Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis

authored by

Rahul Ramesh Nair, Moni Mohan Mondal, Shanmugham Venkatachalam Srinivasan, Dirk Weichgrebe

Abstract

Die Synthese von Biokohle aus mineral- und aschereicher Abfallbiomasse (MWB), einem Nebenprodukt menschlicher Aktivitäten in städtischen Gebieten, kann zu erneuerbaren und vielseitigen multifunktionalen Materialien führen, die auch den Anforderungen der Abfallwirtschaft gerecht werden können. Die Hybridisierung von Biokohle mit Mineralien, Silikaten und Metallen wird vielfach untersucht, um die Funktionalitäten der Ausgangsstoffe zu verbessern. MWB verfügt von Natur aus über solche Fremdstoffe. Die Pyrolyse solcher KVA ist kinetisch komplex und erfordert eine detaillierte Untersuchung. Mit Hilfe von TGA-FTIR untersucht und vergleicht diese Studie die Kinetik und den Zersetzungsmechanismus während der Pyrolyse von drei Arten von KVA: (i) mineralreicher Bananenstamm (BP), (ii) aschereicher Klärschlamm (SS) und (iii) mineral- und aschereicher anaerober Gärrest (AD). Die Ergebnisse zeigen, dass die Pyrolyse von BP, SS und AD exotherm ist, katalysiert durch den Mineralgehalt, mit einer Pyrolyse-Wärme von 5480, 4066 bzw. 1286 kJ/kg. Die Pyrolyse begünstigt die Kinetik der Holzkohlebildung, wobei hauptsächlich CO2 und H2O freigesetzt werden. Die sekundären Teerreaktionen setzen ab ≈318°C (BP), 481°C (SS) und 376°C (AD) ein. Darüber hinaus sind negative scheinbare Aktivierungsenergien für ihre Kinetik nach 313°C (BP), 448°C (SS) und 339°C (AD) charakteristisch. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die nachhaltige Biokohlesynthese aus der langsamen Pyrolyse von MWB zu optimieren und zu steuern.

Organisation(s)

Institute of Sanitary Engineering and Waste Management

External Organisation(s)

Central Leather Research Institute

Type

Article

Journal

Materials

Volume

15

ISSN

1996-1944

Publication date

10.06.2022

Publication status

Published

Peer reviewed

Yes

ASJC Scopus subject areas

Condensed Matter Physics, Materials Science(all)

Sustainable Development Goals

SDG 7 - Affordable and Clean Energy, SDG 11 - Sustainable Cities and Communities, SDG 13 - Climate Action

Electronic version(s)

https://doi.org/10.3390/ma15124130 (Access: Open)