Den internationella medvetenheten om hotet med växthusgaser har bidragit till en prioriterad utveckling av alternativa och rena tekniker baserade på förnybara i stället för fossila bränslen. Biomassaförgasning är en teknik för framställning av icke-fossil energigas från biomassa. Den har flera tillämpningsområden, vilket bland annat inkluderar kraftgenerering genom förbränning i motorer. Ett av huvudproblemen med denna teknik är produktionen av tjärföreningar under processen. Detta leder till ett behov av ett gasrenings- och uppgraderingssteg med hjälp av en katalytisk bäddreaktor, vilket ökar kostnaderna och minskar den termiska effektiviteten. Nickel är den vanligast använda katalysatorn för ångreformering, men den är tyvärr giftig. I detta projekt studeras järn, som ett alternativ till nickel. Järn är miljövänlig, giftfri och mer rikligt förekommande jämfört med nickel. Specifikt så användes ett sintrat järnpulver tillverkat av Höganäs AB, Sverige, med toluen som en modellförening för tjära. För att förstå hur oxidationen av järn och järnoxider fungerar mer i detalj under den katalytiska omvandlingen så utfördes testerna med ånga och toluen en temperatur av 750°C och ett tryck av 1 bar. I experimenten observerades att ju större mängd ånga som tillfördes till reaktorn, desto fler problem observerades under katalytiska processen. Den negativa effekten av oxidationen av järnkatalysatorn var mycket större än de fördelar som ånga normalt har på den katalytiska processen. / The international community’s awareness of the danger of greenhouse gases has contributed to prioritising the development of alternative and clean technologies, using renewable sources, over fossil fuels. Biomass gasification is a technology for the production of non-fossil synthesis gas from biomass. It has numerous applications including power generation through combustion in engines. One of the main problems with this technology is the production of tars during the process. This leads to the need to implement a gas cleaning and upgrading step using a catalytic bed reactor, which increases costs and reduces thermal efficiency. nickel is the common catalyst for steam reforming but it is toxic. Therefore, to overcome these drawbacks and to be environmentally friendly, iron, a non-toxic and more abundant catalyst, was used in this project. Specifically, sintered iron powder manufactured at Höganäs AB, Sweden, was used and toluene was taken as the model tar compound.  To understand the iron reactions in more detail, namely the behaviour of iron oxidation during re- forming, the toluene tests were carried out with steam as gasification agent at a temperature of 750°C and pressures below 1 bar. In the experiments, it was observed that the higher the amount of steam in the reactor, the more problems were observed in the catalyst. The negative effect of the oxidation of the catalyst far outweighed the benefits that steam could have on the catalysis.

Woodroll® is a gasification technology developed by Cortus that produces synthetic gas (syngas) from biomass. Syngas can be used in several different applications. One interesting option is to convert it further into biomethane, which can be used as automotive fuel or replace natural gas in gas grids. The revenues and profitability of biomethane production is heavily dependent on policy instruments and support schemes. These subsidies can be either direct, where the producer receives a feed-in tariff for biomethane production, or indirect, where consumption rather than production is stimulated. This work has investigated which revenues that can be expected from biomethane production via Woodrooll® in Sweden, the Netherlands, Germany, the UK, France and Italy, both in terms of amounts and risks. A profitability analysis have also been carried out to preliminary compare the returns in the different countries, where two different scenarios for different revenues have been analyzed for two different feedstock prices. The results showed that the Netherlands and Italy provides the potentially highest revenues. However, there are uncertainty factors associated with all cases. Sweden and Germany offers indirect support and negative market trends. The Netherlands and the UK are the only options that provide a feed-in tariff for biomethane production via gasification. In the Netherlands the tariff can be secured before making investment decision but is only disbursed for 12 years. The UK offers a fixed feed-in tariff for 20 years but the tariff is secured first after plant start-up and the tariff may be reduced on a quarterly basis. In fact, the tariff has been reduced with 40 % over the last 24 months, but there are discussions on introducing a separate tariff for gasification. Italy has the support schemes that potentially offer the highest revenues, but gasification is currently not eligible for support. The latter also holds for France, which may be an interesting case in the future. If risk is to be minimized, Cortus may either focus on the Netherlands or await the discussions in the UK and France on introducing a gasification tariff. The work on standardization of biomethane use should also be followed since Italy offers the potentially highest return of the investigated countries. It is also recommended to look further for other cases. The best-case scenario for the risk averse is the one that provides a fixed tariff for 20 years and in which the tariff can be secured before an investment decision is taken. / Woodroll® är en förgasningateknik som utvecklats av Cortus som producerar syntesgas (syngas) från biomassa. Det finns en rad olika användningsområden för gasen. Ett intressant sådant är att omvandla den till biometan, vilket kan användas som drivmedel eller ersätta naturgas i gasnät. Dock så är intäktern och lönsamheten starkt beroende av stödsystem. Dessa subventioner kan antingen vara i form av en inmatningstariff, där biometanproducenten får en fast peng för biometanproduktion, eller i form av indirekt stöd där konsumtion snarare än produktion stimuleras. I detta arbete har det utretts vilka intäkter som kan förväntas för biometan-produktion genom Woodroll® i Sverige, Nederländerna, Tyskland, Storbritanninen, Frankrike och Italien, både i termer av belopp och risk. En lönsamhetsanalys har också gjorts för att preliminärt jämföra avkastningen för de olika länderna. Två olika scenarier för olika intäkter har analyserats för två olika råvarupriser. Resultatet visade att samtliga länder kan erbjuda attraktiv avkastning. Dock är samtliga fall förknippade med osäkerhetsfaktorer. Sverige och Tyskland erbjuder indirekt stöd och negativa marknadstrender. Nederländerna och Storbritannien är de enda alternativen som ger en feed-in-tariff för biometanproduktion. I Nederländerna kan tariffen säkras innan investeringsbeslut fattats men betalas endast i 12 år. Storbritannien ger en fast tariff i 20 år men kan justeras kvarstalsvis och nivån säkras först efter uppstart av anläggningen. Tariffen har reducerats med 40 % de senaste 24 månaderna, men det pågår diskussioner om att introducera en särskild tariff för förgasning. Italien erbjuder stödsystemet som ger högst potentiella intäkter men biometan från förgasning är inte berättigat för stödet. Det senare gäller också för Frankrike som kan bli ett intressant fall i framtiden. Om det önskas att minimera risken så bör Cortus fokusera antingen på Nederländerna eller invänta diskussionerna om förgasningstariffen i Storbritannien och Frankrike. Arbetet kring standardisering av biometan-användning bör också följas eftersom Italien erbjuder de potentiellt högsta intäkterna. Det rekommenderas också att Cortus tittar vidare på andra alternativ. Det bästa fallet för den risk-aversiva är fallet som ger en fast tariff i 20 år och där stödet kan säkras innan investeringsbeslut fattas.

