Características do gás durante a gasificação de biomassa em leito fluidizado

Durante os últimos anos, a procura mundial de recursos energéticos renováveis tem sofrido um grande aumento. Neste grupo insere-se a biomassa, cuja conversão termoquímica, principalmente através de tecnologias de combustão e gasificação, é utilizada para a produção de energia térmica e elétrica. No processo de gasificação de biomassa é possível obter um combustível gasoso secundário com variadas aplicações, podendo inclusive servir como substituto do gás natural. No entanto, ao contrário da combustão, esta tecnologia aplicada à biomassa ainda está em fase de demonstração a nível industrial, apresentando algumas limitações em alguns aspetos tecnológicos, entre os quais a qualidade do gás produzido. Neste contexto, e com o objetivo de contribuir para o conhecimento da aplicabilidade desta tecnologia, surge o presente trabalho, onde a caracterização e definição das condições de operação de um gasificador de biomassa, bem como a caracterização do gás produzido foram objeto de estudo. Foi realizado um conjunto de experiências de gasificação direta, num reator de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, com dois tipos de biomassa tipicamente encontrados em Portugal, e para diferentes condições de operação do gasificador, nomeadamente no que diz respeito à razão de equivalência. A biomassa utilizada consistiu em pellets comerciais de madeira e estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro (Pinus pinaster), e resultante de operações florestais em Portugal. Na gama de temperatura do leito aplicada, tipicamente entre 800ºC e 875ºC, o reator funcionou em condições auto térmicas, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma fonte de calor auxiliar externa. Em relação à composição do gás seco durante o processo de gasificação, os gases presentes em maior percentagem (em volume), para as experiências com ambos os tipos de biomassa, são o CO2 e o CO, com o primeiro a registar valores médios entre os 13.4% e os 16%, e o segundo entre 11.3% e 16.3%. Por ordem decrescente de concentração encontra-se o H2, na gama de 5.8% a 12.7%, o CH4 com valores médios entre 2.8% e 4.5%, e o C2H4 com concentrações médias entre 1.0% e 2.2%. Importa referir ainda a ausência de O2 no gás produzido. Verificou-se na concentração de H2, a principal diferença na composição do gás seco relativamente à gasificação dos dois combustíveis utilizados, com valores de concentração inferiores durante a operação com estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro. Nas várias experiências realizadas, e para as condições operatórias utilizadas, observou-se que a razão de equivalência (RE) exerce um efeito significativo na composição do gás, verificando-se, genericamente, que com o aumento da RE a concentração de gases combustíveis diminui. Os valores de Poder Calorífico Inferior (PCI) obtidos para o gás seco produzido encontram-se na gama 3.4-5.6 MJ/Nm3, sendo que os valores mais elevados foram registados no decorrer dos ensaios de gasificação com pellets de madeira. Para ambos os combustíveis, o PCI do gás seco diminui com o aumento da RE.

A Generalized Methodology to Characterize Composite Materials for Pyrolysis Models

The predictive capabilities of computational fire models have improved in recent years such that models have become an integral part of many research efforts. Models improve the understanding of the fire risk of materials and may decrease the number of expensive experiments required to assess the fire hazard of a specific material or designed space. A critical component of a predictive fire model is the pyrolysis sub-model that provides a mathematical representation of the rate of gaseous fuel production from condensed phase fuels given a heat flux incident to the material surface. The modern, comprehensive pyrolysis sub-models that are common today require the definition of many model parameters to accurately represent the physical description of materials that are ubiquitous in the built environment. Coupled with the increase in the number of parameters required to accurately represent the pyrolysis of materials is the increasing prevalence in the built environment of engineered composite materials that have never been measured or modeled. The motivation behind this project is to develop a systematic, generalized methodology to determine the requisite parameters to generate pyrolysis models with predictive capabilities for layered composite materials that are common in industrial and commercial applications. This methodology has been applied to four common composites in this work that exhibit a range of material structures and component materials. The methodology utilizes a multi-scale experimental approach in which each test is designed to isolate and determine a specific subset of the parameters required to define a material in the model. Data collected in simultaneous thermogravimetry and differential scanning calorimetry experiments were analyzed to determine the reaction kinetics, thermodynamic properties, and energetics of decomposition for each component of the composite. Data collected in microscale combustion calorimetry experiments were analyzed to determine the heats of complete combustion of the volatiles produced in each reaction. Inverse analyses were conducted on sample temperature data collected in bench-scale tests to determine the thermal transport parameters of each component through degradation. Simulations of quasi-one-dimensional bench-scale gasification tests generated from the resultant models using the ThermaKin modeling environment were compared to experimental data to independently validate the models.

