Ni 기반 촉매를 적용한 가스화 및 열분해 전략을 통한 바이오 폐기물의 촉매 전환을 통한 바이오 수소 생성 Biohydrogen generation from Catalytic Conversion of biowastes via gasification and pyrolysis strategies applying Ni-based catalysts원문보기
자원 고갈, 변동하는 비용, 전 세계적으로 비협조적인 화석 연료에 대한 분배, 환경 오염과 지구 온난화와 같은 문제에 대한 우려 때문에, 대체 에너지 자원을 찾는 것이 필요해 보인다. 시행 중인 환경법은 엄격하여 화석 연료 발자국으로부터 환경을 보호하기 위해 효율적이고 지속 가능한 녹색 에너지원을 찾는 것을 불가피하게 만들었다. 한편, 세계 각지의 시•축산업 부문에 의한 대량의 폐기물의 생산과 부적절한 처리에 대한 대처는, 환경에 중대한 영향을 주고 있다. 이러한 관점에서 본 논문은 지속 가능한 연료로서 녹색 ...
자원 고갈, 변동하는 비용, 전 세계적으로 비협조적인 화석 연료에 대한 분배, 환경 오염과 지구 온난화와 같은 문제에 대한 우려 때문에, 대체 에너지 자원을 찾는 것이 필요해 보인다. 시행 중인 환경법은 엄격하여 화석 연료 발자국으로부터 환경을 보호하기 위해 효율적이고 지속 가능한 녹색 에너지원을 찾는 것을 불가피하게 만들었다. 한편, 세계 각지의 시•축산업 부문에 의한 대량의 폐기물의 생산과 부적절한 처리에 대한 대처는, 환경에 중대한 영향을 주고 있다. 이러한 관점에서 본 논문은 지속 가능한 연료로서 녹색 수소 (H2) 의 생성과 산업 응용 분야에서 화석 연료의 대체를 향한 바이오매스 폐기물 (bio-waste) 의 유효 활용을 위한 촉매 가스화 및 열분해의 잠재력을 조사한다. 본 논문에서는 음식물쓰레기, 가구 쓰레기, 우분비료를 다양한 가스화제 (steam, air, CO2) 를 통해 서로 다른 Ni부하 촉매를 이용한 촉매 가스화를 하는 것과 동시에 가스화시 생성된 액체 제품 내 유해성분을 저감하였다. 한편, Ni기 촉매를 이용한 음식물 폐기물의 촉매 열분해도 동일한 목표를 두고 수행되었다. 첫 번째 연구에서는 5wt% Ni/Al2O3 난각형 (Ni-EG)과 5wt% Ni/Al2O3호모형 (Ni-H) 촉매에 대한 증기 및 Air 가스화를 실시하여 유해 함량이 적고 H2가 풍부한 가스 제품 및 액체 제품 (bio-oil) 을 제조하였다. 무촉매의 경우 증기 가스화를 통해 더 많은 양의 H2가 생성되었으며, 공기 가스화를 통해 더 많은 CO, CO2, C1-C4가 생성되었다. 촉매 실험 결과 Ni-H 촉매보다 Ni-EG촉매를 사용하였을 경우 더 높은 H2의 가스 수율과 낮은 C1-C4함량을 얻었으며, 특히 800 °C에서 증기 가스화를 통해 H2의 59.48 volume% 를 생성하였다. 이에 반해Ni-EG 촉매를 이용한 증기 가스화는 벤젠 유도체, 복소환 화합물 등 바이오오일의 유해성분을 완화시켰다. 결과적으로 Ni-EG내 γ- Al2O3펠렛의 외층상에 존재하는 Ni 입자가 적절히 확산되어 Ni-H보다 활성 및 선택성, 안정성이 향상되었음을 알 수 있다. 본 연구는 음식물쓰레기 가스화의 처리 문제를 완화하고 가치 있는 제품을 생산하는 데 있어 유익한 측면을 강조한다. 다음 연구에서는 Ni이 함유된 ultra-stable Y형 zeolites (Ni-USY)를 촉매로 사용하여 가구 폐기물의 공기 가스화를 실시하였고 유해성이 적은 H2 및 바이오 오일을 생성했다. 이를 바탕으로 700, 750 및 800 °C의 반응 온도로 SiO2/Al2O3 비율을 5, 30, 60로 Ni 부하량을 5, 10, 20, 30 wt. %로 설정하여 파라미터의 영향을 조사하였다. Ni-USY(5)를 사용하면 가스 수율 (72.19 wt.