ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS
A method for determining a composite indicator of the energy and economic efficiency of biomass thermochemical conversion pyrolysis-gasification systems is proposed. The method is implemented as a scoring model based on the weighted-sum approach, with score normalization of the evaluation criteria a...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/645 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1870287621352062976 |
|---|---|
| author | Chetveryk, H. Omarov , I. |
| author_facet | Chetveryk, H. Omarov , I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "H. Chetveryk",
"institution": "Інститут відновлюваної енергетики НАН України, м. Київ, Україна"
},
{
"author": "I. Omarov ",
"institution": "Інститут відновлюваної енергетики НАН України, м. Київ, Україна"
}
] |
| author_sort | Chetveryk, H. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-09T12:14:07Z |
| description | A method for determining a composite indicator of the energy and economic efficiency of biomass thermochemical conversion pyrolysis-gasification systems is proposed. The method is implemented as a scoring model based on the weighted-sum approach, with score normalization of the evaluation criteria and consideration of the nonlinear effects of system design and process parameters, thereby ensuring accurate ranking and adaptability to variations in biomass properties. The following parameters were selected for the comparison of pyrolysis-gasification units: electrical and thermal power output of the unit; fuel moisture content; total and specific fuel consumption for the process; lower heating value (LHV) of the synthesis gas (syngas) and gas production capacity of the unit; and specific capital cost of the unit. The priority values and weighting coefficients required for calculations using the developed model were substantiated, and the validity of the adopted expert judgments regarding the parameter values of pyrolysis-gasification units and their weighting coefficients was verified. The energy-economic efficiency of existing biomass-to-syngas pyrolysis-gasification units intended for renewable-energy-based power generation systems was evaluated. It was established that the highest efficiency is achieved by multistage, high-capacity units with an electrical power output exceeding 500 kWel, employing advanced biomass-to-syngas conversion technologies that combine a floating fixed-bed or a dense fixed-bed fuel layer with hybrid pyrolysis. Methods of power generation based on biomass energy and solar energy were also analyzed. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2026.2(85).431-452 |
| first_indexed | 2026-07-10T01:01:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
431
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
УДК 66.097:662.756 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.2(85).431-452
ЕНЕРГО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПІРОЛІЗНО-ГАЗИФІКАЦІЙНИХ УСТАНОВОК
Отримано 08 трав. 2026 р.; рекомендовано до публікації 26 чер. 2026 р.
Доступно онлайн 30 чер. 2026 р.
Четверик Г. О.1, Омаров І. С.2
Автор для кореспонденції: Четверик Геннадій,
e-mail: biomassa@ukr.net
Анотація. Наведено метод визначення інтегрального по-
казника енерго-економічної ефективності піролізно-гази-
фікаційних установок термохімічної конверсії біомаси, що
відзначається реалізацією у вигляді скорингової моделі на основі методу зважених сум з бальною
нормалізацією оцінюваних критеріїв та урахуванням нелінійного впливу конструкційно-технологіч-
них параметрів установок, чим забезпечує точність ранжування та адаптивність до змінних вла-
стивостей біомаси. Вибрано параметри для порівняння піролізно-газифікаційних установок, а саме:
електрична і теплова потужності установки; вологість палива; загальна і питома витрати па-
лива на процес; нижча теплота згоряння синтез-газу та продуктивність установки за газом; пи-
тома вартість установки. Обґрунтовані значення пріоритетів та вагових коефіцієнтів, необхід-
них для проведення розрахунків за розробленою моделлю, а також перевірено правомірність
прийнятих експертних суджень щодо значень параметрів піролізаційно-газифікаційних установок
та їх зважених коефіцієнтів. Оцінено енерго-економічну ефективність відомих існуючих піролізно-
газифікаційних установок конверсії біомаси в синтез-газ для систем електрогенерації на основі від-
новлюваних джерел енергії. Встановлено, що найвищої ефективності досягають багатостадійні
високопродуктивні установки електричною потужністю понад 500 кВтел зі складними технологі-
ями переробки біомаси на синтез-газ, які поєднують плаваючий нерухомий шар палива або щільний
нерухомий шар палива з гібридним піролізом. Проаналізовано методи електрогенерації на основі
енергії біомаси та сонячної енергії.
Ключові слова: біомаса; деревні пелети; піроліз; газифікація; піролізно-газифікаційна установка; соня-
чна електростанція; електрогенерація; скорингова модель; відновлювані джерела енергії.
Вступ. У класичному одностадійному газогенераторі від-
сутня чітка межа між основними стадіями процесу, що
унеможливлює здійснення контролю й оптимізації кож-
ної з них окремо. Взаємодія летких продуктів піролізу з
твердим коксовим залишком призводить до його дезак-
тивації, погіршуючи реакційну здатність у подальшій га-
зифікації. Уникнути цього можна розділенням процесів
піролізу й газифікації на окремі керовані стадії з подаль-
шою їх інтеграцією в єдиний багатостадійний процес. Це
дасть змогу підвищити ступінь конверсії вуглецю коксо-
вого залишку, зменшити вміст смол і механічних
домішок, підвищити HHV газу і процесу загалом.
У роботі [1] запропоновано два підходи до реалізації
зазначеного. Перший підхід передбачає інтеграцію
стадій піролізу та газифікації в багатостадійний процес,
де різні стадії можуть або реалізовуватися послідовно в
різних зонах, або поєднуватися в одному газифікаторі з
відокремленими зонами піролізу і газифікації. Другий –
розміщення установок термохімічної конверсії поблизу
джерел біомаси.
Стратегія розташування установок піролізу та газогене-
ратора в різних місцях розроблена в межах концепції
Bioliq (Німеччина) [2]. Продукти піролізу, вироблені на
кількох піролізних установках, встановлених поблизу
джерел сировини, транспортуються до центральної га-
зогенераторної установки для подальшої газифікації і
синтезу біопалива. Ключовою перевагою є економічна
привабливість транспортування продуктів вищої енер-
гетичної щільності порівняно з вихідною сировиною.
Наприклад, енергетична щільність рослинної і деревної
біомаси становить 2 і 8 ГДж/м3, відповідно, тоді як сус-
пензії біоолії з коксовим залишком або змеленим кок-
совим залишком з вмістом твердої фази 5–20 %мас ма-
ють об’ємну енергетичну щільність 21–23 ГДж/м3 [3, 4].
Технологічний цикл роботи установки складається з та-
ких основних стадій: швидкий піроліз біомаси при
500 С і виробництво з продуктів піролізу суспензії на ос-
нові біоолії та змеленого коксового залишку; високо-
температурна (1200 С) газифікація суспензії киснем у
прямотечійному газогенераторі за тиску 40 і 80 бар (теп-
лова потужність 5 МВт); високотемпературна (800 С)
фільтрація синтез-газу від домішок; виробництво біопа-
лива. Недоліком другого підходу є значна варіативність
складу суспензії з різних видів біомаси, що негативно
впливає на рівномірність газифікації.
1 канд. техн. наук
http://orcid.org/0000-0001-9398-1968
2 аспірант
https://orcid.org/0000-0001-9449-853X
1, 2 Інститут відновлюваної енергетики
НАН України, м. Київ, Україна
432
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
Багатостадійний підхід дає змогу зонально, у межах од-
ного реактора, розділити піроліз і газифікацію з отри-
манням високоякісного синтез-газу з мінімальним
вмістом смол і механічних домішок. Ефективність в
цьому разі є вищою порівняно з розміщенням установок
термохімічної конверсії поблизу джерел біомаси. При-
кладами багатостадійних систем є газогенератори:
FLETGAS (університет Севільї) [5]; Viking (Данський тех-
нічний університет) [6]; низькотемпературний реактор з
циркулюючим шаром (Технічний університет Чалмерса)
[7]. За дослідженнями [5] внаслідок термічної пере-
робки тріски берези в двостадійному газогенераторі по-
тужністю 75 кВт, з розділенням процесів піролізу і га-
зифікації коксового залишку в окремих реакторах
газогенератора отримано безсмольний синтез-газ
(вміст смол 15 мг/нм3). Температура в зоні піролізу
була 1100–1200 С, а максимально зафіксована –
1270 С. Ефективність системи (газогенератор – ДВЗ
DEUTZ – електрогенератор) сягала близько 25 %. Багато-
стадійні процеси, у порівнянні з одностадійними, забез-
печують вищий ступінь конверсії коксового залишку. Ви-
нятком є потокові газогенератори. Однак, попри те, що
вони є одностадійними з простими за конструкцією ре-
акторами, вони потребують підведення значної кіль-
кості окисника в зону реакцій і вищих капітальних вкла-
день.
Аналіз робіт [2–10] свідчить, що багатостадійна газифі-
кація дає змгу шляхом зонального відокремлення про-
цесів піролізу і газифікації в межах одного реактора оп-
тимізувати умови перебігу термохімічних перетворень,
підвищити ступінь конверсії вуглецю й забезпечити ви-
робництво синтез-газу з підвищеним вмістом горючих
компонентів.
Постановка завдання. Мета роботи – порівняти піролі-
зно-газифікаційні установки за енерго-економічною
ефективністю конверсії біомаси в синтез-газ для систем
електрогенерації на основі відновлюваних джерел ене-
ргії. Для досягнення поставленої мети необхідно вико-
нати такі завдання: 1) розробити метод визначення ін-
тегрального показника енерго-економічної
ефективності піролізно-газифікаційних установок тер-
мохімічної конверсії біомаси і перевірити правомірність
прийнятих експертних суджень щодо значень парамет-
рів піролізаційно-газифікаційних установок та їх зваже-
них коефіцієнтів; 2) оцінити енерго-економічну ефекти-
вність установок конверсії біомаси в синтез-газ для
систем електрогенерації на основі відновлюваних дже-
рел енергії; 3) виконати аналіз методів електрогенерації
на основі енергії біомаси та сонячної енергії.
Виклад основного матеріалу
Розробка методу визначення інтегрального показника
енерго-економічної ефективності піролізно-га-
зифікаційних установок термохімічної конверсії біо-
маси
Виконаємо порівняльний аналіз багатостадійних уста-
новок газифікації біомаси за техніко-економічними й
енергетичними показниками для встановлення доціль-
ності їх використання у складі систем електрогенерації
на основі відновлюваних джерел енергії.
Для порівняння різних установок газифікації біомаси візь-
мемо за основу відому скорингову математичну модель,
яку часто використовують для прогнозування у фінансо-
вому секторі. Сутність цієї моделі описана в роботі [11], і
вона полягає в тому, що фінансова установа намагається
з’ясувати ймовірність того, що позичальник поверне
вчасно кредитні кошти. Для цього розглядають кілька ха-
рактеристик позичальника, яким ставлять у відповідність
числові значення згідно з пріоритетом характеристик за
накопиченої бази даних стосовно минулого досвіду з по-
зичальниками та зважені коефіцієнти для цих характери-
стик. Внаслідок моделювання отримуємо ймовірність за-
значеної події для конкретного позичальника.
Вихідні дані піролізно-газифікаційних установок. Для
порівняння вибрано установки промислового та лабо-
раторного типу з різною електричною потужністю (в
діапазоні від 10 до 750 кВт) виробництва Бельгії
(Xylowatt NOTAR 750), Чехії (GP750, GP200), Австрії
(SynCraft CW1800-500, Cleanstgas 125, Urbas Mallnitz,
Urbas Pöllau), Німеччини (Burkhardt V5.90S, ECO 495,
Burkhardt V5.90S, ECO 220, Spanner Re2 НКА70, Spanner
Re2 НКА50), Китаю (GSL), США (Power Pallet – PP30) та
Бразилії (NEST, UNIFEI). Особливістю цих установок є те,
що процеси піролізу і газифікації протікають в одному
газогенераторі з просторовим розділенням реакційних
зон. У табл. 1 наведено вихідні дані піролізно-га-
зифікаційних установок згідно з технічною документа-
цією до установок.
Порівняння здійснювалося за такими восьма парамет-
рами: електрична (
.ел устN ) і теплова (
.т устQ ) потужності
установки; вологість (W ); загальна ( m ) і питома (
прm )
витрати палива на процес; нижча теплота згорання син-
тез-газу ( p
HQ ) та продуктивність установки за газом (
.с газV
); питома вартість установки (
питC ).
