The current societal needs for fuels and chemical commodities strongly depend on fossil resources. This dependence can lead to economic instabilities, political problems and insecurity of supplies. Moreover, global warming, which is associated with the massive use of fossil resources, is a dramatic “collateral damage” that endangers the future of the planet. Biomass is the main renewable source available today that can, produce various liquid, gaseous and solid products. Due to their lignocellulosic origin are considered CO2 neutral and thus can generate CO2 credits. Biomass processing can meet to the challenge of reducing of fossil resources by producing a liquid feedstock that can lessen the “fossil dependence” and /or meet the increased demand via a rapidly emerging thermochemical technology: pyrolysis. The ultimate goal of this process is to produce liquid with improved properties that could directly be used as liquid fuel, fuel additive and/or feedstock in modern oil refineries and petrochemical complexes. However, the liquids derived from biomass thermal processing are problematic with respect to their handling and end use applications. Thus, alternative routes of advanced liquid feedstock production are needed. Heterogeneous catalysis has long served the oil refining and petrochemical industries to produce a wide range of fuels and products. The combination of biomass pyrolysis and heterogeneous catalysis (by bringing in contact the produced vapours/liquids with suitable catalysts) is a very promising route. In this dissertation, the exploitation of biomass to produce of liquid feedstock via pyrolysis over a multifunctional catalyst and in a steam atmosphere is investigated.  Steam pyrolysis in a fixed bed reactor demonstrated that steam can be considered a reactive agent even at lower temperatures affecting the yields and the composition of all the products. The devolatilisation accelerates and the amount of final volatile matter in the char. Fast pyrolysis in the presence of steam results in improved and controlled thermal decomposition of the biomass; higher liquid yields and slightly deoxygenated liquid products are also obtained. Steam pyrolysis over a bi-metallic Ni-V catalyst can produce liquids of improved quality (lower O content) and also provide routes for selective deoxygenation. However, a decrease in liquid yield was observed. The combination of metal and acid catalysts (Ni-V/HZSM5) shows enhanced deoxygenation activity and increased H preservation in the produced liquid. The final O content in the liquid was 12.83wt% at a zeolite (HZSM5) loading of~75wt%; however, the yield of the obtained liquid was substantially decreased. Moreover, increased coke formation on the catalyst was observed at highest zeolite rate. The increased catalyst space time (τ) results in a lower liquid yield with reduced oxygen (7.79 wt% at τ =2h) and increased aromatic content. The coke deposited per unit mass of catalyst is lower for longer catalyst space times, while the char yield seems to be unaffected. The evaluation of the stability of the hybrid catalyst showed no significant structural defects and activity loss when the catalyst was regenerated at a low temperature (550οC). / Det nuvarande samhällets behov av bränslen och kemiska produkter är starkt knutet till fossila resurser. Detta beroende kan leda till ekonomisk instabilititet, politiska svårigheter och osäker leveranssäkerhet. Dessutom riskeras allvarliga skador i framtiden på grund av global uppvärmning, vilket är relaterat till det ökande och massiva användandet av fossila bränslen.   Biomassa är en förnybar resurs som är tillgänglig idag, möjlig att utnyttja för produktion av diverse flytande, gasformiga och fasta produkter. Dessa produkter, beroende på biogeniskt ursprung, betraktas som koldioxidneutrala och kan därför generera koldioxidkrediter. Processande av biomassa kan möta utmaningen av minskad fossilbränsleanvändning, genom produktion av flytande råvara som kan reducera beroendet och/eller möta ökad efterfrågan, via en snabbt expanderande termokemisk teknik - pyrolys.    Det slutgiltiga målet med en sådan process är att producera en flytande produkt med förbättrade egenskaper som direkt skulle kunna användas som flytande bränslen, bränsleadditiv och/eller som råmaterial i moderna oljeraffinaderier och petrokemiska komplex. Vätskor som utvinns från termiska processer är problematiska med avseende på hantering och slutanvändningen i olika applikationer, därmed behövs olika spår för produktion av avancerade flytande råvaror. Heterogena katalysen har länge tjänat raffinaderi- och petrokemisk industri, som producerar ett brett utbud av bränslen och produkter, lämpliga för säker användning. Kombinationen av biomassapyrolys och heterogen katalys  (genom att bringa pyrolysångorna i kontakt med en lämplig katalysator) är ett väldigt lovande spår. I denna avhandling undersöks användningen av biomassa för produktion av flytande råvara, via pyrolys över en flerfunktionel katalysator i ångatmosfär. Ångpyrolys i en