%) 과 H2와 CO 생산량(31.94 vol. %, 34.57 vol.%)이 높아지고CH4 및 C2-C4수율은 Ni-USY(30) 및 Ni-USY(60) 에 의해 달성된 것과 비교하여 낮게 나타난다. 이는 다른 두 촉매에 비해 Ni-USY(5) 기공 내부에 금속 Ni이 더 많아 반응물과 금속 Ni 사이트 간 접촉 시간이 길어져 물-가스 이동, 증기-탄소 및 증기-메탄 개질 반응을 유도하기 때문으로 분석되었다. Ni 부하량이 많을수록(20wt.%) 더 높은 H2 및 CO 농도(41.16 vol. % and 38.62 vol.%)가 발생하였으며 이후 Ni 부하의 추가 증가에서 상당한 감소가 관찰되었다. 또한 온도 상승은 H2 및 CO 수율 향상과 CO2, CH4 및 C2-C4수율 감소로 이어졌다. Ni-USY(5)를 사용하여 바이오 오일에서 벤젠 유도체, 페놀, 다환 방향족 탄화수소 등의 유해 화합물 농도를 상당히 완화하였다. 전반적으로 Ni-USY 촉매에 의한 공기 가스화는 가구 폐기물을 유해 오염 물질 함량이 낮은 H2가 풍부한 합성가스로 바꿀 수 있는 유망한 기술을 제공한다. 또 다른 연구에서는 Ni/Al2O3 촉매는 알칼리 토 금속(Mg 및 Sr) 촉진제를 이용하여 합성되었으며, CO2 조건 하에서 우분비료 가스화에 사용되어 값진 합성가스 (H2 + CO) 를 생성하였다. Ni/Al2O3 (SN-AO)에 Sr를 적용한 결과 합성 가스는 높은 수율로 생산되고 바이오 오일과 코크스는 가장 적게 생산되었으며 H2와 CO 선택도 (34.23 vol. %, 37.16 vol.%) 가 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 Sr-Ni/Al2O3의 촉매 표면에서 NiO 대신 금속 Ni 이 우세하여 Boudouard 및 건식 개질반응을 촉진시킨 것으로 분석되었다. 한편, Sr-Ni/Al2O3는 CO2 포집 능력이 높은 염기성이기 때문에 CO2 생산 감소에서 더 나은 성능을 보였다. 온도가 750°C에서 850 °C로 높아짐에 따라, 합성 가스와 H2의 수율이 크게 증가하였다. CO2 조건은 N2 조건보다 합성 가스의 수율과 H2, CO의 선택성을 증가시켰다. Ni/Al2O3 촉매에 Sr을 첨가함으로써 우분비료의 CO2 가스화를 통해 H2 및 CO가 농축된 합성 가스의 생산 효율이 효과적으로 향상될 수 있음을 입증하였다. 또한 식품폐기물의 열분해는 환경적으로 안전한 폐기물 처리방법으로 Ni-EG 및 Ni-H 촉매를 이용하여 다른 온도 (500~700 °C) 의 N2 및 CO2 환경에서 바이오 오일 중 유해한 응축 성분을 낮추면서 부가가치가 높은 가스 제품을 생산하였다. Ni-EG를 이용한 촉매 열분해는 Ni-H에 비해 상대적으로 높은 가스 수율을 얻었고 바이오 오일의 비율은 낮았다. 마찬가지로 Ni-H 촉매에 비해 Ni-EG 촉매를 사용하여 H2와 CO의 부피율이 높아지고 C2-C4의 함량이 낮아졌다. 또한 Ni-EG와 CO2를 동시에 사용함으로써 바이오오일(벤젠 유도체 등)의 순환 성분을 효과적으로 완화시켜 열분해 과정에서 시너지 효과를 보였다. 이것은 또한 탄소 분포를 응축성 함량에서 기체 종으로 변환시키는 고리 개방 반응과 유리기 메커니즘을 촉진한다. 또한 Ni-EG는 코크스의 형성이 낮기 때문에 Ni-H보다 안정성이 더 높았다. 온도 상승은 생산 가스 내에서 H2와 CO의 증가와 CO2 감소를 야기하였으며 이외에 바이오 오일의 분해 성분 생성량은 500 °C 에서 600 °C로 증가하면서 증가하다가 700 °C에서 감소하였다. 이 연구는 Ni-EG 촉매를 적용한 CO2 촉매 열분해가 음식물 폐기물 처리에 친환경적이고 지속 가능한 접근법이 될 수 있음을 시사했다.