Características de cinzas e sua aplicação no tratamento de gases durante a gasificação de biomassa

Na procura de melhores combustíveis para a produção de energia térmica e energia elétrica, a biomassa apresenta-se como uma das fontes de energia renováveis menos prejudiciais ao meio ambiente, esta é considerada como um recurso neutro do ponto de vista de emissões de dióxido de carbono. Atualmente, a tecnologia predominante no domínio da conversão energética de biomassa por via termoquímica é a combustão. Contudo, verifica-se a procura de combustíveis de melhor qualidade produzidos a partir de biomassa, como por exemplo na forma gasosa (gás de combustível). A produção deste tipo de combustíveis gasosos envolvendo processos de gasificação carece do desenvolvimento de tecnologia que permita obter um gás combustível com características adequadas às utilizações pretendidas. Os problemas mais relevantes relacionados com a conversão termoquímica da biomassa incluem a produção de cinzas e de alcatrões, estes podem levar a vários problemas operatórios. O presente trabalho teve dois objetivos, a caracterização das cinzas resultantes do processo de combustão de biomassa e o estudo do efeito da aplicação das cinzas para melhorar as propriedades do gás produzido durante o processo de gasificação de biomassa, principalmente na redução de compostos condensáveis (alcatrões). As cinzas volantes da combustão de biomassa analisadas apresentam na sua constituição elementos químicos característicos da biomassa, onde o cálcio apresenta-se em concentrações mais elevadas. Em menores concentrações encontram-se sódio, magnésio, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês e ferro. As cinzas de fundo, pelo contributo que a areia do leito tem, são caracterizadas por conterem grandes concentrações de silício. Durante os processos de gasificação de biomassa a concentração de compostos condensáveis diminuiu com o aumento da razão de equivalência. As cinzas, colocadas no reator de leito fixo, apresentam um efeito positivo sobre a qualidade do gás, nomeadamente um aumento de 47,8% no teor de H2 e de 11% de CO, consequentemente obteve-se um gás combustível com PCI (poder calorífico inferior) mais elevado.

