Puna, Jaime Filipe BorgesSantos, Rui Galhano DosMartins, Diogo Miguel Mouta Rodrigues2024-05-182024-05-182023MARTINS, Diogo Miguel Mouta Rodrigues - Liquified biomass utilization in water co-electrolysis for Synthesis gas production. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2023. Dissertação de Mestrado.http://hdl.handle.net/10400.21/17454Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica – Processos QuímicosNas últimas décadas, o aumento das necessidades energéticas mundiais resultou num consumo crescente de fontes de energia não renováveis e, consequentemente, em graves impactes ambientais. Por esta razão, existe uma aposta cada vez maior no desenvolvimento de fontes alternativas de energia sustentáveis (biomassa, energia solar e eólica, entre outras). Desenvolvida no âmbito de um projeto de I&DT pela start-up GSYF, Lda, esta unidade piloto de 1 kW visa a recuperação de biomassa previamente liquefeita de resíduos florestais lignocelulósicos, para uso como fonte de carbono em co-eletrólise para produção de gás de síntese (H2, O2,CO , e CO2), também conhecido como syngas. Por sua vez, este será transformado noutros produtos de valor acrescentado, como o metano, o metanol ou o biodiesel. Esta investigação centra-se no desenvolvimento desta unidade através de testes de otimização para determinar as condições ideais para a produção de syngas, destinado a ser utilizado como matéria-prima para a produção de metano. O trabalho experimental dividiu-se em duas partes principais, sendo a primeira um conjunto de ensaios sem adição de biomassa e com uma gama mais alargada de condições (3, 4 e 5 bar relativos, e 90, 100 e 110 ºC usando eletrólito 1M NaOH ou KOH) que serviram de base para o segundo conjunto de ensaios onde foram testadas duas amostras de biomassa liquefeita (designadas por Acácia e Energreen). O gás de síntese produzido deve ter um baixo teor de O2, um rácio CO2:H2 próximo do rácio 1:4 encontrado na reação de Sabatier e uma boa relação entre a energia gasta e a quantidade de gás produzido. Na primeira parte, pressões e temperaturas mais elevadas favoreceram o processo. Além disso, dos dois eletrólitos testados, a solução de NaOH provou ser a melhor escolha devido ao menor gasto de energia e por ser mais fácil de trabalhar. Com estes resultados, foi escolhida uma gama de condições mais restrita (4 e 5 bar relativos, e 100 e 110 ºC utilizando apenas o eletrólito NaOH 1M) para ser utilizada em testes futuros. Na segunda parte, as adições de biomassa liquefeita aumentaram a produção de CO2, o que, consequentemente, também reduziu as concentrações de O2. A Acacia é melhor na redução do teor de O2, enquanto a Energreen tem um consumo de energia mais baixo. Ao considerar os pontos fortes de cada biomassa, ambas apresentaram os melhores resultados a 4 bar de pressão a 110 ºC com 2,5 % de biomassa.Over the last decades, the increase in the World's energy needs resulted in growing consumption of non-renewable fuel sources and, consequently, greater environmental impacts. For this reason, there is an increasing commitment to develop alternative sustainable energy sources (biomass, solar and wind energy, among others). Developed within the scope of an R&DT project by the start-up GSYF, Lda, this 1 kW pilot unit aims at the recovery of previously liquefied biomass from lignocellulosic forest residues, later used as a carbon source for co-electrolysis to produce synthesis gas (H2, O2,CO , and CO2), also known as syngas. In turn, this will be transformed into other value-added products, such as methane, methanol or biodiesel. This research focuses on further developing this unit through optimization tests to determine the ideal conditions for syngas production to be used as a feedstock for methane production. The experimental work was divided into two main parts, first a set of tests without any addition of biomass and with a wider range of conditions (3, 4 and 5 bar gauge and 90, 100 and 110 ºC using 1M NaOH or KOH electrolyte) acting as a baseline for the second set of tests where two samples of liquified biomass were tested (labelled as Acacia and Energreen). The syngas produced should have a low O2 content, a CO2:H2 ratio close to the 1:4 found in the Sabatier reaction, and a good energy spent per amount of gas produced relation. In the first part, higher pressures and temperatures beneficiated the process. Additionally, from the two electrolytes tested, the NaOH solution proved himself as the better choice due to the lower energy expenditure and being easier to work with. With these results, a narrower range of conditions was chosen (4 and 5 bar(g), and 100 and 110 ºC using only the 1M NaOH electrolyte) to be used in future tests. In the second part, the additions of liquified biomass boosted CO2 production which as a consequence also lowered O2 concentrations. Acacia is better at lowering O2 content while Energreen had a lower energy consumption. When considering each biomass strengths, both showed the best results at 4 bar(g) at 110 ºC with 2.5 % of biomass.engSyngasBiomassaEletrólise da águaProcesso eletroquímicoEnergia renovávelBiodieselProdução de metanoSyngasBiomassWater electrolysisElectrochemical processRenewable energyBiodieselMethane productionmaster thesis203467469