Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Victoria Knappe; Sebastian Paczkowski; Luis Alonso Diaz Robles; Alain Gonzales; Stefan Pelz

doi:10.3791/58970

JoVE Journal > Chemistry

Chimie

Reduktion af Willow Wood brændstof emission ved lav temperatur mikrobølge assisteret hydrotermisk Carbonization

Published: May 19, 2019

doi:

10.3791/58970

Victoria Knappe*¹, Sebastian Paczkowski*¹, Luis Alonso Diaz Robles, Alain Gonzales, Stefan Pelz

¹Department of Forest Utilization & Biomass Fuels and Combustion,University of Applied Science Rottenburg, ²Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering,Universidad de Santiago de Chile

Summary

En protokol for emission forløber udtømning fra lav kvalitet biomasse ved lav temperatur mikrobølge assisteret hydrotermisk forkulning behandling præsenteres. Denne protokol omfatter mikrobølge parametrene og analysen af biokulproduktet og procesvandet.

Abstract

Biomasse er et bæredygtigt brændsel, da CO₂ -emissionerne reintegreres i biomasse vækst. Men de uorganiske prækursorer i biomassen forårsager en negativ miljøpåvirkning og slaggedannelse. Den valgte Short rotation Coppice (SRC) Willow Wood har et højt askeindhold ( = 1,96%) og derfor et højt indhold af emissions-og slagge prækursorer. Derfor er reduktionen af mineraler fra src Willow Wood ved lav temperatur mikrobølge assisteret hydrotermisk forkulning (mahc) ved 150 °c, 170 °c og 185 °c undersøgt. En fordel ved MAHC over konventionelle reaktorer er en jævn temperatur konduktans i reaktionsmediet, da mikrobølger trænger igennem hele reaktor volumenet. Dette giver en bedre temperaturkontrol og en hurtigere nedkøling. Derfor kan en række af depolymeriserings-, transformations-og repolymeriserings reaktioner analyseres effektivt. I denne undersøgelse viste analysen af massetabet, askeindholdet og sammensætningen, varme værdierne og molære O/C-og H/C-ratioer for det behandlede og ubehandlede SCR-piletræ, at mineralindholdet i MAHC-kul blev reduceret, og at opvarmnings værdien øgedes. Procesvandet viste en faldende pH-værdi og indeholdt furfural og 5-methylfurfural. En proces temperatur på 170 °C viste den bedste kombination af energitilførsel og aske komponent reduktion. Mahc giver en bedre forståelse af hydrotermiske forkulning proces, mens en storstilet industriel anvendelse er usandsynligt på grund af de høje investeringsomkostninger.

Introduction

Anvendelsen af mikrobølger til hydrotermisk forkulning (mahc) blev anvendt til termokemisk omdannelse af biomasse model forbindelser som fructose, glucose¹^,² eller cellulose³, og for organiske substrater, fortrinsvis affaldsmateriale⁴^,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰. Udnyttelsen af mikrobølger er fordelagtig, da det giver mulighed for en jævn opvarmning af den behandlede biomasse²^,¹⁰ hovedsagelig gennem termiske tab af et dielektrisk opløsningsmiddel¹¹^,¹², selv om mikrobølger ikke overføre tilstrækkelig energi til direkte at bryde kemiske bindinger og inducere reaktioner¹³. Mikrobølgerne trænger hele reaktions volumenet fra HTC-reaktorbeholderen og overfører energien direkte til materialet, hvilket ikke er muligt med en konventionel reaktor, der viser en langsommere opvarmningshastighed på grund af den høje varmekapacitet i stålkappe og prøve selv¹⁴. Den selv excitation af prøvens vandmolekyler ved mikrobølger giver en forbedret proceskontrol, da temperaturen i mikrobølge reaktoren er jævnt fordelt¹¹^,¹⁴^,¹⁵ og nedkøling efter Reaktionen er meget hurtigere. Endvidere, konventionelle reaktorer varme op meget langsommere og de kemiske reaktioner, der opstår under opvarmningen kan bias de resultater, der normalt henføres til den endelige temperatur. Den forbedrede proceskontrol i en MAHC-reaktor muliggør en præcis udvikling af temperatur afhængigheden af udvalgte HTC-reaktioner (f. eks. dehydrering eller decarboxylering). En anden fordel ved den jævn temperaturfordeling i HTC-reaktor volumen er den lavere vedhæftning af immobiliserede og helt kultiserede partikler på den indre reaktor væggen². Men, vand er kun en gennemsnitlig mikrobølge absorberende opløsningsmiddel, der selv viser faldende mikrobølge absorbans ved højere temperaturer, hvilket begrænser den opnåelige maksimale temperatur. Denne negative effekt kompenseres, når der dannes syrer under HTC-processen, eller katalysatorer (ioniske eller polære arter) tilsættes før behandlingen. Mikrobølge induceret reaktioner viser højere produkt udbytter i almindelighed¹¹^,¹⁵ og specifikt af 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) fra fructose i forhold til sand-Bed katalyserede reaktioner¹². De har også en langt bedre energibalance derefter konventionelle opvarmningsmetoder¹⁵^,¹⁶.

