Biomass gasification is an interesting technology in the future development of a worldwide sustainable energy system, which can help to decrease our current dependence on fossil fuels. Biomass gasification is a thermal process where solid fuel is converted into a useful gas using several gasifying agents such as air, and steam. The producer gas has a great number of applications. The most important is being combustion for power and heat generation as well as raw gas for production of fuels or chemicals. This review mainly presents the recent progresses on tar elimination during the biomass gasification. Then, novel non-catalytic absorption and adsorption methods of tar removal under ambient temperature conducted by our laboratory members were also explained. In our opinion, the tar removal can be conducted by combination of catalytic reforming in the gasifier and oil materials adsorption in the scrubber. Furthermore, the tar catalytic reforming is a most significant step during biomass gasification or pyrolysis. Thus, the development of reasonable catalysts for tar elimination has been faced with a significant challenge in current society.

This paper aims to propose an effective tar conversion approach during biomass pyrolysis via in-situ dry reforming over rice husk (RH) char and char-supported Ni-Fe catalysts. Utilizing high pyrolysis temperature, tar from biomass pyrolysis could be removed effectively in the gasifier by mixing with the char-supported catalysts, simplifying the follow-up tar removal process. Under the optimized conditions, the conversion efficiencies of condensable tar can reach about 92.3% and 93% using Ni-Fe char (without calcination) and Ni char (with calcination), respectively. It is noteworthy that the condensable tar could be catalytically transformed into the non-condensable tar or small molecule gases resulting in the heating value increase of gaseous products to benefit of the power generation systems. Compared with the other catalysts preparation methods, Ni–Fe char exhibited more advantages of convenient and energy-saving. In the presence of catalysts, the concentration of CO2 (vol.%) was reduced slightly, while the CO concentration (vol.%) increased greatly because of dry reforming. Due to carbon loss, parts of RH char-supported catalysts (C-SiO2 catalysts) could be converted into SiO2-based catalysts because of high-content amorphous nano-sized SiO2 in RH char. In addition, partial metal oxides or ions via carbon (i.e., biochar) and gas (i.e., H2, CO) in-situ reduction were transformed into metallic states contributing to the enhancement of tar conversion. Therefore, RH char plays two significant roles during the process of biomass pyrolysis. On one hand, it works as an intermediate reductant to reduce the metal oxides and CO2; on the other hand, it can be considered as an adsorptive-support to adsorb metal ions and tar. After that, the char-supported catalysts could be used for tar conversion. In particular, since the metal catalysts still remain in the solid residues, the pyrolysis char could be regenerated via thermal regeneration using waste heat or gasified into syngas directly.

Our society currently faces three challenges, including resource depletion, waste accumulation and environmental degradation, leading to rapidly escalating raw material costs and increasingly expensive and restrictive waste disposal legislation. This work aims to produce clean solid biofuel from high moisture content waste biomass (bio-waste) with high nitrogen (N)/chlorine (Cl) content by mild hydrothermal (HT) conversion processes. The newest results are summarized and discussed in terms of the mechanical dewatering and upgrading, dechlorination, denitrification and coalification resulting from the HT pretreatment. Moreover, both the mono-combustion and co-combustion characteristics of the solid fuel are reviewed by concentrating on the pollutants emission control, especially the NO emission properties. In addition, the feasibility of this HT solid biofuel production process is also discussed in terms of “Energy Balance and economic viability”. As an alternative to dry combustion/dry pyrolysis/co-combustion, the HT process, combining the dehydration and decarboxylation of a biomass to raise its carbon content aiming to achieve a higher calorific value, opens up the field of potential feedstock for lignite-like solid biofuel production from a wide range of nontraditional renewable and plentiful wet agricultural residues, sludge and municipal wastes. It would contribute to a wider application of HT pretreatment bio-wastes for safe disposal and energy recycling.

Biomass tar could be produced along with syngas during biomass pyrolysis/gasification. Tar elimination by efficient adsorption and catalytic conversion by carbon-based adsorbents/catalysts with chemical inertness should be attractive methods to commercialize this technology. Biochars are the by-products of biomass pyrolysis/gasification that can be used as low-cost carbon-based adsorbents to adsorb heavy metals or organic pollutants. Meanwhile, the char-supported catalysts could be simply gasified/burnt to recover the energy from the char without the need of frequently regeneration after deactivation. This review elaborated the recent progress on tar removal by biochars adsorption and catalytic cracking/reforming in detail. Two novel integrated concepts have been proposed that chars can be initially utilized and modified like activated chars for heavy metals or tars adsorption, after that, the saturated char-supported metallic catalysts can be employed for tar conversion. In addition, biomass can directly adsorb the heavy metal ions and realize nascent tar in situ conversion along with the metal nanoparticles in situ generated and embedded in the biochar matrix after pyrolysis. Significantly, the nanocomposite char residue could be catalytically gasified into the useful syngas, accompanied by recycling and reuse of the catalyst metal species in the ash.

Carbothermal reduction could be employed as a facile technology for the synthesis of various novel materials, especially transition-metal-functionalized nanostructures.