fastbäddsreaktor visade att ånga kan betraktas som ett reaktivt medium,  även vid låga temperaturer, som påverkar utbyten och sammansättning av alla produkter. Avgasningen sker snabbare och den slutliga flykthalten i kolresterna blir lägren vid användning av ånga. Snabbpyrolys i ångatmosfär resulterar i förbättrad och mer kontrollerad termisk nedbrytning av biomassa, vilket ger ett högre vätskeutbyte och en något deoxygenerad flytande produkten. ångpyrolys i kombination med bimetalliska NiV-katalysatorer, ger upphov till en flytande råvara med förbättrad kvalitet och selektiv deoxygenering. Dock med ett minskande utbyte som följd. Kombinationen av metall och en sur katalysator (Ni-V/HZSM5) visade förstärkt deoxygenering med bibehållen vätehalt i den flytande produkten. Den slutliga syrehalten i vätskan var 12.83 vikt% vid en zeolithalt (HZSM5) på 75 vikt%, dock med ett kraftigt minskande vätskeutbyte. Dessutom noterades ökad koksbildning på katalysatormaterialet med den högsta zeolithalten. Ökad rymd-tid  för katalysatorn (τ) ger ett lägre vätskeutbyte med reducerad syrehalt (7.79 vikt% vid τ=2h) och ökad aromathalt. Koksbildning på ytan, per massenhet katalysatormaterial, minskade vid längre rymd-tider medan utbytet av kolrester förblev opåverkat.  Undersökningen av stabiliteten hos hybridkatalysatorn visade inga strukturella defekter och ingen signifikant minskad aktivitet efter regenerering vid låg temperatur (550οC). / Οι σύγχρονες ανάγκες της κοινωνίας για παραγωγή υγρών καυσίμων και χημικών προϊόντων εξαρτώνται από τους ορυκτούς πόρους. Αυτή η εξάρτηση μπορεί να οδηγήσει σε οικονομικά προβλήματα, πολιτκή αστάθεια, όπως επίσης και αβεβαιότητα στις προμήθειες της ενεργειακής εφοδιαστικής αλυσίδας. Επιπροσθέτως, μια δραματική «παράπλευρη απώλεια» η οποία θέτει σε κίνδυνο το μέλλον του πλανήτη είναι η υπερθέρμανσή του, η οποία έχει συσχετισθεί με την εκτεταμένη χρήση ορυκτών πόρων. Σήμερα, η βιομάζα είναι η μόνη ανανεώσιμη πηγή από την οποία μπορούν να παραχθούν υγρά, αέρια και στερεά προϊόντα, που λόγω της λιγνοκυταρρινικής τους προελεύσεως, η συνεισφορά τους στις εκομπές CO2 θεώρειται μηδενική. Η θερμοχημική επεξεργασία της βιομάζας συνεισφέρει στον περιορισμό της χρήσης ορυκτών πόρων, με την παραγωγή υγρών προϊόντων, τα οποία μπορούν να μειώσουν την εξάρτηση ή /και την αυξημένη ζήτηση μέσω μιας ταχέως αναπτυσόμενης τεχνολογίας, της πυρόλυσης. Στόχος της διεργασίας είναι η παραγωγή υγρών προϊόντων με ιδιότητες, που επιτρέπουν την απευθείας χρήση τους ως υγρά καύσιμα ή ως πρώτη ύλη, για την παραγώγη χημικών προϊόντων σε συγχρονες μονάδες διύλισης πετρελαίου και σε πετροχημικά συγκτροτήματα. Εν τούτοις, τα υγρά προϊόντα της θερμικής διάσπασης (πυρόλυση) είναι προβληματικά στη διαχείρηση και στις τελικές τους εφαρμογές, λόγω της σύστασής τους. Ως εκ τούτου, απαιτούνται νέες τεχνικές για παραγωγή προηγμένων υγρών προοϊόντων. Η ετερογενής κατάλυση έχει επιτυχώς εφαρμοσθεί στην πετρελαϊκή και χημική βιομηχανία, παράγοντας ένα μεγάλο εύρος προϊόντων. Ο συνδυασμός της με την πυρόλυση (φέρνοντας σε επαφη τα υγρά/ατμούς με κατάλληλο καταλύτη) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη ενναλακτική. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η αξιοποίηση βιομάζας για παραγωγή υγρών προϊόντων μέσω καταλυτικής πυρόλυσης, με χρήση πολυλειτουρικού καταλύτη (multi-functional catalyst) υπό την παρουσία ατμού. Η χρήση ατμου κατά τη διαρκειά πυρόλυσης βιομαζας σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, μεταβάλει τη σύσταση των επιμέρους προϊόντων. Η παρουσία ατμού έχει ως αποτέλεσμα την ταχύτερη αποπτητικοποίηση του υλικού, ενώ παράλληλα η περιεκτικότητα του υπολειπόμενου εξανθρακώματος σε πτητικά είναι μικρότερη. Τα πειραματικά αποτελέσματα ταχείας πυρόλυσης σε αντιδραστήρα ρευστοστερεάς κλίνης δείχνουν ό,τι η χρήση ατμού βελτιώνει την θερμική διάσπαση της βιομαζας, αυξάνοντας την απόδοση σε υγρά προϊοντά, ενώ παράλληλα βοηθάει στην αποξυγόνωσή τους. Ο συνδυασμός της πυρόλυσης υπό την παρουσία ατμού και διμεταλλικού καταλύτη νικελίου–βαναδίου μπορεί να  βελτιώσει την ποιότητα των παραγόμενων υγρών (αποξυγόνωση) με παραλλήλη μείωση της απόδοσής τους, ενώ μπορεί να  παράγει προϊόντα εκλεκτικής αποξυγόνωσης. Συνδυασμός μεταλλικών και ζεολιθικών καταλυτών (Ni-V/HZSM5) εμφανίζει βελτιωμένη δραστικότητα στις αντιδράσεις αποξυγόνωσης, με παράλληλη συγκράτηση υδρογόνου (Η) στα υγρά προϊόντα. Η τελική περιεκτικότητα των υγρών προϊόντων σε οξυγόνου (Ο) μετά από 90 min αντίδρασης είναι 12.83 wt%, με περιεκτικότητα ζεόλιθου (ΗZSΜ5) ~75 wt% στον καταλύτη. Ωστόσο, η αυξηση της περεικτικότητας σε ζεόλιθο έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των επικαθήσεων άνθρακα επάνω στον κατάλυτη, καθώς και την σημαντική μειώση της απόδοσης των υγρών προϊόντων (24.35wt% επι ξηρής βιομάζας).  Η αύξηση του χώρου χρόνου του καταλύτη (τ) έχει ως αποτέλεσμα: τη μείωση των υγρών προϊόντων, τη μείωση του περιεχόμενου Ο στα υγρά προϊόντα (7.79 wt% at τ =2h), την αύξηση των αρωματικών υδρογονανθράκων και τη μείωση του επικαθήμενου κωκ ανά μονάδα μάζας καταλύτη. Η απόδοση του εξανθρακώματος παρέμεινε πρακτικά αμετάβλητη. Η αναγέννηση του υβριδικού καταλύτη σε χαμηλές θερμοκρασιές (550οC) δεν επέφερε σημαντικές δομικές αλλαγές και απώλεια δραστικότητας. / <p>QC 20140306</p>