자원 고갈, 변동하는 비용, 전 세계적으로 비협조적인 화석 연료에 대한 분배, 환경 오염과 지구 온난화와 같은 문제에 대한 우려 때문에, 대체 에너지 자원을 찾는 것이 필요해 보인다. 시행 중인 환경법은 엄격하여 화석 연료 발자국으로부터 환경을 보호하기 위해 효율적이고 지속 가능한 녹색 에너지원을 찾는 것을 불가피하게 만들었다. 한편, 세계 각지의 시•축산업 부문에 의한 대량의 폐기물의 생산과 부적절한 처리에 대한 대처는, 환경에 중대한 영향을 주고 있다. 이러한 관점에서 본 논문은 지속 가능한 연료로서 녹색 수소 (H2) 의 생성과 산업 응용 분야에서 화석 연료의 대체를 향한 바이오매스 폐기물 (bio-waste) 의 유효 활용을 위한 촉매 가스화 및 열분해의 잠재력을 조사한다. 본 논문에서는 음식물쓰레기, 가구 쓰레기, 우분비료를 다양한 가스화제 (steam, air, CO2) 를 통해 서로 다른 Ni부하 촉매를 이용한 촉매 가스화를 하는 것과 동시에 가스화시 생성된 액체 제품 내 유해성분을 저감하였다. 한편, Ni기 촉매를 이용한 음식물 폐기물의 촉매 열분해도 동일한 목표를 두고 수행되었다. 첫 번째 연구에서는 5wt% Ni/Al2O3 난각형 (Ni-EG)과 5wt% Ni/Al2O3호모형 (Ni-H) 촉매에 대한 증기 및 Air 가스화를 실시하여 유해 함량이 적고 H2가 풍부한 가스 제품 및 액체 제품 (bio-oil) 을 제조하였다. 무촉매의 경우 증기 가스화를 통해 더 많은 양의 H2가 생성되었으며, 공기 가스화를 통해 더 많은 CO, CO2, C1-C4가 생성되었다. 촉매 실험 결과 Ni-H 촉매보다 Ni-EG촉매를 사용하였을 경우 더 높은 H2의 가스 수율과 낮은 C1-C4함량을 얻었으며, 특히 800 °C에서 증기 가스화를 통해 H2의 59.48 volume% 를 생성하였다. 이에 반해Ni-EG 촉매를 이용한 증기 가스화는 벤젠 유도체, 복소환 화합물 등 바이오오일의 유해성분을 완화시켰다. 결과적으로 Ni-EG내 γ- Al2O3 펠렛의 외층상에 존재하는 Ni 입자가 적절히 확산되어 Ni-H보다 활성 및 선택성, 안정성이 향상되었음을 알 수 있다. 본 연구는 음식물쓰레기 가스화의 처리 문제를 완화하고 가치 있는 제품을 생산하는 데 있어 유익한 측면을 강조한다. 다음 연구에서는 Ni이 함유된 ultra-stable Y형 zeolites (Ni-USY)를 촉매로 사용하여 가구 폐기물의 공기 가스화를 실시하였고 유해성이 적은 H2 및 바이오 오일을 생성했다. 이를 바탕으로 700, 750 및 800 °C의 반응 온도로 SiO2/Al2O3 비율을 5, 30, 60로 Ni 부하량을 5, 10, 20, 30 wt. %로 설정하여 파라미터의 영향을 조사하였다. Ni-USY(5)를 사용하면 가스 수율 (72.19 wt.%) 과 H2와 CO 생산량(31.94 vol. %, 34.57 vol.%)이 높아지고CH4 및 C2-C4수율은 Ni-USY(30) 및 Ni-USY(60) 에 의해 달성된 것과 비교하여 낮게 나타난다. 이는 다른 두 촉매에 비해 Ni-USY(5) 기공 내부에 금속 Ni이 더 많아 반응물과 금속 Ni 사이트 간 접촉 시간이 길어져 물-가스 이동, 증기-탄소 및 증기-메탄 개질 반응을 유도하기 때문으로 분석되었다. Ni 부하량이 많을수록(20wt.