Published March 21, 2024 | Version v1
Publication Open

Energy Recovery from Garden and Park Waste by Hydrothermal Carbonization with Process Water Recycling

Creators

  • 1. Autonomous University of Madrid
  • 2. Arquimea (Spain)
  • 3. National University of Río Cuarto

Description

This study aims to obtain a carbonaceous material with suitable properties to be used as a solid biofuel by recycling process water from hydrothermal carbonization (HTC) of garden and park waste (GPW). The research is focused on maximizing mass yield and energy recovery as well as facilitating the treatment of the liquid fraction throughout reusing cycles of the liquid fraction. Process water recycling moderately improved the mass performance of the hydrochar, resulting in a higher energy recovery of almost 20 percentage points compared with that achieved (less than 79%) with conventional HTC (GPW + freshwater feed). An improvement in char fuel quality was observed, showing more suitable morphological, physical, and chemical characteristics, higher reactivity and combustion temperature, and lower probability of ash sintering. Successive process water reuse cycles allowed some increase in energy yield but, at the same time, degraded the quality of hydrochar as a biofuel. Process water composition showed an increase in chemical oxygen demand and total organic carbon, which almost doubled after three successive reuse cycles. The concentration of volatile fatty acids increased around 5-fold (up to 20 g L–1), with acetic acid accounting for 85% of the total. Subsequent anaerobic digestion of the process water removed up to 75% of the COD and yielded a biogas with high methane content (225–302 N mL CH4 g–1 CODadded). Recycling of the process water significantly improved the total energy recovery (hydrochar + methane) to 90% after a single recycling, compared to 84% achieved with conventional HTC and subsequent anaerobic treatment of the resulting process water.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تهدف هذه الدراسة إلى الحصول على مادة كربونية ذات خصائص مناسبة لاستخدامها كوقود حيوي صلب عن طريق إعادة تدوير مياه المعالجة من الكربنة الحرارية المائية (HTC) لنفايات الحدائق والمتنزهات (GPW). ويركز البحث على تعظيم العائد الشامل واستعادة الطاقة وكذلك تسهيل معالجة الجزء السائل خلال دورات إعادة استخدام الجزء السائل. أدت إعادة تدوير مياه المعالجة إلى تحسن معتدل في الأداء الكتلي للفحم المائي، مما أدى إلى استرداد أعلى للطاقة بما يقرب من 20 نقطة مئوية مقارنة بما تم تحقيقه (أقل من 79 ٪) مع HTC التقليدي (GPW + تغذية المياه العذبة). ولوحظ تحسن في جودة الوقود الحارق، مما أظهر خصائص مورفولوجية وفيزيائية وكيميائية أكثر ملاءمة، وتفاعل أعلى ودرجة حرارة احتراق، واحتمال أقل لتلبيد الرماد. سمحت دورات إعادة استخدام مياه المعالجة المتعاقبة ببعض الزيادة في إنتاجية الطاقة، ولكن في الوقت نفسه، أدت إلى تدهور جودة الفحم المائي كوقود حيوي. أظهر تكوين مياه العمليات زيادة في الطلب على الأكسجين الكيميائي وإجمالي الكربون العضوي، والذي تضاعف تقريبًا بعد ثلاث دورات متتالية من إعادة الاستخدام. زاد تركيز الأحماض الدهنية المتطايرة حوالي 5 أضعاف (حتى 20 جم L -1)، حيث يمثل حمض الخليك 85 ٪ من الإجمالي. أزال الهضم اللاهوائي اللاحق لماء العملية ما يصل إلى 75 ٪ من COD وأسفر عن غاز حيوي يحتوي على نسبة عالية من الميثان (225-302 N مل CH4 g -1 CODadded). أدت إعادة تدوير مياه العملية إلى تحسين كبير في إجمالي استعادة الطاقة (الهيدروكار + الميثان) إلى 90 ٪ بعد إعادة تدوير واحدة، مقارنة بنسبة 84 ٪ التي تحققت مع HTC التقليدية والمعالجة اللاهوائية اللاحقة لمياه العملية الناتجة.