The combustion of fossil fuels has for a long time been a problem from an environmental and sustainability point of view, especially when it comes to the emissions of atmospheric carbon dioxide. The environmental concern has for instance shifted the attention towards finding new sustainable alternatives for producing chemicals and fuels, as a substitute to today’s dependence on fossil based crude oil. Catalytic Fast Pyrolysis of biomass is an excellent way to produce valuable chemicals and fuels using renewable resources. However, the process has some drawbacks, for example rapid deactivation of catalysts due to coke formation. Little is known about the characteristics of the formation of catalytic coke from pyrolysis processes, which should be a vital concern in future industrial processes. This thesis is dedicated to investigate the chemical coke characteristics found on zeolitic catalysts. Four zeolites of the type ZSM-5 were chosen for this thesis to deduce any chemical differences in the coke: HZSM-5, Fe/ZSM-5, Ni/ZSM-5, and Fe-Ni/ZSM-5. The coke were characterized by TGA, GC/MS, and FTIR. The results show that Fe/ZSM-5 produced the highest amount of coke compared to the other zeolites, where HZSM-5 had the lowest amount of coke formation. The coke consisted mainly of aromatic and cyclic hydrocarbons, dominated by polycyclic aromatic hydrocarbons. The content of ketones and alcohols in the coke found on HZSM-5 was higher compared to the metal-doped zeolites, while the formation of naphthalenes was lower. The FTIR results also show that coke was mainly comprised of aromatic hydrocarbons. However, traces of alkanes and alkenes reveal that the coke may have a greater variety than the GC/MS analysis suggests. The results show interesting features when metals are introduced to the zeolitic structure, at least when it comes to coke formation. The metal-doping of zeolites certainly seems to alter the chemistry of the catalytic reactions, compared to the parent zeolite. The differences in the chemical characteristics found in the coke are certainly interesting, and it could mean that the chemistry of the bio-oil also varies depending on the metals chosen for the ZSM-5. The new properties that metals introduce to the parent catalyst may open up new possibilities in industrial catalytic processes, and allow industries to take more advantage of the great benefits that biomass has to offer. / Förbränning av fossila bränslen har under lång tid utgjort ett problem ur miljö- och hållbarhetssynpunkt, i synnerhet gällande utsläppen av koldioxid. En större miljömedvetenhet har gett upphov till sökandet efter nya råvaror för att framställa bränslen och kemikalier, utan att förlita sig på fossil råolja. Katalytisk pyrolys av biomassa är ett utmärkt sätt att framställa värdefulla kemikalier från förnybara källor. Processen står dock inför en del tekniska utmaningar, bland annat en snabb deaktivering av använda katalysatorer genom koksning. Målet med detta examensarbete är att undersöka den kemiska sammansättningen av koks, som bildats på zeolitkatalysatorerna. Mer specifikt, att försöka undersöka huruvida den kemiska sammansättningen av koks skiljer sig mellan katalysatorn HZSM-5 och metalldopad HZSM-5. Fyra katalysatorer valdes för detta examensarbete, nämligen HZSM-5, Fe/ZSM-5, Ni/ZSM-5 och Fe-Ni/ZSM-5. Kokset har analyserats genom termogravimetrisk analys (TGA), gaskromatograf kopplad med en masspektrometer (GC/MS), samt Fourier-transform-infraröd-spektroskopi (FTIR). Resultaten visar att Fe/ZSM-5 bildade en större mängd koks jämfört med de andra zeoliterna, varpå HZSM-5 hade lägst halt koks. Utöver detta bestod kokset till största del av aromatiska- och cykliska kolväten, speciellt polycykliska aromatiska kolväten. Innehållet av ketoner och alkoholer i kokset var störst för HZSM-5, medan bildandet av naftalenföreningar ökade för de metalldopade zeoliterna. FTIR-analysen gav även upphov till signaler som är signifikanta för både alkaner och alkener. Därför kan det innebära att kokset innehar en större kemisk variation än vad GC/MS-analysen påvisade. Resultaten visar intressanta egenskaper hos metallmodifierade zeoliter, i synnerhet gällande koksbildning. Det verkar som att de metalldopade zeoliterna påverkar de katalytiska reaktionerna som sker i katalysatorn, jämfört med den obehandlade katalysatorn. Skillnaderna i den kemiska sammansättningen hos kokset för de olika katalysatorerna är definitivt intressant och kan indikera att det även kan föreligga skillnader i den kemiska sammansättningen hos bio-olja, beroende på vilken metall ZSM-5 har behandlas med. De nya egenskaperna som metaller bidrar med till ZSM-5 kan öppna upp nya möjligheter i industriella katalytiska processer, vilket även kan medföra att industrier bättre kan ta tillvara på de fantastiska egenskaper biomassa innehar.

