Variable screening of pyrolysis of composted Cattle Manure in a semi-batch reactor: Thermochemical degradation of biomass
Translated title
Variabelscreening af pyrolyse af komposteret kvæggylle i en semi-batch reaktor
Author
Thygesen, Jesper
Term
4. term
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-08-22
Pages
122
Abstract
Det globale energiforbrug stiger, mens fossile brændsler både forurener og er en begrænset ressource. En del af behovet kan muligvis dækkes af biomasse. Denne afhandling undersøger pyrolyse, dvs. opvarmning af biomasse uden ilt (i en inert gas) ved høje temperaturer, som danner biokul (biochar), bioolie og pyrolysegas. Produkterne kan bruges til bl.a. gødning, værdifulde kemikalier og brændsler. Kompostering af kvæggødning kan sænke vandindholdet og dermed gøre pyrolyse af denne biomasse mulig. Vi undersøgte, hvordan temperatur, holdetid (tiden ved måltemperaturen) og brug af CO2 som procesgas påvirker udbytte og kemisk sammensætning af biokul og bioolie i et screeningforsøg. Højere temperatur ændrer både udbytter og kemi: Biokulets kulstofindhold stiger, det bliver mere termisk stabilt (masse tab ses ved højere temperatur), og dets bruttobrændværdi øges. Biooliens sammensætning ændres markant med temperaturen, med flere fenoliske forbindelser som følge af mere nedbrydning af lignin (en bestanddel af planters cellevægge). Atmosfæren har også betydning: Ved længere holdetid i CO2 øges indholdet af alifatiske (kædeformede) og cykliske (ringformede) forbindelser, mens aromatiske forbindelser falder; dette sås ikke i en kvælstofatmosfære. En principal komponentanalyse (PCA) viste, at 39,76% af den samlede variation i data skyldes temperaturens niveau. På grund af pyrolysens meget høje energiforbrug anbefales produkterne ikke som brændsler i denne sammenhæng; baseret på tungmetalindhold kan anvendelse som gødning være mulig.
Global energy use is rising, while fossil fuels are both polluting and finite. Biomass could cover part of the demand. This thesis examines pyrolysis—heating biomass without oxygen (in an inert gas) at high temperatures—which produces biochar, bio-oil, and pyrolysis gas. These products can serve as fertilizers, value-added chemicals, and fuels. Composting cattle manure lowers its water content, making pyrolysis of this material feasible. We investigated how temperature, hold time (time at the target temperature), and using CO2 as the process gas affect the yields and chemistry of biochar and bio-oil in a screening experiment. Higher temperature changes both yields and composition: the biochar’s carbon content increases, it becomes more thermally stable (loses mass at higher temperature), and its gross calorific value rises. The bio-oil changes strongly with temperature, with more phenolic compounds due to greater breakdown of lignin (a component of plant cell walls). The process atmosphere also matters: with longer hold times in CO2, the bio-oil has more aliphatic (chain-like) and cyclic (ring-like) compounds and fewer aromatic compounds; this trend was not observed in nitrogen. Principal component analysis (PCA) showed that 39.76% of the total variation in the data is explained by temperature. Because pyrolysis requires very high energy input, using these products as fuels is not recommended in this context; based on heavy metal contents, using them as fertilizer may be feasible.
[This summary has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords
Documents