividades de urânio empregando zircaloy, quando comparados com resultados da literatura do U-Mo/Al ou U-Mo/Al-Si, ficaram três ordens de grandeza menores do que com a liga de alumínio. Os coeficientes de interdifusão efetivos do urânio obtidos quando comparados com os mesmos resultados da literatura mostraram ser quatro ordens de grandeza menor do que com a liga de alumínio. Estes resultados de difusividades indicam o caráter de maior estabilidade da placa combustível revestida com zircaloy, desenvolvida neste trabalho, quando comparados com os obtidos em placas combustíveis revestidas com liga de alumínio. Finalizando, este trabalho mostrou aspectos inovadores significativos para a área estratégica de combustível nuclear de alto desempenho utilizados em reatores de testes de pesquisas bem como de reatores de potência de propulsão nuclear.

O problema da poluição do ar se constitui em uma das mais graves ameaças à qualidade de vida de homens, animais, vegetais e a todo ambiente. O aumento da concentração de poluentes atmosféricos é gerado devido à crescente urbanização e ao aumento da frota de veículos automotores, principalmente. As emissões causadas por veículos carregam diversas substâncias tóxicas como: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), compostos orgânicos voláteis (COV), hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e outros que produzem vários efeitos negativos sobre a saúde. Tendo em vista essa situação, o objetivo deste trabalho foi a análise de gases poluentes emitidos por motores por Cromatografia Gasosa de Alta Resolução (CGAR). Foram analisados compostos orgânicos voláteis (benzeno, tolueno, etilbenzeno, o-xileno, m-xileno e p-xileno) nas emissões de motores empregando diesel de petróleo como combustível, B10 e etanol. Para estes combustíveis, compararam-se os teores dessas emissões (substâncias poluentes) variando-se alguns parâmetros dos motores. Também, foram feitas determinações dessas substâncias tóxicas nas emissões de motores empregando etanol como combustível. Nas emissões deste tipo de motor variando-se os parâmetros qualidade da mistura e rotação detectou-se benzeno na concentração 0,129 &#177 0,021, 0,124 &#177 0,020 e 0,132 &#177 0,007 &#956g/mL (mistura rica, estequiométrica e pobre, respectivamente); 0,134 &#177 0,017, 0,129 &#177 0,007 e 0,133 &#177 0,044 &#956g/mL (1700 rpm, 2200 rpm e 2700 rpm, respectivamente) que podem ser provenientes do óleo lubrificante. Em geral, para o motor de ignição por compressão, comparando-se as emissões tanto por diesel de petróleo como com mistura B10 observou-se uma redução significativa nas emissões dos poluentes aromáticos quando se emprega a mistura B10. Principalmente, para o benzeno, notou-se diminuição nas concentrações de até 24,5%. Apesar de ter obtido um valor de concentração abaixo de 1 &#956g/mL tanto na utilização do diesel quanto na de B10, esta redução é extremamente significante, por ser o benzeno, um composto carcinogênico. Além disso, a adição de biodiesel ao diesel mostrou-se eficiente na redução das emissões de poluentes. / Air pollution\'s is one of the most serious environment problems concerning human animals and vegetables life. The increase of concentration of atmospheric pollutants is generated mainly due to increasing urbanization and the increase on the number of motor vehicles. The emissions caused by vehicles contain several toxic substances as: carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), volatile organic compounds (VOC), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and others substances ending quite negative effect on health. Considering this situation, this study described the procedures of analysis of pollutant gases emitted by engines, such as volatile organic compounds (benzene, toluene, ethilbenzene, o-xylene, m-xylene and p-xylene) by using High Resolution Gas Chromatography (HRGC) applied to diesel, B10 mixture, and ethanol emissions analysis. Considering the use of diesel and B10 as fuel, a comparative studies has been performed for fossil fuel (diesel) and biodiesel by varying some parameters of the engines. Also, determination of these toxic substances in the emissions of engines had been made using ethanol as fuel. In the emissions of this type of engine varying the parameters as mixture quality and rotation had been detected benzene at concentration values 0,129 &#177 0,021, 0,124 &#177 0,020 e 0,132 &#177 0,007 &#956g/mL (rich, stoichiometry and lean mixture); 0,134 &#177 0,017, 0,129 &#177 0,007 e 0,133 &#177 0,044 &#956g/mL (1700 rpm, 2200 rpm and 2700 rpm, respectively) that can be proceeding from the lubricant oil. In general, for CI engine burning diesel or B10 mixture it has been observed drastically reduction in the emissions of the aromatic compounds by using B10. Especially for benzene the reduction of concentrations occurs on the level of about 24.5%. Although, it has obtained a concentration value below 1 &#956g/mL as much as in the using diesel and B10, this reduction is, extremely significant, to being benzene a carcinogenic compound. Moreover, the addition of biodiesel to the diesel has been showed efficient in the reduction of the pollutants emissions.