Розрахунок відсутніх даних піролізно-газифікаційних
установок. Для тог, щоб забезпечити методичну
цілісність аналізу та виконати коректне багатокри-
теріальне ранжування установок у межах єдиної оціноч-
ної моделі, ті дані зазначених вище параметрів, що були
відсутні в технічній документації до установок визна-
чали розрахунковим методом.
Теплову потужність палива визначали
· ( )
,
3,6
пал
Н
пал
m Q W
Q = (1)
де
палQ – теплова потужність палива, що відповідає
енергетичному вмісту палива, яке надходить до газоге-
нератора за одиницю часу, кВт; m – витрата палива,
кг/год; W – вологість палива на робочу масу, %;
( )пал
НQ W – нижча теплота згоряння палива за вологості
W , МДж/кг; 3,6 – коефіцієнт переведення МДж/год у
кВт.
433
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
Таблиця 1. Вихідні дані піролізно-газифікаційних установок та дані, розраховані за (1) – (7)
Теплову потужність установки визначали
.
.
·
,
ел уст теп
т уст
ел
N
Q
= (2)
де
.т устQ – теплова потужність установки, кВт;
.ел устN –
електрична потужність установки, кВт;
ел – електрич-
ний ККД установки;
теп – тепловий ККД установки.
Найменування установки (виро-
бник, країна)
.ел устN ,
кВт
.т устQ ,
кВт
m ,
кг/год
прm
кг/кВтел
W ,
%
.с газV ,
м3/год
p
HQ ,
МДж/м3
Спит ,
євро/кВт
([14, 15])
Xylowatt Notar 750 (Xylowatt SA,
Бельгія),
ел = 0,375,
теп = 0,6
[12]
750 1200 650 0,87 до 10 % 1287 5,5 5348
GP750 (у складі ТЕЦ BOR
Biotechnology CHP, Чехія),
ел =
0,36,
теп = 0,49 [13]
710 1500 556 0,78 10 % 1250 5,7 6290
SynCraft CW1800-500 (Syncraft
Automation GmbH, Австрія)
ел =
0,285,
теп = 0,44 [16].
500 740 757 1,51 до 50 % 870 6,45 6290
Burkhardt V5.90S, ECO 495
(Burkhardt GmbH, Німеччина),
ел = 0,3,
теп = 0,455 [17].
330 485 240 0,73 до 10 % 475 6,25 7427
Cleanstgas 125 (KWB-Kraft und
Wärme aus Biomasse GmbH та
Ebner Industrieofenbau GmbH,
Австрія),
ел = 0,25,
теп = 0,45
[18]
250 441 287 1,15 до 10 % 568 5,4 8300
Urbas Mallnitz (URBAS
Maschinenfabrik GesmbH, Ав-
стрія),
ел = 0,28,
теп = 0,58 [19,
20]
250 520 255 0,9 до 18 % 406 4,2 8300
GP200 (TARPO Ltd, Чехія) [21] 200 370 156 0,78 10 % 309 4,8 9075
GSL (Nanjing Forestry University,
Китай),
ел = 0,19,
теп = 0,47
[22].
190 477 250 1,32 до 12 % 484 5,25 9263
Urbas Pöllau (URBAS
Maschinenfabrik GesmbH, Ав-
стрія),
ел = 0,28,
теп = 0,5 [12].
180 320 162 0,9 до 18 % 292 4,8 9465
Burkhardt V5.90S, ECO 220
(Burkhardt GmbH, Німеччина),
ел = 0,3,
теп = 0,455 [17].
160 240 120 0,75 до 10 % 238 6,05 9922
Spanner Re2 НКА70 (GmbH,
Німеччина),
ел = 0,3,
теп = 0,63
[23].
68 144 55,1 0,81 до 10 % 109 5,58 3950
Spanner Re2 НКА50 (GmbH,
Німеччина),
ел = 0,28,
теп =
0,61 [24].
49 106 41,9 0,86 до 10 % 83 5,58 4400
Power Pallet – PP30 (All Power
Labs, США),
ел = 0,23,
теп =
0,46, двз.= 0,33 [25].
25 40 20 0,8 до 10 % 40 5,46 2000
Excellence Group in Thermal
Power and Distributed Generation
(NEST), Бразилія,
ел = 0,3,
теп =
0,45 [26].
10 22 12 1,2 15 % 22,5 4,53 2500
434
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
Значення
ел і
теп , наведені в табл. 1, встановлені для
роботи установок на біомасі вологістю 10 %. У разі ро-
боти установки на біомасі вищої вологості значення ККД
перераховували.
Якщо в технічній документації задано продуктивність
установки за синтез-газом і його хімічний склад або теп-
лоту згоряння, то теплову потужність установки визна-
чали за таким рівнянням
.
. .
· ·
,
3,6
p
с газ H теп
т уст
V Q
Q
= (3)
де
.с газV – продуктивність установки за синтез-газом,
м3/год; p
HQ – нижча теплота згоряння газу,
МДж/м3.Нижчу теплоту згоряння газу визначали, вихо-
дячи з його хімічного складу
2 2 4 4 2 4 2 4 2 6 2 6· · · ·
,
100%
p CO CO H H CH CH C H C H C H C H
H
Q С Q С Q С Q С Q С
Q
+ + + +
= (4)
де
COС ,
2HС ,
4CHС ,
2 4C HС ,
2 6C HС – об’ємна концентра-
ція компонентів газу СО, Н2, СН4, С2Н4, С2Н6, відповідно,
у синтез-газі, %;
COQ ,
2HQ ,
4CHQ ,
2 4C HQ ,
2 6C HQ , – нижча
теплота згоряння компонентів газу СО, Н2, СН4, С2Н4 та
С2Н6, відповідно, МДж/м3.
Якщо, навпаки, задано теплову потужність установки і
продуктивність за газом, то нижчу теплоту згоряння син-
тез-газу визначали з рівняння
( ).
.
3,6 ·
,
· ·
ел т устp
H
теп двз с газ
Q
Q
V
= (5)
де
двз – електричний ККД газового двигуна внутрішнь-
ого згорання, прийнято рівним 0,4.
Продуктивність установки за синтез-газом визначали за
залежністю
( ) .
. .1 · ,пит табл
с газ с газV m W V= − (6)
де (1 W− ) – масова частка сухої речовини у паливі;
.
.
пит табл
с газV – питомий вихід синтез-газу на кілограм сухої
речовини, м3 (для установок з нерухомим щільним ша-
ром палива .
.
пит табл
с газV для деревини становить 2,2–2,5
м3/кг) [27, 28].
Питому вартість газогенераторних установок (для жод-
ної з установок цей параметр не було зазначено в тех-
нічній документації виробників) визначено методом пи-
томих капітальних витрат на одиницю встановленої
електричної потужності [13, 14]
( ) ,/)(
4,0
.... елетелетпителпит NNCNC = (7)
де Спит(Nел) – питомі капітальні витрати на установку по-
тужністю Nел, євро/кВтел; Сет. – питомі капітальні витрати
на еталонну установку, євро/кВтел (Спит.ет.=8657
євро/кВт для установки Nел.ет=225 кВт) [15]; Nел.ет. – пот-
ужність еталонної установки, кВтел.; Nел – потужність
оцінюваної установки, кВтел.; 0,4 – показник ступеня для
розрахунку питомих капітальних витрат.
Таким чином, використавши залежності (1) – (7) було
визначено ті дані зазначених вище параметрів, що були
відсутні в технічній документації до установок (див.
табл. 1).
Визначення пріоритетів та вагових коефіцієнтів
оцінюваних параметрів. Порівняльний аналіз газогене-
раторних установок безперервної дії за критерієм
енерго-економічної ефективності виконано за методи-
кою [29]. Ранжування порівнюваних установок
здійснено за приведеним показником енерго-економіч-
ної ефективності
прb для кожної установки вибірки.
Найефективнішою є установка, для якої
прb → max. До-
сліджувані установки оцінювалися за сукупністю восьми
параметрів.
Введемо функцію нормування для відображення
відносного відхилення фактичного значення параметра
від найгіршого значення у вибірці
min
max min
max
max min
,
,
i i
збільш
i i
i
i i
зменш
i i
y y
i d
y y
b
y y
i d
y y
−
−
=
−
−
, (8)
де ib
~
[1, 10] – нормоване відхилення і-го параметра
від найгіршого значення у вибірці;
збільшd = b1, b2, b6,
b7 – множина параметрів, зростання яких підвищує
енерго-економічну ефективність установки;
зменшd = b3,
b4, b5, b8 – множина параметрів, зростання яких знижує
енерго-економічну ефективність установки;
iy – фак-
тичне значення і-го параметра; min
iy – мінімальне зна-
чення і-го параметра у виборці; max
iy – максимальне
значення і-го параметра у виборці; і = 1, 2, …, 8 – поряд-
ковий номер параметра.
Нормовану бальну оцінку і-го параметра визначимо за
залежністю:
ii bb
~
·91+= , (9)
де
ib [1, 10]. Найкращому параметру установки при-
своюється найвищий бал bі = 10 ( ib
~
= 1), а найгіршому –
найнижчий бал
ib = 1 ( ib
~
= 0).
Вагові коефіцієнти повинні задовольняти умову
8
1
1i
i
a
=
= , (10)
435
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
де 0ia – ваговий коефіцієнт i-го параметра, частка
одиниці.
Ваговий коефіцієнт визначали за залежністю
8
1
,i
i
j
j
p
a
p
=
=
(11)
де
ip – пріоритетність і-го критерію.
Авторами цього дослідження на основі даних щодо тех-
нічних та економічних характеристик піролізаційно-га-
зифікаційних установок, наведених у технічній
документації до установок [169-184], було встановлено
пріоритетність параметрів у такому порядку:
1 2 4 5 7 3 6 8b b b b b b b b . (12)
За шкалою від одиниці до восьми залежно від технічної
та техніко-економічної значущості кожному параметру
присвоюється числове значення пріоритету
ip . Зна-
чення пріоритетів
ip наведено в табл. 2. При цьому
сума пріоритетів усіх параметрів
=
8
1j
jp = 36. Значення
вагових коефіцієнтів обчислено за залежністю (11) і
наведено в табл. 2.
Таблиця 2. Значення пріоритетів та вагових коефіцієнтів оцінюваних параметрів
Оцінюваний параметр установки
Бальний показ-
ник, бали
Пріоритет і-го
критерію рі
Ваговий
коефіцієнт аі
Електрична потужність, кВт b1 8 0,2222
Теплова потужність, кВт b2 7 0,1944
Витрата палива, кг/год b3 3 0,0833
Питома витрата палива, кг/кВтел b4 6 0,1667
Допустима вологість палива, % b5 5 0,1389
Продуктивність за газом, м3/год b6 2 0,0556
Нижча теплота згоряння газу, МДж/м3 b7 4 0,1111
Питома вартість установки, євро/кВт b8 1 0,0278
Приведений показник енерго-економічної ефективності
виразимо через ваговий коефіцієнт і-го параметра та
його нормовану бальну оцінку
8 8
1 1
· 1 9 ·пр i i i
i i
b a b a b
= =
= = + , (13)
де
прb – приведений показник енерго-економічної
ефективності, бали.
Коефіцієнт енерго-економічної ефективності установки
визначимо як
8
1
1 9 ·
10 10
i
пр i
a b
b
K =
+
= =
, (14)
де K – коефіцієнт енерго-економічної ефективності уста-
новки, K[0,1; 1,0]. Максимально можливе значення прb
може бути 10 у разі, якщо K→;, це означає, що установка
наближається до теоретичного «ідеалу».
Оцінка енерго-економічної ефективності піролізно-га-
зифікаційних установок конверсії біомаси в синтез-газ
для систем електрогенерації на основі ВДЕ
Підставивши вихідні дані, отримали значення бальних
оцінок за залежностями (8) та (9), приведеного показ-
ника енерго-економічної ефективності за залежністю
(14) та коефіцієнта енерго-економічної ефективності
установок за залежностями (13) та (11), які наведено в
табл. 3.
Як видно з отриманих результатів, найвищої ефектив-
ності досягають багатостадійні високопродуктивні уста-
новки електричною потужністю понад 500 кВтел зі
складними технологіями переробки біомаси на синтез-
газ, які поєднують плаваючий нерухомий шар палива
(SynCraft CW1800-500, Xylowatt NOTAR 750) або щільний
нерухомий шар палива (GP750) з гібридним піролізом.
