Development of green nanotechnologies for catalytic pyrolysis of biomass Utveckling av grön nanoteknologi för katalytisk pyrolys av biomassa Klimatförändringar, höga oljepriser, den minskade tillgången av fossila bränslen och behovet av säkra och diversifierade energikällor har ökat betydelsen av att utveckla alternativa energikällor. I Sverige har diversifieringen av t ex uppvärmningssektorn kommit ganska långt, i Ukraina är den fortfarande helt dominerad av rysk naturgas. Biomassa bestående i huvudsak av kolhydrater, grönsaker, växtoljor, cellulosa, lignin och glycerid är förnybara och alternativa energikällor till de traditionella fossila energislagen (olja, kol, naturgas). För att katalytiskt omvandla biomassa till biobränsle krävs starka syror eller baser, vilket i industriell skala orsakar stora miljöpoblem. För att lösa detta problem krävs utveckling av grön teknologi t ex i termer av heterogen katalys. Teknologier baserade på heterogen katalys kräver inte farliga lösningsmedel eller starka syror. Katalytisk heterogen pyrolys är en av de mest lovande ritkingarna för framställning av biobränsle. Pyrolys innebär en termisk nedbrytning vid hög temperatur (450-600 C) i syrefri miljö så att förbränning undviks. Problemet är att processen inte är effektiv och leder till oönskade reaktioner. Utveckling av högaktiv och selektiv process är därför önskvärd. Den bästa vägen framåt för att uppnå detta är att gå från konventionella material till nanomaterial som på grund av sin ringa storlek har en större area per volymenhet. För att uppnå detta krävs forskning och utveckling av nya nanomaterial och karakterisering av dessa material. Materialutvecklingen kommer att äga rum i Ukraina, karakteriseringen med olika spekroskopiska metoder i både Sverige och Ukraina, med metoder som kompleterar varandra. Man måste förstå mekanismer, reaktionskinetik, och systematisera faktorer som styr aktivitet och selektivitet. En grundläggande förståelse kommer att leda till nya, gröna metoder för framställning av förnybara biobränslen. The aim of the project is to obtain the fundamental understanding of physical and chemical phenomena relevant to nanocatalytic pyrolysis technologies for production of second generation biofuels from renewable biomass. The proposed project will provide the foundation for the development of nanotechnologies for the catalytic pyrolysis of renewable biomass. Specifically, we will investigate thermal transformations of a series of fatty acids (FA) and triglycerides (TG) from algae, vegetable oils, and feedstock samples of triglyceride producing plants on the surface of nanocatalysts synthesized in the framework of this project. The sum-frequency generation spectroscopy (SFG), IR spectroscopy, Temperature programmed desorption mass spectrometry (TPD-MS) and linear-free energy relationship (LFER) principle will be used for the determination of the pyrolysis mechanisms, reactivity of this biomolecules (FA, TG) on surfaces of novel catalytic materials. These studies will enable identification of products and temperature ranges of thermal transformation on the surfaces of nanocatalysts. Structure-reactivity correlations, calculated kinetic and reaction parameters of thermal catalytic reactions will be determined based on the experimental data. Understanding of the reaction mechanism and kinetics would contribute much to the design of highly selective novel nanocatalysts for biofuel and oleochemicals production.