Studying the exothermicity and water balance of fresh garden pruning hydrothermal carbonization - (:unkn) unknown (Editorial Tecnológica de Costa Rica (entidad editora), 2026)
Estudio de la exotermicidad y el balance de agua de la carbonización hidrotérmica de poda de césped fresco
This study has investigated the possibility of hydrocarbonizing a biomass residue abundant in urban areas, such as grass directly obtained from pruning, with all its moisture content. The aim is to capitalize precisely on the inherent water in the material as a medium for hydrothermal carbonization. We investigated the possibility of carbonizing the biomass on an autoclave system usually used to perform HTC (Parr, 1,8 L) and follow the degradation of the material on its own water, that was at the end collected and analyzed, with the solid residue (hydrochar). At the same time, we tried to follow the temperature and by comparing target and real temperature (subtracting the effect of thermal inertia) and explored the participation of degradation through exothermal reactions. After each run (performed under two temperatures: 200 and 220 ºC, and different mass loads ranging 18-100 g) we measured the heating value of the hydrochar and density, pH, and conductivity of produced water. It was found that degradation reactions are effectivity enhanced at higher temperature, giving yield on a greater solid yield and heating value. Water phase production was improved with mass load, and, if cooling time was enlarged, it decreased at expenses of increasing final solid mass, clearly pointing to recombination reactions where water is consumed. Temperature profiles during heating and isothermal regime reached peaks that in all cases surpassed by up to 20 ºC the target thermal conditions, and this behavior was also noticed in the system pressure. Therefore, applying the hydrothermal carbonization process to residues such as grass pruning leads to the obtaining of carbonaceous materials that are around calorific value values ​​between 24-26 MJ/Kg that compete with briquette-type biofuels obtained from other biomass by these same processes. In addition, the hydrochars obtained can be used as a soil amendment or as precursors in activated carbon.
Este estudio ha explorado la viabilidad de realizar la hidrocarbonización de un residuo biomásico ampliamente presente en áreas urbanas, como es el caso del césped obtenido directamente de las labores de poda. Se ha considerado la utilización del material en su estado natural, con la totalidad de su contenido de humedad. De manera específica, se ha buscado aprovechar el agua inherente al material como medio para llevar a cabo la carbonización hidrotérmica. La investigación, realizada en un autoclave para hidrocarbonización (200-220 ºC), permitió estudiar cómo la carga inicial (18-54 g) afecta al poder calorífico del hidrocarbonizado, que por su parte posee propiedades cercanas a las de los materiales carbonosos obtenidos mediante biomasas lignocelulósicas clásicas (el poder calorífico, en torno a 20-22 MJ/kg, supuso un aumento de 200% respecto al césped inicial) y el proceso fue más reactivo a mayor temperatura. El seguimiento de la presión y la temperatura durante el proceso permitieron además identificar etapas de exotermicidad durante la hidrocarbonización, encontrando aumentos de temperatura en torno a 20 ºC (más acentuado a mayor temperatura). Asimismo, se verificó que aumentar el tiempo de enfriamiento promueve las reacciones de recombinación secundarias entre las moléculas de degradación del líquido, aumentando la fase sólida obtenida. Por tanto, aplicar el proceso de carbonización hidrotérmica a residuos como la poda de césped da lugar a la obtención de materiales carbonosos que rondan valores de poderes caloríficos entre 24-26 MJ/Kg que compiten con biocombustibles tipo briqueta obtenidos a partir de otras biomasas por estos mismos procesos. Además, los hidrocarbonizados obtenidos pueden emplearse como enmienda en suelos o como precursores en carbón activado.
Keywords: Hydrothermal carbonization; energy recovery; water balance; green waste; Carbonización hidrotérmica; recuperación de energía; ahorro de agua; residuos verdes