%) 더 높은 H2 및 CO 농도(41.16 vol. % and 38.62 vol.%)가 발생하였으며 이후 Ni 부하의 추가 증가에서 상당한 감소가 관찰되었다. 또한 온도 상승은 H2 및 CO 수율 향상과 CO2, CH4 및 C2-C4수율 감소로 이어졌다. Ni-USY(5)를 사용하여 바이오 오일에서 벤젠 유도체, 페놀, 다환 방향족 탄화수소 등의 유해 화합물 농도를 상당히 완화하였다. 전반적으로 Ni-USY 촉매에 의한 공기 가스화는 가구 폐기물을 유해 오염 물질 함량이 낮은 H2가 풍부한 합성가스로 바꿀 수 있는 유망한 기술을 제공한다. 또 다른 연구에서는 Ni/Al2O3 촉매는 알칼리 토 금속(Mg 및 Sr) 촉진제를 이용하여 합성되었으며, CO2 조건 하에서 우분비료 가스화에 사용되어 값진 합성가스 (H2 + CO) 를 생성하였다. Ni/Al2O3 (SN-AO)에 Sr를 적용한 결과 합성 가스는 높은 수율로 생산되고 바이오 오일과 코크스는 가장 적게 생산되었으며 H2와 CO 선택도 (34.23 vol. %, 37.16 vol.%) 가 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 Sr-Ni/Al2O3의 촉매 표면에서 NiO 대신 금속 Ni 이 우세하여 Boudouard 및 건식 개질반응을 촉진시킨 것으로 분석되었다. 한편, Sr-Ni/Al2O3는 CO2 포집 능력이 높은 염기성이기 때문에 CO2 생산 감소에서 더 나은 성능을 보였다. 온도가 750°C에서 850 °C로 높아짐에 따라, 합성 가스와 H2의 수율이 크게 증가하였다. CO2 조건은 N2 조건보다 합성 가스의 수율과 H2, CO의 선택성을 증가시켰다. Ni/Al2O3 촉매에 Sr을 첨가함으로써 우분비료의 CO2 가스화를 통해 H2 및 CO가 농축된 합성 가스의 생산 효율이 효과적으로 향상될 수 있음을 입증하였다. 또한 식품폐기물의 열분해는 환경적으로 안전한 폐기물 처리방법으로 Ni-EG 및 Ni-H 촉매를 이용하여 다른 온도 (500~700 °C) 의 N2 및 CO2 환경에서 바이오 오일 중 유해한 응축 성분을 낮추면서 부가가치가 높은 가스 제품을 생산하였다. Ni-EG를 이용한 촉매 열분해는 Ni-H에 비해 상대적으로 높은 가스 수율을 얻었고 바이오 오일의 비율은 낮았다. 마찬가지로 Ni-H 촉매에 비해 Ni-EG 촉매를 사용하여 H2와 CO의 부피율이 높아지고 C2-C4의 함량이 낮아졌다. 또한 Ni-EG와 CO2를 동시에 사용함으로써 바이오오일(벤젠 유도체 등)의 순환 성분을 효과적으로 완화시켜 열분해 과정에서 시너지 효과를 보였다. 이것은 또한 탄소 분포를 응축성 함량에서 기체 종으로 변환시키는 고리 개방 반응과 유리기 메커니즘을 촉진한다. 또한 Ni-EG는 코크스의 형성이 낮기 때문에 Ni-H보다 안정성이 더 높았다. 온도 상승은 생산 가스 내에서 H2와 CO의 증가와 CO2 감소를 야기하였으며 이외에 바이오 오일의 분해 성분 생성량은 500 °C 에서 600 °C로 증가하면서 증가하다가 700 °C에서 감소하였다. 이 연구는 Ni-EG 촉매를 적용한 CO2 촉매 열분해가 음식물 폐기물 처리에 친환경적이고 지속 가능한 접근법이 될 수 있음을 시사했다.