Det grundlæggende kemiske begreb hydrotermisk karbonisering er nedbrydningen og den efterfølgende polymerisering af biomassen. I løbet af disse komplekse interagere reaktioner vævet er opbrugt af ilt, hvilket øger varmeværdien. Ved første, polymerer Hemicellulose og cellulose hydrolyseres til sukker monomerer¹⁷, selv om lave temperaturer primært påvirker Hemicellulose¹⁸^,¹⁹^,²⁰^,²¹. I denne tidlige fase af HTC reaktioner, dannes organiske syrer fra omdannelsen af sukker aldehyder og deacetylering af Hemicellulose. Disse syrer kan være eddikesyre, mælke-, levulinic-, akryl-eller myre syren²⁰^,²¹^,²² og de nedsætter pH i reaktions vandet i reaktoren. På grund af dissociation, de danner frie negative ioner, der øger ion produkt i processen vand. Det stigende ion produkt gør det muligt at løse kationer, som er de vigtigste bestanddele af asken i biomassen. Ved denne mekanisme er vævet opbrugt fra emissions prækursorer og slagge formere (f. eks. kalium, natrium, calcium, klor og tungmetaller)²³^,²⁴.

De dannede organiske syrer kan støtte dehydrering af sukker monomerer til furaner. En fælles sukker dehydrering produkt er furfural og 5-hydroxymethylfurfural, som er gennemførlige produkter til den kemiske industri, som de tjener som platform produkter (f. eks, til syntese af Biopolymerer). 5-methylfurfural kan dannes ved katalyserede reaktioner fra cellulose²⁵^,²⁶ eller 5-hydroxymethylfurfural²⁷. Mens polymer syntesen er en kunstig repolymerisering under kontrollerede forhold, kan furanerne også kondensere, polymerisere og danne høj molekylvægt aromatiske strukturer i det komplekse kemiske miljø i mahc-reaktoren. Samspillet mellem de opløsnede organiske og uorganiske forbindelser med den modificerede træcelle matrix er med til at øge reaktions systemets kompleksitet²⁰. De furan polymeriserings reaktionsveje anvender aldol kondensation eller/og intermolekylær dehydrering¹⁸^,²⁰ og Yield hydrochar partikler med en Hydrofobisk Shell og en mere hydrofile Core²⁸. Det er endnu ikke afsløret, om biomasse partikler er helt nedbrydes og derefter repolymeriseret, eller hvis biomassen partikler tjener som en skabelon for karboniseringen. Nedbrydnings-og repolymeriserings Reaktionerne omfatter imidlertid dehydrering og decarboxyleringreaktioner samt²⁹^,³⁰, som inducerer faldet i Van krevelen-diagrammet mod O/c-og H/c-forholdet for sort kulstof.