The fast pyrolysis plant at RISE – ETC, Piteå produces carbon rich chars in bulk from various sources of biomass as feedstock. These in-house manufactured carbon rich chars were upgraded via pyrolysis as well as chemical activation using KOH to enhance their potential as an electrode material for supercapacitors. Commercial activated charcoal (Merck) was also studied and used as a yardstick for comparing performance of our materials. Investigations using EDX show enrichment in carbon content and very low amounts of impurities in the materials prepared from wood char after specific treatments for upgrading. Two-electrode coin cell apparatus with an aqueous electrolyte was used to determine the electrochemical performance of these materials. Wood char after KOH activation shows a high specific capacitance of ~105 Fg-1 at 2 Ag-1 in galvanostatic charge discharge measurements which outperformed activated charcoal used in this study (~68 Fg-1 at 2 Ag-1). This material was tested in a wide range of conditions (current density ranging from 0.1 Ag-1 to 10 Ag-1) and showed specific capacitance from ~90 Fg-1 (for 10 Ag-1) up to ~118 Fg-1 (for 0.1 Ag-1). Fatigue testing for &gt;20000 cycles showed a remarkably high retention (&gt;96%) of capacitance. Currently, most commercial supercapacitors use activated carbon materials prepared from coconut shells as the active electrode material which are not native to Sweden. In this study, we upgrade wood chars produced at RISE – ETC from biomass sources obtained locally (Sweden and Scandinavia) and demonstrate their applicability as supercapacitor electrode materials. / Den snabba pyrolysanläggningen vid RISE - ETC, Piteå, producerar kolrika kol i bulk från olika källor till biomassa som råvara. Dessa interna tillverkade kolrika karaktärer uppgraderades via pyrolys samt kemisk aktivering med hjälp av KOH för att förbättra deras potential som ett elektrodmaterial för superkondensatorer. Kommersiellt aktivt kol (Merck) studerades och användes som en måttstock för att jämföra våra materials prestanda. Undersökningar med EDX visar berikning av kolinnehåll och mycket låga mängder föroreningar i material som framställts av träkol efter specifika behandlingar för uppgradering. Tvåelektrodmyntcellapparater med en vattenhaltig elektrolyt användes för att bestämma den elektrokemiska prestandan hos dessa material. Träkol efter KOH-aktivering visar en hög specifik kapacitans på ~ 105 Fg-1 vid 2 Ag-1 i galvanostatiska laddningsurladdningsmätningar som överträffade aktivt kol som användes i denna studie (~ 68 Fg-1 vid 2 Ag-1). Detta material testades under ett stort antal betingelser (strömtäthet från 0,1 Ag-1 till 10 Ag-1) och visade specifik kapacitans från ~ 90 Fg-1 (för 10 Ag-1) upp till ~ 118 Fg-1 (för 0,1 Ag-1). Trötthetstestning för &gt; 20000 cykler visade en anmärkningsvärt hög retention (&gt; 96%) av kapacitansen. För närvarande använder de flesta kommersiella superkondensatorer aktivt kolmaterial framställt av kokosnötskal som det aktiva elektrodmaterialet som inte är hemma i Sverige. I den här studien uppgraderar vi träkolor som produceras vid RISE - ETC från biomassakällor erhållna lokalt (Sverige och Skandinavien) och visar deras användbarhet som superkapacitorelektrodmaterial.

This study develops a novel pyrolysis process combined with in-line catalytic reforming toproduce high purity hydrogen and carbon products from waste plastics. The input resource is waste plastic material in the form of discarded Covid masks. Results show that for the optimized pyrolysis followed by in-line biochar-based catalytic reforming process, the hydrogen yield is 98.2 mg/g-mask (up to 87% purity), and the carbonyield is 642.4 mg/g-mask, with over 70% of the waste plastic being completely cracked to elemental carbon and hydrogen. The overall process has virtually no CO2 emissions. The use of biomass char catalysts has been studied to contribute to increased hydrogen yield. This is because the unique porous structure of the biochar catalyst increases the residence time of the pyrolysis vapor in the catalytic layer, allowing sufficient cracking of the macromolecular vapor, therefore, increasing the hydrogen yield. The process is also facilitated by the cracking temperature, which increases the cracking of the pyrolysis vapor, resulting in an increase in char yield. However, high temperatures may breakdown the structure of the biomass char catalyst, causing more of the pyrolysis vapor to be converted to CH4, reducing the hydrogen yield. The optimum hydrogen yield was obtained at process parameters of a Biochar catalyst-to-Maskratio (C/M ratio) of 2 and a cracking temperature of 900 oC. / Detta examensarbete utvecklar en ny pyrolysprocess kombinerad med en katalytisk reformeringsprocess i följd för att producera högrenade väte- och kolprodukter från plastavfall. Resursen till processen består av avfallsprodukter i form av kasserade munskydd. Resultaten visar att för den optimerade pyrolys- och biokol-katalytiska reformeringsprocessen är vätgasavkastningen 98,2 mg/g plastavfall (upp till 87 % renhet) och kolavkastningen 642,4 mg/g plastavfall, med över 70 % av plastavfallet fullständigt knäckt till enkla kol- och vätemolekyler. Den genomgripande processen har praktiskt taget inga koldioxidutsläpp. Användningen av biokol-katalysatorer av biomassa har studerats för att bidra till ett ökat vätgasutbyte. Detta beror på att biokolkatalysatorns unika porösa struktur ökar uppehållstiden för pyrolysångorna i det katalytiska skiktet, vilket möjliggör tillräcklig krackning av de makromolekylära ångorna och därmed ökar vätgasutbytet. Processen underlättas också av krackningstemperaturen, som ökar krackningen av pyrolysångorna, vilket leder till ökad kolavkastning. Höga temperaturer kan dock bryta ned strukturen hos katalysatorn för biomassakol, vilket gör att en större del av pyrolysångorna omvandlas till CH4, vilket minskar vätgasutbytet. Det optimala vätgasutbytet uppnåddes vid C/M-parameter (katalysator-till-munskydd förhållande) = 2och en krackningstemperatur på 900 0C.