Due to resource depletion, high fluctuating costs, and uncoordinated distribution of fossil fuels around the world, along with the concerns arising from their use; such as environmental pollution and global warming, finding an alternative source of energy seems to be necessary. Besides, the strict e...
Due to resource depletion, high fluctuating costs, and uncoordinated distribution of fossil fuels around the world, along with the concerns arising from their use; such as environmental pollution and global warming, finding an alternative source of energy seems to be necessary. Besides, the strict environmental laws in force have made it inevitable to look for efficient, sustainable, and green energy sources in order to save the environment from fossil fuel footprints. On the other hand, the production of a massive amount of waste by the municipal and livestock industry sections around the world and inappropriate disposal approaches have resulted in crucial environmental impacts. According to this point of view, this dissertation investigates the potential of catalytic gasification and pyrolysis for the valorization of biomass wastes (biowaste) towards the generation of green hydrogen (H2) as sustainable fuels and the substitute for fossil fuels in industrial applications. Overall, the catalytic gasification of food waste, furniture waste, and cow manure over different Ni-loaded catalysts under various gasifying agents (steam, air, and CO2) was conducted for H2 generation along with the reduction of harmful content in liquid products of gasification at the same time in this dissertation. Meanwhile, the catalytic pyrolysis of food waste over Ni-based catalysts was also performed with the same targets. In the first study, steam and air gasification of food waste over 5wt.% Ni/Al2O3 eggshell-type (Ni-EG) and 5wt.% Ni/Al2O3 homo-type (Ni-H) catalysts were performed to produce H2-rich gaseous products and liquid products (bio-oil) with less harmful content. In non-catalytic cases, a higher volume of H2 was produced via steam gasification, while air gasification resulted in a higher CO, CO2, and C1-C4 content. In catalytic experiments, higher values of H2-rich gases and low C2-C4 content were obtained over Ni-EG in comparison with Ni-H catalyst, particularly in steam gasification at 800 °C, producing 59.48 vol% of H2. In contrast, steam gasification applying the Ni-EG catalyst mitigated the harmful contents of the bio-oil, such as benzene derivatives and heterocyclic compounds. Consequently, the proper diffusion of Ni particles on the external layer of γ-Al2O3 pellets in Ni-EG enhanced its activity, selectivity, and stability than Ni-H during gasification reactions. This study emphasizes the beneficial aspects of food waste gasification in alleviating its disposal problems and producing valuable products. In the next study, air gasification of furniture waste was carried out employing Ni-loaded ultra-stable Y-type zeolites (Ni-USY) as the catalyst to generate H2 and bio-oil with less detrimental content. On this basis, the effects of following parameters were investigated: SiO2/Al2O3 ratios of 5, 30, and 60, Ni loading amounts of 5, 10, 20, and 30 wt.% on the support, as well as reaction temperatures of 700, 750, and 800 °C. Using Ni-USY (5) led to higher gas yield (72.19 wt.%), higher H2 and CO production (31.94 vol.% and 34.57 vol.%, respectively), and lower CH4 and C2-C4 yields compare to those achieved by the Ni-USY(30) and Ni-USY(60). This was attributed to the more metallic Ni inside Ni-USY (5) pores compared to the other two catalysts, resulting in a longer contact time between the reactants and metallic Ni sites which induces the water-gas shift, steam-carbon, and steam-methane reforming reactions. Further increase in Ni loading (20 wt.%) resulted in higher H2 and CO concentrations (41.16 vol.% and 38.62 vol.%, respectively), while a significant reduction observed in further increasing of Ni loading. Moreover, increasing the temperature led to enhancement of H2 and CO yields, and reduction of CO2, CH4, and C2-C4 yields. The concentration of detrimental compounds such as benzene derivatives, phenolics, and polycyclic aromatic hydrocarbons in bio-oil were considerably mitigated by employing the Ni-USY (5). Overall, air gasification over Ni-USY catalysts offers a promising technology to transform furniture waste into H2-rich syngas with low contents of harmful contaminants. In another study, Ni-loaded Al2O3 catalysts were synthesized applying the alkaline-earth metals (Mg and Sr) promoters and were employed in the cow manure gasification under CO2 conditions to generate valuable syngas (H2 + CO). The results showed that the highest yield of syngas, the lowest yield of bio-oil and coke as well as the highest H2 and CO selectivity (34.23 vol.