Mens andre undersøgelser beviste den mineralske reducerende effekt af konventionel reaktor baseret hydrotermisk behandling³¹, af en vand vask med kombineret mekanisk udvaskning³² eller vand/ammonium acetat/saltsyre vask³³, vores undersøgelser undersøger mineral udvaskning under lavtemperaturs forkulning med mikrobølger for første gang. Da denne undersøgelse fokuserer på emission prækursorer udvaskning til brændstof opgradering, det undersøger skæbne kalium, natrium, magnesium, calcium, klor, svovl, kvælstof og tungmetaller. Fine støv prækursorer danner flygtige salte (f. eks. KCl eller K₂så₄) ved forhøjede temperaturer i gasfasen. Når disse salte ophobes i røggassen, tungmetaller som zink kan skylle dem som Nukleering partikler, hvilket fører til en partikel vækst kædereaktion. Ved lavere røggastemperaturer udløser salt kondensation yderligere partikel vækst og resulterer i cancerogen finstøv emission fra skorstenen. Disse emissioner er i øjeblikket den vigtigste faktor, der kompromitterer bæredygtigheden af biomassebrændsler. En bæredygtig energiforsyning afhænger af deres reduktion af dyre filtre eller deres reduktion af brændstoffer (f. eks. af MAHC). Da denne undersøgelse følger en praktisk tilgang, blev Short rotation Coppice (SRC) Willow Wood valgt som en potentiel bioenergi råvare med høje vækstrater. Det kan dyrkes af landmænd på deres Marker for en selvstændig bæredygtig strømforsyning ved forgasning, men også for varmeproduktion ved direkte forbrænding. En ulempe ved Willow SRC er dens høje bark indhold på grund af en lav stilk: bark ratio på moden scene. Bark indeholder en masse mineraler i forhold til træ³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷ og giver større mængder af gasformige eller partikelemissioner³⁸. HTC med lav temperatur kan forbedre forbrændings egenskaberne for SRC-piletræet og dermed bidrage til en bæredygtig varme-og strømforsyning. En anden vigtig parameter i HTC biocoal undersøgt i denne undersøgelse er dens energitæthed, dens højere oprindelige forbrændingstemperatur og dens højere endelige forbrændingstemperatur³⁹.

Protocol

1. klargøring af prøvemateriale Høst fem år gammel pil, klon type “Tordes” ([Salix schwerinii x S. viminalis] x s. vim.), med en højde på 12 − 14 m og en bryst diameter på ca. 15 cm. Chip træet og tør chips i en ovn tørretumbler i 24 timer ved 105 °C. Skær træflisen med en skære mølle og slibe med en centrifugal mølle til en partikelstørrelse på 0,12 mm. 2. mikrobølge assisteret hydrotermisk karbonisering Brug…

Representative Results

Resultaterne af elementært analyse afslørede forskelle mellem O/C-H/C-forholdet mellem piletræet og MAHC-biocoalerne (figur 1). Råmaterialet viser højere O/C-H/C nøgletal og en højere variation af værdierne. MAHC-behandlingen reducerede værdi variationen på grund af homogenisering i mikrobølge reaktoren. Præcisionen af mikrobølge reaktoren tillod differentieringen af tre stadier af nedbrydning. H/C-forholdet blev reduceret ved 150 °C, og variati…

Discussion

Den MAHC tillader differentiering af trinene i den kemiske nedbrydning ved at anvende forskellige intensiteter af termisk behandling. Derfor er det muligt at vurdere samspillet mellem massetabet, O/C-H/C ratio, varmeværdi, aske komponent reduktion, pH stigning af procesvand og ophobning af furaner i procesvandet. Fordelen ved MAHC-metoden over den konventionelle HTC-reaktor metode er baseret på den termiske ledning via mikrobølger, der trænger ind i hele reaktor volumenet og driver varmen på mikroniveau i stedet for…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne takke Christoph Warth, Michael Russ, Carola Lepski, Julian Tejada og Dr. Rainer Kirchhof for deres tekniske støtte. Undersøgelsen blev finansieret af BMBF (projekt BiCoLim-bio-Brændstibles Limpios) under tilskuds nummeret 01DN16036.