Технологічно гібридний піроліз поєднує щонайменше
дві зони – алотермічну і автотермічну. Це дає змогу ви-
робляти безсмольний синтез-газ з теплотою згорання
понад 5,5 МДж/м3, проте потребує дотримання вимог
щодо гранулометричного складу, вологості (до 10 %) і
однорідності шару палива. Винятком є установка
SynCraft CW1800-500, яка працює на деревній трісці во-
логістю до 50 %. Недоліком використання таких устано-
вок у системах децентралізованої електрогенерації на
основі ВДЕ є потреба в суттєвих капітальних витратах
(питома вартість сягає 5348–6290 євро/кВт), наявності
сировинної бази з річним споживанням на рівні понад
3–5 тис. т/рік та розвиненої логістичної інфраструктури.
Це суттєво обмежує можливість їх застосування в умо-
вах невеликих громад і розосередженої забудови.
436
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
Таблиця 3. Результати розрахунків для піролізно-газифікаційних установок
Для установок потужністю 100 кВтел показник ефектив-
ності є низьким (0,29–0,43). Проте і конструкційно, і тех-
нологічно саме установки цього типу є перспективою до
включення їх у локальні автономні системи електроге-
нерації на основі ВДЕ для об’єктів з низьким енергоспо-
живанням. Такі установки мають вищу за середній
діапазон вибірки (1,2–1,3) питому витрату палива на ви-
робництво електроенергії, а теплота згоряння синтез-
газу становить лише 4–5 МДж/м3, що свідчить про по-
требу їх конструкційного удосконалення.
Загалом усі аналізовані установки характеризуються
ефективністю на низькому рівні 0,29–0,73. Це обумо-
влює потребу в розробці / удосконаленні технологій
термохімічної конверсії біомаси в синтез-газ та тех-
нічних рішень щодо ефективної роботи установок на па-
ливі вологістю 30–40 % з виробництвом калорійного
безсмольного синтез-газу в значних обсягах.
Перевірка узгодженості експертних суджень. Вико-
наємо перевірку узгодженості експертних суджень ме-
тодом аналізу ієрархій [30]. Побудуємо матрицю попар-
них порівнянь
88
= ijaA , де aij відображає відносну
перевагу і-го параметра над j-м за шкалою Т. Сааті, де aij
= pi/pj округлене до найближчого цілого значення
шкали, а ajі = 1/aij.
Індекс узгодженості визначимо за такою залежністю
max
1
n
CI
n
−
=
−
, (15)
де СІ – індекс узгодженості; max – максимальне власне
число матриці А попарних порівнянь; n – кількість пара-
метрів (розмірність матриці), n = 8.
Максимальне власне число max матриці А визначали за
такою залежністю
( )
=
=
n
i i
iA
n 1
max
·1
, (16)
де (A·)i – і-й елемент вектора-стовпця, отриманий мно-
женням матриці А на вектор пріоритетів .
( )
=
=
n
j
jiji aA
1
·· , (17)
де – вектор пріоритетів розміром 8 1, елементи
якого і визначали як середнє арифметичне за рядками
нормованої матриці
=
=
n
j
iji a
n 1
1
, де
1
ij
ij n
kj
k
a
a
a
=
=
. (18)
Власні числа матриці А визначали за такою залежністю
Найменування установки b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
b8 bпр
K
Xylowatt Notar 750 3,19 8,17 2,29 8,4 1 10 6,2 6,2 6,96 0,7
GP750 3,07 10 3,43 9,36 1 9,74 7 5,13 7,5 0,75
SynCraft CW1800-500 2,82 5,37 1 1 10 7,04 10 5,13 5,87 0,59
Burkhardt V5.90S, ECO 495 1,71 3,82 7,25 10 1 4,22 9,2 3,84 5,6 0,56
Cleanstgas 125 1,47 3,55 6,68 5,19 1 4,89 5,8 2,84 4,12 0,41
Urbas Mallnitz 1,18 4,03 7,43 8,02 2,8 3,73 1 2,84 4,4 0,44
GP200 1 3,12 8,26 9,4 1 3,04 3,4 1,96 4,34 0,43
GSL 10 3,78 7,13 3,26 1,45 4,29 5,2 1,75 3,65 0,37
Urbas Pöllau 9,51 2,82 8,19 8,02 2,8 2,92 3,4 1,52 4,22 0,42
Burkhardt V5.90S, ECO 220 6,96 2,33 8,7 9,74 1 2,53 8,4 1 4,67 0,47
Spanner Re2 НКА70 4,89 1,74 9,48 9,05 1 1,62 6,52 7,79 4,19 0,42
Spanner Re2 НКА50 3,92 1,51 9,64 8,54 1 1,43 6,52 7,27 3,99 0,4
Power Pallet – PP30 3,92 1,11 9,9 9,17 1 1,12 6,04 10 3,98 0,4
NEST 3,31 1 10 4,6 2,13 1 2,32 9,43 2,89 0,29
437
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
·( )i
і
i
A
= . (19)
Абсолютне відхилення вагового коефіцієнта аі від
пріоритету і, визначеного методом ієрархій
ііа −= , (20)
де ai – ваговий коефіцієнт; і – елемент вектора пріори-
тетів, отриманий методом аналізу ієрархій.
Для ідеально узгодженої матриці це відношення дорів-
нює n для всіх і.
Коефіцієнт узгодженості визначимо як
CI
CR
RI
= , (21)
де RI = 1,41 – випадковий індекс для n = 8.
Отже, елементи вектора пріоритетів визначили за за-
лежністю (18), елементи добутку матриці А на вектор
пріоритетів визначили за залежністю (17), власні числа
матриці А визначали за залежністю (19), максимальне
значення визначали за залежністю (16), результати об-
числень наведені в табл. 4.
Таблиця 4. Результати перевірки узгодженості
методом аналізу ієрархій
Б
ал
ьн
и
й
п
о
к
аз
н
и
к
і (A·)i і = (A·)i/і iia −=
b1 0,2224 1,801 8,1103 0,0002
b2 0,1834 1,488 8,1107 0,011
b3 0,0818 0,662 8,0984 0,0016
b4 0,1657 1,344 8,1104 0,001
b5 0,1414 1,143 8,0883 0,0025
b6 0,0617 0,5 8,1019 0,0061
b7 0,1163 0,942 8,0981 0,0052
b8 0,0277 0,225 8,1040 0
Всього 1,0 - max = 8,103 =
max
0,011
Оскільки CR = 0,01 0,1 (граничне значення коефіцієнта
узгодженості за Т. Сааті [30]), то матриця попарних
порівнянь є узгодженою. Максимальне відхилення між
аі і і становить 0,011 і є несуттєвим.
Залежності (8) – (14) пов’язують показник енерго-еко-
номічної ефективності установок багатостадійної га-
зифікації біомаси з нерухомим шаром палива з техніко-
економічними й енергетичними параметрами шляхом
поєднання методу зважених сум, нормування та баль-
ної оцінки критеріїв, що забезпечує порівнюваність різ-
них технологій конверсії біомаси в синтез-газ щодо
можливості їх використання в системах електрогене-
рації на основі ВДЕ.
Методи електрогенерації на основі енергії біомаси та
сонячної енергії
Основною метою систем електрогенерації на основі
ВДЕ є стабільне виробництво електроенергії з огляду на
стохастичний характер її генерації. У науковій літературі
найбільш представленими є системи електрогенерації,
які поєднують енергію біомаси, вітрову та/або сонячну
енергію, зокрема системи малої (до 10 кВт) та середньої
(10 кВт – 1 МВт) потужності. Поєднання ВДЕ в єдиній
енергетичній системі не лише компенсує нерів-
номірність виробництва енергії, а й дає змогу покривати
споживчий попит у будь-який момент часу за рахунок
інтеграції з традиційними джерелами енергії.
З методів термохімічної конверсії біомаси на високо-
якісний газ (суміш Н2, СО і СН4) з одночасним зменшен-
ням кількості побічних продуктів (смоли, мінеральні
домішки) є піроліз та газифікація з використанням со-
нячної енергії [31, 32]. Зазначені процеси є ендо-
термічними [8], проте шляхом газифікації досягається
вищий вміст горючих компонентів у загальному об’ємі
виробленого синтез-газу (82–90 %) ніж шляхом піролізу
(63–74 %).
Автотермічна газифікація передбачає спалювання ча-
стини палива (понад 30 %) для забезпечення ендо-
термічних реакцій енергією. Отже, вироблений синтез-
газ має низьке співвідношення Н2/СО, високий вміст СО2
та низьку HHV. На противагу зазначеному, системи елек-
трогенерації на основі ВДЕ потрібну на процес га-
зифікації біомаси енергію забезпечують сонячним ви-
промінюванням [33]. У роботах авторів [34, 35]
зазначено, що використання енергії Сонця є ефек-
тивнішим за автотермічну газифікацію за рахунок кіль-
кох факторів: вище питоме виробництво газу за відсут-
ності необхідності спалювати частину біомаси на
енергетичні потреби процесу; об’єм і HHV виробленого
синтез-газу є вищими; сонячне випромінювання дає
змогу забезпечувати швидкою енергією реакційну зону
установки, сприяючи інтенсивному перебігу реакцій та
утворенню меншої кількості небажаних побічних про-
дуктів. Також використання систем електрогенерації на
основі ВДЕ, що містять газогенераторні установки, є
ефективним шляхом акумулювання нерівномірного в
часі сонячного випромінювання у вигляді хімічної
енергії газу, який можна зберігати і транспортувати [36].
Вирішальну роль у досягненні високої енергоефектив-
ності системи електрогенерації на основі ВДЕ з со-
нячними електростанціями та газогенераторами
відіграє конструкція газогенератора. Вища ефективність
перетворення енергії Сонця на хімічну енергію газу дає
змогу зменшити розміри СЕС за незмінних обсягів виро-
бництва синтез-газу меншої собівартості.
Залежно від способу підведення сонячної енергії реак-
тори установок поділяють на: а) прямого опромінення,
коли біомаса безпосередньо нагрівається сонячними
438
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
променями; б) непрямого опромінення, коли сонячне
випромінювання нагріває проміжний теплоносій, від
якого тепло передається біомасі [37]. Реактори прямого
опромінення забезпечують високі температури в реак-
ційних зонах (1000–1500 С), сприяючи інтенсивному
перебігу тепло- і масообмінних процесів. Проте кон-
струкція такого реактора передбачає наявність про-
зорого люка для прямого надходження сонячного ви-
промінювання в зону реакцій. Під час газифікації люки
зазвичай втрачають світлопроникність через забруд-
нення конденсованими газами, смолами, частинками
палива, а за високих температур і тисків можуть стати
концентраторами механічних напружень, що веде до
виходу з ладу всього реактора. Застосування реакторів
непрямого опромінення дає змогу уникнути цих про-
блем, проте вони мають нижчу, порівняно з реакторами
прямого опромінення, ефективність теплопередачі. До
проміжних теплоносіїв також висуваються жорсткі ви-
моги щодо стійкості до термічних і хімічних впливів,
здатності поглинати сонячне випромінювання, тепло-
провідності тощо [33].
На практиці для оснащення систем електрогенерації на
основі ВДЕ широко застосовують такі газогенератори: з
нерухомим щільним шаром палива (протитечійні, пря-
мотечійні й поперечнотечійні); з псевдозрідженим ша-
ром (бульбашковим, циркулюючим); потоковий
(entrained-flow) [38].
Газогенератори з нерухомим щільним шаром палива
були першими установками, які почали використо-
вувати в системах електрогенерації на основі ВДЕ. Кон-
струкційно надходження сонячного випромінювання в
реакційну зону з вуглецевмісною сировиною може за-
безпечуватися як через прозорий люк [8], так і через
проміжний теплоносій (випромінювальну пластину)
[39]. Головна перевага – здатність термічно розкладати
попередньо необроблену вуглецевмісну сировину
різного гранулометричного і хімічного складу за раху-
нок тривалого перебування реагентів у зоні реакцій.
Проте масштабування таких установок до промислового
рівня ускладнене значними температурними
градієнтами у шарі палива великої товщини.