O motor a álcool pré-vaporizado tem potencial para ser uma alternativa mais eficiente e menos poluente aos motores a álcool convencionais. Nele, o combustível é vaporizado com calor rejeitado pelo próprio motor e admitido na fase gasosa, aproveitando-se das vantagens dos motores com combustíveis nessa fase sem alguns dos seus inconvenientes. O projeto foi aperfeiçoado buscando viabilidade técnica e econômica para sua instalação em veículos automotores. Água do sistema de arrefecimento cede calor para a ebulição do combustível. As novas tecnologias para injeção de combustíveis gasosos contribuem para esse objetivo, bem como o desenvolvimento de um sistema sustentável e auto-ajustável de geração de vapor de etanol que usa a água do sistema de arrefecimento. Conseguiu-se maior eficiência em quase todos os regimes de funcionamento estudados, bem como meios de reduzir as principais emissões automotivas indesejáveis. / Pre-vaporized ethanol engine (PVEE) has potential to be more efficient and less pollutant than conventional ethanol-powered engines. In it, fuel is vaporized with heat rejected by engine itself and intook in gaseous form, taking advantage of this kind of fuel but without some of its inconveniences. The PVEE project was polished looking for economical and technical liability to future use in automotive vehicles. New gaseous fuel injection technologies contribute to this goal, together the development of a sustainable and self-adjustable ethanol vapor generating system who uses water from engine\'s cooling systems. Better efficiency was achieved in almost all investigated regimes, as well as were found ways to reduce the main undesirable automotive emissions.

Thesis (Sc. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Chemical Engineering, 1982. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND SCIENCE / Includes bibliographical references. / by Simon Peter Hanson. / Sc.D.

Orientador: Afonso Lopes / Banca: Daniel Junior de Andrade / Banca: Marcílio Vieira Martins Filho / Banca: Gilberto Hirotsugu Azevedo Koike / Banca: Leomar Paulo de Lima / Resumo: O biodiesel de babaçu pode contribuir para a substituição do diesel. A hipótese levantada foi que o uso do diesel B S1800 e B S50, e proporções de mistura com biodiesel de babaçu não alterassem o desempenho do trator agrícola e não comprometessem seu funcionamento. Os objetivos foram avaliar a potência na barra de tração, a velocidade de deslocamento, os consumos de combustível: horário ponderal, volumétrico e específico, e também a opacidade da fumaça. O experimento foi desenvolvido na UNESP/FCAV - IPBEN - Unidade de Ensaio de Máquinas, do departamento de Engenharia Rural - Jaboticabal-SP. No ensaio dinâmico, utilizou-se de um trator de teste que percorreu três parcelas de 40 m espaçadas de 15 m, no final dos percursos o trator foi estacionado e mediu-se a opacidade da fumaça. O biodiesel de babaçu apresentou 11,1% e 14,3% de aumento no consumo específico e redução de 68,6% e 58% na opacidade da fumaça, comparado ao diesel B S1800 e B S50, respectivamente. Conclui-se que o biodiesel de babaçu e proporções com diesel B S1800 e B S50 não comprometem o funcionamento do motor do trator agrícola / Abstract: Babassu biodiesel can contribute to the replacement of regular diesel. The hypothesis given was that the use of diesel B S1800 and B S50 and proportions of babassu biodiesel did not alter the performance of agricultural tractors and nor compromise their operation. The objective was to evaluate the power in the drawbar, travel speed, fuel consumption: mass, volume and time specific, as well as the opacity of the exhaust gas. The experiment was conducted at UNESP/FCAV - IPBEN - Machine Testing Unit, at the Rural Engineering Department located in Jaboticabal, SP, Brazil. For the dynamic test, a test tractor was used. It ran three 40 m parcels with a 15 m space between them. At the end of the course, the tractor parked and the opacity of the exhaust gas was measured. When comparing it with the B S1800 and B S50 diesel, the babassu biodiesel showed an 11.1% and 14.3% increase in specific fuel consumption and a reduction of 68.6% and 58% in gas opacity, respectively. Thus, proportions of babassu biodiesel with diesel B S1800 and B S50 do not compromise the operation of tractor engines / Doutor

