Co-pyrolysis of Microalgae and Polypropylene-Based Plastic Waste into Valuable Products. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis-June7.pdf Restricted to Repository staff only until 8 June 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

يتطلب التأثير البيئي الناتج عن النفايات البلاستيكية، والتوجه المتزايد لمصادر الطاقة المستدامة تطوير استراتيجيات متكاملة لتدوير النفايات وتحويلها إلى منتجات ذات قيمة. في هذه الرسالة، تمت دراسة التحلل الحراري المتزامن للطحالب الدقيقة Chlorella pyrenoidosa (CP) والمخلفات البلاستيكية للمرشحات الاسطوانية (CF) المصنعة من البولي بروبيلين بهدف رفع انتاجية وجودة الزيت الحراري. وتمت دراسة تأثير تغيير النسب الكمية للمواد الأولية ودرجة الحرارة (450–600 °م) والنسبة الكمية للعامل الحفاز (10–30% بالوزن) بصورة منهجية. أظهرت نتائج التحليل الوزني الحراري (TGA) أن مخلفات البلاستيك (CF) تخضع لتحلل حراري ذو مرحلة واحدة، في حين أن الطحالب الدقيقة (CP) تخضع لتحلل حراري متعدد المراحل. وقد تحققت أعلى انتاجية للزيت الحراري (44.8% بالوزن) من التحلل الحراري الفردي للبلاستيك (CF)، بينما أدى التحلل الحراري المتزامن عند نسبة 70% من البلاستيك (CF) و30% من الطحالب (CP) إلى تحقيق أعلى ناتج للزيت الحراري بلغ 37.74% بالوزن عند 550 °م، مما يشير إلى وجود تأثيرات مشتركة قوية. كما أدى ارتفاع محتوى البلاستيك (في غياب العامل الحفاز) إلى تحسين خصائص الزيت الحراري بشكل ملحوظ، حيث بلغت نسبتا الكربون والهيدروجين 62.85% و10.4% على التوالي، مع بلوغ أعلى قيمة حرارية عليا (HHV) وهي 31.37 ميجا جول/كغ. وأكد تحليل GC-MS سيادة المركبات الهيدروكربونية (الألكانات، والألكانات الحلقية، والألكينات) في الأنظمة الغنية بالبلاستيك، في حين أظهرت نتائج تحاليل العينات الغنية بالطحالب الدقيقة خلطات من المركبات المؤكسجة والعطرية مثل الفينولات والأحماض (بما يتجاوز 36%)، والتي تؤثر سلبًا في جودة الوقود. وقد ساهمت عملية اضافة العامل المحفز في زيادة معدل تفاعلات تكسير المركبات المعقدة وتكوين الهيدروكربونات، إلا أنها لم تنجح في تحسين جودة الزيت الحراري بصورة ملحوظة بسبب زيادة معدل إنتاج الغاز الحراري والتفاعلات الثانوية. كما أظهر تحليل الفحم الحراري انخفاضًا بنسبة 90% في محتوى الكربون وارتفاعًا في محتوى الرماد بمقدار ثلاثة أضعاف مع زيادة محتوى البلاستيك (CF)، مما يدل على تحول البقايا إلى مواد تغلب عليها الصفات الغير عضوية.

English Abstract

The increasing trend toward sustainable energy sources and the growing environmental impact of plastic waste require the establishment of integrated waste valorization measures. In this thesis, the co-pyrolysis of Chlorella pyrenoidosa (CP) microalgae and polypropylene-based cartridge filter (CF) plastic waste was investigated to maximize the pyro-oil yield and quality. The influence of varying feedstock ratio, temperature (450–600 °C), and catalyst loading (10–30 wt.%) was systematically studied. Thermogravimetric analysis showed that CF has a single-stage thermal degradation and CP has a multi-stage thermal degradation. The highest pyro-oil yield (44.8 wt.%) was obtained from pure CF plastic pyrolysis, while co-pyrolysis at a 30CP70CF ratio produced a maximum yield of 37.74 wt.% at 550 °C, indicating strong synergistic interactions. The increased content of plastics (for non-catalytic experiments) significantly improved the properties of the pyro-oil, where carbon and hydrogen contents reached 62.85% and 10.4, respectively, with a maximum high heating value (HHV) of 31.37 MJ/kg. GC-MS analysis verified the dominance of hydrocarbon compounds (alkanes, cycloalkanes, and alkenes) in plastic-rich systems, as well as the mixture of oxygenated and aromatic compounds such as phenols and acids (exceeding 36%), which negatively affect fuel quality, in microalgae-rich samples. The catalytic upgrading process increased the reaction rate of cracking and the formation of hydrocarbons but failed to significantly improve the quality of pyro-oil because it increased the rate of pyro-gas production and secondary reactions. Analysis of pyro-char showed a 90% reduction in carbon content and 3 times higher ash content with higher CF content, indicating a shift to inorganic-dominated remnants.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering Research Research > Engineering Research > General Petroleum
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Thesis Advisor:	Omar Abdelaziz,
Thesis Committee Members:	Shaikh Abdur Razzak, Rashed Aleisa,
Depositing User:	FATIMA ALRADHI
Date Deposited:	09 Jun 2026 06:04
Last Modified:	09 Jun 2026 06:04
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144530