Дослідження процесу парової газифікації різної біомаси
у двозонному газогенераторі непрямого опромінення
потужністю 5 кВт з розділенням верхньої (поглинач
радіації) і нижньої (шар палива) зон графітовою пласти-
ною, покритою карбідом кремнію, забезпечили ефек-
тивність перетворення сонячної енергії на хімічну
енергію газу на рівні 17,3–29 %. Під час нагрівання щіль-
ного шару біомаси мав місце процес піролізу, про що
свідчило утворення вищих газоподібних вуглеводнів і
рідких смол. Отримано якісний синтез-газ з молярним
співвідношенням Н2/СО = 1,5 та СО2/СО = 0,2 з HHV,
вищою за теплотворну здатність вихідної сировини на
30 % [40].
У роботі [8] у реакторі прямого опромінення потужністю
7 кВтел досліджено процеси піролізу і газифікації водо-
ростей, соломи пшениці та осаду стічних вод.
Порівняння вказаних процесів показало, що газифікація
забезпечує вищий вміст СО та Н2 у загальному об’ємі
синтез-газу (склад: СО, Н2, СН4 і СО2) порівняно з
піролізом, проте саме піроліз сприяє утворенню вищих
газоподібних вуглеводнів, які підвищують енергетичну
цінність газу.
Завдяки безперервному перемішуванню частинок па-
лива реактори з псевдозрідженим шаром забезпечують
більш тісний контакт між твердою та газовою фазами,
рівномірний розподіл температури в шарі та вищу інтен-
сивність тепло- та масопереносу порівняно з нерухомим
шаром.
У роботі [41] досліджено кінетику процесу парової га-
зифікації палива в кварцовому трубчастому реакторі з
псевдозрідженим шаром прямого опромінення. За тем-
ператур понад 1400 К отримано високоякісний синтез-
газ, вміст СО та Н2 в якому був однаковим, а вміст СО2
був меншим за 5 %. Зазначено, що використання соняч-
ної енергії запобігає викиду парникових газів, підвищує
HHV газу, який не містить домішок продуктів згоряння.
Обґрунтування технології СО2-газифікації вугле-
цевмісної сировини та конструкційних параметрів реак-
торів з бульбашковим псевдозрідженим шаром пря-
мого опромінення наведено в роботах [42, 43]. У період
2002–2010 років автори багаторазовим удосконален-
ням конструкції реактора змогли підвищити ККД пере-
творення сонячної енергії на хімічну енергію газу з 8 до
14 %.
У роботі [44] методом чисельного моделювання до-
сліджено процес парової газифікації стічних вод у реак-
торі з циркулюючим псевдозрідженим шаром непря-
мого опромінення. Змодельовано роботу реактора при
підведенні сонячної енергії потужністю 2,2 МВт. Отри-
мано вміст водню в газі в межах 61,2–67,6 г/кг осаду.
Доведено, що вихід Н2 можна регулювати вмістом пари
в агенті газифікації та щільністю потоку сонячної
радіації. За прямої інсоляції 1000 Вт/м2, у зоні щільної
фази псевдозрідженого шару, коефіцієнт енергетичного
збагачення збільшився до 1,0 а ефективність перетво-
рення сонячної енергії на хімічну енергію газу сягнула
26 %.
Потокові газогенератори переважно працюють за схе-
мою непрямого сонячного опромінення. Конструкцією
передбачено наявність порожнинної ємності з прозо-
рим люком, у середині якої розташовано трубчасті по-
глиначі. Під час термічного розкладання частинки па-
лива всередині трубок взаємодіють з агентом
газифікації. Найвідоміші прототипи вказаних реакторів:
порожнинний циліндричної форми 180 мм з п’ятьма
трубками-поглиначами 254 мм [45]; порожнинний
циліндричної форми 50 мм з трубкою з карбіду
кремнію 25 мм [46]. Однотрубний реактор не набув
подальшого застосування через низьку ефективність пе-
ретворення сонячної енергії нав хімічну (1,53 %). Така
ефективність була обумовлена малою швидкістю подачі
деревного вугілля і невисоким ступенем конверсії ву-
глецю, що призвело до використання менше 1 %
439
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
підведеної на процес газифікації сонячної енергії. Під
час виробничих випробувань багатотрубного реактора
вдалося досягти ступеня конверсії біомаси на рівні
58,4 %.
Таким чином, на основі виконаного аналізу методів
електрогенерації на основі енергії біомаси та сонячної
енергії можна зробити висновок, що поєднання енергії
біомаси та сонячної енергії дає змогу використовувати
сонячне випромінювання на забезпечення теплових по-
треб процесів піролізу і газифікації, зменшуючи витрати
біомаси на підтримування ендотермічних реакцій. Про-
цеси термохімічної конверсії біомаси дають змогу пере-
творювати нерівномірну в часі сонячну енергію на
хімічну енергію біопалива. Ефективність систем елек-
трогенерації на основі ВДЕ істотно залежить від кон-
струкції газифікаційної (піролізної) установки та її узгод-
женої роботи з сонячною електростанцією.
Висновки
1. Розроблено метод визначення інтегрального показ-
ника енерго-економічної ефективності піролізно-га-
зифікаційних установок термохімічної конверсії біо-
маси, що відзначається реалізацією у вигляді
скорингової моделі на основі методу зважених сум з
бальною нормалізацією оцінюваних критеріїв та
урахуванням нелінійного впливу конструкційно-тех-
нологічних параметрів установок, чим забезпечує
точність ранжування та адаптивність до змінних вла-
стивостей біомаси. Перевірено, що матриця попар-
них порівнянь експертних суджень є узгодженою,
що свідчить про правомірність прийнятих експерт-
них суджень щодо значень параметрів піроліза-
ційно-газифікаційних установок та їх зважених коефі-
цієнтів.
2. Оцінено енерго-економічну ефективність піролізно-
газифікаційних установок конверсії біомаси в синтез-
газ для систем електрогенерації на основі відновлю-
ваних джерел енергії та встановлено, що найвищої
ефективності досягають багатостадійні високопро-
дуктивні установки електричною потужністю понад
500 кВтел зі складними технологіями переробки біо-
маси на синтез-газ, які поєднують плаваючий неру-
хомий шар палива або щільний нерухомий шар па-
лива з гібридним піролізом. Технологічно гібридний
піроліз поєднує щонайменше дві зони – алотермічну
і автотермічну. Це дає змогу виробляти безсмольний
синтез-газ з теплотою згорання понад 5,5 МДж/м3,
проте потребує дотримання вимог щодо грануломе-
тричного складу, вологості (до 10 %) і однорідності
шару палива; загалом усі аналізовані установки хара-
ктеризуються ефективністю на низькому рівні 0,29–
0,73. Це обумовлює потребу в розробці / удоскона-
ленні технологій термохімічної конверсії біомаси в
синтез-газ і технічних рішень щодо ефективної ро-
боти установок на паливі вологістю 30–40 % з вироб-
ництвом калорійного безсмольного синтез-газу в
значних обсягах.
3. Проаналізовано методи електрогенерації на основі
енергії біомаси та сонячної енергії. Зазначено, що по-
єднання енергії біомаси та сонячної енергії дає змогу
використовувати сонячне випромінювання на забез-
печення теплових потреб процесів піролізу і газифі-
кації, зменшуючи витрати біомаси на підтримування
ендотермічних реакцій. Це збільшує об’ємне вироб-
ництво синтез-газу і покращує його якісний склад
шляхом підвищення вмісту таких горючих компоне-
нтів як H2, СО і СН4. Своєю чергою процеси термохі-
мічної конверсії біомаси дають змогу перетворювати
нерівномірну в часі сонячну енергію на хімічну енер-
гію біопалива, яке є придатними до зберігання і по-
дальшого використання у виробництві енергії. Ефек-
тивність систем електрогенерації на основі ВДЕ
істотно залежить від конструкції газифікаційної (пі-
ролізної) установки та її узгодженої роботи з соняч-
ною електростанцією, що обумовлює потребу їх ком-
плексної оптимізації ще на етапі проєктування.
ПОСИЛАННЯ:
1. Gómez-Barea A., Ollero P., Leckner B. Optimization of
char and tar conversion in fluidized bed biomass
gasifiers. Fuel. 2013. Vol. 103. P. 42–52. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.04.042
2. Bridgwater A. V. Review of fast pyrolysis of biomass
and product upgrading. Biomass and Bioenergy. 2012.
Vol. 38. P. 68–94. DOI:
10.1016/j.biombioe.2011.01.048
3. Trinh T. N., Jensen P. A., Dam-Johansen K.,
Knudsen N. O., Sørensen H. R., Szabo P. Properties of
slurries made of fast pyrolysis oil and char or beech
wood. Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 61. P. 227–
235. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.12.018
4. Czernik S., Bridgwater A. V. Overview of applications of
biomass fast pyrolysis oil. Energy & Fuels. 2004. Vol.
18, No. 2. P. 590–598.
https://doi.org/10.1021/ef034067u
5. Nilsson S., Gómez-Barea A., Fuentes-Cano D., Ollero P.
Gasification of biomass and waste in a staged fluidized
bed gasifier: Modeling and comparison with one-stage
units. Fuel. 2012. Vol. 97. P. 730–740.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.023
6. Henriksen U., Ahrenfeldt J., Jensen T. K., Gøbel B.,
Bentzen J. D., Hindsgaul C., Sørensen L. H. The design,
construction and operation of a 75 kW two-stage
gasifier. Energy. 2006. Vol. 31, No. 10–11. P. 1542–
1553. https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.05.031
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.04.042
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.12.018
https://doi.org/10.1021/ef034067u
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.023
https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.05.031
440
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
7. Gómez-Barea A., Leckner B., Villanueva Perales A.,
Nilsson S., Fuentes Cano D. Improving the performance
of fluidized bed biomass/waste gasifiers for distributed
electricity: A new three-stage gasification system.
Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 50, No. 2. P.
1453–1462.
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.025
8. Arribas L., Arconada N., González-Fernández C.,
Löhrl C., González-Aguilar J., Kaltschmitt M.,
Romero M. Solar-driven pyrolysis and gasification of
low-grade carbonaceous materials. International
Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, No. 19. P.
13598–13606.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.026
9. Рохман Б. Б., Кобзар С. Г., Четверик Г. О. Дослі-
дження кінетики процесу піролізу біомаси у фіксо-
ваному шарі. 2. Аналіз результатів розрахунку тер-
мічного розкладання різних сортів твердого палива.
Енерготехнології та ресурсозбереження. 2024. № 2.
Р. 96–109. https://doi.org/10.33070/etars.2.2024.07
10. Рохман Б. Б., Кобзар С. Г., Четверик Г. О., Сен-
чук М. П. Конструктивні особливості дослідної уста-
новки та числові дослідження процесу термохіміч-
ної переробки біомаси. Частина 4. Результати
розрахунків електро-нагрівачів і процесу газифікації
коксозольного залишку. Відновлювана енергетика.
2025. № 1. Р. 133–147.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80).133-
147
11. Диха М. В., Мороз В. С. Економетрія: навчальний
посібник. К. : «Центр учбової літератури», 2016. 206
с.
12. Hrbek J. Status Report on Thermal Gasification of
Biomass and Waste 2021. Annex 1. IEA Bioenergy Task
33. 2022. URL: https://task33.ieabioenergy.com/wp-
content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-
final.pdf (дата звернення: 21.03.2025)
13. Brynda J., Skoblia S., Pohořelý M. et al. Wood chips
gasification in a fixed-bed multi-stage gasifier for
decentralized high-efficiency CHP and biochar
production: Long-term commercial operation. Fuel.
2020. Vol. 281. 118637. DOI:
10.1016/j.fuel.2020.118637
14. IRENA. Biomass for Power Generation. Renewable
Energy Technologies: Cost Analysis Series. Vol. 1:
Power Sector, Issue 1/5. Abu Dhabi: IRENA, 2012. 60 p.
URL: https://www.irena.org/-
/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Tec
hnologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf (дата звер-
нення: 21.03.2025)
15. Menin L., Paolillo A., Piazzi S. et al. Biomass Derived
Combined Heat and Power from Decentralized Small-
Scale Gasification: Updated Cost Conditions for the
Italian Mountain Context and Competitiveness in
Future Energy Markets. Waste and Biomass
Valorization. 2025. Vol. 16. P. 4009–4025. DOI:
10.1007/s12649-025-02948-3
16. Syncraft Engineering GmbH. SYNCRAFT Holzkraftwerk
CW1800-500 : технічні характеристики. syncraft.at.