Gasificação de biomassa num reator de leito fluidizado à escala piloto

A gasificação de biomassa permite a produção de um gás combustível com capacidade para reduzir o consumo de combustíveis fósseis. Contudo, para promover a utilização deste processo a nível industrial é necessário ultrapassar diversas limitações e elaborar tecnologias de gasificação que sejam mais rentáveis e eficientes. No presente trabalho efetuou-se a gasificação direta com ar, num reator auto-térmico com um leito fluidizado borbulhante, de diferentes tipos de biomassa provenientes da floresta portuguesa, nomeadamente pellets de madeira e diferentes tipos de biomassa florestal residual derivada de eucalipto. A investigação foi realizada numa instalação à escala piloto localizada no Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro. A infraestrutura foi desenvolvida de modo a permitir o estudo do processo de gasificação de biomassa. O reator utilizado apresenta 3 metros de altura, consistindo a câmara de gasificação em 2.25 metros, 0.25 metros de diâmetro interno e uma potência entre 40 e 70 kWth. O leito é composto por areia (partículas com granulometria entre os 355 e 1000 µm) e tem uma altura de 0.23 m. A infraestrutura experimental oferece condições para efetuar a gasificação de biomassa, determinar a composição do gás produzido em termos de CO, CO2, H2, N2, CH4 e C2H4 e efetuar a sua combustão num queimador localizado a jusante do reator. O leito fluidizado operou com temperaturas médias entre os 700 e 850ºC. Para as razões de equivalência estabelecidas, entre 0.17 e 0.36, o gás seco apresentou uma composição que, em termos volumétricos e em função das condições operatórias, variou entre 14.0 a 21.4% CO, 14.2 a 17.5% CO2, 3.6 a 5.8% CH4, 1.3 a 2.4% C2H4, 2.0 a 10.2% H2 e 48.9 a 61.1% N2. A maior concentração de CO, CH4 e C2H4 foi observada durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17, contudo, a maior concentração de H2 foi obtida na gasificação de pellets de madeira com razão de equivalência de 0.25. Tendo em conta a composição gasosa, o poder calorífico inferior do gás seco encontrou-se entre 4.4 e 6.9 MJ/Nm3 e os valores mais elevados foram observados durante os processos de gasificação efetuados com menor razão de equivalência. A produção específica de gás variou entre 1.2 e 2.2 Nm3/kg biomassa bs, a eficiência do gás arrefecido entre 41.1 e 62.6% e a eficiência de conversão de carbono entre 60.0 e 87.5%, encontrando-se na gama dos valores reportados na literatura. A melhor condição, em termos da eficiência de gás arrefecido, consistiu na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.25, e em termos da produção específica de gás seco e eficiência de conversão de carbono, na gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.35. Contudo, o gás com maior poder calorífico inferior foi obtido durante a gasificação de biomassa residual florestal derivada de eucalipto com razão de equivalência de 0.17. O reator demonstrou adequabilidade na gasificação de diferentes tipos de biomassa e foram observadas condições estáveis de operação, tanto em termos de temperatura como da composição do gás produzido. Geralmente, o gás apresentou propriedades combustíveis apropriadas para ser comburido de forma contínua e estável pelo queimador de gás, sem ser necessária uma fonte de ignição permanente ou a utilização de um combustível auxiliar.

Estudo da gasificação do glicerol em reator de leito fixo

As metas da União Europeia para 2020 em termos de biocombustíveis e biolíquidos traduziram-se, na última década, num destaque da indústria de biodiesel em Portugal. Inerente ao processo de produção biodiesel está um subproduto, o glicerol bruto, cujo estudo tem vindo a ser alvo de interesse na comunidade científica. O objetivo principal deste trabalho consistiu no estudo da gasificação do glicerol técnico e do glicerol bruto, usando vapor como agente oxidante. Pretendeu-se avaliar a composição do gás de produção obtido e os parâmetros de gasificação, como a percentagem de conversão de carbono e de hidrogénio, o rendimento de gás seco, a eficiência de gás frio e o poder calorífico do gás produzido. No estudo da gasificação do glicerol técnico avaliou-se o efeito da temperatura na performance do processo, entre 750 – 1000 ºC, e estudou-se ainda o efeito do caudal de alimentação ao reator (3,8 mL/min, 6,5 mL/min e 10,0 mL/min). Para o caudal mais baixo, estudou-se o efeito da razão de mistura glicerol/água (25/75, 40/60, 60/40 e 75/25) e para a razão de mistura 60/40 foi avaliada a influência da adição de ar como agente gasificante. O estudo da gasificação do glicerol bruto foi feito realizando ensaios de gasificação numa gama de temperaturas de 750 ºC a 1000 ºC, para uma razão de mistura glicerol/água (60/40) com o caudal de 3,8 mL/min e usando apenas vapor de água como agente de gasificação. Os ensaios foram realizados num reator de leito fixo de 500 mm de comprimento e 90 mm de diâmetro interno, composto por um leito de alumina com partículas de 5 mm de diâmetro. O aquecimento foi realizado com um forno elétrico de 4 kW. A amostra de gás de produção recolhida foi analisada por cromatografia gasosa com detector de termocondutividade. Os resultados obtidos na gasificação do glicerol técnico, revelaram que a temperatura é uma variável preponderante no desempenho do processo de gasificação. À exceção do poder calorífico superior, para o qual se obteve uma ligeira diminuição de valores com o aumento da temperatura, os valores mais elevados dos parâmetros de gasificação foram obtidos para temperaturas superiores a 900 ºC. Esta temperatura parece ser determinante no modelo cinético de gasificação do glicerol, condicionando a composição do gás de produção obtido. Concluiu-se ainda que, na gama de caudais testada, o caudal de alimentação ao reator não teve influência no processo de gasificação. Os ensaios realizados para avaliar o efeito da razão de mistura permitiram verificar que, o aumento da adição de água à alimentação se traduz na redução do teor de CO e de CH4 e no aumento do teor de H2 e CO2, no gás de produção. Para a razão de mistura 25/75 foram obtidos valores de 1,3 para o rácio H2/CO para temperaturas superiores a 900 ºC. A influência da adição de água tornou-se mais evidente nos ensaios de gasificação realizados a temperaturas superiores a 900 ºC. Verificou-se um aumento da conversão de carbono, do rendimento de gás seco e da eficiência do gás frio e uma ligeira diminuição do poder calorífico e da potência disponível, no gás de produção. Para as razões de misturas 60/40 e 40/60 obtiveram-se resultados, para os parâmetros de gasificação, da mesma ordem de grandeza e com valores intermédios entre os obtidos para as razões de mistura 25/75 e 75/25. Porém, quanto maior o teor de água alimentado maior o consumo de energia associado à vaporização da água. Assim, o aumento do teor de água na mistura só apresentará interesse industrial se o objetivo passar pela produção de hidrogénio. Quanto ao efeito da adição de ar como agente de gasificação, os resultados obtidos dão indicação que se poderão potenciar algumas reações exotérmicas que contribuirão para a redução do consumo energético global do processo. Por outro lado, o gás de produção apresentou um rácio H2/CO interessante do ponto de vista da sua aplicação industrial, superior em 35 % ao verificado para a gasificação efetuada apenas na presença de vapor. À exceção do decréscimo no valor do poder calorífico superior do gás de produção, os restantes parâmetros estudados apresentaram a mesma ordem de grandeza, dos obtidos para o estudo da mesma razão de mistura na ausência de ar. Relativamente ao estudo da gasificação do glicerol bruto, obtiveram-se valores de rácio H2/CO e eficiência de gás frio mais elevados que os valores obtidos para a mesma razão de mistura usando glicerol técnico. Os demais parâmetros de gasificação avaliados mostraram-se semelhantes entre as duas matérias-primas, verificando-se apenas uma ligeira diminuição no valor do poder calorífico superior do gás produzido com glicerol bruto. Os resultados obtidos demonstram a possibilidade de valorização energética do glicerol bruto resultante da produção de biodiesel.

