As one of the fastest-growing waste streams worldwide, waste electrical and electronic equipment (WEEE) poses major challenges for environmental sustainability and resource management. Existing practices, such as landfilling and incineration, release toxic emissions, while recycling and other recovery methods are often constrained by technical and economic limitations. In this context, pyrolysis combined with catalytic upgrading offers a promising thermochemical pathway to convert complex WEEE into valuable hydrocarbons, energy carriers, and recyclable residues, thereby supporting circular economy objectives.

This thesis aims to develop feasible thermochemical processes to enhance material circularity through catalytic pyrolysis of WEEE. To achieve this, fundamental studies were carried out involving both experimental investigations and process developments at the lab scale. This thesis is written based on the results from five interconnected studies, which together examine the decomposition kinetics of WEEE polymers, catalytic upgrading strategies, and process optimization in both batch and continuous systems. Particular emphasis is placed on understanding how feedstock properties, catalyst design, and operating conditions influence the performance of pyrolysis and in line catalytic upgrading, as well as on advancing process configurations that improve product quality and environmental outcomes.

The first part of the work investigates the pyrolysis behavior of low-grade (LGE) and medium-grade (MGE) WEEE fractions using kinetic modeling, thermogravimetric analysis and micro-scale pyrolyzer coupled with GC-MS/FID, revealing complex multi-stage decomposition associated with PVC, PE, PET, PP, PS, and ABS in feedstock fractions. Catalytic studies showed that acidic zeolites, especially HBeta and HZSM-5, promoted a selective production of benzene, toluene, and xylene (BTX). TiO₂ and HZSM-5 reduced activation energies for pseudo 3 and 4 reactions, while higher pyrolysis temperatures in the range of 500-600 oC promoted styrene intermediates that enhanced BTX formation. Importantly, pyrolysis configuration influenced outcomes, with ex-situ catalysis favoring BTX production in LGE and in-situ catalysis proving more effective for MGE.

The second part focuses on the ex-situ catalytic pyrolysis of engineered WEEE fractions (LGEW and MGEW) using HZSM-5 and modified catalysts in both single and dual configurations to optimize system performance. HZSM-5 at 450 ^oC achieved the highest organic fraction (28.5 wt.%), improved monoaromatic selectivity, and enhanced syngas composition while lowering CO₂ emissions and total acid number. Higher catalyst-to-feedstock ratios improved gas yield and aromatic selectivity. The use of Fe-modified HZSM-5 catalyst further enhanced the BTXE production via hydrogen transfer and β-scission pathways but suffered from higher coke deposition, whereas CaO was effective for deoxygenation and CO₂ adsorption. A dual CaO/HZSM-5 configuration balancing cracking and deoxygenation activities, yielding higher oil production, improved aromatic selectivity, and reduced CO₂ emissions.

The third part demonstrates continuous catalytic pyrolysis of waste electronic circuit boards (WECB) in an auger reactor using a dual HZSM-5/CaO system. This setup improved aromatic yields, reduced oxygenates, generated hydrogen-rich syngas, and stabilized bromine as inorganic bromides in solid residues. Operating at lower weight hourly space velocity (WHSV) further enhanced deoxygenation efficiency, increased H₂ production, and minimized CO₂ emissions, highlighting the industrial promise of dual-catalyst strategies.

Overall, this thesis demonstrates that catalytic pyrolysis, particularly with dual HZSM-5/CaO systems, provides a feasible and scalable pathway for WEEE valorization. By fulfilling the defined objectives from kinetic assessment to pilot-scale validation, the work enhanced aromatic hydrocarbon recovery, improved syngas quality, and achieved bromine stabilization in solid residues. These outcomes confirm that the central aim of developing thermochemical processes to enhance material circularity through catalytic pyrolysis has been substantially achieved, offering both scientific insight and practical solutions for sustainable e-waste recycling.

Avfall från elektrisk och elektronisk utrustning (WEEE), representerar en av de snabbast växande avfallsströmmarna globalt vilket orsakar stora utmaningar med avseende på en miljömässig hållbarhet och resursförvaltning. Befintliga metoder såsom deponering och förbränning ger upphov till giftiga utsläpp, medan återvinning och andra återvinningsmetoder ofta begränsas av tekniska och ekonomiska hinder. I detta sammanhang erbjuder pyrolys i kombination med en katalytisk uppgradering en lovande termokemisk väg för att omvandla komplexa WEEE-fraktioner till värdefulla kolväten, energibärare och återvinningsbara restprodukter, och därmed bidra till cirkulära ekonomiska mål.