URL: https://www.syncraft.at/en/system-
types/typ500/ (дата звернення: 21.03.2025)
17. Burkhardt GmbH. Vor Markteinführung:
Hackschnitzelvergaser V5.90S von BURKHARDT :
Pressemitteilung. Firmenpresse.de. 2023. URL:
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-
markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-
burkhardt.html (дата звернення: 21.05.2024)
18. Timmerer H. Dezentrale Holzgas-Kraft-Wärme-
Kopplung auf Basis des CLEANSTGAS-Verfahrens: пре-
зентація / CLEANSTGAS GmbH. St. Margarethen /
Raab, 2012. URL:
https://www.heizungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGA
S.pdf (дата звернення: 21.03.2025)
19. URBAS Maschinenfabrik GesmbH. Wood Gas CHP – the
Innovation: Electrical and Thermal Energy from Wood :
каталог продукції. Völkermarkt, 2018. URL:
https://www.urbas.at/wp-
content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.we
b_WF.PDF-en.pdf (дата звернення: 21.03.2025)
20. Urbas P. Operating Experience Small Scale Gasification
– CHP. IEA Bioenergy Task 33 Workshop: Small Scale
Gasification for CHP. Innsbruck, 3 May 2017. P. 8. URL:
https://task33.ieabioenergy.com/wp-
content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-
2.pdf (дата звернення: 21.03.2025)
21. Brynda J., Skoblia S., Pohořelý M., Beňo Z. Application
of staged biomass gasification for combined heat and
power production. Proc. Central European Biomass
Conference. Graz, 2016. URL:
https://www.researchgate.net/publication/311725125
(дата звернення: 21.03.2025)
22. Ma Z., Zhang Y., Zhang Q., Qu Y., Zhou J., Qin H. Design
and experimental investigation of a 190 kWe biomass
fixed bed gasification and polygeneration pilot plant
using a double air stage downdraft approach. Energy.
2012. Vol. 46, № 1. P. 140–147. DOI:
10.1016/j.energy.2012.09.008
23. Spanner Re2 GmbH. HKA 70: Decentralized Biomass
Power Plant. re2.energy. 2024. URL:
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-70-
gasifier (дата звернення: 21.05.2025)
24. Spanner Re² GmbH. Technical data HKA 50:
Decentralized Biomass CHP. re2.energy. 2024. URL:
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-
gasifier (дата звернення: 21.05.2025)
25. All Power Labs. PP30 25 kW Power Pallet.
allpowerlabs.com. 2026. URL:
https://www.allpowerlabs.com/pp30-power-pallet
(дата звернення: 21.05.2025).
26. Martínez J. D., Silva Lora E. E., Andrade R. V., Lesme
Jaén R. Experimental study on biomass gasification in a
double air stage downdraft reactor. Biomass and
Bioenergy. 2011. Vol. 35, № 8. P. 3465–3480.
DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.04.049
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.025
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.026
https://etars-journal.org/index.php/index
https://doi.org/10.33070/etars.2.2024.07
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80).133-147
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80).133-147
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://www.syncraft.at/en/system-types/typ500/
https://www.syncraft.at/en/system-types/typ500/
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.heizungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGAS.pdf
https://www.heizungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGAS.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
https://www.researchgate.net/publication/311725125
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-70-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-70-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-gasifier
https://www.allpowerlabs.com/pp30-power-pallet
441
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
27. Basu P. Biomass Gasification, Pyrolysis and
Torrefaction: Practical Design and Theory. 2nd ed.
Academic Press, 2013. 548 p. ISBN 978-0-12-396488-5
28. Knoef H. A. M. Handbook Biomass Gasification.
Enschede : BTG Biomass Technology Group, 2005.
378 p.
29. Омаров І. С. Обґрунтування параметрів і режимів
нагрівання піролізно-газифікаційної установки з ін-
тегрованими процесами очищення і збагачення си-
нтез-газу. Відновлювана енергетика. 2026. № 1(84).
С. 345–378. DOI: 10.36296/1819-8058.2026.1(84).345-
378
30. Saaty T. L. How to make a decision: The analytic
hierarchy process. European Journal of Operational
Research. 1990. Vol. 48, Issue 1. P. 9–26. DOI:
10.1016/0377-2217(90)90057-I
31. Maitlo G., Ali I., Mangi K. H., Ali S., Maitlo H. A.,
Unar I. N., Pirzada A. M. Thermochemical Conversion
of Biomass for Syngas Production: Current Status and
Future Trends. Sustainability. 2022. Vol. 14. P. 2596.
DOI: 10.3390/su14052596
32. Alhijazi A. A. K., Almasri R. A., Alloush A. F. A Hybrid
Renewable Energy (Solar/Wind/Biomass) and Multi-
Use System Principles, Types, and Applications: A
Review. Sustainability 2023, 15, 16803.
https://doi.org/ 10.3390/su152416803
33. Kruesi M., Jovanovic Z. R., Steinfeld A. A two-zone
solar-driven gasifier concept: Reactor design and
experimental evaluation with bagasse particles. Fuel.
2014. Vol. 117. P. 680–687.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.011
34. Müller F., Poživil P., van Eyk P. J., Villarrazo A., Haueter P.,
Wieckert C., et al. A pressurized high-flux solar reactor
for the efficient thermochemical gasification of
carbonaceous feedstock. Fuel. 2017. Vol. 193. P. 432–
443. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.036
35. Muroyama A. P., Guscetti I., Schiebert G. L.,
Haussener S., Loutzenhiser P. G. Design and
demonstration of a prototype 1.5 kWth hybrid
solar/autothermal steam gasifier. Fuel. 2018. Vol. 211.
P. 331–340.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.059
36. Piatkowski N., Wieckert C., Weimer A. W., Steinfeld A.
Solar-driven gasification of carbonaceous feedstock. A
review. Energy & Environmental Science. 2011. Vol. 4,
No. 1. P. 73–82. https://doi.org/10.1039/C0EE00312C
37. Xu D., Gu X., Dai Y. Concentrating solar assisted
biomass-to-fuel conversion through gasification: A
review. Frontiers in Energy Research. 2023. Vol. 10.
1029477. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1029477
38. Sikarwar V. S., Zhao M., Clough P., Yao J., Zhong X.,
Memon M. Z., Shah N., Anthon E. J., Fennell P. S. An
overview of advances in biomass gasification. Energy &
Environmental Science. 2016. Vol. 9, No. 10. P. 2939–
2977. https://doi.org/10.1039/C6EE00935B
39. Müller F., Patel H., Blumenthal D., Poživil P., Das P.,
Wieckert C., Maiti P., Maiti S., Steinfeld A. Co-
production of syngas and potassium-based fertilizer by
solar-driven thermochemical conversion of crop
residues. Fuel Processing Technology. 2018. Vol. 171.
P. 89–99.
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.08.006
40. Piatkowski N., Wieckert C., Steinfeld A. Experimental
investigation of a packed-bed solar reactor for the
steam-gasification of carbonaceous feedstocks. Fuel
Processing Technology. 2009. Vol. 90, No. 3. P. 360–
366. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.10.007
41. Müller R., Zedtwitz P. v., Wokaun A., Steinfeld A.
Kinetic investigation on steam gasification of charcoal
under direct high-flux irradiation. Chemical
Engineering Science. 2003. Vol. 58, No. 22. P. 5111–
5119. https://doi.org/10.1016/j.ces.2003.08.018
42. Kodama T., Kondoh Y., Tamagawa T., Funatoh A.,
Shimizu K. I., Kitayama Y. Fluidized bed coal gasification
with CO2 under direct irradiation with concentrated
visible light. Energy & Fuels. 2002. Vol. 16, No. 5. P.
1264–1270. https://doi.org/10.1021/ef020053x
43. Kodama T., Gokon N., Enomoto S., Itoh S.,
Hatamaichi T. Coal coke gasification in a windowed
solar chemical reactor for beam-down optics. Journal
of Solar Energy Engineering. 2010. Vol. 132, No. 4.
021008. https://doi.org/10.1115/1.4002081
44. Li X., Shen Y., Wei L., He C., Lapkin A. A., Lipiński W., et
al. Hydrogen production of solar-driven steam
gasification of sewage sludge in an indirectly irradiated
fluidized-bed reactor. Applied Energy. 2020. Vol. 261.
114229.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114229
45. Lichty P., Perkins C., Woodruff B., Bingham C.,
Weimer A. Rapid high temperature solar thermal
biomass gasification in a prototype cavity reactor.
Journal of Solar Energy Engineering. 2010. Vol. 132,
No. 1. 011012. https://doi.org/10.1115/1.4000356
46. Melchior T., Perkins C., Lichty P., Weimer A. W.,
Steinfeld A. Solar-driven biochar gasification in a
particle-flow reactor. Chemical Engineering and
Processing: Process Intensification. 2009. Vol. 48,
No. 8. P. 1279–1287.
https://doi.org/10.1016/j.cep.2009.05.006
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.011
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.036
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.059
https://doi.org/10.1039/C0EE00312C
https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1029477
https://doi.org/10.1039/C6EE00935B
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.08.006
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.10.007
https://doi.org/10.1016/j.ces.2003.08.018
https://doi.org/10.1021/ef020053x
https://doi.org/10.1115/1.4002081
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114229
https://doi.org/10.1115/1.4000356
https://doi.org/10.1016/j.cep.2009.05.006
442
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
UDK 66.097:662.756 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.1(84).431-452
ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS
Received May 08, 2026; accepted Jun. 26, 2026
Available online June. 30, 2026
Chetveryk H.1, Omarov I.2
Author for correspondence: Chetveryk Hennadiy,
e-mail: biomassa@ukr.net
Abstract. A method for determining a composite indicator of the
energy and economic efficiency of biomass thermochemical con-
version pyrolysis-gasification systems is proposed. The method is
implemented as a scoring model based on the weighted-sum approach, with score normalization of the evaluation
criteria and consideration of the nonlinear effects of system design and process parameters, thereby ensuring
accurate ranking and adaptability to variations in biomass properties. The following parameters were selected for
the comparison of pyrolysis-gasification units: electrical and thermal power output of the unit; fuel moisture con-
tent; total and specific fuel consumption for the process; lower heating value (LHV) of the synthesis gas (syngas)
and gas production capacity of the unit; and specific capital cost of the unit. The priority values and weighting
coefficients required for calculations using the developed model were substantiated, and the validity of the
adopted expert judgments regarding the parameter values of pyrolysis-gasification units and their weighting co-
efficients was verified. The energy-economic efficiency of existing biomass-to-syngas pyrolysis-gasification units
intended for renewable-energy-based power generation systems was evaluated. It was established that the high-
est efficiency is achieved by multistage, high-capacity units with an electrical power output exceeding 500 kWel,
employing advanced biomass-to-syngas conversion technologies that combine a floating fixed-bed or a dense
fixed-bed fuel layer with hybrid pyrolysis. Methods of power generation based on biomass energy and solar energy
were also analyzed.
Keywords: biomass; wood pellets; pyrolysis; gasification; pyrolysis-gasification unit; solar power plant; power
generation; scoring model; renewable energy sources.
Introduction. In a conventional single-stage gasifier, no dis-
tinct boundary exists between the principal stages of the
process, which makes it impossible to independently mon-
itor and optimize each stage. The interaction of volatile py-
rolysis products with the solid char residue leads to its de-
activation, thereby reducing its reactivity during
subsequent gasification. This limitation can be overcome by
separating the pyrolysis and gasification processes into in-
dividual controllable stages and subsequently integrating
them into a unified multistage process. Such an approach
enables an increased carbon conversion rate of the char
residue, a reduction of the tar content and particulate im-
purities, and an improvement in both the higher heating
value (HHV) of the product gas and the overall process per-
formance.
In study [1], two approaches were proposed to address this
issue. The first approach involves integrating the pyrolysis
and gasification stages into a multistage process, in which
the individual stages may either be implemented sequen-
tially in separate reaction zones or combined within a single
gasifier featuring distinct pyrolysis and gasification zones.
The second approach is to place thermochemical conver-
sion facilities in close proximity to biomass resources.
The strategy of placing pyrolysis units and the gasification
plant at separate sites was developed within the framework
of the Bioliq concept (Germany) [2]. Pyrolysis products gen-
erated at multiple pyrolysis facilities located near biomass
feedstock sources are transported to a centralized gasifica-
tion plant for subsequent gasification and biofuel synthesis.
