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Sustainable valorisation of sewage sludge via carbon dioxide-assisted pyrolysis
Environmental Pollution ( IF 7.6 ) Pub Date : 2024-07-08 , DOI: 10.1016/j.envpol.2024.124516 Minyoung Kim 1 , Dongho Choi 1 , Sungyup Jung 2 , Yiu Fai Tsang 3 , Sanghyun Jeong 4 , Younkyoo Kim 5 , Eilhann E Kwon 1
Environmental Pollution ( IF 7.6 ) Pub Date : 2024-07-08 , DOI: 10.1016/j.envpol.2024.124516 Minyoung Kim 1 , Dongho Choi 1 , Sungyup Jung 2 , Yiu Fai Tsang 3 , Sanghyun Jeong 4 , Younkyoo Kim 5 , Eilhann E Kwon 1
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The escalating volume of sewage sludge (SS) generated poses challenges in disposal, given its potential harm to the environment and human health. This study explored sustainable solutions for SS management with a focus on energy recovery. Employing CO2 -assisted pyrolysis, we converted SS into flammable gases (H2 and CO; syngas). Single-stage pyrolysis of SS in a CO2 conditions demonstrated that CO2 enhances flammable gas production (especially CO) through gas phase reactions (GPRs) with volatile matter (VM) at temperatures ≥520 °C. Specifically, the CO2 partially oxidized the VM released from SS and concurrently underwent reduction into CO. To enhance the syngas production at temperatures ≤520 °C, multi-stage pyrolysis setup with additional heat energy and a Ni/Al2 O3 catalyst were utilized. These configurations significantly increased flammable gas production, particularly CO, at temperatures ≤520 °C. Indeed, the flammable gas yield in the catalytic pyrolysis of SS increased from 200.3 mmol under N2 conditions to 219.2 mmol under CO2 conditions, representing a 4.4-fold increase compared to single-stage pyrolysis under CO2 conditions (50.0 mmol). By integrating a water-gas-shift reaction, the flammable gases produced from CO2 -assisted catalytic pyrolysis were expected to have the potential to generate revenue of US$4.04 billion. These findings highlight the effectiveness of employing CO2 in SS pyrolysis as a sustainable and effective approach for treating and valorising SS into valuable energy resources.
中文翻译：
通过二氧化碳辅助热解实现污水污泥的可持续增值
鉴于污水污泥（SS）对环境和人类健康的潜在危害，产生的污水污泥（SS）数量不断增加，给处置带来了挑战。本研究探讨了 SS 管理的可持续解决方案，重点是能源回收。采用 CO2 辅助热解，我们将 SS 转化为易燃气体（H2 和 CO；合成气）。 SS 在 CO2 条件下的单级热解表明，在 ≥520 °C 的温度下，CO2 通过与挥发性物质 (VM) 的气相反应 (GPR) 提高了可燃气体（尤其是 CO）的产量。具体来说，CO2 部分氧化了从 SS 中释放的 VM，同时还原成 CO。为了提高 ≤520 °C 温度下的合成气产量，采用了具有额外热能和 Ni/Al2O3 催化剂的多级热解装置。这些配置显着增加了温度 ≤520 °C 时的易燃气体产量，特别是 CO。事实上，SS 催化热解中的可燃气体产率从 N2 条件下的 200.3 mmol 增加到 CO2 条件下的 219.2 mmol，与 CO2 条件下的单级热解（50.0 mmol）相比增加了 4.4 倍。通过整合水煤气变换反应，二氧化碳辅助催化热解产生的易燃气体预计将有可能创造 40.4 亿美元的收入。这些发现强调了在SS热解中使用CO2作为将SS处理和增值为宝贵能源的可持续且有效的方法的有效性。
更新日期：2024-07-08
中文翻译：
通过二氧化碳辅助热解实现污水污泥的可持续增值
鉴于污水污泥（SS）对环境和人类健康的潜在危害，产生的污水污泥（SS）数量不断增加，给处置带来了挑战。本研究探讨了 SS 管理的可持续解决方案，重点是能源回收。采用 CO2 辅助热解，我们将 SS 转化为易燃气体（H2 和 CO；合成气）。 SS 在 CO2 条件下的单级热解表明，在 ≥520 °C 的温度下，CO2 通过与挥发性物质 (VM) 的气相反应 (GPR) 提高了可燃气体（尤其是 CO）的产量。具体来说，CO2 部分氧化了从 SS 中释放的 VM，同时还原成 CO。为了提高 ≤520 °C 温度下的合成气产量，采用了具有额外热能和 Ni/Al2O3 催化剂的多级热解装置。这些配置显着增加了温度 ≤520 °C 时的易燃气体产量，特别是 CO。事实上，SS 催化热解中的可燃气体产率从 N2 条件下的 200.3 mmol 增加到 CO2 条件下的 219.2 mmol，与 CO2 条件下的单级热解（50.0 mmol）相比增加了 4.4 倍。通过整合水煤气变换反应，二氧化碳辅助催化热解产生的易燃气体预计将有可能创造 40.4 亿美元的收入。这些发现强调了在SS热解中使用CO2作为将SS处理和增值为宝贵能源的可持续且有效的方法的有效性。
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