Power production from biomass derived pyrolysis liquids has been under development for the past few years. If technically successful, it would make decentralized bio-energy production possible. Several technologies and system components have been developed by academia, R&D organizations, and industrial companies in many countries. Much experience has been gained and many useful results published. The present work aims at reviewing the most significant experience in power generation from biomass liquids produced by fast pyrolysis processes. Power plant technologies addressed are diesel engines, gas turbines, and natural gas/steam power plants. Main results are reviewed and R&D needs identified for each technology. The analysis shows that even for the most promising solutions long-term demonstration has not yet been achieved. Pyrolysis liquid use in gas turbine plants and in co-firing mode in large power stations are technically most advanced. Recent work with diesel engines also appears quite promising.

Fast pyrolysis bio-oils are completely different from petroleum fuels and other bio-fuels available in the market, as regards both to their physical properties and chemical composition. When the unusual properties of these bio-oils are carefully taken into account in system and burner design, their combustion without a pilot flame or support fuel is possible on an industrial scale. The aim of the paper is to review the work done on combustion of fast pyrolysis bio-oils and highlight the latest and most important findings of its combustion from laboratory fundamentals to industrial scale. The main focus of the paper is on the bio-oil burner applications. In recent industrial scale bio-oil combustion tests, bio-oil has been found to be technically suitable for replacing heavy fuel oil in district heating. In addition, it has also been found out that limited possibilities for further lowering particulate emissions exist, since the majority of the particulates are typically incombustible matter. Curves for NOx-emissions of fast pyrolysis bio-oil combustion for air-assisted atomization burners are presented in the paper. Current burner designs are quite sensitive to the changes in the quality of the bio-oil, which may cause problems in ignition, flame detection and flame stabilization. Therefore, in order to be able to create reliable bio-oil combustion systems that operate at high efficiency, bio-oil grades should be standardized for combustion applications. Careful quality control, combined with standards and specifications, all the way from feedstock harvesting through production to end-use is recommended in order to make sure that emission targets and limits in combustion applications are achieved. Also the cost-effectiveness of the total package is extremely important.

Biomass pretreatment aims at separating and providing easier access to the main biomass components (cellulose, hemicellulose and lignin), eventually removing lignin, preserving the hemicellulose, reducing the cellulose crystallinity and increasing the porosity of the material. Pretreatment is an essential step towards the development and industrialization of efficient 2nd generation lignocellulosic ethanol processes. The present work reviewed the main options available in pretreatment. Autohydrolysis and steam explosion were then selected for further investigation. Experimental work was carried out on batch scale reactors, using Miscanthus as biomass feedstock: the effects on sugar solubilization and degradation products generation have been examined for each of these two pretreatment systems. A new process using only water and steam as reacting media was then developed, experimentally tested, and results compared to those achieved by the autohydrolysis and steam explosion processes. Products obtained with the new pretreatment contained a lower amount of usual fermentation inhibitor compounds compared to that typically obtained in steam explosion. This result was achieved under operating conditions that at the same time allowed a good xylan yield, preventing degradation of hemicelluloses. The new pretreatment process was also able to act as an equalization step, as the solid material from the pretreatment phase had a similar composition even under different operating conditions. As regards the effect of pretreatment on enzymatic hydrolysis, the new process achieved yields similar to steam explosion on glucans: however, this was obtained reducing the formation of degradation products from sugars, mainly from C5 sugars. These results made the proposed pretreatment system suitable for further development and industrialization on pilot and industrial scale.

Abstract The iron and steel industry is responsible for around 4% of androgenic CO 2 emissions in Europe and 9% worldwide. This is due to the massive use of carbon coke in metallurgy, which is not only linked to energy purposes, but also to the chemical process of iron ore refining. The steel sector urgently needs to find alternative solutions to improve environmental sustainability, with the transition to a low-carbon scenario representing a major challenge. The pyrolysis of methane is gaining more and more attention for the production of hydrogen, as this alternative process to hydrogen production does not generate any CO 2 emissions, but provides a solid carbon product that can be re-used in an industrial symbiosis. If biomethane is used, the pathway is even carbon-negative, and generates a net GHG reduction compliant with the EU ETS (Emission Trading Scheme). However, given the high demand for inlet streams in the EU steel sector, the biomethane currently available is not able to meet the entire hydrogen demand assuming that the steel is produced using the DRI-EAF (Direct Reduction Iron-Electric Arc Furnace) route. Only when looking at the European projections for biomethane production in 2050, it is expected that the demand for steel hydrogen can be totally met, in particular by using 48% of the available biomethane, allowing up to 6 million tons of green hydrogen to be produced, and a significant reduction in net CO 2 emissions. Finally, the aim of this work is to assess the energy consumption and environmental benefits resulting from the production of green hydrogen and biogenic carbon in Europe for DRI-EAF, compared to the benchmark market (DRI-EAF fed with natural gas) and the electrolysis alternative.

Abstract The transport sector remains heavily reliant on oil products, and it is among those that are considered harder to decarbonize, especially in some specific segments. Considering public transport, there is currently a significant interest in electrifying urban buses, especially for some routes that are well suited for the current characteristics of battery electric buses. However, for some applications, including long-distance buses, biomethane could play an important role in contributing to the decarbonisation of the sector, especially considering the important part of the current fleet in Italy that is already operating on fossil natural gas. This analysis presents a comparison of the potential role of biomethane to support public transport decarbonization in Italy, by estimating CO 2 equivalent emissions savings considering the current biogas plants and natural gas buses in Italian cities. An additional evaluation is performed considering the future expected evolution of biomethane production in line with the new Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima, that aims to a total production of 5.7 bcm by 2030, as well as the expected 1.5 bcm of biomethane allocated to the transport sector. Within these maximum potential levels, the results of the analysis demonstrate the important savings that can be achieved with biomethane, especially when exploiting specific feedstocks that have a very low impact in terms of well-to-wheels emissions. Biomethane can represent an interesting complement to electric buses, as it can exploit the already existing fleet based on natural gas, and it also shows a number of advantages on routes that are not suitable for electric buses.