Numerical analysis of wooden slabs with perforations under fire conditions

Wood is considered an ideal solution for floors and roofs building construction, due the mechanical and thermal properties, associated with acoustic conditions. These constructions have good sound absorption, heat insulation and relevant architectonic characteristics. They are used in many civil applications: concert and conference halls, auditoriums, ceilings, walls… However, the high vulnerability of wooden elements submitted to fire conditions requires the evaluation of its structural behaviour with accuracy. The main objective of this work is to present a numerical model to assess the fire resistance of wooden cellular slabs with different perforations. Also the thermal behaviour of the wooden slabs will be compared considering different material insulation, with different sizes, inside the cavities. A transient thermal analysis with nonlinear material behaviour will be solved using ANSYS© program. This study allows to verify the fire resistance, the temperature evolution and the char-layer, throughout a wooden cellular slab with perforations and considering the insulation effect inside the cavities.

Modelado cinético y matemático de la reacción de gasificación catalítica de la glucosa en agua en condiciones supercríticas para la producción de hidrógeno

El Hidrógeno producido a partir de la biomasa procedente de los residuos de la planta de banano es considerado como un combustible altamente eficiente. Uno de los métodos más limpios para su obtención es la gasificación catalítica en agua en condiciones supercríticas, en donde se transforman los polisacáridos constitutivos de la biomasa (celulosa, hemicelulosa y lignina) en productos gaseosos de elevado valor. En el desarrollo de la reacción de gasificación es importante el diseño de un reactor de forma que este proporcione el hidrógeno de manera segura y respetuosa con el medio ambiente. De los elementos que determinan el diseño de un reactor, en este artículo se estudiaron la cinética intrínseca y el balance de materia. En la cinetica de la reacción se tomó como compuesto modelo de la biomasa a la glucosa, por ser el grupo estructural representante de la celulosa. Se develaron las diferentes reacciones intermedias que influyen en el rendimiento a hidrógeno. Posteriormente, se plante´o la ecuación de balance diferencial para la glucosa, modelo matemático que fue resuelto mediante Fortran 95 aplicando el algoritmo numérico de Thomas. Los resultados obtenidos revelaron que a fracciones másicas más bajas de glucosa los niveles de conversión son más elevados.