LIBs have become an ideal choice in the EVs batteries and stationary storage applications due to their invaluable advantages. The demand for LIBs is projected to increase due to the growth in the sale of EVs. But an average lifespan of LIBs is expected to be around 8 years, thus resulting in the generation of a huge pile of spent batteries after their end of life. The disposal of spent LIBs has several environmental impacts and also results in the loss of valuable metals as a waste. So, efficient, and sustainable recycling methods should also grow at the same pace as of the EVs industries. Li is one of the vital elements for the modern energy revolution and there is a growing demand for its usage in the battery applications. High demand for Li along with supply risks due to its uneven distribution in different geographical locations will increase the Li price. Also, Li was added to the list of EUs critical materials. Currently, only 1% of Li from the end of life products is being recovered. The hydrometallurgy processes based on acid leaching followed by recovery steps are found to be efficient in the recovery of a considerable amount of Li yet there are many drawbacks. Therefore, a combined method such as a thermal treatment followed by water leaching is found to be a promising route to first selectively separate Li from the other valuable metals. The purpose of this research is to investigate the selective leaching of Li from thermally pretreated waste LIBs (by pyrolysis and incineration processes between 400 – 700 ºC for 30, 60, 90min) with water as a leaching agent at high temperature and low L/S ratio. Al salts were also leached along with Li with an efficiency not higher than 3.5%. The finding showed that the time of thermal pretreatment did not have a significant change in Li leaching efficiency. The effect of the S/L ratio showed that the leaching efficiency of Li was higher with an increase in liquid content, keeping the mass of solid constant. At a higher leaching temperature, the leaching efficiency of Li was higher due to an increase in the solubility of Li salts. The highest Li leaching efficiency of nearly 60% was observed from the sample pyrolyzed at 700 ºC for 60 min with the leaching condition S/L ratio = 1:20 g/mL, 80 ºC, 300 rpm, 3 hrs. Furthermore, the tests such as addition of 10% excess carbon during thermal treatment or use of carbonated water during leaching were carried out to enhance the leaching efficiency of Li. However, the test results did not have a significant increase in the leaching efficiency of Li. / LIB har blivit ett idealiskt val i EV-batterier och stationära lagringsapplikationer på grund av deras ovärderliga fördelar. Efterfrågan på LIB bedöms öka på grund av tillväxten i försäljningen av elbilar. Men en genomsnittlig livslängd på LIB förväntas vara cirka 8 år, vilket resulterar i att en enorm hög med förbrukade batterier genereras efter deras livslängd. Bortskaffande av förbrukade LIB har flera miljöpåverkan och resulterar också i förlust av värdefulla metaller som avfall. Så effektiva och hållbara återvinningsmetoder borde också växa i samma takt som inom elbranschen. Li är ett av de viktigaste elementen för den moderna energirevolutionen och det finns en växande efterfrågan på dess användning i batteritillämpningarna. Hög efterfrågan på Li tillsammans med utbudsrisker på grund av dess ojämna fördelning på olika geografiska platser kommer att öka Li-priset. Li läggs också till i listan över EU: s kritiska material. För närvarande återvinns endast 1% av Li från uttjänta produkter. Hydrometallurgiprocesserna baserade på syraläckning följt av återvinningssteg har visat sig vara effektiva vid utvinningen av en betydande mängd Li men det finns många nackdelar. Därför har en kombinerad metod, såsom en termisk behandling följt av vattenlakning, visat sig vara en lovande väg att först selektivt separera Li från de andra värdefulla metallerna. Syftet med denna forskning är att undersöka den selektiva urlakningen av Li från termiskt förbehandlade avfall LIB (genom pyrolys och förbränningsprocesser mellan 400 - 700 ºC under 30, 60, 90 minuter) med vatten som läckmedel vid hög temperatur och låg L / S förhållande. Al-salter lakades också ut tillsammans med Li med en verkningsgrad som inte var högre än 3,5%. Resultatet visade att tiden för termisk förbehandling inte hade någon signifikant förändring av Li-utlakningseffektiviteten. Effekten av S / L-förhållandet visade att urlakningseffektiviteten för Li var högre med en ökning av vätskeinnehållet, vilket höll massan av fast ämne konstant. Vid en högre urlakningstemperatur var urlakningseffektiviteten för Li högre på grund av en ökning av lösligheten av Li-salter. Den högsta Li-lakningseffektiviteten på nästan 60% observerades från provet pyrolyserat vid 700 ° C under 60 minuter med läckningsförhållandet S / L-förhållande = 1:20 g / ml, 80 ° C, 300 rpm, 3 timmar. Vidare utfördes testerna såsom tillsats av 10% överskott av kol under termisk behandling eller användning av kolsyrat vatten under lakning för att förbättra lakningseffektiviteten för Li. Emellertid hade testresultaten ingen signifikant ökning av utlakningseffektiviteten för Li.

