Valorization of Food Waste via Torrefaction: Effect of Food Waste Type on the Characteristics of Torrefaction Products

Abstract

Torrefaction is considered to be an important pretreatment method to enhance the fuel quality for efficient valorization of food waste. In this study, four typical food wastes (leftover rice, leftover pork, leftover cabbage, and watermelon peel) were torrefied in a fixed bed furnace at 200–300 °C to compare their torrefaction performances by characterizing their torrefaction products (i.e., solid, liquid, and gas). Torrefaction is found to greatly decrease the O/C and H/C molar ratios and increase the higher heating value (HHV) of torrefied food waste, especially for leftover rice. Due to different components in the four food wastes, their yields of solid products are different, following a trend of leftover pork > leftover cabbage > watermelon peel > leftover rice. Their tar products also consist of different compounds as major components, i.e., anhydrosugars for leftover rice, aldehydes/ketones for left pork, and acids/aldehydes/ketones for leftover cabbage and watermelon peel. Our results also show that significant oxygen removal takes place during torrefaction, mainly via dehydration and decarboxylation to form water and CO2, respectively. Depending on the torrefaction temperature, up to 77.6, 56.9, 74.3 and 82.4% of oxygen can be removed from leftover rice, leftover pork, leftover cabbage, and watermelon peel, respectively. Unlike oxygen, the majority of carbon (71.8–82.3%) is retained in the solid product, resulting in a high HHV of torrefied food waste. This study also provides useful strategies for efficient valorization of food waste via torrefaction.

Integration of Biomass Torrefaction and Gasification based on Biomass Classification: A Review

“…[ 105 ] This section uses starch and protein in food waste as an example to analyze the changes in functional groups during the torrefaction process. H‐bonds are unstable, and their strength decreases more during torrefaction than free hydroxyl groups, [ 106 ] similar to lignocellulosic biomass. When the temperature exceeds a certain temperature (e.g., 260 °C), severe dehydration, depolymerization, and fragmentation of the starch structure occur and result in the formation of large amounts of volatiles.…”

“…When the temperature exceeds a certain temperature (e.g., 260 °C), severe dehydration, depolymerization, and fragmentation of the starch structure occur and result in the formation of large amounts of volatiles. [ 106 ] With the further increase in temperature, dehydration and denitrification reactions occur, [ 107 ] promoting the release of volatiles and producing more water and nitrogen‐containing products. The dehydration of free amino acids and the cleavage of peptide bonds and hydroxyl groups can form ketone carbonyl groups.…”

Recuperação energética de resíduos de painéis MDF (medium density fiberboard) por meio da torrefação e briquetagem

“…Portanto, a tinta é um componente que contribui negativamente para a deposição no meio ambiente desse tipo de resíduo (SABINO et al, 2021; VAN DEN BOSSCHE et al, 2021) PIRAYESH et al, 2013;STEFANOWSKI et al, 2016;CASTRO et al, 2021). Diversos componentes químicos encontradas em tintas e vernizes, como o xileno, possuem alta volatização e baixa temperatura de fulgor (<37 ºC), o que pode favorecer a volatilização desses materiais para o ambiente (WANG et al, 2020; VAN DEN BOSSCHE et al, 2021) O método de torrefação aplicado aos resíduos dos painéis MDF pode eliminar parcialmente gases derivados de compostos de nitrogênio, como HCN e NO x durante a combustão; e NH 3 , HNCO e HCN durante a pirólise (GIRODS et al, 2008). Estes compostos nitrogenados podem ter sua origem na constituição de vernizes e adesivos, como uréia, melanina e formaldeído, comuns nos resíduos de painéis de madeira (GIRODS et al, 2008;DEBAL et al, 2014).…”

“…A condensação dos gases da torrefação é outro processo promissor para atingir a produção de produtos químicos de alto valor agregado como compostos fenólicos e derivados, além de compostos nitrogenados e produtos que podem ser misturados com o combustível para veículos automotores. O rendimento e a natureza dos produtos de pirólise dependem do tipo de biomassa, projeto do reator, temperatura, tempo de residência dos gases, tamanho das partículas, etc (MAYER et al, 2018, WANG et al, 2020.…”

“…A torrefação pode ser definida como uma pirólise parcial, onde a biomassa é submetida à temperatura constante, geralmente de 200 a 300 ºC, com restrição de oxigênio e tempos de residência menores quando comparados a carbonização ( VAN DER STELT et al, 2011;NHUCHHEN et al, 2014;WANG et al, 2020). O material sólido resultante pode ser usado diretamente na queima direta para produção de energia térmica ou como insumo para gaseificação, bem como para produção de pellets e briquetes (CARASCHI et al, 2019).…”