Efforts to mitigate climate change primarily focus on reducing globalgreenhouse gas emissions, particularly carbon dioxide (CO₂). Without intervention,global warming could lead to a 3.2 ^◦C temperature increase, resultingin an 18 % global GDP loss. Achieving the Paris Agreement’s goal oflimiting temperature rise to 1.5 ^◦C (which if surpassed could lead to extreme climate change) requires significant cuts in GHG emissions, as outlined by theIPCC’s recommendation to decrease CO₂ emissions by 45 % from 2010 levels by 2030, reaching net-zero by 2050. Biomass, with its potential for carbon neutrality or negativity, is a vital renewable feedstock, convertible into greenfuels via thermochemical processes like gasification, pyrolysis, and anaerobic digestion. However, these processes face challenges, such as catalyst deactivationand high energy demands. Additive manufacturing and electrification are emerging solutions, offering enhanced catalyst stability and increased energy efficiency by reducing reliance on fuel combustion. This doctoral thesis focuses on an extensive overview of the state-of-theart of renewable feedstocks with a focus on its challenges and perspective, as well as investigative work based on these findings. The latter opened the pathfor the design, fabrication, electrification and testing of such 3D-printed catalysisin the catalytic reforming of renewable feedstocks. The experimental workwas aided by CFD simulations, and proofs-of-concept were developed using process simulation software and techno-economic analysis. The experimental results show a successful demonstration of the electrified catalytic reforming technology of biomass pyrolysis volatiles for syngas production, resulting incomplete bio-oil reforming to syngas, with a highest yield of 0.071 g H₂ g⁻¹ biomass with excellent catalyst stability and energy efficiency of 66 %. The CFD results show how the lattice structure of the 3D-printed catalyst resultsin a higher surface area and improved transport phenomena, which resultin enhanced mass and heat transfer properties. Furthermore, this novel 3D printed catalyst was tested for catalytic dry reforming of synthetic biogas using induction as heat source, resulting in complete reforming to syngas with minimal coke deposition, compared to commercially available catalysts, highlighting the effect of the catalyst’s geometry on its stability. Based on the electrified catalytic reforming technology, process designand development at an industrial scale were investigated to achieve integration with product upgrading (such as synthetic natural gas, i.e. SNG, and H₂ production). The developed processes were compared with non-electrified reforming technologies using mass and energy balances, as well as using techno-economic analyses, sensitivity analyses, and CO₂-equivalent analyses. Regarding SNG production, the results show a production cost of 18 SEK kg⁻¹ SNG, toward a selling price of 27 SEK kg⁻¹ SNG, resulting in an economic profit: capital investment recovery (break-even point) within two years of operation and a net cash flow of 5,000 MSEK after 20 years. In terms of process parameters the results show susceptibility to high steam-to-biomassratios and the market price of both biomass and biochar. Regarding H₂ production,electrified catalytic reforming technology results in 93 % reduction of the CO₂-equivalents compared to industrial natural gas reforming.

Insatser för att mildra klimatförändringarna fokuserar främst på att minska

de globala utsläppen av växthusgaser, särskilt koldioxid (CO2). Utan ingri-

pande åtgärder kan den globala uppvärmningen leda till en temperaturökning

på 3,2 C, vilket kan resultera i en global BNP-förlust på 18 %. För att uppnå

Parisavtalets mål att begränsa temperaturökningen till 1,5 C krävs betydande

minskningar av utsläppen av växthusgaser, vilket beskrivs i IPCC:s rekommen-

dation att minska CO2-utsläppen med 45 % från 2010 års nivåer till 2030 års

nivåer senast i 2050. Biomassa, med sin potential för kol- neutralitet eller nega-

tivitet, är ett viktigt förnybart råmaterial som kan omvandlas till gröna bränslen

via termokemiska processer som förgasning, pyrolys och anaerob rötning. Dessa

processer står dock inför utmaningar, såsom katalysatordeaktivering och höga

energibehov. Friformsframställning och elektrifiering är nya lösningar som er-

bjuder förbättrad katalysatorstabilitet och ökad energieffektivitet genom att

minska beroendet av fossil bränsleförbränning.

Denna doktorsavhandling fokuserar på en omfattande litteraturstudie av

det senaste inom förnybar energi med fokus på dess utmaningar och perspektiv,

samt utredningsarbete baserat på denna studie. Det senare möjliggjorde design,

tillverkning, elektrifiering och testning av en innovativ 3D-printad katalysator i

den katalytiska reformeringen av förnybara energikällor. Som komplement till

det experimentella arbetet användes CFD-simuleringar, och koncepttest utveck-

lades med hjälp av processimuleringsmjukvara och teknisk-ekonomisk analys.

De experimentella resultaten visade en framgångsrik demonstration av den elek-

trifierade katalytiska reformeringen av biomassapyrolysånga för syngasproduk-

tion. Dessa resulterade i fullständig biooljereformering, med ett högsta utbyte

på 0,071 g H2 g−1 biomassa med utmärkt katalysatorstabilitet och energief-

fektivitet på 66 %. CFD-resultaten visade hur gitterstrukturen hos den 3D-

printade katalysatorn resulterar i en högre ytarea och förbättrade transportpro-

cesser, vilket resulterar i förbättrade massa- och värmeöverföringsegenskaper.

Dessutom testades denna 3D-printade katalysator för katalytisk torreformering

av syntetisk biogas med induktion som värmekälla. Det resulterade i fullständig

reformering till syngas med minimal koksavsättning, jämfört med kommersiellt

tillgängliga katalysatorer, vilket framhäver vilken effekt katalysatorns geometri

har på dess stabilitet.

Baserat på den elektrifierade katalytiska reformeringstekniken undersöktes

process- och designutveckling i industriell skala för att kunna integrera med pro-

duktuppgradering, såsom produktion av syntetisk naturgas (SNG) och vätgas.

De utvecklade processerna jämfördes med icke-elektrifierade reformeringstekniker

med hjälp av massa- och energibalanser, samt teknoekonomiska analyser, känslighetsanalyser

och CO2-ekvivalenter. Gällande SNG-produktion visade resultaten en produk-

tionskostnad på 18 SEK kg−1 SNG, mot ett försäljningspris på 27 SEK kg−1

SNG, vilket resulterar i en ekonomisk vinst: återinvestering inom två års drift

och ett nettokassaflöde på 5.000 MSEK efter 20 år. Resultaten visade också

kännslighet för höga ånga-till-biomassa-förhållanden och marknadspriset för

både biomassa och biokol. Dessutom visade resultaten att vätgasproduktionen genom elektrifierad katalytisk reformeringsteknik resulterar i 93 % minskning av CO2-ekvivalenter jämfört med industriell naturgasreformering.