On the fourth of November 2016, The Paris Agreement entered into force, stating that nations worldwide should pursue efforts to limit the global temperature increase to 1,5 °C. Since then, the Intergovernmental Panel on Climate Change has specified that carbon dioxide removal, such as biochar sequestration, is necessary to achieve this goal. Biochar is a solid and porous material, rich in carbon, produced when biomass undergoes a process called pyrolysis and can, if buried in soil, sequester carbon for hundreds or even thousands of years while at the same time acting as a soil amendment. When biomass is pyrolyzed to produce biochar, a pyrolysis gas is also produced, which can be used to generate both heat and electricity. This thesis investigates if constructing and operating a plant, called a combined pyrolysis and CHP plant, which combines biochar production with heat and electricity generation, could be economically feasible and thus be an effective method for carbon dioxide removal. The findings show that constructing and operating a combined pyrolysis and CHP plant can be economically feasible. However, the economic feasibility is greatly affected by the price of biochar as a soil amendment product. The biochar market is also an undeveloped market, making price estimates of biochar far from accurate. Another factor that could significantly affect the economic feasibility of the plant is the fraction of carbon in biochar, which can be accounted for as sequestered. A higher fraction means that significantly more governmental support can be given to provide financing of the plant as well as potential revenue from carbon credits could increase. The capital cost of constructing the plant is also a factor with high uncertainty, which has a substantial effect on the economic feasibility. From this thesis, it is concluded that more research regarding the biochar market, as well as the capital costs of constructing the plant, is needed. More research could further ascertain whether or not the plant could be economically feasible and thus, an effective method for carbon dioxide removal. / Den fjärde november 2016 trädde Parisavtalet i kraft vilket uppgav att länder över hela världen ska sträva efter att begränsa den globala temperaturökningen till 1,5 grader Celsius. I enlighet med detta mål har FN:s mellanstatliga klimatpanel, IPCC, specificerat att koldioxidavlägsnande åtgärder, såsom kolinlagring genom produktion av biokol, är nödvändigt. Biokol är ett fast och poröst material, rikt på kol, som produceras när biomassa genomgår en process som kallas pyrolys. Om biokol blandas ner i jord kan det binda kol i hundratals eller tusentals år samtidigt som det fungerar som jordförbättrare. När biomassa pyrolyseras produceras också en pyrolysgas som kan användas för att generera värme och elektricitet. Det här examensarbetet undersöker om det kan vara ekonomiskt genomförbart att bygga och driva en anläggning, benämnd en kombinerad pyrolys- och kraftvärmeanläggning, som kombinerar biokolsproduktion med värme- och elproduktion för att avlägsna koldioxid från atmosfären. Resultaten från arbetet visar att det kan vara ekonomiskt genomförbart att bygga och driva en kombinerad pyrolys- och kraftvärmeanläggning. Den ekonomiska genomförbarheten påverkas dock i hög grad av priset på biokol som jordförbättringsprodukt. Marknaden för biokol är dessutom outvecklad vilket gör att priset för biokol osäkert. En annan faktor som i hög grad skulle kunna påverka den ekonomiska genomförbarheten för anläggningen är andelen kol i biokol som kan anses vara lagrad. En högre andel innebär att betydligt mer statligt stöd kan ges för att finansiera anläggningen samt att potentiella intäkter från kolkrediter kan öka. Kapitalkostnaderna för att bygga anläggningen är också en faktor med hög osäkerhet som har stor effekt på den ekonomiska genomförbarheten. Från detta examensarbete dras slutsatsen att mer forskning kring biokolsmarknaden samt kring kapitalkostnaderna för att bygga anläggningen behövs. Detta behövs för att ytterligare fastställa den ekonomiska genomförbarheten hos en sådan anläggning för att avlägsna koldioxid från atmosfären.

Liquid methane is becoming an increasingly attractive rocket propellant due to its high performance characteristics and potential to support in-situ resource utilisation. Methane, however, when heated, can thermally decompose in a process known as pyrolysis. In regeneratively cooled rocket engines, the solid carbon products from the pyrolysis reactions are deposited on the walls of the cooling channels. This increases the thermal resistance of the channel walls, resulting in higher wall temperatures. In turn, this can facilitate cracking and crack propagation, presenting a potential problem in rockets, especially for future reusable designs. It will therefore be necessary to inspect the state of the cooling channels between flights. The carbon layer also changes the catalytic properties of the surface, affecting the onset temperature of methane pyrolysis, and thus impacting the pyrolysis behaviour during subsequent flights. It is possible to clean the channel using a mixture of gaseous oxygen and ozone, however, preliminary testing has indicated that not all the carbon is removed within a reasonable time frame. An experimental facility exists which can control the thermal and flow conditions in straight test channels to replicate the conditions seen in methane rocket nozzle cooling channels. The purpose of this project is to develop a system to quantitatively assess the amount of carbon deposition in these test channels after methane pyrolysis has occurred within them, and following ozone cleaning. The developed system is an optical method which uses a borescope to capture images within the coked channel. These images are then run through bespoke image processing software to determine the proportion of the inner channel wall that is coked. The software has been developed and a provisional mechanical setup has been designed. Initial validation tests have been conducted to assess the accuracy of the software used in conjunction with the borescope and camera. The results indicate that the system is capable of quantifying coke in a metal channel with an error of 1.489%±0.232% or less. / Flytande metan är på väg att bli ett mera attraktivt raketbränsle på grund av sina högprestanda-egenskaper samt potential för att stödja resursanvändning, in situ. Hursomhelst så kan metan, då uppvärmt, termiskt brytas ned i en process kallad pyrolys. I regenerativt kylda raketmotorer så utfälls de solida kolprodukterna från pyrolysen på väggarna av kylkanalerna. Detta höjer den termiska resistansen hos kanalens väggar vilket resulterar i högre väggtemperaturer. Detta kan, i sin tur, leda till spricktillväxt som väcker ett potentiellt problem med raketer, speciellt för framtida återanvändningsbara designer.Det kommer därför vara nödvändigt att inspektera skicket av kylkanalerna mellan flygningar. Kollagret förändrar också de katalyserande egenskaperna av ytan, vilket har en inverkan på begynnelsetemperaturen av metanpyrolys, som påverkar hur pyrolysen beter sig för följande flygningar.Däremot är möjligt att rena kanalerna genom att använda en blandning av syre i gasform, och ozon. Preliminära tester indikerar på att inte allt kol är borttaget inom en rimlig tidsram. En experimentell anläggning finns, som kan kontrollera tillstånd för värme och flöde i raka testkanaler för att replikera tillstånden som setts i kylkanaler i dysor för metanraketer. Syftet med detta projekt är att utveckla ett system för att kvatitativt bedöma mängden koldeposition i dessa testkanaler efter att pyrolys av metan har skett i dem, följt av ozon-rening. Det utvecklade systemet är en optisk metod som använder ett boroskop för att fånga bilder inuti den kanalen med koks. Dessa bilder körs genom ett skräddarsytt bildprocesseringsprogram för att bestämma proportionerna av den inre kanalväggen med koks. Mjukvaran har utvecklats och en provisorisk mekanisk anordning har utformats. Initiella valideringstester har genomförts för att bedöma noggrannheten av mjukvaran som använts i samband med boroskopet och kameran. Resultaten indikerar på att systemet är kapabelt att kvatifiera koks in en metallkanal med ett fel på 1,489%±0,232% eller mindre.

