CSBE-SCGAB

Effects of process parameters and selective heating on microwave pyrolysis of lignocellulosic biomass for biochar production

Authors: Dutta, B., Y. Gariepy and G.S.V. Raghavan.
Description: Biochar has successfully emerged as a solid biofuel to address the concerns of greenhouse gas emissions. This research investigated microwave pyrolysis of maple wood in a laboratory-scale microwave pyrolysis reactor to study the effects of final pyrolysis temperature, holding time and selective heating on the biochar yield through microwave absorbers. A regression model was developed to predict the biochar yield as a function of pyrolysis temperature, holding time and doping ratio. The analysis indicated that microwave heating can fasten the process of pyrolysis conversion reactions and the yield of the pyrolysis products increased with increase in holding time and decrease in process temperature. On the other hand, variation in doping ratio did not have a significant effect on the biomass conversion to biochar. The biochar was analyzed through proximate analysis and differential scanning calorimetry (DSC) to determine its thermodynamic potential. A biochar sample can be characterized as a carbon-rich solid fuel with high fixed carbon content or residual matter but low volatile or volatile matter. The proximate analysis indicated that the highest residual matter (%) to volatile matter (%) ratio was obtained for the pyrolysis temperature of 290°C, holding time of 1 min and dope ratio of 24% while biochar produced at pyrolysis temperature of 250°C, holding time of 1 min and dope ratio of 32% had the highest energy in the DSC analyses. The regression model developed indicated that the predicted values for the exothermic energies were in good agreement to the observed values (P ≤ 0.05).
Keywords: Biochar, Biomass, Pyrolysis, Microwaves, Thermodynamics, Proximate analysis
Résumé: Le biochar est un biocarburant solide qu’a suscité beacoup d’interet pour répondre aux préoccupations des émissions de gaz à effet de serre. Cette recherche se concentre sur la pyrolise avec micro-ondes du bois d'érable dans un réacteur pyrolytique avec microondes en laboratoire pour étudier les effets de la température finale de pyrolyse, le temps de maintien et de chauffage sélectif sur le rendement de biochar par des absorbeurs de micro-ondes. Un modèle de régression a été développé pour prédire le rendement de biochar en fonction de la température de pyrolyse, le temps de maintien et le ratio de dopage. L'analyse a indiqué que le chauffage par micro-ondes peut accélererle réactions de conversion pyrolitique et le rendement en terme des produits pyrolytique augmenteen proportion à l'increment du temps de maintien et de diminution de la température du procédé. D'autre part, la variation de rapport de dopage n'a pas eu d'effet significatif sur la conversion de la biomasse en biochar. Le biochar a été analysée à travers l'analyse de proximité et la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) pour déterminer sa potentielle thermodynamique. Un échantillon de biochar peut être caractérisé comme un combustible solide riche en carbone à haute teneur de carbone fixe ou de la matière résiduelle, mais faible teneur en matière volatile. L'analyse proximité a indiqué que le plus haut taux de matière résiduelle (en%) par rapport aux composantes volatiles est obtenu avec une température de pyrolyse de 330 ° C, temps de maintien de 5 min et rapport de dopage 32%, tandis que le biochar produit à la température de pyrolyse de 250 ° C, temps de 1 min et avec un rapport de dopage de 32% avait la plus haute d'énergie dans les analyses de DSC. Le modèle de régression développé a indiqué que les valeurs prévues pour les énergies exothermiques sont en accord avec les valeurs observées (P ≤ 0,05).
Mots-clés: Biochar, Biomasse, Pyrolyse, Micro-ondes, Thermodynamiques, Analyses immédiates
Technical field: Bioprocess Systems Engineering
Citation: Dutta, B., Y. Gariepy and G.S.V. Raghavan. 2015. Effects of process parameters and selective heating on microwave pyrolysis of lignocellulosic biomass for biochar production. Canadian Biosystems Engineering 57: 3.23-3.32.
Volume: 57
Issue: 1
Start page number: 3.23
End page number: 3.32
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: January 26, 2016
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C15239.pdf
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 57 (2015)

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