SCALABLE BIOCHAR-SULFUR MATERIAL FOR SUSTAINABLE APPLICATIONS
A new vulcanized biochar combines high strength with ultralight weight, demonstrating how biomass residues can be transformed at scale into an engineered carbon material – opening opportunities in construction, composites, and energy applications.
Credit Université de Montréal
UNMET NEED
Biochar is emerging as a useful product to capture carbon from biomass residues and waste management streams. Produced by the oxygen-free pyrolysis of biomass, it transforms organic waste in a lightweight carbon material with applications in agriculture, energy, water treatment, and advanced materials.
Despite its attractive properties, biochar, in its original form, is a fragile material with mediocre mechanical properties. Issues in storage, transportation and durability severely limits the potential of biochar as a carbon sequestration byproduct for a high value re-valorization economy. Improved mechanical integrity would enable new industrial markets for biochar as a low-carbon alternative such as construction, composite reinforcement.
TECHNOLOGY OVERVIEW
The team led by Professor Martel and Dr. Al Akoumy at Université de Montréal has demonstrated a novel method to treat biochar with sulfur enabling the synthesis of a stable and highly durable biochar material.
The resulting biochar exhibits considerably improved mechanical strength and chemical stability reaching in optimized parameters a compressive strength of 382 MPa and a Young’s modulus up to 165 GPa, while retaining a low density of 1.3 g/cm³, highlighting its potential for lightweight structural applications. Aiming for an industrial oriented process, the manufacturing process does not require high temperature, potentially allowing the scale up with production technologies such as extrusion. The novel biochar-sulfur material processing may allow the final part to be shaped into fibers, pellets, sheets or beams using compression molding. The versatile material unlocks new use for biochar as lightweight strong carbon-storing reinforcement for structural and mechanical applications.
The team is engaged in the scale up of the production to test the biochar-sulfur materials in various applications. We are looking for industrial partners to identify the key features to tackle in order to develop and tailor this novel material at industrial scale.
Table 1 : Mechanical properties comparison
Materials
Compressive strength (MPa)
Young's modulus (GPa)
Density (g/cm3)
Tensile strength (MPa)
Our biochar
20 to 383
6 to 165
1.3 to 1.4
Not tested yet
Steel
170-180
190-210
7-8
350-420
Concrete
15-20
20-40
2.-1
0.9
E-Glass fiber
4000-5000
43-50
2.5
1900 - 2000
Carbon fiber
700 -1000
200 - 600
1.8
1000-4000
COMPETITIVE ADVANTAGES
MARKET APPLICATIONS
PUBLICATIONS
BUSINESS OPPORTUNITY
NOUVEAU MATÉRIAU BIOCHAR-SOUFRE POUR DES APPLICATIONS DURABLES
Un biochar hautement résistant et ultraléger: notre nouvelle approche de vulcanisation démontre la transformation à grande échelle des résidus de biomasse ouvrant ainsi des opportunités de marché dans la construction, les composites et les applications énergétiques.
Crédit Université de Montréal
BESOIN NON SATISFAIT
Le biochar émerge comme un produit prometteur pour la capture du carbone issu des résidus de biomasse et des flux de gestion des déchets. Produit par pyrolyse de la biomasse en absence d’oxygène, il transforme les déchets organiques en un matériau carbone léger aux applications multiples dans l’agriculture, l’énergie, le traitement de l’eau et les matériaux avancés.
Malgré ses propriétés attrayantes, le biochar, sous sa forme initiale, demeure un matériau fragile aux performances mécaniques limitées. Les défis liés à son stockage, à son transport et à sa durabilité restreignent fortement son potentiel en tant que sous-produit de séquestration du carbone dans une économie de revalorisation à haute valeur ajoutée. Une meilleure intégrité mécanique ouvrirait de nouveaux marchés industriels pour le biochar en tant qu’alternative bas-carbone, notamment dans la construction et le renforcement de composites.
APERÇU DE LA TECHNOLOGIE
L’équipe dirigée par le professeur Martel et le Dr Al Akoumy à l’Université de Montréal a démontré une méthode novatrice de traitement du biochar par le soufre, permettant la synthèse d’un matériau de biochar stable et hautement durable.
Le biochar obtenu présente une résistance mécanique et une stabilité chimique considérablement améliorées, atteignant, dans des conditions optimisées, une résistance à la compression de 382 MPa et un module de Young pouvant aller jusqu’à 165 GPa, tout en conservant une faible densité de 1,3 g/cm³. Ces caractéristiques soulignent son potentiel pour des applications structurales. Conçue pour un usage industriel, la méthode de fabrication ne requiert pas de hautes températures, ouvrant la voie à une montée en échelle à l’aide de technologies telles que le moulage et l’extrusion. Ce nouveau procédé biochar-soufre permet également de façonner le matériau final sous forme de fibres, granules, feuilles ou poutres par moulage par compression. Ce matériau polyvalent ouvre de nouvelles possibilités d’utilisation du biochar comme renfort léger, résistant et stockant du carbone pour des applications structurelles et mécaniques.
L’équipe est actuellement engagée dans la mise à l’échelle de la production afin de tester le matériau biochar-soufre dans diverses applications. Nous recherchons des partenaires industriels afin d’identifier les caractéristiques clés à développer et à adapter pour le déploiement de ce nouveau matériau à l’échelle industrielle.
Tableau 1 : Comparaison des propriétés mécaniques
Matériau
Résistance à la compression (MPa)
Module élastique (GPa)
Densité (g/cm3)
Résistance à la traction (MPa)
Notre biochar
20 à 383
6 à 165
1.3 à 1.4
Pas encore testé
Acier
Béton
Fibre E-Glass
Fibre de carbon
AVANTAGES CONCURRENTIELS
MARCHÉS VISÉS
OCCASION D’AFFAIRES
Julien Longchamp, ing., M.Sc.A.
Director of Transfer
Directeur de Transfert
julien.longchamp@axelys.ca