There is an urgent need to mitigate carbon emissions to the atmosphere to reduce the negative effects of climate change. Countries have pledged national strategies to reach their climate change mitigation goals in their Nationally Determined Contributions (NDC). In the case of Colombia, the country envisions becoming carbon neutral by 2050.  A pathway to reach this goal is emission reduction through nature-based solutions (NBS). Biochar is an NBS with the potential to be used as a land-based emission mitigation technology. Records indicate that it was first used by indigenous communities in the Amazon about a thousand years ago. Biochar can be obtained through thermochemical conversion by slow pyrolysis of residual biomass. The original organic carbon present in the biomass is sequestered in the biochar as it is pyrolyzed and thus, CO2 emissions are prevented. Biochar is not yet considered in Colombia´s carbon neutrality strategy. The aim of this thesis project is to investigate the potential of biochar production in Colombia as a land-based mitigation technology (LMT). Therefore, a comprehensive assessment is performed with the purpose of identifying the status of biochar in the country. The motivation behind the assessment is to gain an understanding of the variables involved in biochar production. Factors such as the production sectors involved, feedstocks, production technologies, project costs and emission mitigation are of interest. The study explores these factors by following five methodological steps. First, the current research on the technology is mapped to understand biochar’s status at a national level. Second, experts are interviewed to collect their views regarding biochar and a PESTEL (Political, Economic, Social, Technological, Environmental &amp; Legal) analysis is employed based on their point of view on the technology. Third, the potential sources of residual biomass which could be used to produce biochar in the agricultural sector are quantified. The approach to biochar’s potential is enriched with a focused in-person case study of biochar production from oil palm residues. Fourth, these residual biomass sources are subsequently employed to estimate the emissions sequestered in their biochar production. Lastly, project feasibility implementation is evaluated through a techno-economic to identify the project’s main cost drivers. The results are then discussed using a SWOT (Strength, Weaknesses, and Opportunities &amp; Threats) analysis. The existing studies and the local experts’ opinion indicate that biochar potential is in the agricultural sector and that it can be thought of for soil adaptation. Biochar’s emission mitigation is considered an added value. In 2021, the agricultural sector produced near 73 million tonnes of agricultural products. The residues from agriculture could be used for biochar production. If the residues from the most produced agricultural products are transformed into biochar, about 1 to 2,2 tonne of CO2 per tonne of biochar could be avoided. The published literature and the in-person study visit confirmed that the largest advance in biochar production and use in Colombia is in the oil palm sector. Palm kernel shell, fibre and empty fruit bunches are the oil palm residues that could be used to produce biochar. From 1 tonne of these three oil palm residues, about 60 kg of biochar can be obtained. The results show that currently there is no market for trading with biochar in Colombia. High investments, transport and feedstock costs are identified obstacles. An Advanced Technology pyrolizer cost can cost around 330.000 USD while a Basic Technology one can be around 100 USD. Taxes associated with revenue from the biochar trade can negatively impact a biochar project’s feasibility. In this study, a price for biochar is estimated using break-even analysis. Under the assumptions used, the biochar price per tonne is around 200 to 1.000 USD. Price variability is explained in the technologies used for production, feedstock biomass availability and variable revenues from biochar sales. / Koldioxidutsläppen till atmosfären behöver minskas för att undvika de negativa effekterna av klimatförändringar. Olika länder har presenterat på sina nationellt fastställda bidrag (NDC) hur sina mål för begränsning av klimatförändringarna skulle kunna uppnås. I Colombia är planen att uppnå koldioxidneutralitet år 2050. Ett sätt att uppnå detta mål är att minska utsläpp genom naturbaserade lösningar (NBS). Biokol är en NBS som kan användas som landbaserade åtgärder för att minska växthusgasutsläpp eller öka koldioxidupptag. Forskning har bevisat att biokol användes i Amazonas för ungefär tusen år sedan. Biokol framställs genom långsam pyrolys av restprodukter av biomass. Kolet i biomassan binds i biokolet genom pyrolysis, vilket förhindrar koldioxidens utsläppning till atmosfären. Biokol inkluderas ännu inte i Colombias strategi för koldioxidneutralitet. Syftet med detta projekt är att undersöka biokolets produktionspotential i Colombia son ett landbaserade åtgärder (LMT). En analys gjordes för att identifiera statusen av biokol runt om i landet. Faktorer såsom berörda produktionssektorer, råvaror, produktionstekniker, projektkostnader och koldioxidutsläppen var av intresse. Studien undersöker faktorerna ovan genom att tillämpa en femstegsmetod. Först identifierades den aktuella forskningen om biokol i Colombia. Sedan intervjuades experter för att samla in deras åsikter om biokol och en PESTEL analys (Political, Economic, Social, Technological, Environmental &amp; Legal) användes. Nästa steg i metoden var att kvantifiera potentialen av restprodukter inom jordbrukssektorn. Detta steg kompletterades med en fallstudie som fokuserade på biokolproduktion från rester från oljepalmer och sedan beräknades utsläppen som binds i biokol. Till sist utvärderades projektets genomförbarhet genom en teknoekonomisk analys som identifierade viktigaste drivkrafterna bakom kostnaderna. Resultaten diskuterades med hjälp av en SWOT analys (Strength, Weaknesses, and Opportunities &amp; Threats). Experter och forskningsresultat om biokol i Colombia anger att det finns stor potential nom jordbrukssektor där biokol skulle kunna användas för jordförbättring, medan utsläppsminskningar endast anses vara en ytterligare fördel. År 2021 Colombias jordbrukssektor producerade nästan 73 millioner tonne av jordbruksprodukter och restprodukter från jordbruket kan användas för produktion av biokol. För varje ton biokol som produceras undviks ungefär 1 till 2,2 tonne koldioxid. Litteraturen och studiebesöket bekräftade att största framsteget inom produktion och användning av biokol i Colombia händer inom oljepalmssektorn. Palmkärnor, fibrer och tomma fruktknippar är restprodukterna som kan användas för att producera biokol. En ton av dessa tre typer av oljepalmsrester ger cirka 60 kg biokol. Resultaten visar att det inte finns en marknad för biokol i Colombia. Höga investeringskostnader, transport-och råvarukostnader är främsta hindarna som identifierades. En pyrolysanläggning med avancerad teknik kostar cirka 330 000 US-dollar, medan en pyrolysanläggning med grundläggande teknik kostar cirka 100 US -dollar. Skatter på inkomster från biokolsförsäljning kan ha en negativ effekt på genomförbarhet. Studien uppskattas ett pris för biokol med hjälp av en break-even-analys och visar att cirka 200 till 1.000 USD per tonne biokol vore ett möjligt prisintervall. Prisvariationerna förklaras av tekniken som används för produktion, tillgång på biomassa som råvara och varierande intäkter från biokolförsäljning.