O presente trabalho visa analisar, a partir da perspectiva do uso final de energia, os resultados do indicador de eficiência criado para averiguar o desempenho de equipamentos usados em obras de construção civil de grande porte. Dentro do setor apreciado, optou-se por analisar energeticamente apenas a fase de construção per si em razão desta etapa ser uma fase de intenso consumo energético. O presente trabalho contou com uma compilação de dados baseados no consumo de 26.121 equipamentos em operação, em 84 obras de construção de grande porte. A partir do banco de dados inicial realizou-se a análise dos dados dos equipamentos monitorados via satélite e com informações de eficiência. Por fim, estimou-se, especificamente, a variação da eficiência nos equipamentos em questão. Na busca de resultados, foi possível constatar uma predominância no consumo de óleo diesel quando comparado a outros insumos energéticos. Geradores, guindastes, compressores e caminhões foram os itens que apresentaram maiores índices de eficiência, com 99,0%, 93,5%, 93,2% e 92,3%, respectivamente. Esses resultados mostram que a maior parte destes equipamentos operam próximo ao ótimo do consumo por hora registrado no projeto. / The present work aims to analyze, from the perspective of the end use of energy, the results of the efficiency indicator created in order to investigate the performance of a group of equipment widely used in large construction projects in Brazil. The analyze comprehends only construction period itself due this step is to consider a phase of intense energy consumption. This work included a database related to the fuel consumption of 26,121 equipment during their operation, at 84 work sites in the large construction projects. From the database described, we performed data analysis of satellite equipment monitored and with efficiency information. Finally, it was estimated the variation of efficiency of the equipment in question. The results show a predominance of diesel consumption when compared to other fuels inputs. Considering our methodology, generators, cranes, compressors and trucks were the items that had higher levels of efficiency, with 99.0%, 93.5%, 93.2% and 92.3%, respectively. These results show that most of these devices operate close to the optimal consumption per hour recorded in the project.

Este trabalho tem como principal objetivo mostrar os efeitos do uso de gasolina adulterada em motores de pequena cilindrada em seus desempenhos e durabilidades. Para tanto, foram realizados ensaios comparativos em três motores carburados de aplicação em motocicletas, de mesmas séries. Estes motores consumiram gasolina C, padrão brasileiro de combustível para motores de ignição por faísca, e misturas desta gasolina com etanol hidratado carburante e solvente C-9. Os resultados mostram alterações de desempenho, nas concentrações de gases poluentes produzidos e nos níveis de deterioração. / This work has as main aim to show the effects of the use of the out of specification fuels in performance and durability of the low volumetric displacement engines. So, it was carried out comparative tests in three similar engines, equipped with carburetors as fuel metering arrangement, applied in motorcycles. These engines worked with standard gasoline C, Brazilian reference fuel to spark ignition engines and blends containing hydrated ethanol and C-9 solvent. The results show changes in performance, in the pollutant gases concentration productions and deterioration levels.