% and 37.16 vol.%, respectively) were achieved by applying Sr on Ni-Al2O3 (SN-AO). This was ascribed to facilitating Boudouard and dry reforming reactions due to high dispersion of Ni particles and the dominance of Ni metallic instead of NiO on the catalyst surface in Sr- Ni/Al2O3. Meanwhile, Sr- Ni/Al2O3 demonstrated better performance in declining CO2 production due to its appropriate basicity which caused high capability in capturing CO2. With enhancing the temperature from 750 oC to 850 oC, the yield of syngas and H2 increased considerably. CO2 condition augmented the yield of syngas and selectivity of H2 and CO compare to those under the N2 condition. It is demonstrated that the efficiency of cow manure CO2 gasification to produce H2- and CO- enriched syngas can be enhanced effectively by the addition of Sr into Ni/Al2O3 catalyst. In addition, the pyrolysis of food waste, as an environmentally safe waste disposal method, was carried out using Ni-EG and Ni-H catalysts under N2 and CO2 environments at different temperatures (500-700 oC) to produce value-added gaseous products while lowering the detrimental condensable components in bio-oil. Catalytic pyrolysis utilizing Ni-EG obtained a comparably higher gas yield while a lower proportion of bio-oil compared to Ni-H. Likewise, the greater volume percent of H2 and CO along with the less content of C2-C4 were generated using Ni-EG catalyst in comparison with Ni-H catalyst. In addition, simultaneous use of Ni-EG and CO2 effectively mitigated the cyclic content in bio-oil (such as benzene derivatives), showing their synergic effects in the pyrolysis process. This is also facilitated the ring-opening reaction and the free radical mechanism leading to converting the carbon distribution from condensable content to the gaseous species. Besides, Ni-EG indicated longer stability than Ni-H because of lower formation of coke. Increasing temperature caused to increase in H2 and CO and a decline in CO2 in produced gas, besides the generation of destructive content in bio-oil increased with enhancing temperature from 500 oC to 600 °C, followed by a reduction at 700 °C. This study suggested that CO2 catalytic pyrolysis applying Ni-EG catalyst can be an eco-friendly and sustainable approach for the disposal of food waste.
Due to resource depletion, high fluctuating costs, and uncoordinated distribution of fossil fuels around the world, along with the concerns arising from their use; such as environmental pollution and global warming, finding an alternative source of energy seems to be necessary. Besides, the strict environmental laws in force have made it inevitable to look for efficient, sustainable, and green energy sources in order to save the environment from fossil fuel footprints. On the other hand, the production of a massive amount of waste by the municipal and livestock industry sections around the world and inappropriate disposal approaches have resulted in crucial environmental impacts. According to this point of view, this dissertation investigates the potential of catalytic gasification and pyrolysis for the valorization of biomass wastes (biowaste) towards the generation of green hydrogen (H2) as sustainable fuels and the substitute for fossil fuels in industrial applications. Overall, the catalytic gasification of food waste, furniture waste, and cow manure over different Ni-loaded catalysts under various gasifying agents (steam, air, and CO2) was conducted for H2 generation along with the reduction of harmful content in liquid products of gasification at the same time in this dissertation. Meanwhile, the catalytic pyrolysis of food waste over Ni-based catalysts was also performed with the same targets. In the first study, steam and air gasification of food waste over 5wt.% Ni/Al2O3 eggshell-type (Ni-EG) and 5wt.