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Production and valorization of biochar from biomass and agricultural residues - catalytic cracking of tars and soil amendment

ABG-124000 Thesis topic
2024-05-20 Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
Université de technologie de Compiègne (UTC)
- Les Hauts de France - France
Production and valorization of biochar from biomass and agricultural residues - catalytic cracking of tars and soil amendment
  • Process engineering
pyro-gasification, modeling, biochar, amendment, catalyst

Topic description

Pyro-gasification is a process for converting biomass or agricultural residues into high-value-added products. This process mainly generates syngas (H2/CO) for thermal energy, electricity, or biofuel. In addition, biochar or charcoal is a particularly interesting co-product for applications such as liquid/gas purification or agricultural soil amendment. Pyro-gasification comprises a pyrolysis step producing biochar, followed by a gasification reaction converting the pyrolysis gases and biochar into synthesis gas. The incomplete conversion of pyrolysis gases results in the formation of tars, which today represent the main obstacle to developing these processes. The catalytic cracking of tars in the presence of biochar with specific properties is a promising solution from both a technical and economic point of view. Moreover, the biochar or carbonaceous ash produced after tar cracking could offer promising agronomic potential as a soil amendment and contribute to carbon sequestration.

The thesis aims to study the possibility of such a dual valorization of biochar produced by pyro-gasification of agricultural residues, using an experimental and modeling approach: first for catalytic tar cracking and then for soil amendment.

This thesis work will be carried out using both experimental and numerical approaches. It will be based on existing tools and expertise in the project's partner laboratories.

La pyro-gazéification est un procédé permettant la valorisation de biomasses ou de résidus agricoles en produits à haute valeur ajoutée. Ce procédé génère principalement un gaz de synthèse (H2/CO) valorisable en énergie thermique, électrique ou en biocarburant. Par ailleurs, le charbon (ou biochar), est un co-produit particulièrement intéressant pour des applications telles que l'épuration des liquides/gaz ou encore l'amendement des sols agricoles. La pyro-gazéification comprend une étape de pyrolyse produisant un charbon, suivie d'une réaction de gazéification convertissant les gaz de pyrolyse et le charbon en gaz de synthèse. La conversion incomplète des gaz de pyrolyse se traduit par la formation de goudrons, qui représentent aujourd'hui le principal frein au développement de ces procédés. Le craquage catalytique des goudrons en présence de biochars présentant des propriétés spécifiques semble constituer une solution prometteuse d'un point de vue technique et économique. De plus, le biochar ou les cendres carbonées, produits après le craquage des goudrons, pourrait constituer un potentiel agronomique prometteur en tant qu'amendements pour les sols, en plus de contribuer à la séquestration du carbone.

L'objectif de la thèse est d'étudier la possibilité d'une telle double valorisation des biochars produits par pyro-gazéification des déchets agricoles en utilisant une approche expérimentale et de modélisation : d'abord pour le craquage catalytique des goudrons et ensuite pour l'amendement des sols.

Les travaux de thèse seront menés par des approches expérimentales et numériques, en s'appuyant sur des outils existants dans les laboratoires partenaires du projet.

Starting date

2024-10-01

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Co-financement CIRAD et Région Haut de France (UTC, Compiègne)

Presentation of host institution and host laboratory

Université de technologie de Compiègne (UTC)

-    Laboratoire TIMR (UTC, Compiègne): Association du Génie des Procédés et de la Chimie vers un objectif de valorisation des agroressources et dans une stratégie de développement durable,

-    Equipe IMiD : Approche interdisciplinaire et multi-échelle des procédés de mise en œuvre et de mise en forme de milieux divisés (systèmes nano ou micro-hétérogènes, multi-constituants et multiphasiques, dans lesquels les phénomènes aux interfaces sont déterminants dans les performances du procédé) (https://imid.timr.utc.fr),

-    Unité BioWooEB (CIRAD, Montpellier): Les recherches concourent à optimiser différentes voies de valorisation de biomasses ligneuses locales (matériaux, énergie ou bioproduits issus d’extractions), en priorité au profit des populations rurales des régions tropicales et méditerranéennes du monde (https://ur-biowooeb.cirad.fr).

Candidate's profile

The candidate should have skills in chemical engineering or a similar field. He/she should also have experience in thermochemical conversion and numerical modeling/simulation in process engineering. Good writing skills and fluency in English are required.

Le/la candidat(e) devra posséder des compétences en génie des procédés, génie chimique ou dans un domaine similaire. Il/Elle devra également justifier d'expériences dans le domaine de la conversion thermochimique ainsi que dans la modélisation/ simulation numérique en génie des procédés. Une bonne qualité rédactionnelle et un bon niveau en anglais sont demandés.

2024-06-03
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