Durante la preparazione del biochar, i principali metodi di preparazione possono essere suddivisi in pirolisi e carbonizzazione idrotermale, a seconda della tecnologia di pirolisi utilizzata. Diversi fattori chiave influenzano il processo di preparazione del biochar, tra cui la temperatura di carbonizzazione, il tasso di carbonizzazione, la pressione di carbonizzazione, il tempo di residenza della reazione, i catalizzatori utilizzati, il tempo di residenza del gas e il tipo di biomassa. Questi fattori determinano collettivamente le proprietà e la resa del biochar finale.
Pirolisi:
Pirolisi lenta: condotta a temperature più basse (300-650 gradi) e tempi di reazione più lunghi (solitamente inferiori a 30 minuti), producendo principalmente gas e biochar solido. La pirolisi lenta è caratterizzata da un'elevata resa in biochar, che può raggiungere il 35%.
Pirolisi rapida: condotta a temperature relativamente elevate e velocità di riscaldamento molto elevate, con un tempo di permanenza del prodotto molto breve, producendo principalmente bio-olio e una piccola quantità di biochar, con una resa di biochar pari a circa il 12% o meno.
Pirolisi a microonde: utilizza l'energia delle microonde per riscaldare direttamente la biomassa, con conseguente velocità di riscaldamento rapida e funzionamento semplice. Sebbene la pirolisi a microonde abbia una bassa resa di biochar, offre un utilizzo più efficiente dell’energia e velocità di reazione più elevate.
Carbonizzazione idrotermale:
Questo metodo prevede la reazione della biomassa in acqua subcritica o supercritica a 200-300 gradi in un sistema sigillato. Non necessita di pre-essiccazione delle materie prime ed è adatto alla lavorazione di biomasse con elevato contenuto di umidità. I prodotti di carbonizzazione idrotermale hanno un elevato contenuto di carbonio e il processo è controllabile, rendendolo adatto alla preparazione di materiali di carbonio uniformi.
Gassificazione:
La biomassa viene gassificata ad alte temperature in un gassificatore per produrre gas combustibili e biochar. A seconda che venga utilizzato un agente gassificante, può essere suddiviso in gassificazione con un agente gassificante (come aria, vapore, ossigeno, ecc.) e gassificazione senza agente gassificante (gassificazione per distillazione secca). Questo metodo può ridurre significativamente il contenuto di altri elementi nel biochar.
Metodi di attivazione:
Attivazione acida: il biochar viene trattato con acidi (come acido fosforico, acido solforico) per migliorarne le proprietà fisiche e la capacità di adsorbimento e potenziare la sua attività chimica.
Attivazione alcalina: la biomassa o biochar viene trattata in una soluzione alcalina per aumentare l'area superficiale specifica e la densità dei pori e migliorare la capacità di adsorbimento delle sostanze caricate negativamente. Attivazione dell'impregnazione dei metalli: introduzione di metalli o sali metallici prima o dopo la pirolisi per conferire al biochar specifiche proprietà catalitiche e di adsorbimento.
Attivazione del gas: trattamento del biochar con gas (come vapore, CO₂, ozono, ecc.) ad alte temperature per aumentarne l'area superficiale e la struttura dei pori.
