Characterization and kinetic modelling study of biomass samples pyrolysis in the context of CHAR:ME Polisocial Project

This research investigates the optimization of biomass pyrolysis within the CHAR:ME Project, focusing on the characterization and energy evaluation of five different biomass samples. This study serves as a support for the CHAR:ME Project, providing pivotal data on the optimization of briquette production for energy generation through the pyrolysis of biomass. The study examines the effects of heating rates and particle sizes on the higher heating value (HHV) of the pyrolysis products, employing the CRECK-S-B model for characterization and OpenSMOKE++ for simulation. A meticulous characterization of five biomass samples from Nosy Be set the stage for an in-depth analysis of pyrolysis products. The study's findings underscore the influence of heating rates on HHV, with slower rates favouring higher HHV due to more complete pyrolysis and carbonization. Particle size also impacts the HHV, with larger sizes marginally increasing the HHV of char, likely because of deeper heat penetration and more thorough devolatilization. Comparative evaluations between zero-dimensional (0D) and one-dimensional (1D) simulations highlighted the 0D model's tendency to overpredict HHVs, overlooking heat and mass transfer limitations. This underscores the necessity of refining these models for accurate real-world application. The research validates empirical methods for estimating HHV against experimental results, highlighting the precision of specific equations. The validation of these methods suggests a pathway towards simpler, resource-efficient analytical techniques. As the study concludes, it opens avenues for further research. Enhancements to the predictive models, a deeper dive into optimal biomass particle sizes, and a thorough analysis of gas and tar compositions are recommended. Such advancements could significantly impact pyrolysis operations' scalability and efficiency, contributing to sustainable and environmentally sound energy practices. The research not only deepens the understanding of biomass pyrolysis but also paves the way for future sustainable energy solutions, with practical implications extending beyond the academic field into projects like CHAR:ME.

Questa ricerca indaga l'ottimizzazione della pirolisi della biomassa all'interno del Progetto CHAR:ME, concentrandosi sulla caratterizzazione e valutazione energetica di cinque diversi campioni di biomassa. Questo studio rappresenta un supporto per il Progetto CHAR:ME, fornendo dati cruciali sull'ottimizzazione della produzione di bricchette per la generazione di energia tramite la pirolisi della biomassa. Lo studio esamina gli effetti delle velocità di riscaldamento e delle dimensioni delle particelle sul valore calorifico superiore (HHV) dei prodotti della pirolisi, impiegando il modello CRECK-S-B per la caratterizzazione e OpenSMOKE++ per la simulazione. Una meticolosa caratterizzazione di cinque campioni di biomassa provenienti da Nosy Be ha preparato il terreno per un'analisi approfondita dei prodotti della pirolisi. I risultati dello studio sottolineano l'influenza delle velocità di riscaldamento sull'HHV, con velocità più lente che favoriscono un HHV più elevato a causa di una pirolisi e carbonizzazione più complete. Anche la dimensione delle particelle impatta sull'HHV, con dimensioni maggiori che aumentano marginalmente l'HHV del carbone, probabilmente a causa di una penetrazione del calore più profonda e una devolatilizzazione più accurata. Valutazioni comparative tra simulazioni zero-dimensionali (0D) e monodimensionali (1D) hanno evidenziato la tendenza del modello 0D a sovrastimare gli HHV, trascurando le limitazioni del trasferimento di calore e massa. Questo sottolinea la necessità di affinare questi modelli per un'applicazione reale accurata. La ricerca valida metodi empirici per la stima dell'HHV rispetto ai risultati sperimentali, evidenziando la precisione di specifiche equazioni. La convalida di questi metodi suggerisce una via verso tecniche analitiche più semplici ed efficienti in termini di risorse. Con la conclusione dello studio, si aprono vie per ulteriori ricerche. Sono raccomandati miglioramenti ai modelli predittivi, un approfondimento sulle dimensioni ottimali delle particelle di biomassa, e un'analisi dettagliata delle composizioni di gas e catrame. Tali avanzamenti potrebbero influenzare significativamente la scalabilità e l'efficienza delle operazioni di pirolisi, contribuendo a pratiche energetiche sostenibili e ecologicamente corrette. La ricerca non solo approfondisce la comprensione della pirolisi della biomassa ma apre anche la strada a future soluzioni energetiche sostenibili, con implicazioni pratiche che si estendono oltre il campo accademico a progetti come CHAR:ME.