Syftet med denna avhandling är att utveckla termokemiska processer för att stärka materialcirkulariteten genom en katalytisk pyrolys av WEEE. För att uppnå detta genomfördes grundläggande studier som omfattade både experimentella undersökningar och processutveckling i laboratorieskala. Avhandlingen bygger på resultaten från fem sammanlänkade studier, vilka tillsammans undersöker nedbrytningskinetiken hos WEEE-polymerer, strategier för katalytisk uppgradering samt processoptimering i både satsvisa och kontinuerliga system. Särskild tonvikt läggs på att förstå hur bränslets egenskaper, katalysatordesign och driftförhållanden påverkar pyrolysens och den linjära katalytiska uppgraderingens prestanda, samt på att utveckla processkonfigurationer som förbättrar produktkvalitet och miljöprestanda.

Den första delen av arbetet undersöker pyrolysbeteendet hos låg (LGE) och medelstora-kvalitet (MGE) WEEE-fraktioner med hjälp av kinetisk modellering, termogravimetrisk analys och mikroskalig pyrolys kopplad till GC-FID. Resultaten visade att en komplex fler-stegs nedbrytning associerad med PVC, PE, PET, PP, PS och ABS i bränslefraktionerna. Katalytiska studier visade att sura zeoliter, särskilt HBeta och HZSM-5, främjade en selektiv produktion av bensen, toluen och xylener (BTX). TiO₂ och HZSM-5 minskade aktiveringsenergierna för pseudo 3 och 4 reaktioner, medan högre pyrolys temperaturer i intervallet 500–600 ^oC gynnade bildandet av styren intermediärer som ökade BTX-utbytet. Viktigt var att pyrolys konfigurationen påverkade resultaten, där ex-situ katalys gynnade en BTX-produktion i LGE och medan en in-situ katalys var mer effektiv för MGE.

Den andra delen av avhandlingen fokuserar på ex-situ katalytisk pyrolys av konstruerade WEEE-fraktioner (LGEW och MGEW) med HZSM-5 och modifierade katalysatorer i enkel och dubbelkonfiguration. HZSM-5 vid 450 ^oC

gav den högsta organiska fraktionen (28,5 wt.%), en förbättrad selektivitet för monoaromater samt en förbättrad sammansättning av syntesgas samtidigt som CO₂-utsläpp och det totala syratalet minskade. Högre katalysator-till-bränsleförhållanden ökade gasutbytet och den aromatiska selektiviteten. Fe-modifierad HZSM-5 förbättrade ytterligare BTXE-produktionen genom väteöverföring och β-klyvningsmekanismer men drabbades av högre kokbildning, medan CaO var effektivt för deoxygenering och CO₂-adsorption. En dubbelkonfiguration av CaO/HZSM-5 balanserade sprickbildning och deoxygenering, vilket resulterade i ett högre oljeutbyte, en förbättrad aromatselektivitet och minskade CO₂-utsläpp.

Den tredje delen demonstrerar resultaten från en kontinuerlig katalytisk pyrolys av elektroniska kretskort (WECB) i en skruvreaktor med ett dubbelt HZSM-5/CaO-system. Denna konfiguration förbättrade aromatutbytet, minskade mängden oxygenater, genererade väterik syntesgas och stabiliserade brom som oorganiska bromider i fasta rester. Drift vid lägre vikt-timrymdhastighet (WHSV) förbättrade ytterligare deoxygeneringseffektiviteten, ökade H₂-produktionen och minskade CO₂-utsläppen, vilket visar den industriella potentialen hos dubbelkatalytiska strategier.

Sammanfattningsvis visar denna avhandling att katalytisk pyrolys, särskilt med dubbla HZSM-5/CaO-system, erbjuder en genomförbar och skalbar väg för värdeskapande av WEEE. Genom att uppfylla de definierade målen från kinetiska analyser till validering i pilotskala har arbetet förbättrat återvinningen av aromatiska kolväten, höjt kvaliteten på syntesgasen och uppnått bromstabilisering i fasta rester. Dessa resultat bekräftar att det centrala målet, att utveckla termokemiska processer för att stärka materialcirkulariteten genom katalytisk pyrolys, i hög grad har uppnåtts och erbjuder både vetenskapliga insikter och praktiska lösningar för en hållbar återvinning av elektronikavfall.