The key advantage of this approach lies in the economic at-
tractiveness of transporting products with a higher energy
density compared to the original biomass feedstock. For ex-
ample, the energy densities of herbaceous and woody bio-
mass are approximately 2 and 8 GJ/m³, respectively, whereas
bio-oil slurries containing char or milled char at a solids con-
tent of 5–20 wt.% exhibit volumetric energy densities of 21–
23 GJ/m³ [3, 4]. The process configuration comprised the fol-
lowing main stages: fast pyrolysis of biomass at 500 °C and
production of a slurry based on bio-oil and milled char; high-
temperature (1200 °C) oxygen-blown entrained-flow gasifi-
cation of the slurry at pressures of 40 and 80 bar (thermal
capacity of 5 MW); high-temperature (800 °C) filtration of
syngas to remove impurities; and biofuel production. A
drawback of the second approach is the substantial
1 PhD in Engineering Sciences
http://orcid.org/ 0000-0001-9398-1968
2 PhD Student
https://orcid.org/0000-0001-9449-853Х
1,2 Institute of Renewable Energy of the
NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine;
443
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
variability in the composition of slurries derived from differ-
ent biomass feedstock, which adversely affects gasification
uniformity and process stability.
The multistage approach makes it possible to separate the
pyrolysis and gasification stages within a single reactor by
means of zonal process organization, enabling the produc-
tion of high-quality syngas with minimal tar and particulate
contents. In this case, the process efficiency is higher than
that achieved by the strategy of locating thermochemical
conversion facilities near biomass feedstock sources. Exam-
ples of multistage systems include the FLETGAS gasifier
(University of Seville) [5], the Viking gasifier (Technical Uni-
versity of Denmark) [6], and the Low-Temperature Circulat-
ing Fluidized Bed (LT-CFB) gasifier developed at Chalmers
University of Technology [7]. According to the study re-
ported in [5], thermochemical conversion of birch wood
chips in a 75 kW two-stage gasifier, where the pyrolysis and
char gasification processes were carried out in separate re-
actor sections, resulted in the production of virtually tar-
free syngas (tar content ≤ 15 mg/Nm³). The temperature in
the pyrolysis zone ranged from 1100 to 1200 °C, while the
maximum recorded temperature reached 1270 °C. The
overall efficiency of the system (gasifier-DEUTZ internal
combustion engine-electric generator) was approximately
25%. Compared with single-stage systems, multistage pro-
cesses generally provide a higher degree of char conver-
sion. An exception is represented by entrained-flow gasifi-
ers. Although these systems are single-stage and employ
relatively simple reactor designs, they require the supply of
substantial amounts of oxidizing agent to the reaction zone
and involve higher capital investment costs.
Analysis of studies [2–10] demonstrates that multistage
gasification enables optimization of thermochemical con-
version conditions through the zonal separation of pyroly-
sis and gasification processes within a single reactor,
thereby increasing carbon conversion and promoting the
production of syngas enriched in combustible components.
Problem statement. The objective of this study is to com-
pare pyrolysis-gasification systems in terms of the energy
and economic efficiency of biomass-to-syngas conversion
for renewable-energy-based power generation systems. To
achieve this objective, the following tasks must be ad-
dressed: (1) to develop a method for determining a compo-
site indicator of the energy and economic efficiency of py-
rolysis-gasification systems for biomass thermochemical
conversion and to verify the validity of the adopted expert
judgments regarding the parameter values of the pyrolysis-
gasification systems and their weights(2) to assess the en-
ergy and economic efficiency of biomass-to-syngas conver-
sion systems for renewable-energy-based power genera-
tion; and (3) to analyze power generation methods based
on biomass and solar energy.
Main Material
Development of a method for determining a composite in-
dicator of the energy and economic efficiency of pyrolysis-
gasification systems for biomass thermochemical conver-
sion
A comparative analysis of multistage biomass gasification
systems was conducted based on their technical, economic,
and energy performance indicators in order to assess the
feasibility of their application in renewable-energy-based
power generation systems.
To compare different biomass gasification systems, a well-
established scoring model, widely used for forecasting in
the financial sector, was adopted as the methodological ba-
sis. The essence of this model, described in [11], is that a
financial institution seeks to determine the probability that
a borrower will repay a loan on time. To this end, a set of
borrower characteristics is considered, with numerical
scores assigned according to the relative importance of the
characteristics, based on accumulated historical data from
previous lending experience. Weights are then assigned to
each characteristic. As a result of the modelling process,
the probability of the specified event occurring for a partic-
ular borrower is obtained.
Input data for the pyrolysis-gasification systems for the
comparative analysis, both industrial-scale and laboratory-
scale systems with different electrical power outputs (rang-
ing from 10 to 750 kW) were selected. The analyzed sys-
tems include units manufactured in Belgium (Xylowatt NO-
TAR 750), the Czech Republic (GP750, GP200), Austria
(SynCraft CW1800-500, Cleanstgas 125, Urbas Mallnitz, Ur-
bas Pöllau), Germany (Burkhardt V5.90S, ECO 495,
Burkhardt V5.90S, ECO 220, Spanner Re2 HKA70, Spanner
Re2 HKA50), China (GSL), the United States (Power Pallet
PP30), and Brazil (NEST, UNIFEI). A distinctive feature of
these systems is that the pyrolysis and gasification pro-
cesses take place within a single gasifier, with spatial sepa-
ration of the respective reaction zones. Table 1 presents
the input data for the selected pyrolysis-gasification sys-
tems based on their technical specifications and manufac-
turers’ documentation.
The comparison was performed using the following eight
parameters: the electrical power output (Nel) and thermal
power output (Qth) of the system; fuel moisture content
(Wp); total fuel consumption (m) and specific fuel consump-
tion (msp) for the process; lower heating value of syngas
(LHVgsynas) and gas production rate of the system (Vsyngas);
and specific capital cost of the system (Csp).
Calculation of missing data for the pyrolysis-gasification
systems. To ensure the methodological consistency of the
analysis and to enable correct multicriteria ranking of the
systems within a unified evaluation model, the values of
the above parameters that were not available in the tech-
nical documentation of the systems were determined by
calculation.
The thermal power of the fuel was determined as follows
( )
,
6.3
)(· p
fuel
fuel
WLHVm
Q = (1)
where Qfuel is the thermal power of the fuel, corresponding
to the energy content of the fuel supplied to the gasifier per
444
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
unit time, kW; m is the fuel consumption rate, kg/h; Wp is
the fuel moisture content on an as-received basis, %; LHVfuel
is the lower heating value of the fuel at moisture content,
MJ/kg; and 3.6 is the conversion factor from MJ/h to kW.
Table 1. Technical specifications of the pyrolysis-gasification systems and parameters calculated from equations (1)–(7)
System
(Manufacturer, Country)
El
ec
tr
ic
a
l p
o
w
er
, N
e
l,
kW
e
l
Th
er
m
al
P
o
w
er
Q
th
, k
W
th
Fu
el
c
o
n
su
m
p
ti
o
n
m
, k
g/
h
Sp
ec
if
ic
f
u
el
c
o
n
su
m
p
ti
o
n
m
sp
, k
g/
kW
el
Fu
el
m
o
is
tu
re
c
o
n
te
n
t
W
p
,
%
Sy
n
ga
s
p
ro
d
u
ct
io
n
r
at
e
V
sy
n
ga
s,
m
3
/h
sL
o
w
er
h
ea
ti
n
g
va
lu
e
o
f
th
e
ga
s,
L
H
V
sy
n
ga
s,
M
J/
m
3
Sp
ec
if
ic
c
a
p
it
al
c
o
st
C
sp
,
EU
R
/k
W
el
[
1
4,
1
5]
Xylowatt NOTAR 750 (Xylowatt SA,
Belgium, el = 0.375, th = 0.6 [12]
750 1200 650 0.87 up to
10%
1287 5.5 5348
GP750 (BOR Biotechnology CHP
Plant, Czech Republic), el = 0.36,
th = 0.49 [13]
710 1500 556 0.78 up to
10%
1250 5.7 6290
SynCraft CW1800-500 (Syncraft
Automation GmbH, Austria), el =
0.285, th = 0.44 [16]
500 740 757 1.51 up to
50%
870 6.45 6290
Burkhardt V5.90S ECO 495
(Burkhardt GmbH, Germany), el =
0.3, th = 0.455 [17]
330 485 240 0.73 up to
10%
475 6.25 7427
Cleanstgas 125 (KWB-Kraft und
Wärme aus Biomasse GmbH and
Ebner Industrieofenbau GmbH,
Austria), el = 0.25, th = 0.45 [18]
250 441 287 1.15 up to
10%
568 5.4 8300
Urbas Mallnitz (URBAS Maschi-
nenfabrik GesmbH, Austria), el =
0.28, th =0.58 [19, 20]
250 520 255 0.9 up to
18%
406 4.2 8300
GP200 (TARPO Ltd, Czech Repub-
lic), el = 0.2, th =0.5 [21]
200 370 156 0.78 up to
10%
309 4.8 9075
GSL (Nanjing Forestry University,
China), el = 0.19, th = 0.47 [22].
190 477 250 1.32 up to
12%
484 5.25 9263
Urbas Pöllau (URBAS Maschi-
nenfabrik GesmbH, Austria), el =
0.28, th = 0.5 [12]
180 320 162 0.9 up to
18%
292 4.8 9465
Burkhardt V5.90S ECO 220
(Burkhardt GmbH, Germany), el =
0.3, th = 0.46 [17].
160 240 120 0.75 up to
10%
238 6.05 9922
Spanner Re2 НКА70 (GmbH, Ger-
many), el =0.3, th = 0.63 [23]
68 144 55.1 0.81 up to
10%
109 5.58 3950
Spanner Re2 НКА50 (GmbH, Ger-
many), el =0.28, th = 0.61 [24]
49 106 41.9 0.86 up to
10%
83 5.58 4400
Power Pallet – PP30 (All Power
Labs, USA), el = 0.23, th = 0.46,
двз.=0.33 [25].
25 40 20 0.8 up to
10%
40 5.46 2000
Excellence Group in Thermal
Power and Distributed Generation
(NEST), Brazil, el = 0.3, th = 0.45
[26].
10 22 12 1.2 up to
15%
22.5 4.53 2500
445
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
The thermal power output of the system was determined
as follows
,/· elthelth NQ = (2)
where Qth is the thermal power output of the system, kW;
Nel is the electrical power output of the system, kW; ηel is
the electrical efficiency of the system; and ηth is the thermal
efficiency of the system. The values of ηel and ηth presented
in Table 1 were specified for operation on biomass with a
moisture content of 10%. For operation on biomass with a
higher moisture content, the efficiency values were recal-
culated.
If the technical documentation provided the syngas pro-
duction rate together with either the syngas composition
or its heating value, the thermal power output of the sys-
tem was determined using the following equation:
( )
,
6.3
·· thgassyn
th
gasLHVV
Q
−
= (3)
where Vsyngas is the syngas production rate, m3/h; and
LHVgsynas is the lower heating value of the syngas, MJ/m3.
The lower heating value of the gas was determined from its
chemical composition using the following equation
,
100
)·74,63·46,59·82,35·79,10·63,12( 624242 НСНССННСО
LHVsyngas
++++
= (4)
where
COС ,
2HС ,
4CHС ,
2 4C HС ,
2 6C HС are the volumetric
concentrations of СО, Н2, СН4, С2Н4, and С2Н6 in the syngas,
respectively, %; and
COQ ,
2HQ ,
4CHQ ,
2 4C HQ ,
2 6C HQ are
the lower heating values of СО, Н2, СН4, С2Н4 та С2Н6, re-
spectively, MJ/m3.
Conversely, if the thermal power output of the system and
the gas production rate were specified, the LHV of the syn-
gas was determined using the following equation
( ) ( ),··/·6.3 syngasICEththelsyngas VQLHV = (5)
where ICE – is the electrical efficiency of the internal com-
bustion gas engine, assumed to be equal to 0.40.
The syngas production rate was determined using the fol-
lowing relationship
( ) ,·1 .tablesp
syngas
P
syngas VWmV −= (6)
where (1 – Wp) is the mass fraction of dry matter in the fuel;
tablesp
syngasV .
is the specific syngas yield per kilogram of dry mat-
ter, m3/kg (for fixed-bed gasifiers, the value of
tablesp
syngasV .
for
wood typically ranges from 2.2 to 2.5 m3/kg) [27, 28].
