Today’s society strives to eliminate the carbon dioxide (CO2) emissions, which is the main greenhouse gas emitted through anthropogenic activities and contributes to climate change. In this project utilization of CO2 emissions from waste to energy plants to carbohydrates via photocatalytic reduction with water and further carbon coupling reactions is investigated. Two routes for the synthesis of carbohydrates have been investigated. Both methods use photocatalytic reduction of carbon dioxide to methanol and then proceed via different steps to produce carbohydrates or their precursors. The first route uses aldol condensation as the main method for the formation of carbon-carbon bonds and the second route is based on the formose reaction that uses formaldehyde as a reactant. The waste incineration plant selected for this study was the one located in Kil, Sweden. This plant processes 15590 tons of waste per year and emits 16366.5 tons of carbon dioxide per year. In order to separate carbon dioxide from the flue gas stream, MEA absorption was chosen as the best option due to its high efficiency. The presented processes have negative carbon dioxide emissions due to the fact that they convert of 16.4% of the waste incineration CO2 emissions into useful products and do not generate any emissions of their own. The aldol condensation pathway exhibits an efficiency of 1.3% when considering only food industry products and 2.5% when including other products that are useful to manufacture solvents, lubricants, or pharmaceuticals. The total amount of food industry products obtained is 3.9 kg/h with the energy requirements being was 159550 kJ/kgproduct. The formose reaction route yields 15.4 kg/h of only food industry products, mainly glucose, and exhibits an efficiency of 5%. The power requirements equal to 90099 kJ/kgproduct. The formose route was found to have higher yield and efficiency, and to be more energy consuming but also more energy efficient. Economic data was difficult to find due to the fact that photocatalytic processes are not commercial yet. / Dagens samhälle strävar efter att eliminera koldioxidutsläppen (CO2), som är den viktigaste växthusgasen som släpps ut genom antropogena aktiviteter och påverkar klimat. Den här projekten undersöker användning av koldioxidutsläpp från avfall till energianläggningar till produktion av kolhydrater via fotokatalytisk reduktion med vatten och ytterligare kolkopplingsreaktioner. Projekten utforskar två vägar för syntes av kolhydrater. Båda metoderna använda fotokatalytisk reduktion av koldioxid till metanol. Kolhydrater eller deras ursprungsmaterial syntetiseras via olika steg nedströms den fotokatalitiska processen. Den första vägen använder aldolkondensation som huvudmetod av kol-kolbindningar och den andra vägen baseras på formosreaktionen som använder formaldehyd som reaktant. Den avfallsförbränningsanläggning som valts ut för denna studie var den i Kil, Värmland, Sverige. Denna anläggning behandlar 15590 ton avfall per år och släpper ut 16366,5 ton koldioxid per år. För att separera koldioxid från rökgasströmmen valdes MEA-absorption som det bästa alternativet på grund av dess höga effektivitet. De presenterade processerna har negativa koldioxidutsläpp på grund av att de omvandlar 16,4% av koldioxid från avfallsförbränning till användbara produkter och inte genererar  egna utsläpp. Aldolkondensationsvägen uppvisar en effektivitet på 1,3% om man endast beaktar livsmedelsindustrins produkter och 2,5% om man gör andra produkter som är användbara för att tillverka lösningsmedel, smörjmedel eller läkemedel. Den totala mängden av livsmedelsprodukter är 3,9 kg / h och energibehovet är lika med 159550 kJ / kg produkt. Formosreaktionsvägen ger 15,4 kg / h av livsmedelsindustrin produkt, huvudsakligen glukos, och uppvisar en effektivitet på 5%. Effektkraven är lika med 90099 kJ / kg produkt. Formosvägen visade sig ha högre utbyte och effektivitet och vara mer energikrävande men också mer energieffektiv. Ekonomiska data var svåra att hitta på grund av att fotokatalytiska processorn ännu inte är kommersiell.

Artificial photosynthesis is used to harvest solar energy and store it in the form of chemical bonds. The system of interest in this study does this by splitting water into hydrogen and oxygen gas through a plasmon assisted process, collective oscillations from free electron gas. This is a renewable way to store energy that could be used as an alternative to fossil based fuel. In this study, a small part of this photo catalytic system is studied, namely the interaction between plasmonically active silver nanoparticles (Ag NPs) transferring photo-excited electrons via a linker molecule, 4-aminobenzoic acid (pABA). The pABA linker molecule transfers charge from the Ag surface to a semiconductor and a catalyst performing the water splitting. The pABA can bind in different ways onto the Ag-surface and the aim of this study is to examine which bond is strongest and which best enables charge transfer. To this purpose three systems where simulated quantum mechanically using a supercomputer. The total free energy of the systems was computed and compared. Out of the three studied binding sites, the hollow-site bond (pABA binding to three silver atoms) was found to have the lowest energy, meaningit's the strongest of the possible bonds. Additionally it was found that the band gap (the energy needed to transfer charge) for the pABA decreased when bound to the Ag-surface. The hollow-site bound pABA also had the smallest band gap, meaning it requires the least energy to transfer a charge and should therefore be the best bond fitted for the photo catalytic system. / Artificiell fotosyntes används för att absorbera solenergi och förvara den i formen av kemiska bindningar. Systemet som används i denna studie gör detta genom att splittra vatten till vätgas och syrgas genom en plasmon assisterad process. Detta är ett förnyelsebart sätt att förvara energi och kan användas som ett alternativ till fossila bränslen. I denna studie studeras en liten del utav detta fotokatalytiska system nämligen interaktionen där plasmonaktiva silvernanopartiklar (Ag NPs) överför foto-exciterade elektroner genom molekyllänken 4-aminobensoesyra (pABA). Molekyllänken pABA överför laddning från silverytan till en halvledare och en katalys som utför splittringen av vattnet. pABA kan binda på olika sätt tillen silveryta och denna studie syftar till att undersöka vilken utav bindningarna som är starkast och vilken som effektivast överför laddning. För att göra detta simulerades tre system kvantmekaniskt med hjälp av en superdator, ett system för varje sorts bindning. Den totala fria energin av systemen beräknades och jämfördes. Av de tre undersökta bindningarna hadehollow-site bindningen (pABA som binder till tre silveratomer) längst energi, vilket betyder att det är den starkaste av bindningarna. Utöver detta så visade det sig att bandgapet (energin som krävs för att överföra laddning) minskade för pABA när den var bunden till Ag-ytan. Hollow-site bundet pABA hade även minst bandgap, vilket betyder att den kräver minst energi för att överföra laddning och är därmed den mest effektiva bindningen för det fotokatalytiska systemet.