<div>Currently, fossil resources dominate fuel and chemical production landscape. Besides concerns related to the ever-increasing greenhouse gas emission, fossil resources are also limited. In a petroleum-deprived future, sustainably available biomass can serve as a renewable carbon source. Due to its limited availability, however, this biomass resource must be utilized and converted effciently to minimize carbon losses to undesirable by-products. A modeling and optimization approach that can identify optimal process congurations for chemical and fuel production from biomass using stoichiometric and thermodynamic knowledge of the underlying biomass reaction system is proposed in this dissertation. Several case studies were performed with this approach, and the outcomes found agreement with reported experimental results. In particular, a case study on fast-hydropyrolysis vapor of cellulose led to the discovery of new reaction route and provided insights in comprehending the formation of experimentally observed molecules. The modeling and optimization approach consists of two main steps. The rst step is the generation of the search space and the second step is the identication of all optimal reaction routes.</div><div><br></div><div><div>For the rst step, literature review and automated reaction network generator are employed to identify all possible processes for biomass conversion. Through literature review, yield data on processes that generate biomass-derived molecules are collected. As these biomass-derived molecules often possess multiple functional groups, utilization of automated reaction network generator, which considers a set of biomass-derived molecules and reaction rules, enables generation of all possible reactions. In this work, an automated reaction network generator tool called Rule Input Network Generator is utilized. Using this generated search space, a mathematical optimization problem, which identies the optimal reaction network, is constructed. For the second step, the optimization problem identies all reaction routes with the minimum number of reactions for a given set of biomass and target products. This formulation constructs a process superstructure that contains processes that generate biomass-derived molecules and all possible reactions from biomass-derived molecules. In this optimization problem, the main constraint for the reaction is its thermodynamic favorability within a certain temperature range. Using optimization solver, optimal solutions for this problem are obtained.</div></div><div><br></div><div><div>Using this developed approach, a case study on upgrading fast-hydropyrolysis vapor of cellulose to higher molecular weight products was investigated. Levoglucosan and glycolaldehyde are major components from fast-hydropyrolysis of cellulose. This approach identied a reaction route that can upgrade these molecules to hydrocarbons with carbon number ranging from eight to 12 and this route has not been reported in the literature. The coupling of levoglucosan and glycolaldehyde requires a key intermediate, levoglucosenone, which is identied by this approach. Preliminary experimental results suggest that the proposed reactions are feasible and this serves as another validation for this approach. Other potential pathways to not only branched alkanes, but also substituted cycloalkanes and aromatics, were also identied. Molecules with those structures have been observed experimentally, and potential pathways to those molecules can provide insights for experimentalists as to how these products can form and which intermediates may lead to their formations. This approach has not only revealed unknown reaction routes, but also provided insights for experimentalists for analyzing complex systems.</div></div><div><br></div><div><div>Toward reduction of carbon losses toward char during fast pyrolysis, potential pathways toward char formation during fast pyrolysis were proposed. Investigating proposed char precursors identied using mass spectroscopy, several potential pathways toward the formation of these char precursors were obtained, which include initial insights to the potential driving force for the formation of these char precursors and, ultimately, char itself.</div></div><div><br></div><div><div>Going beyond fast pyrolysis, primary processes that have been developed in C3Bio along with several existing primary processes were considered in order to identify optimal biorenery congurations. This approach identied biorenery congurations with carbon effciencies from 60-64%. These congurations generate not only fuel type molecules, but also commodity chemicals that are being produced in a traditional renfiery. In addition, it is capable of providing these products at their current relative production rates in the United States. Other studies on biorefinery reported only 25-59% carbon effciency and generated mostly fuel-type molecules. Therefore, this approach not only indicates the appropriate reaction sequences, but also optimal utilization of carbon in biomass-derived molecules. This dissertation provides an initial roadmap toward sustainable production of fuels and chemicals from lignocellulosic biomass.</div></div><div><br></div><div><div>Considering that the transition to renewable energy is gradual and shale resource is an abundant fossil resource in the United States, opportunities to valorize shale gas condensate are explored. Recent shale gas boom has transformed the United States energy landscape. Most of the major shale basins are located in remote locations and historically non-gas producing regions. Therefore, many major shale basins regions are lacking the infrastructure to distribute the extracted gas into the rest of the US and particularly the Gulf Coast region. In this dissertation, shale gas catalytic upgrading processes were synthesized, designed, and simulated using Aspen Plus Simulation. Using Aspen Economic Analyzer, preliminary techno-economic analysis and evaluation of its economic potential were assessed at varying scales to assess its impact on the</div><div>United States chemical industry landscape.</div></div>