The specific capital cost of the gasification systems (this pa-
rameter was not specified in the manufacturers' technical
documentation for any of the systems considered) was de-
termined using the method of specific capital expenditures
per unit of installed electrical capacity [13, 14]
( ) ,/)(
4,0
.... elrefelrefspelsp NNCNC = (7)
where Csp(Nel) is the specific capital cost of a system with an
electrical power output Nel, EUR/kWel; Csp.ref. is the specific
capital cost of the reference system, EUR/kWel (Csp.ref. =
8657 EUR/kW for a reference system with Nel.ref. = 225 kW)
[15]; Nel.ref is the electrical power output of the reference
system, kWel; and Nel is the electrical power output of the
system under evaluation, kWel; 0.4 is the power index for
specific capital expenses calculation.
Accordingly, the relationships given by Eqs. (1)–(7) were
used to estimate the values of those parameters that were
not reported in the technical documentation of the ana-
lyzed systems (Table 1).
A comparative analysis of continuous-operation gasifica-
tion systems based on the criterion of energy and economic
efficiency was performed in accordance with the method-
ology described in [29]. The systems under consideration
were ranked using the normalized energy and economic ef-
ficiency indicator bsp, calculated for each system in the sam-
ple. The most efficient system is the one for which
bsp→max. The analyzed systems were evaluated on the ba-
sis of a set of eight parameters.
Let’s introduce the norm function to reflect the relative de-
viation of an actual value from the worst case in a sample.
−
−
−
−
=
t
ii
ii
benefit
ii
ii
i
di
yy
yy
di
yy
yy
b
cosminmax
max
minmax
min
,
,
~
, (8)
where ib
~
[1, 10] is the normalized deviation of the (i)-th
parameter from the worst value in the sample; dbenefit = b1,
b2, b6, b7 is the set of parameters whose increase improves
the energy and economic efficiency of the system; dcost =
b3, b4, b5, b8 is the set of parameters whose increase re-
duces the energy and economic efficiency of the system;
iy
is the actual value of the (i)-th parameter;
min
iy is the mini-
mum value of the (i)-th parameter in the sample;
max
iy is
the maximum value of the (i)-th parameter in the sample; і
= 1, 2, …, 8 – is the ordinal number of the parameter.
The normalized rating score of the (i)-th parameter is de-
termined as follows
ii bb
~
·91+= , (9)
446
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
where
ib [1, 10]. The best value of a parameter is as-
signed the highest score, bі = 10 ( ib
~
= 1), while the worst
value is assigned the lowest score,
ib = 1 ( ib
~
= 0).
The weights must satisfy the following condition
8
1
1i
i
a
=
= , (10)
where 0ia is the weight of the (i)-th parameter, dimen-
sionless (fraction of one).
The weight of the (i)-th parameter was determined using
the following formula
8
1
,i
i
j
j
p
a
p
=
=
(11)
where
ip is the priority of the (i)-th criterion.
Based on an analysis of the technical and economic charac-
teristics of the pyrolysis-gasification systems presented in
the manufacturers’ technical documentation [169–184],
the authors assigned the following priority ranking to the
evaluated parameters
1 2 4 5 7 3 6 8b b b b b b b b . (12)
On a scale from one to eight, each parameter was assigned
a numerical priority value, pi, according to its technical and
techno-economic significance. The priority values, pi are
presented in Table 2. The sum of the priority values for all
parameters was equal to
=
8
1j
jp =36. The weights were cal-
culated using Eq. (11) and are also presented in Table 2.
Table 2. Priority rankings and weights of the evaluated parameters
Evaluated System Parameter Score, points
Priority of the (i)-th
criterion, рі
Weight, аі
Electrical power output, kW b1 8 0.2222
Thermal power output, kW b2 7 0.1944
Fuel consumption rate, kg/h b3 3 0.0833
Specific fuel consumption, kg/kWel b4 6 0.1667
Permissible fuel moisture content, % b5 5 0.1389
Gas production rate, m3/h b6 2 0.0556
Lower heating value of the gas, MJ/m3 b7 4 0.1111
Specific capital cost of the system, EUR/kW b8 1 0.0278
The normalized energy and economic efficiency indica-
tor is expressed through the weight of the (i)-th param-
eter and its normalized score as follows
==
+==
8
1
8
1
~
·91,·
i
i
i
iisp babab , (13)
where bsp – is the normalized energy and economic effi-
ciency indicator, points.
The energy-economic efficiency coefficient of the sys-
tem is determined as follows
10
~
·91
10
8
1
+
==
=i
i
sp
ba
b
K , (14)
where K is the energy-economic efficiency coefficient of
the system, K[0,1; 1,0]. The maximum possible value of
bsp is 10, If K→1, this indicates that the system is ap-
proaching the theoretical “ideal”.
Assessment of the energy-economic efficiency of py-
rolysis-gasification systems for biomass-to-syngas
conversion in renewable energy-based power genera-
tion systems.
Using the input data, the parameter scores were calcu-
lated according to Eqs. (8) and (9), the normalized en-
ergy-economic efficiency indicator according to Eq. (14),
and the energy-economic efficiency coefficient of the
systems according to Eqs. (13) and (11). The calculated
results are presented in Table 3.
As can be seen from the obtained results, the highest
efficiency is achieved by high-capacity multistage sys-
tems with an electrical output exceeding 500 kWel
and employing advanced biomass-to-syngas conver-
sion technologies. These systems combine a floating
fixed fuel bed (SynCraft CW1800-500, Xylowatt NO-
TAR 750) or a dense fixed fuel bed (GP750) with hybrid
pyrolysis.
From a technological perspective, hybrid pyrolysis inte-
grates at least two process zones – an allothermal zone
and an autothermal zone. This configuration enables the
production of tar-free syngas with a heating value ex-
ceeding 5.5 MJ/m3. However, it requires strict control of
fuel particle size distribution, moisture content (up to
10%), and fuel-bed uniformity. An exception is the
447
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
SynCraft CW1800-500 system, which is capable of oper-
ating on wood chips with a moisture content of up to
50%. A major drawback of deploying such systems in de-
centralized renewable-energy-based power generation
is the requirement for substantial capital investment,
with specific capital costs ranging from EUR 5,348 to
6,290 per kW. In addition, their operation requires a sta-
ble biomass resource base with an annual consumption
exceeding 3,000–5,000 tonnes, as well as well-devel-
oped logistics infrastructure. These requirements signif-
icantly limit their applicability in small communities and
sparsely populated areas.
Table 3. Results of the calculations for the pyrolysis-gasification systems
For systems with an electrical output of ≤100 kWel, the ef-
ficiency coefficient is relatively low (0.29–0.43). Neverthe-
less, from both a design and a technological perspective,
this category of systems represents a promising option for
integration into local autonomous renewable-energy-
based power generation systems serving facilities with low
energy demand. These systems exhibit a specific fuel con-
sumption of 1.2–1.3 kg/kWel, which is higher than the av-
erage range observed across the analyzed sample. In addi-
tion, the heating value of the produced syngas is only 4–5
MJ/m3, indicating the need for further design and techno-
logical improvements.
Overall, all analyzed systems exhibit relatively low effi-
ciency, with the energy-economic efficiency coefficient
ranging from 0.29 to 0.73. This highlights the need for the
development and further improvement of biomass ther-
mochemical conversion technologies and engineering solu-
tions capable of ensuring efficient operation on biomass
fuels with a moisture content of 30–40%, while producing
high volumes of high-calorific-value, tar-free syngas.
The consistency of the expert judgments was verified using
the Analytic Hierarchy Process (AHP) [30]. To this end, a
pairwise comparison matrix was constructed.
88
= ijaA
, where aij represents the relative preference of the (i)-th
parameter over the (j)-th parameter according to the Saaty
scale, where aij=pi/pj , rounded to the nearest integer value
of the scale; and ajі=1/aij.
The consistency index (CI) was calculated using the follow-
ing equation
max
1
n
CI
n
−
=
−
, (15)
where CI is the consistency index; max is the maximum ei-
genvalue of the pairwise comparison matrix (A); n is the
number of parameters (the dimension of the matrix), n = 8.
The maximum eigenvalue max of matrix (A) was calculated
as follows
( )
=
=
n
i i
iA
n 1
max
·1
, (16)
where (A·)i is the (i)-th element of the column vector ob-
tained by multiplying the pairwise comparison matrix (A) by
the priority vector .
System Name b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
b8 bsp
K
Xylowatt Notar 750 3.19 8.17 2.29 8.4 1 10 6.2 6.2 6.96 0.7
GP750 3.07 10 3.43 9.36 1 9.74 7 5.13 7.5 0.75
SynCraft CW1800-500 2.82 5.37 1 1 10 7.04 10 5.13 5.87 0.59
Burkhardt V5.90S, ECO 495 1.71 3.82 7.25 10 1 4.22 9.2 3.84 5.6 0.56
Cleanstgas 125 1.47 3.55 6.68 5.19 1 4.89 5.8 2.84 4.12 0.41
Urbas Mallnitz 1.18 4.03 7.43 8.02 2.8 3.73 1 2.84 4.4 0.44
GP200 1 3.12 8.26 9.4 1 3.04 3.4 1.96 4.34 0.43
GSL 10 3.78 7.13 3.26 1.45 4.29 5.2 1.75 3.65 0.37
Urbas Pöllau 9.51 2.82 8.19 8.02 2.8 2.92 3.4 1.52 4.22 0.42
Burkhardt V5.90S, ECO 220 6.96 2.33 8.7 9.74 1 2.53 8.4 1 4.67 0.47
Spanner Re2 НКА70 4.89 1.74 9.48 9.05 1 1.62 6.52 7.79 4.19 0.42
Spanner Re2 НКА50 3.92 1.51 9.64 8.54 1 1.43 6.52 7.27 3.99 0.4
Power Pallet – PP30 3.92 1.11 9.9 9.17 1 1.12 6.04 10 3.98 0.4
NEST 3.31 1 10 4.6 2.13 1 2.32 9.43 2.89 0.29
448
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
( )
=
=
n
j
jiji aA
1
·· , (17)
where is the 81 priority vector, the elements і of which
were calculated as the arithmetic mean of the correspond-
ing rows of the normalized pairwise comparison matrix
=
=
n
j
iji a
n 1
1
, where
1
ij
ij n
kj
k
a
a
a
=
=
. (18)
The eigenvalues of matrix (A) were determined using the
following relationship
·( )i
і
i
A
= . (19)
The absolute deviation of the weight аі from the priority
value і, determined using the AHP
ііа −= , (20)
where ai is a weight; і – is an element of the priority vector
obtained by the method of hierarchy analysis.
For a perfectly consistent matrix, this ratio is equal to n for
all і.
The consistency ratio CR was calculated using the following
equation
CI
CR
RI
= , (21)
where RI = 1,41 is the random index for n = 8.
Accordingly, the elements of the priority vector were deter-
mined using Eq. (18), the elements of the product of matrix
A and the priority vector were calculated using Eq. (17), the
eigenvalues of matrix (A) were determined using Eq. (19),
and the maximum eigenvalue was obtained using Eq. (16).
The calculation results are presented in Table 4.
Table 4. Results of the consistency verification using the analytic hierarchy process
Score і (A·)i і=(A·)i/і iia −=
b1 0.2224 1.801 8.1103 0.0002
b2 0.1834 1.488 8.1107 0.011
b3 0.0818 0.662 8.0984 0.0016
b4 0.1657 1.344 8.1104 0.001
b5 0.1414 1.143 8.0883 0.0025
b6 0.0617 0.5 8.1019 0.0061
b7 0.1163 0.942 8.0981 0.0052
b8 0.0277 0.225 8.1040 0
Total 1.0 - max = 8.103 =
max
0.011
Since CR = 0,01 0,1 (the threshold value of the consistency
ratio according to Saaty [30]), the pairwise comparison ma-
trix can be considered consistent. The maximum deviation
between аі and і is 0.011 and is therefore negligible.
Eqs. (8)–(14) relate the energy-economic efficiency indica-
tor of multistage fixed-bed biomass gasification systems to
their technical, economic, and energy performance param-
eters through the combined application of the weighted-
sum method, normalization, and score-based evaluation of
criteria. This approach ensures the comparability of differ-
ent biomass-to-syngas conversion technologies with re-
spect to their suitability for use in renewable-energy-based
power generation systems.