A new synthesis route for bone chars using CO2 atmosphere and their application as fluoride adsorbents

This study describes a new synthesis route for bone chars using a CO2 atmosphere and their behavior as adsorbent for fluoride removal from water. Specifically, we have performed a detailed analysis of the adsorption properties of bone char samples obtained at different carbonization conditions and a comparative study with samples of bone char obtained via pyrolysis under nitrogen. Experimental results show that the nature of the gas atmosphere (CO2 versus N2) and the carbonization temperature play a major role to achieve an effective bone char for water defluoridation. In particular, the best adsorption properties of bone char for fluoride removal are obtained with those samples synthesized at 700 °C. Carbonization temperatures above 700 °C under CO2 atmosphere cause the dehydroxylation of the hydroxyapatite in the bone char, thus reducing its fluoride adsorption capacity. The maximum fluoride adsorption capacity for the bone char obtained in this study under CO2 atmosphere (i.e., 5.92 mg/g) is higher than those reported for commercial bone chars.

Physico-chemical characterization of metal-doped bone chars and their adsorption behavior for water defluoridation

New bone chars for fluoride adsorption from drinking water have been synthetized via metallic doping using aluminum and iron salts. A detailed statistical analysis of the metal doping process using the signal-to-noise ratios from Taguchi's experimental designs and its impact on the fluoride adsorption properties of modified bone chars have been performed. The best conditions, including the proper metallic salt, for metal doping were identified to improve the fluoride uptakes of modified bone chars. Results showed that the fluoride adsorption properties of bone chars can be enhanced up to 600% using aluminum sulfate for the surface modification. This aluminum-based adsorbent showed an adsorption capacity of 31 mg/g, which outperformed the fluoride uptakes reported for several adsorbents. Surface interactions involved in the defluoridation process were established using FTIR, DRX and XPS analysis. Defluoridation using the metal-doped bone chars occurred via an ion exchange process between fluoride ions and the hydroxyl groups on the adsorbent surface, whereas the Al(OH)xFy, FexFy, and CaF2 interactions could play also an important role in the removal process. These metal-doped adsorbents anticipate a promising behavior in water treatment, especially in developing countries where the efficiency – cost tradeoff is crucial for implementing new defluoridation technologies.

Characterization of a zeolite-templated carbon by electrochemical quartz crystal microbalance and in situ Raman spectroscopy

Electrochemical quartz crystal microbalance was used to monitor the mass changes during the electrochemical characterization of a zeolite-templated carbon (ZTC) in 1 M H2SO4 medium. Under electrochemical oxidation conditions, a high anodic current and a net mass increase were recorded, resulting in the increase of the specific capacitance owing to the contribution of the pseudocapacitance, mainly derived from the hydroquinone–quinone redox couple. Under more severe electrochemical conditions, a net mass loss was observed, revealing that electrochemical gasification took place. Surface chemistry, before and after the electrochemical treatments, was analyzed through temperature programmed desorption experiments. Furthermore, in situ Raman spectroscopy was used to further characterize the structural changes produced in ZTC under the electrochemical conditions applied, supporting that high potential values produce the electrochemical oxidation and degradation of the carbon material.

Pirólise termoquímica de pós da fibra de coco seco em um reator de cilindro rotativo para produção de bio-óleo

