title: Καταλυτική αεριοποίηση βιομάζας 
title: Catalytic biomass gasification
Creators: name: Χαλεβελακης Ιωαννης
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Οι σύγχρονες ανάγκες της κοινωνίας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και υγρών καυσίμων εξαρτώνται ως επί τω πλείστον από τα ορυκτά καύσιμα. Αυτή η εξάρτηση μπορεί να οδηγήσει σε οικονομικά προβλήματα, πολιτική αστάθεια (βλ. πετρελαϊκή κρίση στη δεκαετία του ’70), όπως επίσης και αβεβαιότητα στις προμήθειες της ενεργειακής εφοδιαστικής αλυσίδας. Επιπροσθέτως, η εκτεταμένη χρήση των ορυκτών πόρων θεωρείται υπεύθυνη για την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη με σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Σήμερα, η βιομάζα είναι η μόνη ανανεώσιμη πηγή από την οποία μπορούν να προκύψουν υγρά, αέρια και στερεά προϊόντα, καθώς και ηλεκτρική ενέργεια. Συνάμα, η βιομάζα δύναται να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο με ουδέτερο αποτύπωμα άνθρακα σε διάφορες διεργασίες μετατροπής ενέργειας.
Η θερμοχημική επεξεργασία της βιομάζας συνεισφέρει στον περιορισμό της χρήσης ορυκτών καυσίμων, μέσω της απευθείας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ή υγρών προϊόντων/καυσίμων. Μια πολλά υποσχόμενη διεργασία ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας είναι αυτή της αεριοποίησης. Στόχος της διεργασίας είναι η παραγωγή ενός μίγματος αερίων πλούσιο σε CO, H2, CH4, CO2 και Η2Ο ικανό να αξιοποιηθεί για απευθείας χρήση (π.χ. ηλεκτροπαραγωγή σε ΜΕΚ ή αεριοστρόβιλο) ή ως πρώτη ύλη για παραγωγή χημικών προϊόντων σε σύγχρονες μονάδες βιοδιυλιστηρίων.
Εν τούτοις, η αεριοποίηση βιομάζας εμφανίζει αρκετά μειονεκτήματα, όπως η παραγωγή ανεπιθύμητων παραπροϊόντων (tars) τα οποία μειώνουν την απόδοση της διεργασίας και συνδέονται με λειτουργικά προβλήματα της διεργασίας (π.χ. εναπόθεση συσσωματωμάτων). Προς την κατεύθυνση αυτή η χρήση καταλυτικών υλικών τα οποία δύναται να αυξήσουν την απόδοση της διεργασίας προς παραγωγή των επιθυμητών προϊόντων (π.χ. Η2), μειώνοντας παράλληλα τα ανεπιθύμητα προϊόντα (tars) κρίνεται εξαιρετικά σημαντική στο τομέα της ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας.
Στην παρούσα εργασία γίνεται αρχικά μια ανασκόπησή του παγκόσμιου ενεργειακού μίγματος, παραθέτοντας την παραγωγή και την κατανάλωση όλων των μορφών ενέργειας. Σε δεύτερη φάση, πραγματοποιείται μια σύντομη επισκόπηση της Ευρωπαϊκής πολιτικής αναφορικά με τη σπουδαιότητα της ενεργειακής αξιοποίηση της βιομάζας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της βιομάζας και οι εναλλακτικές τεχνολογίες ενεργειακής αξιοποίησής της, με έμφαση στην τεχνολογία αεριοποίησης που αποτελεί και το αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας. Κατόπιν παρουσιάζονται οι τελευταίες εξελίξεις στον τομέα της χρήσης καταλυτικών υλικών κατά την αεριοποίηση της βιομάζας. Επιπλέον, παρατίθενται πειραματικά αποτελέσματα αναφορικά με την αεριοποίηση της βιομάζας (ελαιοπυρήνα) σε καταλυτικά συστήματα με βάση το οξείδιο του Δημητρίου (CeO2). Στο τελευταίο κεφάλαιο συνοψίζονται τα κύρια συμπεράσματα της παρούσας εργασίας, ενώ παράλληλα παρουσιάζονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική έρευνα.
description: The modern needs of society for the production of electricity and liquid fuels depend mainly on fossil fuels. This dependence can lead to financial problems, political instability (see Oil crisis in 1970s), as well as uncertainty in supplies of the energy supply chain. In addition, the widespread use of fossil fuels is responsible for raising global warming temperatures with significant environmental impacts.
Today, biomass is the only renewable source that could be used for the production of liquid, gaseous and solid products, as well as electricity. More importantly, biomass can be used as a carbon-neutral fuel in various energy conversion processes.
The thermo-chemical treatment of biomass can contribute to the reduction of fossil fuels usage through the direct production of electricity or liquid products / fuels. A promising process of biomass utilization is the gasification of biomass towards the production of a gas mixture mainly composed of CO, H2, CH4, CO2 and H2O, which can be directly employed for power generation in an internal combustion engine or gas turbine or as a raw material for the production of chemicals in modern plants of bio-treatment.
However, the gasification of biomass has several drawbacks, such as the production of undesired by-products (tars), which reduce process efficiency and associated with various operational process problems, such as the accumulation of beads. Ιn this direction, the use of catalytic materials that can increase the process efficiency through the production of the desired products (e.g. H2), while reducing the unwanted tars, is considered to be extremely important in the field of biomass utilization.
In the present thesis, the global energy mix is initially reviewed, referring to the production and consumption of all forms of energy. Secondly, a brief overview of European policy in relation to the importance of biomass utilization is carried out. The biomass characteristics and the alternative technologies of its energy utilization are next presented, focusing on the gasification technology. The latest developments in the field of biomass catalytic gasification are also provided. In addition, the experimental results of catalytic gasification of biomass (olive kernel) in the presence of CeO2-based materials are presented and discussed. The last chapter summarizes the main conclusions of the present thesis, while some suggestions for future work in the field are provided.