Reliable energy supply is a major concern and crucial for development of the global society. To address the dependency on fossil fuel and the negative effects of this reliance on climate, there is a need for a transition to cleaner sources. An attractive solution for replacing fossil-based products is renewable substitutes produced from biomass. Gasification and pyrolysis are two promising thermochemical conversion technologies, facing challenges before large-scale commercialization becomes viable. In case of biomass gasification, tar is often and undesired by-product. An attractive option to convert tar into syngas is nickel-based catalytic steam reforming (SR). For biomass pyrolysis, catalytic SR is in early stages of investigation as a feasible option for bio-crude conversion to syngas. The focus of the thesis is partly dedicated to describe research aimed at increasing the knowledge around tar reforming mechanisms and effect of biomass-derived impurities on Ni-based tar reforming catalyst downstream of gasifiers. The work focuses on better understanding of gas-phase alkali interaction with Ni-based catalyst surface under realistic conditions. A methodology was successfully developed to enable controlled investigation of the combined sulfur (S) and potassium (K) interaction with the catalyst. The most striking result was that K appears to lower the sulfur coverage and increases methane and tar reforming activity. Additionally, the results obtained in the atomistic investigations are discussed in terms of naphthalene adsorption, dehydrogenation and carbon passivation of nickel. Furthermore, the thesis describes research performed on pyrolysis gas pre-conditioning at a small-industrial scale, using an iron-based catalyst. Findings showed that Fe-based materials are potential candidates for application in a pyrolysis gas pre-conditioning step before further treatment or use, and a way for generating a hydrogen-enriched gas without the need for bio-crude condensation. / Tillförlitlig energiförsörjning är en stor utmaning och avgörande för utvecklingen av det globala samhället. För att ta möta beroendet av fossil råvara och de negativa effekter som detta beroende medför för klimatet finns ett stort behov av en övergång till renare energiråvaror. En attraktiv lösning är att ersätta nuvarande fossil råvara med produkter från biomassa. Förgasning och pyrolys är två lovande teknologier för termokemisk omvandling av biomassa. Kommersialisering av dessa teknologier är inte helt problemfritt. I fallet förgasning så behöver, bl.a. oönskade tyngre kolväten (tjära) hanteras innan den producerade orenade produktgasen kan användas i syntesgastillämpningar. Ett effektivt alternativ för detta är gaskonditionering vid höga temperaturer, baserade på katalytisk ångreformering med en nickelkatalysator. Katalytisk ångreformering är en möjlig teknik för omvandling av bioråvara, producerad från pyrolys av biomassa, till syntesgas. Avhandlingen fokuserar delvis på att beskriva den forskning som utförts för att öka kunskapen kring mekanismer för tjärreformering och effekterna av föroreningar från biomassan på en nickelkatalysator nedströms förgasare. Arbetet bidrar till en bättre förståelse av hur alkali i form av kalium (K) i gasfasen upptas, jämviktas och växelverkar med ytan hos nickelkatalysatorn under fullt realistiska förhållanden. Inledningsvis utvecklades en metod för att möjliggöra kontrollerade studier av den kombinerade effekten av S och K, vilken inkluderar exakt dosering av alkali till en produktgas, eliminering av transienter i katalysatoraktiviteten samt katalysatorkarakterisering. Det mest lovande resultatet är att K både sänker ytans svavelinnehåll och ökar aktiviteten för omvandlingen av metan och tjära. För att ytterligare fördjupa kunskaperna i mekanismerna för tjärnedbrytning utfördes experimentella och teoretiska ytstudier på en enkristallnickelyta med naftalen som modellförening. Resultat avseende naftalenadsorption, dehydrogenering av naftalen och kolpassivering av nickelytan diskuteras. Därutöver så beskriver avhandlingen den forskning som utförts inom förkonditionering av pyrolysgas med en järnkatalysator för varsam deoxygenering av biooljan och vätgasproduktion. Detta utfördes vid en småskalig industriell anläggning. De experimentella studierna visar att den undersökta järnkatalysatorn resulterar i en vätgasberikad gas och att den är en potentiell kandidat för tillämpning i ett förkonditioneringssteg. / <p>QC 20170830</p>