The climate on earth keeps getting warmer where heat waves, eutrophication, rising sea levels, extreme weather like flooding, droughts and wildfires are an expanding problem. The focus of this bachelor thesis is to determine the potential of mitigating eutrophication and while contributing to blue growth by harvesting and make use of reeds like Phragmites australis and Arundo donax. Reeds have the ability to quickly absorb nutrients from aquatic environments and there are opportunities to use them as a feedstock for producing biochar to be potentially used in areas such as soil improvement, fodder additive and carbon sequestration. Additionally, optimal biochar properties for the observed applications gets analysed. The thesis is based on a systematic literature review and an interview with Niclas Anvret at the non-profit organisation “Race for the Baltic”.  Results show that biochar produced according to parameters such as heating rate, biomass species and especially, different temperatures, results in varied characteristics that change the biochar's adsorption abilities, nutrient retention, alkalinity, stability, surface area and porosity volume. The different applications of biochar are, however, not easily determined. This is because of the fact that certain biochar properties, that are prominent in entirely different pyrolysis conditions, could both be beneficial for the same application. Additionally, the different attributes sometimes influence each other which gives rise to unclear patterns affecting use potential. To overcome these issues, more research is needed to clarify the correlations between attributes of the biochar and to determine which characteristics of biochar are best suited for each application.  In terms of how large-scale harvesting of reed could affect the ecosystem is also unclear, there is not enough research regarding the question to be able to draw clear conclusions. The reasoning behind this is that there are knowledge gaps, geographical differences, different unit measuring and methodology. The potential for biochar in the coal market is high and the demand in Sweden has risen over the past couple of years. There is also interest in using biochar as a soil amendment, to make use of nutrient content as well as applying organic matter to soils to potentially achieve long-term carbon sequestration. However, the production cost of biochar out of reed is relatively expensive, and it cannot compete with coal or other fertilisers/soil amendments on the market, with feedstock management usually being the most expensive part of production. Lastly, there is currently no harvesting method that can measure the amount of reed that needs to be harvested to be able to produce biochar on a large scale. / Klimatet på jorden blir allt varmare och värmeböljor, övergödning, stigande havsnivåer, extrema väder som översvämningar, torka och bränder är ett stigande problem. Syftet med denna kandidatuppsats är att undersöka potentialen att mildra eutrofiering och samtidigt bidra till blå tillväxt genom att skörda - och använda sig av vass som Phragmites australis och Arundo donax. Vass har en framträdande förmåga att absorbera näringsämnen. Det finns därför möjligheter att använda dem som råvara för att producera biokol som potentiellt kan användas i områden såsom jordförbättring, fodertillsatser och kolbindning. Utöver detta undersöks optimala egenskaper för biokol enligt de observerade applikationerna. Kandidatuppsatsen bygger på en systematisk litteraturstudie och en intervju med Niclas Anvret på den ideella organisationen ”Race for the Baltic”.  Resultaten indikerar att biokol, producerad i pyrolys enligt parametrar som uppvärmningshastighet, biomassa och i synnerhet olika temperaturer, resulterar i varierande egenskaper som förändrar biokolets absorptionsförmåga, bibehållande av näring, alkalinitet, stabilitet, ytarea och porositetsvolym. De olika tillämpningarna av biokol är emellertid svåra att avgöra på grund av vissa biokolegenskaper. Dessa egenskaper är framträdande under helt olika pyrolysförhållanden men kan samtidigt vara fördelaktiga för samma typ av applikation. Dessutom påverkar de olika attributen ibland varandra vilket ger upphov till komplexa trender som påverkar användningspotentialen. För att kunna dra tydliga slutsatser behövs mer forskning för att klargöra sambandet mellan biokolens attribut och för att bestämma vilken samling egenskaper hos biokol som passar bäst för varje applikation.  Hur storskalig skörd av vass kan påverka ekosystemet är fortfarande oklart. Det finns inte tillräckligt med forskning kring frågan för att kunna dra tydliga slutsatser. Detta beror på att det finns kunskapsluckor, geografiska skillnader, olika måttenheter och metoder för de studier som gjorts inom detta område. Potentialen för biokol på kolmarknaden är hög och efterfrågan i Sverige har ökat de senaste åren. Det finns också intresse för att använda biokol för jordförbättring, dels för att använda näringsinnehållet men också för att applicera biokol i jorden för att potentiellt uppnå långvarig kolbindning. Dock är produktionskostnaden för biokol gjort på vass mycket kostsam och kan därför inte konkurrera med fossilt kol eller andra gödselmedel jordförändringar på marknaden. Detta beror främst på råvaruhanteringen som är den dyraste delen av produktionen. Slutligen finns det för närvarande ingen skördemetod som kan mäta den mängd vass som behöver skördas för att kunna producera biokol i stor skala.