% Ni/Al2O3 homo-type (Ni-H) catalysts were performed to produce H2-rich gaseous products and liquid products (bio-oil) with less harmful content. In non-catalytic cases, a higher volume of H2 was produced via steam gasification, while air gasification resulted in a higher CO, CO2, and C1-C4 content. In catalytic experiments, higher values of H2-rich gases and low C2-C4 content were obtained over Ni-EG in comparison with Ni-H catalyst, particularly in steam gasification at 800 °C, producing 59.48 vol% of H2. In contrast, steam gasification applying the Ni-EG catalyst mitigated the harmful contents of the bio-oil, such as benzene derivatives and heterocyclic compounds. Consequently, the proper diffusion of Ni particles on the external layer of γ-Al2O3 pellets in Ni-EG enhanced its activity, selectivity, and stability than Ni-H during gasification reactions. This study emphasizes the beneficial aspects of food waste gasification in alleviating its disposal problems and producing valuable products. In the next study, air gasification of furniture waste was carried out employing Ni-loaded ultra-stable Y-type zeolites (Ni-USY) as the catalyst to generate H2 and bio-oil with less detrimental content. On this basis, the effects of following parameters were investigated: SiO2/Al2O3 ratios of 5, 30, and 60, Ni loading amounts of 5, 10, 20, and 30 wt.% on the support, as well as reaction temperatures of 700, 750, and 800 °C. Using Ni-USY (5) led to higher gas yield (72.19 wt.%), higher H2 and CO production (31.94 vol.% and 34.57 vol.%, respectively), and lower CH4 and C2-C4 yields compare to those achieved by the Ni-USY(30) and Ni-USY(60). This was attributed to the more metallic Ni inside Ni-USY (5) pores compared to the other two catalysts, resulting in a longer contact time between the reactants and metallic Ni sites which induces the water-gas shift, steam-carbon, and steam-methane reforming reactions. Further increase in Ni loading (20 wt.%) resulted in higher H2 and CO concentrations (41.16 vol.% and 38.62 vol.%, respectively), while a significant reduction observed in further increasing of Ni loading. Moreover, increasing the temperature led to enhancement of H2 and CO yields, and reduction of CO2, CH4, and C2-C4 yields. The concentration of detrimental compounds such as benzene derivatives, phenolics, and polycyclic aromatic hydrocarbons in bio-oil were considerably mitigated by employing the Ni-USY (5). Overall, air gasification over Ni-USY catalysts offers a promising technology to transform furniture waste into H2-rich syngas with low contents of harmful contaminants. In another study, Ni-loaded Al2O3 catalysts were synthesized applying the alkaline-earth metals (Mg and Sr) promoters and were employed in the cow manure gasification under CO2 conditions to generate valuable syngas (H2 + CO). The results showed that the highest yield of syngas, the lowest yield of bio-oil and coke as well as the highest H2 and CO selectivity (34.23 vol.% and 37.16 vol.%, respectively) were achieved by applying Sr on Ni-Al2O3 (SN-AO). This was ascribed to facilitating Boudouard and dry reforming reactions due to high dispersion of Ni particles and the dominance of Ni metallic instead of NiO on the catalyst surface in Sr- Ni/Al2O3. Meanwhile, Sr- Ni/Al2O3 demonstrated better performance in declining CO2 production due to its appropriate basicity which caused high capability in capturing CO2. With enhancing the temperature from 750 oC to 850 oC, the yield of syngas and H2 increased considerably. CO2 condition augmented the yield of syngas and selectivity of H2 and CO compare to those under the N2 condition. It is demonstrated that the efficiency of cow manure CO2 gasification to produce H2- and CO- enriched syngas can be enhanced effectively by the addition of Sr into Ni/Al2O3 catalyst. In addition, the pyrolysis of food waste, as an environmentally safe waste disposal method, was carried out using Ni-EG and Ni-H catalysts under N2 and CO2 environments at different temperatures (500-700 oC) to produce value-added gaseous products while lowering the detrimental condensable components in bio-oil. Catalytic pyrolysis utilizing Ni-EG obtained a comparably higher gas yield while a lower proportion of bio-oil compared to Ni-H. Likewise, the greater volume percent of H2 and CO along with the less content of C2-C4 were generated using Ni-EG catalyst in comparison with Ni-H catalyst. In addition, simultaneous use of Ni-EG and CO2 effectively mitigated the cyclic content in bio-oil (such as benzene derivatives), showing their synergic effects in the pyrolysis process. This is also facilitated the ring-opening reaction and the free radical mechanism leading to converting the carbon distribution from condensable content to the gaseous species. Besides, Ni-EG indicated longer stability than Ni-H because of lower formation of coke. Increasing temperature caused to increase in H2 and CO and a decline in CO2 in produced gas, besides the generation of destructive content in bio-oil increased with enhancing temperature from 500 oC to 600 °C, followed by a reduction at 700 °C. This study suggested that CO2 catalytic pyrolysis applying Ni-EG catalyst can be an eco-friendly and sustainable approach for the disposal of food waste.
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