This master thesis aims at developing a new methodology for thermochemical degradation of dry coconut fiber (dp = 0.25mm) using laboratory rotating cylinder reactor with the goal of producing bio-oil. The biomass was characterized by infrared spectroscopy with Fourier transform FTIR, thermogravimetric analysis TG, with evaluation of activation energy the in non-isothermal regime with heating rates of 5 and 10 °C/min, differential themogravimetric analysis DTG, sweeping electron microscopy SEM, higher heating value - HHV, immediate analysis such as evaluated all the amounts of its main constituents, i.e., lignin, cellulose and hemicelluloses. In the process, it was evaluated: reaction temperature (450, 500 and 550oC), carrier gas flow rate (50 and 100 cm³/min) and spin speed (20 and 25 Hz) to condensate the bio-oil. The feed rate of biomass (540 g/h), the rotation of the rotating cylinder (33.7 rpm) and reaction time (30 33 min) were constant. The phases obtained from the process of pyrolysis of dry coconut fiber were bio-oil, char and the gas phase non-condensed. A macroscopic mass balance was applied based on the weight of each phase to evaluate their yield. The highest yield of 20% was obtained from the following conditions: temperature of 500oC, inert gas flow of 100 cm³/min and spin speed of 20 Hz. In that condition, the yield in char was 24.3%, non-condensable gas phase was 37.6% and losses of approximately 22.6%. The following physicochemical properties: density, viscosity, pH, higher heating value, char content, FTIR and CHN analysis were evaluated. The sample obtained in the best operational condition was subjected to a qualitative chromatographic analysis aiming to know the constituents of the produced bio-oil, which were: phenol followed by sirigol, acetovanilona and vinyl guaiacol. The solid phase (char) was characterized through an immediate analysis (evaluation of moisture, volatiles, ashes and fixed carbon), higher heating value and FTIR. The non-condensing gas phase presented as main constituents CO2, CO and H2. The results were compared to the ones mentioned by the literature.

PRODUCTION OF BIOFUEL INTERMEDIATES FROM WOODY FEEDSTOCKS VIA FAST PYROLYSIS AND TORREFACTION

The main objective of this research was to investigate pyrolysis and torrefaction of forest biomass species using a micropyrolysis instrument. It was found that 30-45% of the original sample mass remained as bio-char in the pyrolysis temperature range of 500 - 700˚C for aspen, balsam, and switchgrass. The non-char mass was converted to gaseous and vapor products, of which 10-55% was water and syngas, 2-12% to acetic acid, 2-12% to hydroxypropanone, 1-3% to furaldehyde, and 5-15% to various phenolic compounds. In addition, several general trends in the evolution of gaseous species were indentified when woody feedstocks were pyrolyzed. With increasing temperature it was observed that: (1) the volume of gas produced increased, (2) the volume of CO2 decreased and the volumes of CO and CH4 increased, and (3) the rates of gas evolution increased. In the range of torrefaction temperature (200 - 300˚C), two mechanistic models were developed to predict the rates of CO2 and acetic acid product formation. The models fit the general trend of the experimental data well, but suggestions for future improvement were also noted. Finally, it was observed that using torrefaction as a pre-curser to pyrolysis improves the quality of bio-oil over traditional pyrolysis by reducing the acidity through removal of acetic acid, reducing the O/C ratio by removal of some oxygenated species, and removing a portion of the water.

Impact of potassium and phosphorus in biomass on the properties of fast Pyrolysis bio-oil

This study investigates fast pyrolysis bio-oils produced from alkali-metal-impregnated biomass (beech wood). The impregnation aim is to study the catalytic cracking of the pyrolysis vapors as a result of potassium or phosphorus. It is recognized that potassium and phosphorus in biomass can have a major impact on the thermal conversion processes. When biomass is pyrolyzed in the presence of alkali metal cations, catalytic cracking of the pyrolysis liquids occurs in the vapor phase, reducing the organic liquids produced and increasing yields of water, char, and gas, resulting in a bio-oil that has a lower calorific value and an increased chance of phase separation. Beech wood was impregnated with potassium or phosphorus (K impregnation and P impregnation, respectively) in the range of 0.10-2.00 wt %. Analytical pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS) was used to examine the pyrolysis products during thermal degradation, and thermogravimetric analysis (TGA) was used to examine the distribution of char and volatiles. Both potassium and phosphorus are seen to catalyze the pyrolytic decomposition of biomass and modify the yields of products. 3-Furaldehyde and levoglucosenone become more dominant products upon P impregnation, pointing to rearrangement and dehydration routes during the pyrolysis process. Potassium has a significant influence on cellulose and hemicellulose decomposition, not just on the formation of levoglucosan but also other species, such as 2(5H)-furanone or hydroxymethyl-cyclopentene derivatives. Fast pyrolysis processing has also been undertaken using a laboratory-scale continuously fed bubbling fluidized-bed reactor with a nominal capacity of 1 kg h-1 at the reaction temperature of 525 °C. An increase in the viscosity of the bio-oil during the stability assessment tests was observed with an increasing percentage of impregnation for both additives. This is because bio-oil undergoes polymerization while placed in storage as a result of the inorganic content. The majority of inorganics are concentrated in the char, but small amounts are entrained in the pyrolysis vapors and, therefore, end up in the bio-oil.