Translated Description (French)

Cette étude vise à obtenir un matériau carboné ayant des propriétés appropriées pour être utilisé comme biocarburant solide en recyclant l'eau de procédé provenant de la carbonisation hydrothermale (HTC) des déchets de jardin et de parc (GPW). La recherche vise à maximiser le rendement massique et la récupération d'énergie ainsi qu'à faciliter le traitement de la fraction liquide tout au long des cycles de réutilisation de la fraction liquide. Le recyclage de l'eau de procédé a modérément amélioré la performance massique de l'hydrochar, entraînant une récupération d'énergie supérieure de près de 20 points de pourcentage par rapport à celle obtenue (moins de 79 %) avec le HTC conventionnel (GPW + alimentation en eau douce). Une amélioration de la qualité du combustible carbonisé a été observée, montrant des caractéristiques morphologiques, physiques et chimiques plus appropriées, une réactivité et une température de combustion plus élevées et une probabilité plus faible de frittage des cendres. Les cycles successifs de réutilisation de l'eau de procédé ont permis une certaine augmentation du rendement énergétique mais, en même temps, ont dégradé la qualité de l'hydrochar en tant que biocarburant. La composition de l'eau de procédé a montré une augmentation de la demande chimique en oxygène et du carbone organique total, qui a presque doublé après trois cycles de réutilisation successifs. La concentration en acides gras volatils a été multipliée par environ 5 (jusqu'à 20 g L–1), l'acide acétique représentant 85 % du total. La digestion anaérobie ultérieure de l'eau de procédé a éliminé jusqu'à 75 % de la DCO et a produit un biogaz à forte teneur en méthane (225-302 N mL de CH4 g–1 additionné de DCO). Le recyclage de l'eau de procédé a considérablement amélioré la récupération totale d'énergie (hydrochar + méthane) à 90 % après un seul recyclage, contre 84 % avec le HTC conventionnel et le traitement anaérobie ultérieur de l'eau de procédé résultante.

Translated Description (Spanish)

Este estudio tiene como objetivo obtener un material carbonoso con propiedades adecuadas para ser utilizado como biocombustible sólido mediante el reciclaje de agua de proceso de carbonización hidrotermal (HTC) de residuos de jardines y parques (GPW). La investigación se centra en maximizar el rendimiento de masa y la recuperación de energía, así como en facilitar el tratamiento de la fracción líquida a lo largo de los ciclos de reutilización de la fracción líquida. El reciclaje de agua de proceso mejoró moderadamente el rendimiento en masa del hidrochar, lo que resultó en una mayor recuperación de energía de casi 20 puntos porcentuales en comparación con la lograda (menos del 79%) con HTC convencional (GPW + alimentación de agua dulce). Se observó una mejora en la calidad del combustible carbonizado, mostrando características morfológicas, físicas y químicas más adecuadas, mayor reactividad y temperatura de combustión, y menor probabilidad de sinterización de cenizas. Los sucesivos ciclos de reutilización del agua de proceso permitieron cierto aumento en el rendimiento energético pero, al mismo tiempo, degradaron la calidad del hidrochar como biocombustible. La composición del agua de proceso mostró un aumento en la demanda química de oxígeno y carbono orgánico total, que casi se duplicó después de tres ciclos de reutilización sucesivos. La concentración de ácidos grasos volátiles aumentó alrededor de 5 veces (hasta 20 g L–1), representando el ácido acético el 85% del total. La posterior digestión anaeróbica del agua de proceso eliminó hasta el 75% de la DQO y produjo un biogás con alto contenido de metano (225–302 N mL CH4 g–1 CODañado). El reciclaje del agua de proceso mejoró significativamente la recuperación total de energía (hidrocarbón + metano) al 90% después de un solo reciclaje, en comparación con el 84% logrado con HTC convencional y el posterior tratamiento anaeróbico del agua de proceso resultante.

