Lors de la préparation du biochar, les principales méthodes de préparation peuvent être divisées en pyrolyse et carbonisation hydrothermale, selon la technologie de pyrolyse utilisée. Plusieurs facteurs clés influencent le processus de préparation du biochar, notamment la température de carbonisation, le taux de carbonisation, la pression de carbonisation, le temps de séjour de la réaction, les catalyseurs utilisés, le temps de séjour du gaz et le type de biomasse. Ces facteurs déterminent collectivement les propriétés et le rendement du biochar final.
Pyrolyse :
Pyrolyse lente : réalisée à des températures plus basses (300-650 degrés) et des temps de réaction plus longs (généralement moins de 30 minutes), produisant principalement des gaz et du biocharbon solide. La pyrolyse lente se caractérise par un rendement élevé en biochar, pouvant atteindre 35 %.
Pyrolyse rapide : réalisée à des températures relativement élevées et à des vitesses de chauffage très rapides, avec un temps de séjour du produit très court, produisant principalement de la bio-huile et une petite quantité de biocharbon, avec un rendement en biocharbon d'environ 12 % ou moins.
Pyrolyse par micro-ondes : utilise l'énergie des micro-ondes pour chauffer directement la biomasse, ce qui entraîne un taux de chauffage rapide et un fonctionnement simple. Bien que la pyrolyse par micro-ondes ait un faible rendement en biocharbon, elle offre une utilisation plus efficace de l’énergie et des vitesses de réaction plus rapides.
Carbonisation hydrothermale :
Cette méthode consiste à faire réagir la biomasse dans de l'eau sous-critique ou supercritique à 200-300 degrés dans un système scellé. Il ne nécessite pas de pré-séchage des matières premières et convient au traitement de la biomasse à forte teneur en humidité. Les produits de carbonisation hydrothermale ont une teneur élevée en carbone et le processus est contrôlable, ce qui les rend adaptés à la préparation de matériaux carbonés uniformes.
Gazéification:
La biomasse est gazéifiée à haute température dans un gazogène pour produire des gaz combustibles et du biochar. Selon qu'un agent gazéifiant est utilisé, il peut être divisé en gazéification avec un agent gazéifiant (tel que l'air, la vapeur, l'oxygène, etc.) et en gazéification sans agent gazéifiant (gazéification par distillation sèche). Cette méthode peut réduire considérablement la teneur en autres éléments du biochar.
Méthodes d'activation :
Activation acide : le biochar est traité avec des acides (tels que l'acide phosphorique, l'acide sulfurique) pour améliorer ses propriétés physiques et sa capacité d'adsorption, ainsi que son activité chimique.
Activation alcaline : la biomasse ou le biocharbon est traité dans une solution alcaline pour augmenter la surface spécifique et la densité des pores, et améliorer la capacité d'adsorption des substances chargées négativement. Activation de l'imprégnation des métaux : Introduction de métaux ou de sels métalliques avant ou après la pyrolyse pour conférer au biochar des propriétés catalytiques et d'adsorption spécifiques.
Activation des gaz : traiter le biochar avec des gaz (tels que la vapeur, le CO₂, l'ozone, etc.) à haute température pour augmenter sa surface et sa structure de pores.