Added value from biomass by broader utilization of fuels and CHP plants

The present work, where additional value-creating processes in existing combined heat and power (CHP) structures have been examined, is motivated by a political- and consumer-driven strive towards a bioeconomy and a stagnation for the existing business models in large parts of the CHP sector. The research is based on cases where the integration of flash pyrolysis for co-production of bio-oil, co-gasification for production of fuel gas and synthetic biofuels as well as leaching of extractable fuel components in existing CHP plants have been simulated. In particular, this work has focused on the CHP plants that utilize boilers of fluidized bed (FB) type, where the concept of coupling a separate FB reactor to the FB of the boiler forms an important basis for the analyses. In such dual fluidized bed (DFB) technology, heat is transferred from the boiler to the new rector that is operating with other fluidization media than air, thereby enabling other thermochemical processes than combustion to take place. The result of this work shows that broader operations at existing CHP plants have the potential to enable production of significant volumes of chemicals and/or fuels with high efficiency, while maintaining heat supply to external customers. Based on the insight that the technical preconditions for a broader operation are favourable, the motivation and ability among the incumbents in the Swedish CHP sector to participate in a transition of their operation towards a biorefinery was examined. The result of this assessment showed that the incumbents believe that a broader operation can create significant values for their own operations, the society and the environment, but that they lack both a strong motivation as well as important abilities to move into the new technological fields. If the concepts of broader production are widely implemented in the Swedish FB based CHP sector, this can substantially contribute in the transition towards a bioeconomy.

PRISM (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission): an extended white paper

PRISM (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission) was proposed to ESA in May 2013 as a large-class mission for investigating within the framework of the ESA Cosmic Vision program a set of important scientific questions that require high res- olution, high sensitivity, full-sky observations of the sky emission at wavelengths ranging from millimeter-wave to the far-infrared. PRISM’s main objective is to explore the distant universe, probing cosmic history from very early times until now as well as the structures, distribution of matter, and velocity flows throughout our Hubble volume. PRISM will survey the full sky in a large number of frequency bands in both intensity and polarization and will measure the absolute spectrum of sky emission more than three orders of magnitude bet- ter than COBE FIRAS. The data obtained will allow us to precisely measure the absolute sky brightness and polarization of all the components of the sky emission in the observed frequency range, separating the primordial and extragalactic components cleanly from the galactic and zodiacal light emissions. The aim of this Extended White Paper is to provide a more detailed overview of the highlights of the new science that will be made possible by PRISM, which include: (1) the ultimate galaxy cluster survey using the Sunyaev-Zeldovich (SZ) e↵ect, detecting approximately 106 clusters extending to large redshift, including a char- acterization of the gas temperature of the brightest ones (through the relativistic corrections to the classic SZ template) as well as a peculiar velocity survey using the kinetic SZ e↵ect that comprises our entire Hubble volume; (2) a detailed characterization of the properties and evolution of dusty galaxies, where the most of the star formation in the universe took place, the faintest population of which constitute the di↵use CIB (Cosmic Infrared Background); (3) a characterization of the B modes from primordial gravity waves generated during inflation and from gravitational lensing, as well as the ultimate search for primordial non-Gaussianity using CMB polarization, which is less contaminated by foregrounds on small scales than thetemperature anisotropies; (4) a search for distortions from a perfect blackbody spectrum, which include some nearly certain signals and others that are more speculative but more informative; and (5) a study of the role of the magnetic field in star formation and its inter- action with other components of the interstellar medium of our Galaxy. These are but a few of the highlights presented here along with a description of the proposed instrument.