Materials

5MS non-polar cloumn	Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA	TraceGOLD SQC	GCMS
9µm polyvinylalcohol particle column	Methrom AG, Filderstadt, Germany	Metrosep A Supp 4 -250/4.0	Ion chromatography
argon	Westfalen AG, Münster, Germany	UN 1006	ICP-OES
calorimeter	IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany	C6000	higher and lower heating value
centrifuge	Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Germany	Rotofix 32 A
centrifuge mill	Retsch Technology GmbH, Haan, Germany	ZM 200
ceramic dishes	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany	XX83.1	Ash content
cutting mill	Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Germany	pulverisette 19
D(+) Glucose	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany	X997.1	higher and lower heating value
elemental analyzer	elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany	varioMACRO cube	elemental analysis
exicator	DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Germany	DURAN DN300	Ash content
GC-MS system	Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA	Trace 1300	GCMS
hydrochloric acid	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany	HN53.3	ICP-OES
ICP OES	Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Germany	Spectro Blue-EOP- TI	ICP-OES
Ion chromatograph	Methrom GmbH&Co.KG, Filderstadt, Germany	833 Basic IC plus	Ion chromatography
kiln dryer	Schellinger KG, Weingarten, Germany
kiln dryer	Schellinger KG, Weingarten, Germany		Ash content
mesh filter paper	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany	L874.1	ICP-OES
microwave oven	Anton Paar GmbH, Graz, Austria	Multiwave Go
muffel furnance	Carbolite Gero GmbH &Co.KG, Neuhausen, Germany	AAF 1100	Ash content
nitric acid	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany	4989.1	ICP-OES
oxygen	Westfalen AG, Münster, Germany	UN 1072	higher and lower heating value
pH-meter	ylem Analytics Germany Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,Germany	pH 3310	pH
sample bag	IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany	C12a	higher and lower heating value
Standard Laboratory Vessels and Instruments
standard samples	Bernd Kraft GmbH, Duisburg, Germany		ICP-OES
sulfonamite	elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany	SLBS4782	elemental analysis
teflon reaction vessels	Anton Paar, Austria	HVT50
teflon reaction vessels	Anton Paar, Austria	HVT50	ICP-OES
tin foil	elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany	S12.01-0032	elemental analysis
tungstenVIoxide	elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany	11.02-0024	elemental analysis
twice deionized water	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany
twice deionized water	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany		higher and lower heating value
twice deionized water	Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany		ICP-OES

