The multi-scale challenges of biomass fast pyrolysis and bio-oil upgrading: Review of the state of art and future research directions

Biomass fast pyrolysis is potentially one of the cheapest routes toward renewable liquid fuels. Its commercialization, however, poses a multi-scale challenge, which starts with the characterization of feedstock, products and reaction intermediates at molecular scales, and continues with understanding the complex reaction network taking place in different reactor configurations, and in the case of catalytic pyrolysis and upgrading on different catalysts. In addition, crude pyrolysis oil is not immediately usable in the current energy infrastructure, due to undesirable properties such as low energy content and corrosiveness as a result of its high oxygenate content. It, therefore, needs to be upgraded and fractionated to desired specifications. While various types of pyrolysis reactors and upgrading technologies are under development, knowledge transfer and closing the gap between theory and application requires model development. In-depth understanding of the reaction mechanisms and kinetics should be combined with the knowledge of multi-scale transport phenomena to enable design, optimization, and control of complex pyrolysis reactors. Finally, underpinning economic and environmental impacts of biofuel production requires expanding the system boundaries to include the overall process and supply chain. The present contribution aims at providing a comprehensive multi-scale review that discusses the state of the art of each of these aspects, as well as their multi-scale interactions. The study is mainly focused on fast pyrolysis, although reference to other types of pyrolysis technologies is made for the sake of comparison and knowledge transfer.

چالش‌های چند مقیاسی از قبیل گرماکافت سریع زیست توده و ارتقای سطح روغن زیستی: بررسی وضعیت هنر و جهات تحقیقاتی آینده

گرماکافت سریع زیست توده به طور بالقوه یکی از ارزان‌ترین مسیرها به سمت سوخت‌های تجدیدپذیر مایع است. با این حال، تجاری سازی آن یک چالش چند مقیاسی است، که با خصوصیات ماده خام، محصولات و واسط‌های واکنش در مقیاس‌های مولکولی آغاز می‌شود و با درک شبکه واکنش پیچیده که در پیکربندی رآکتور مختلف رخ می‌دهد، و در مورد پیرولیز کاتالیتیک و ارتقا روی کاتالیست های مختلف، ادامه می‌یابد. علاوه بر این، به دلیل ویژگی‌های نامطلوب مانند محتوای کم انرژی و corrosiveness در نتیجه محتوای oxygenate، نفت خام بلافاصله در زیرساخت انرژی جاری قابل‌استفاده نیست. بنابراین لازم است که آن به استانداردهای مورد نظر ارتقا یابد و ارتقا یابد. در حالی که انواع مختلفی از رآکتورهای گرماکافت و ارتقا فن‌آوری در حال توسعه هستند، انتقال دانش و بستن شکاف بین تئوری و کاربرد نیازمند توسعه مدل است. درک عمیقی از مکانیزم واکنش و سینتیک باید با دانش پدیده‌های انتقال چند مقیاسی به منظور فراهم آوردن امکان طراحی، بهینه‌سازی و کنترل راکتورهای حرارتی پیچیده ترکیب شود. در نهایت، زیربنای اقتصادی و زیست‌محیطی تولید سوخت زیستی باید مرزه‌ای سیستم را گسترش دهد تا شامل کل فرآیند و زنجیره تامین باشد. هدف فعلی ارائه یک بررسی جامع چند مقیاسی است که در مورد وضعیت هنر هر یک از این جنبه‌ها و نیز تعاملات چند مقیاسی آن‌ها بحث می‌کند. این مطالعه عمدتا بر روی پیرولیز سریع متمرکز است، با این حال به انواع دیگر تکنولوژی‌های گرماکافت چوب برای مقایسه و انتقال دانش اشاره دارد.

ترجمه شده با