Files

acssuschemeng.3c08438.pdf

Files (15.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dca18a635f5c5617e69593f999b28684
15.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استخلاص الطاقة من نفايات الحدائق والمتنزهات عن طريق الكربنة الحرارية المائية مع عملية إعادة تدوير المياه
Translated title (French)
Récupération d'énergie à partir des déchets de jardin et de parc par carbonisation hydrothermale avec recyclage de l'eau de procédé
Translated title (Spanish)
Recuperación de energía de residuos de jardines y parques mediante carbonización hidrotérmica con reciclaje de agua de proceso

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393037998
DOI
10.1021/acssuschemeng.3c08438

Is supplement to
https://openalex.org/W4386611915 (Other)
https://openalex.org/W4210654021 (Other)
https://openalex.org/W3197013549 (Other)
https://openalex.org/W3145370941 (Other)
https://openalex.org/W3138595916 (Other)
https://openalex.org/W2966804631 (Other)
https://openalex.org/W2936850710 (Other)
https://openalex.org/W2563306524 (Other)
https://openalex.org/W2435238744 (Other)
https://openalex.org/W2095578252 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W2016865248
  • https://openalex.org/W2066693737
  • https://openalex.org/W2069084651
  • https://openalex.org/W2080962199
  • https://openalex.org/W2088914590
  • https://openalex.org/W2092833279
  • https://openalex.org/W2153500382
  • https://openalex.org/W2162866928
  • https://openalex.org/W2315370588
  • https://openalex.org/W2347911262
  • https://openalex.org/W2616190391
  • https://openalex.org/W2737937983
  • https://openalex.org/W2792522216
  • https://openalex.org/W2793922505
  • https://openalex.org/W2800249372
  • https://openalex.org/W2802215489
  • https://openalex.org/W2808798237
  • https://openalex.org/W2845854726
  • https://openalex.org/W2887652531
  • https://openalex.org/W2894163503
  • https://openalex.org/W2902050199
  • https://openalex.org/W2904565408
  • https://openalex.org/W2906111955
  • https://openalex.org/W2914045268
  • https://openalex.org/W2947063520
  • https://openalex.org/W2965652869
  • https://openalex.org/W2967437787
  • https://openalex.org/W2974471848
  • https://openalex.org/W2990882087
  • https://openalex.org/W2991025357
  • https://openalex.org/W3017057736
  • https://openalex.org/W3021030499
  • https://openalex.org/W3046224682
  • https://openalex.org/W3047587744
  • https://openalex.org/W3081310997
  • https://openalex.org/W3087590382
  • https://openalex.org/W3097093142
  • https://openalex.org/W3138960949
  • https://openalex.org/W3151529316
  • https://openalex.org/W3163752067
  • https://openalex.org/W3186847221
  • https://openalex.org/W3193769051
  • https://openalex.org/W3199861498
  • https://openalex.org/W3200382275
  • https://openalex.org/W3200748244
  • https://openalex.org/W3205443480
  • https://openalex.org/W3205952923
  • https://openalex.org/W3208708154
  • https://openalex.org/W3211051644
  • https://openalex.org/W3216929971
  • https://openalex.org/W3217749346
  • https://openalex.org/W4206941522
  • https://openalex.org/W4210398695
  • https://openalex.org/W4221132755
  • https://openalex.org/W4281641671
  • https://openalex.org/W4281691493
  • https://openalex.org/W4285678591
  • https://openalex.org/W4310014515
  • https://openalex.org/W4310059560
  • https://openalex.org/W4313596628
  • https://openalex.org/W4324056408
  • https://openalex.org/W4361283511
  • https://openalex.org/W4385146004
  • https://openalex.org/W4388490278
  • https://openalex.org/W4390684513