References

Li, C., Zhao, Z. K., Cai, H., Wang, A., Zhang, T. Microwave-promoted conversion of concentrated fructose into 5-hydroxymethylfurfural in ionic liquids in the absence of catalysts. Biomass and Bioenergy. 35 (5), 2013-2017 (2011).
Möller, M., Harnisch, F., Schröder, U. Microwave-assisted hydrothermal degradation of fructose and glucose in subcritical water. Biomass and Bioenergy. 39, 389-398 (2012).
Guiotoku, M., Rambo, C. R., Hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. 63 (30), 2707-2709 (2009).
Guiotoku, M., Rambo, C. R., hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. (63), 2707-2709 (2009).
Kannan, S., Gariepy, Y., Raghavan, G. S. V. Optimization and characterization of hydrochar produced from microwave hydrothermal cabonization of fish waste. Waste Management. , 159-168 (2017).
Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted and conventional hydrothermal carbonization of lignocellulosic waste material: Comparison of the chemical and structural properties of the hydrochars. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 118, 1-8 (2016).
Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of rapeseed husk: A strategy for improving its solid fuel properties. Fuel Processing Technology. 149, 305-312 (2016).
Chen, W. -. H., Ye, S. -. C., Sheen, H. -. K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresource technology. 118, 195-203 (2012).
Nizamuddin, S., et al. Upgradation of chemical, fuel, thermal, and structural properties of rice husk through microwave-assisted hydrothermal carbonization. Environmental science and pollution research international. 25 (18), 17529-17539 (2018).
Nizamuddin, S., et al. An overview of microwave hydrothermal carbonization and microwave pyrolysis of biomass. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 17 (4), 813-837 (2018).
Dallinger, D., Kappe, C. O. Microwave-assisted synthesis in water as solvent. Chemical reviews. 107 (6), 2563-2591 (2007).
Qi, X., Watanabe, M., Aida, T. M., Smith, J. R. L. Catalytic dehydration of fructose into 5-hydroxymethylfurfural by ion-exchange resin in mixed-aqueous system by microwave heating. Green Chemistry. 10 (7), 799 (2008).
Nüchter, M., Ondruschka, B., Bonrath, W., Gum, A. Microwave assisted synthesis – a critical technology overview. Green Chem. 6 (3), 128-141 (2004).
Schanche, J. -. S. Microwave synthesis solutions from personal chemistry. Molecular Diversity. 7 (2-4), 291-298 (2003).
Kappe, C. O. Controlled microwave heating in modern organic synthesis. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43 (46), 6250-6284 (2004).
Gronnow, M. J., White, R. J., Clark, J. H., Macquarrie, D. J. Energy Efficiency in Chemical Reactions: A Comparative Study of Different Reaction Techniques. Organic Process Research & Development. 9 (4), 516-518 (2005).
Kruse, A., Dahmen, N. Hydrothermal biomass conversion: Quo vadis?. The Journal of Supercritical Fluids. 134, 114-123 (2018).
Reza, M. T., et al. Hydrothermal Carbonization of Biomass for Energy and Crop Production. Applied Bioenergy. 1 (1), (2014).
Libra, J. A., et al. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels. 2 (1), 71-106 (2011).
Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization of loblolly pine: reaction chemistry and water balance. Biomass Conversion and Biorefinery. 4 (4), 311-321 (2014).
Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 4 (2), 160-177 (2010).
Kruse, A., Funke, A., Titirici, M. -. M. Hydrothermal conversion of biomass to fuels and energetic materials. Current opinion in chemical biology. 17 (3), 515-521 (2013).
Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics. Biomass and Bioenergy. 49, 86-94 (2013).
Zhang, D., et al. Comparison study on fuel properties of hydrochars produced from corn stalk and corn stalk digestate. Energy. 165, 527-536 (2018).
Huang, Y. -. B., Yang, Z., Dai, J. -. J., Guo, Q. -. X., Fu, Y. Production of high quality fuels from lignocellulose-derived chemicals: a convenient C-C bond formation of furfural, 5-methylfurfural and aromatic aldehyde. RSC Advances. 2 (30), 11211 (2012).
Van de Vyver, S., Geboers, J., Jacobs, P. A., Sels, B. F. Recent Advances in the Catalytic Conversion of Cellulose. ChemCatChem. 3 (1), 82-94 (2011).
Delidovich, I., Leonhard, K., Palkovits, R. Cellulose and hemicellulose valorisation: an integrated challenge of catalysis and reaction engineering. Energy & Environmental Science. 7 (9), 2803 (2014).
Sevilla, M., Fuertes, A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose. Carbon. 47 (9), 2281-2289 (2009).
Yao, Z., Ma, X. Characteristics of co-hydrothermal carbonization on polyvinyl chloride wastes with bamboo. Bioresource technology. 247, 302-309 (2018).
Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. (4), 160-177 (2010).
Liu, Z., Balasubramanian, R. Upgrading of waste biomass by hydrothermal carbonization (HTC) and low temperature pyrolysis (LTP): A comparative evaluation. Applied Energy. 114, 857-864 (2014).
Khalsa, J., Döhling, F., Berger, F. Foliage and Grass as Fuel Pellets-Small Scale Combustion of Washed and Mechanically Leached Biomass. Energies. 9 (5), 361 (2016).
Saddawi, A., Jones, J. M., Williams, A., Le Coeur, C. Commodity Fuels from Biomass through Pretreatment and Torrefaction: Effects of Mineral Content on Torrefied Fuel Characteristics and Quality. Energy & Fuels. 26 (11), 6466-6474 (2012).
Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. . Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. , (2016).
Fengel, D., Wegener, G. . Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , (1989).
Obernberger, I., Thek, G. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour. Biomass and Bioenergy. 27 (6), 653-669 (2004).
Kenney, W. A., Sennerby-Forsse, L., Layton, P. A review of biomass quality research relevant to the use of poplar and willow for energy conversion. Biomass. 21 (3), 163-188 (1990).
Tharakan, P. J., Volk, T. A., Abrahamson, L. P., White, E. H. Energy feedstock characteristics of willow and hybrid poplar clones at harvest age. Biomass and Bioenergy. 25 (6), 571-580 (2003).
Liu, Z., Quek, A., Balasubramanian, R. Preparation and characterization of fuel pellets from woody biomass, agro-residues and their corresponding hydrochars. Applied Energy. , 1315-1322 (2014).
Technischen Komitee ISO/TC 238. . "Solid biofuels" und Technisches Komitee CEN/TC 335 "Biogene Festbrennstoffe" Solid biofuels – Determination of calorific value (ISO 18125:2017); German version EN ISO 18125:2017. , (2017).
Kambo, H. S., Dutta, A. A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 45, 359-378 (2015).
Knappe, V., et al. Low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) reduces combustion emission precursors in short rotation coppice willow wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 134, 162-166 (2018).
Liu, Z., Quek, A., Kent Hoekman, S., Balasubramanian, R. Production of solid biochar fuel from waste biomass by hydrothermal carbonization. Fuel. 103, 943-949 (2013).
Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Zielinska, B., Felix, L. Hydrothermal carbonization (HTC) of selected woody and herbaceous biomass feedstocks. Biomass Conversion and Biorefinery. 3 (2), 113-126 (2013).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citer Cet Article

Knappe, V., Paczkowski, S., Robles, L. A. D., Gonzales, A., Pelz, S. Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization. J. Vis. Exp. (147), e58970, doi:10.3791/58970 (2019).