При получении биоугля основные способы приготовления можно разделить на пиролиз и гидротермальную карбонизацию, в зависимости от используемой технологии пиролиза. Несколько ключевых факторов влияют на процесс приготовления биоугля, включая температуру карбонизации, скорость карбонизации, давление карбонизации, время реакции, используемые катализаторы, время пребывания газа и тип биомассы. Эти факторы в совокупности определяют свойства и выход конечного биоугля.
Пиролиз:
Медленный пиролиз: проводится при более низких температурах (300–650 градусов) и более длительном времени реакции (обычно менее 30 минут), в основном с образованием газов и твердого биоугля. Медленный пиролиз характеризуется высоким выходом биоугля, который может достигать 35%.
Быстрый пиролиз: проводится при относительно высоких температурах и очень высоких скоростях нагрева, с очень коротким временем пребывания продукта, в основном с образованием био-масла и небольшого количества биоугля, с выходом биоугля примерно 12 % или меньше.
Микроволновой пиролиз: использует микроволновую энергию для непосредственного нагрева биомассы, что обеспечивает высокую скорость нагрева и простоту эксплуатации. Хотя микроволновый пиролиз имеет низкий выход биоугля, он обеспечивает более эффективное использование энергии и более высокую скорость реакции.
Гидротермальная карбонизация:
Этот метод предполагает реакцию биомассы в субкритической или сверхкритической воде при температуре 200-300 градусов в герметичной системе. Он не требует предварительной сушки сырья и подходит для переработки биомассы с высоким содержанием влаги. Продукты гидротермальной карбонизации имеют высокое содержание углерода, процесс контролируемый, что делает его пригодным для получения однородных углеродных материалов.
Газификация:
Биомасса газифицируется при высоких температурах в газификаторе с образованием горючих газов и биоугля. В зависимости от того, используется ли газифицирующий агент, ее можно разделить на газификацию с газифицирующим агентом (например, воздухом, паром, кислородом и т. д.) и газификацию без газифицирующего агента (газификацию сухой перегонкой). Этот метод позволяет значительно снизить содержание других элементов в биоугле.
Методы активации:
Активация кислотой: Biochar обрабатывается кислотами (такими как фосфорная кислота, серная кислота) для улучшения его физических свойств и адсорбционной способности, а также повышения его химической активности.
Щелочная активация: биомасса или биоуголь обрабатываются щелочным раствором для увеличения удельной поверхности и плотности пор, а также повышения адсорбционной способности отрицательно заряженных веществ. Активация пропитки металлами: введение металлов или солей металлов до или после пиролиза для придания биоуглю специфических каталитических и адсорбционных свойств.
Активация газом: обработка биоугля газами (такими как пар, CO₂, озон и т. д.) при высоких температурах для увеличения площади его поверхности и структуры пор.
