Repositorio
Institucional

Valdes-Vidal, Gonzalo

Optimising slow pyrolysis parameters to enhance biochar European hazelnut shell as a biobased asphalt modifier

ELSEVIER

MATERIALS TODAY SUSTAINABILITY

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This paper evaluated the impact of operational conditions during slow pyrolysis on the physicochemical and antioxidant properties of biochar derived from European hazelnut shells (BH), with the aim of assessing its potential as a modifier for asphalt binder. The study employed a 22 factorial design with a central point, using pyrolysis temperature (300 degrees C, 425 degrees C, and 550 degrees C) and residence time (1, 2, and 3 h) as study factors to produce BH. Firstly, the chemical, physical and antioxidant properties of European hazelnut shell (HS) and BH samples were compared in terms of their chemical composition, microscopic-morphology, and antioxidant capacity. Additionally, the thermal behaviour of HS was analysed. Asphalt binders were blended with 5% biochar (w/w) to assess particle distribution using confocal laser microscopy. Functional groups were also evaluated through Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results conclude that the operational conditions of slow pyrolysis significantly affect the chemical composition of biochar from European hazelnut shells, influencing the functional groups present on the asphalt surface. These conditions also influence the microstructure, increasing porosity and rugosity at higher temperatures and longer residence times. HS exhibited high antioxidant capacity, retaining up to 40% of it in the biochar when pyrolyzed at 300 degrees C for 1 h. Confocal laser microscopy showed uniform distribution of biochar in the asphalt binder. FT-IR and XPS tests revealed chemical interactions between the biochar and binder, characterized by bonds involving C, O, and H, particularly in biochar pyrolyzed at 300 degrees C and 550 degrees C for 1 h. The results of this study demonstrate that biochar derived from the slow pyrolysis of European hazelnut shell has the potential to be used as a bioadditive for the development of more sustainable asphalt roads.Este artículo evaluó el impacto de las condiciones operativas durante la pirólisis lenta en las propiedades fisicoquímicas y antioxidantes del biocarbón derivado de cáscaras de avellana europeas (BH), con el objetivo de evaluar su potencial como modificador para ligantes asfálticos. El estudio empleó un diseño factorial 2² con un punto central, utilizando la temperatura de pirólisis (300 °C, 425 °C y 550 °C) y el tiempo de residencia (1, 2 y 3 h) como factores de estudio para producir BH. En primer lugar, se compararon las propiedades químicas, físicas y antioxidantes de las muestras de cáscara de avellana europea (HS) y BH en términos de su composición química, morfología microscópica y capacidad antioxidante. Adicionalmente, se analizó el comportamiento térmico de HS. Se mezclaron ligantes asfálticos con un 5 % de biocarbón (p/p) para evaluar la distribución de partículas mediante microscopía láser confocal. Los grupos funcionales también se evaluaron mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Los resultados concluyen que las condiciones operativas de la pirólisis lenta afectan significativamente la composición química del biocarbón de cáscaras de avellana europeas, influyendo en los grupos funcionales presentes en la superficie del asfalto. Estas condiciones también influyen en la microestructura, aumentando la porosidad y la rugosidad a temperaturas más altas y tiempos de residencia más prolongados. Las cáscaras de avellana mostraron una alta capacidad antioxidante, reteniendo hasta un 40 % de la misma en el biocarbón cuando se pirolizó a 300 °C durante 1 h. La microscopía láser confocal mostró una distribución uniforme del biocarbón en el ligante asfáltico. Las pruebas FT-IR y XPS revelaron interacciones químicas entre el biocarbón y el ligante, caracterizadas por enlaces que involucran C, O e H, particularmente en el biocarbón pirolizado a 300 °C y 550 °C durante 1 h. Los resultados de este estudio demuestran que el biocarbón derivado de la pirólisis lenta de cáscaras de avellana europeas tiene el potencial de ser utilizado como bioaditivo para el desarrollo de carreteras asfálticas más sostenibles.

artículo original

Pyrolysis

Biochar

European hazelnut shell

Asphalt binder

10.1016/j.mtsust.2025.101087

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ANTIOXIDANT ACTIVITY

CAPACITY

BEHAVIOR

CHAR

ANTIOXIDANT ACTIVITY

CAPACITY

BEHAVIOR

CHAR

Ingeniería de los Materiales

Ingeniería Civil

Bioproductos (Productos que se manufacturan usando biotecnología como materia prima), Biomateriales, Bioplásticos, Biocombustibles, Químicos Brutos y Finos, Bioderivados, Materiales nuevos Bioderivados

versión publicada

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acceso abierto

acceso abierto

WOS:001435748800001

Optimising slow pyrolysis parameters to enhance biochar European hazelnut shell as a biobased asphalt modifier

artículo original

ELSEVIER

MATERIALS TODAY SUSTAINABILITY

Green & Sustainable Science & Technology

Materials Science, Multidisciplinary

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2589-2347

National Research and Development Agency (ANID) of the Chilean Government, through ANID/FONDECYT Regular Research Project 2023

National Research and Development Agency (ANID) of the Chilean Government, through ANID/FONDECYT Regular Research Project 2023 [1230035]

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