Power generation methods based on biomass and solar
energy.
The primary objective of renewable-energy-based power
generation systems is to ensure a stable electricity supply
despite the stochastic nature of renewable energy genera-
tion. The scientific literature predominantly focuses on
power generation systems that combine biomass energy
with wind and/or solar energy, particularly small-scale sys-
tems (up to 10 kW) and medium-scale systems (10 kW–1
MW). The integration of multiple renewable energy
sources within a single energy system not only compen-
sates for fluctuations in energy production but also enables
consumer demand to be met at any time through integra-
tion with conventional energy sources.
Among the thermochemical conversion methods for pro-
ducing high-quality fuel gas (a mixture of H2, CO, and CH4)
while simultaneously reducing the formation of by-prod-
ucts (tar and mineral impurities), pyrolysis and gasification
assisted by solar energy have attracted considerable atten-
tion [31, 32]. These processes are endothermic [8]; how-
ever, gasification yields a higher proportion of combustible
449
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
components in the total volume of produced syngas (82–
90%) than pyrolysis (63–74%).
Autothermal gasification requires the combustion of a por-
tion of the fuel (typically more than 30%) to supply energy
for the endothermic reactions. As a result, the produced
syngas is characterized by a low H2/CO ratio, a high CO2 con-
tent, and a low higher heating value. In contrast, renewa-
ble-energy-based power generation systems can provide
the energy required for biomass gasification by utilizing so-
lar radiation [33]. According to the studies reported in [34,
35], the use of solar energy is more effective than autother-
mal gasification for several reasons. First, it enables higher
specific gas yields, since no fraction of the biomass must be
combusted to satisfy the energy demand of the process.
Second, both the volume and the HHV of the produced syn-
gas are higher. Third, solar radiation can rapidly deliver en-
ergy to the reaction zone, thereby intensifying the gasifica-
tion reactions and reducing the formation of undesirable
by-products. In addition, renewable-energy-based power
generation systems incorporating gasification units provide
an effective means of storing temporally variable solar en-
ergy in the form of the chemical energy of syngas, which
can subsequently be stored and transported [36].
The design of the gasifier plays a decisive role in achieving
high energy efficiency in renewable-energy-based power
generation systems incorporating solar power plants and
gasification units. A higher efficiency of converting solar en-
ergy into the chemical energy of syngas makes it possible
to reduce the size of the solar power plant while maintain-
ing the same syngas production rate, thereby lowering the
cost of syngas production.
Depending on the method of solar energy supply, reactor
systems can be classified into two categories: (a) directly
irradiated reactors, in which the biomass is heated directly
by solar radiation; and (b) indirectly irradiated reactors, in
which solar radiation heats an intermediate heat-transfer
medium that subsequently transfers heat to the biomass
[37]. Directly irradiated reactors provide high temperatures
in the reaction zones (1000–1500C), thereby promoting in-
tensive heat- and mass-transfer processes. However, the
design of such reactors requires a transparent window to
allow direct penetration of solar radiation into the reaction
zone. During gasification, these windows generally lose
their transparency due to contamination by condensed
gases, tar deposits, and fuel particles. Moreover, under
conditions of elevated temperature and pressure, they may
act as stress concentrators, potentially leading to failure of
the entire reactor. The use of indirectly irradiated reactors
eliminates these drawbacks; however, their heat-transfer
efficiency is lower than that of directly irradiated reactors.
In addition, stringent requirements are imposed on the in-
termediate heat-transfer media with respect to thermal
and chemical stability, solar radiation absorption capacity,
thermal conductivity, and other relevant properties [33].
In practice, the following types of gasifiers are widely used
in renewable-energy-based power generation systems:
fixed-bed gasifiers (updraft, downdraft, and crossdraft); flu-
idized-bed gasifiers (bubbling fluidized-bed and circulating
fluidized-bed); and entrained-flow gasifiers [38].
Fixed-bed gasifiers were among the first systems to be em-
ployed in renewable-energy-based power generation appli-
cations. From a design perspective, solar radiation can be
supplied to the reaction zone containing the carbonaceous
feedstock either through a transparent window [8] or via
an intermediate heat-transfer medium (radiative plate)
[39]. Their principal advantage lies in the ability to thermo-
chemically convert untreated carbonaceous feedstock of
varying particle-size distributions and chemical composi-
tions, owing to the long residence time of reactants within
the reaction zone. However, scaling up such systems to in-
dustrial capacity is complicated by significant temperature
gradients that develop within thick fuel beds.
Studies of steam gasification of various biomass feedstock
in a 5 kW two-zone indirectly irradiated gasifier, in which
the upper zone (radiation absorber) and the lower zone
(fuel bed) were separated by a silicon-carbide-coated
graphite plate, demonstrated a solar-to-fuel energy con-
version efficiency of 17.3–29%. During heating of the dense
biomass bed, pyrolysis occurred, as evidenced by the for-
mation of higher gaseous hydrocarbons and liquid tar com-
pounds. The process produced high-quality syngas with
molar ratios of H2/CO = 1.5 and CO2/CO = 0.2, and a higher
heating value (HHV) exceeding that of the original feed-
stock by 30% [40].
In study [8], pyrolysis and gasification of algae, wheat
straw, and sewage sludge were investigated in a 7 kWel di-
rectly irradiated reactor. A comparison of these processes
showed that gasification yields a higher concentration of
CO and H₂ in the total syngas volume (composed of CO, H2,
CH4, and CO2) than pyrolysis. However, pyrolysis promotes
the formation of higher gaseous hydrocarbons, which in-
crease the energy content of the produced gas.
Due to the continuous mixing of fuel particles, fluidized-bed
reactors provide more intimate contact between the solid
and gas phases, a more uniform temperature distribution
throughout the bed, and higher rates of heat and mass
transfer compared with fixed-bed reactors.
In study [41], the kinetics of steam gasification were inves-
tigated in a directly irradiated quartz tubular fluidized-bed
reactor. At temperatures exceeding 1400 K, high-quality
syngas was produced, with equal concentrations of CO and
H₂ and a CO2 content below 5%. The authors reported that
the use of solar energy prevents greenhouse gas emissions
and increases the higher heating value (HHV) of the gas,
which is free from combustion-product contaminants. The
technological basis of CO2 gasification of carbonaceous
feedstock and the design parameters of directly irradiated
bubbling fluidized-bed reactors were presented in [42, 43].
Between 2002 and 2010, the authors were able to increase
the solar-to-fuel energy conversion efficiency from 8% to
14% through successive improvements in reactor design.
450
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
In study [44], the process of steam gasification of sewage
sludge in an indirectly irradiated circulating fluidized-bed
reactor was investigated using numerical simulation. Reac-
tor operation was modelled under a solar energy input of
2.2 MW. The hydrogen yield obtained ranged from 61.2 to
67.6 g per kilogram of sludge. It was demonstrated that the
H₂ yield can be controlled by adjusting both the steam con-
tent in the gasification agent and the solar radiation flux
density. At a direct solar irradiance of 1000 W/m2, the en-
ergy upgrade factor in the dense phase zone of the fluidized
bed increased to 1.0, while the solar-to-fuel energy conver-
sion efficiency reached 26%.
Entrained-flow gasifiers predominantly operate under an
indirect solar irradiation scheme. Their design typically in-
cludes a cavity receiver equipped with a transparent win-
dow, inside which tubular absorbers are installed. During
thermochemical conversion, the fuel particles within the
tubes interact with the gasification agent. The most well-
known reactor prototypes of this type include: a cylindrical
cavity receiver with a diameter of 180 mm containing five
absorber tubes of 25.4 mm diameter [45], and a cylindrical
cavity receiver with a diameter of 50 mm incorporating a
silicon carbide tube with a diameter of 25 mm [46]. The sin-
gle-tube reactor did not find further practical application
due to its low solar-to-fuel energy conversion efficiency
(1.53%). This low efficiency was attributed to the low feed
rate of charcoal and the relatively low carbon conversion
rate, which resulted in less than 1% of the solar energy sup-
plied to the gasification process being utilized. During pilot-
scale testing of the multi-tube reactor, a biomass conver-
sion rate of 58.4% was achieved.
Based on the analysis of power generation methods utiliz-
ing biomass and solar energy, it can be concluded that the
integration of biomass and solar energy makes it possible
to use solar radiation to satisfy the thermal energy require-
ments of pyrolysis and gasification processes, thereby re-
ducing biomass consumption for sustaining endothermic
reactions. Thermochemical biomass conversion processes
enable the transformation of temporally intermittent solar
energy into the chemical energy of biofuels. The efficiency
of renewable-energy-based power generation systems de-
pends significantly on the design of the gasification (or py-
rolysis) unit and its coordinated operation with the solar
power plant.
Conclusions
1. A method for determining the integrated energy-eco-
nomic efficiency indicator of pyrolysis-gasification systems
for the thermochemical conversion of biomass was devel-
oped. The proposed method is implemented as a scoring
model based on the weighted-sum approach with score-
based normalization of the evaluated criteria and consider-
ation of the nonlinear effects of system design and process
parameters. This ensures accurate ranking of alternative
systems and adaptability to variations in biomass proper-
ties. Verification of the pairwise comparison matrix con-
firmed the consistency of the expert judgments, thereby
validating the adopted expert assessments regarding both
the parameter values of the pyrolysis-gasification systems
and their corresponding weights.
2. The energy-economic efficiency of pyrolysis-gasification
systems for biomass-to-syngas conversion in renewable-
energy-based power generation applications was assessed.
The results showed that the highest efficiency is achieved
by high-capacity multistage systems with an electrical out-
put exceeding 500 kWel and employing advanced biomass-
to-syngas conversion technologies that combine either a
floating fixed fuel bed or a dense fixed fuel bed with hybrid
pyrolysis. From a technological perspective, hybrid pyroly-
sis integrates at least two process zones – an allothermal
zone and an autothermal zone. This configuration enables
the production of tar-free syngas with a heating value ex-
ceeding 5.5 MJ/m3; however, it requires strict control of
fuel particle size distribution, moisture content (up to 10%),
and fuel-bed uniformity. Overall, all analyzed systems ex-
hibited relatively low efficiency, with energy-economic ef-
ficiency coefficients ranging from 0.29 to 0.73. These find-
ings indicate the need for further development and
improvement of biomass thermochemical conversion tech-
nologies, as well as engineering solutions capable of ensur-
ing efficient operation on biomass fuels with a moisture
content of 30–40% while producing large volumes of high-
calorific-value, tar-free syngas.
3. Methods of power generation based on biomass and so-
lar energy were analyzed. The analysis showed that inte-
grating biomass and solar energy makes it possible to utilize
solar radiation to meet the thermal energy demands of py-
rolysis and gasification processes, thereby reducing bio-
mass consumption for sustaining endothermic reactions.
This increases syngas production and improves its compo-
sition by increasing the concentrations of key combustible
components, including H₂, CO, and CH₄. In turn, thermo-
chemical biomass conversion processes enable the trans-
formation of temporally intermittent solar energy into the
chemical energy of biofuels that can be stored and subse-
quently utilized for energy generation. The efficiency of re-
newable-energy-based power generation systems depends
strongly on the design of the gasification (or pyrolysis) unit
and its coordinated operation with the solar power plant,
highlighting the need for their integrated optimization at
the design stage.
REFERENCES:
1. Gómez-Barea A., Ollero P., Leckner B. Optimization of
char and tar conversion in fluidized bed biomass gasifi-
ers. Fuel. 2013. Vol. 103. Pp. 42–52.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.04.042
2. Bridgwater A.V. Review of fast pyrolysis of biomass
and product upgrading. Biomass and Bioenergy. 2012.
Vol. 38. Pp. 68–94. https://doi.org/10.1016/j.biom-
bioe.2011.01.048
3. Trinh T.N., Jensen P.A., Dam-Johansen K.,
Knudsen N.O., Sørensen H.R., Szabo P. Properties of
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.04.042
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048
451
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
slurries made of fast pyrolysis oil and char or beech
wood. Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 61. Pp. 227–
235. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.12.018
4. Czernik S., Bridgwater A.V. Overview of applications of
biomass fast pyrolysis oil. Energy & Fuels. 2004. Vol.
18. No. 2. Pp. 590–598.
https://doi.org/10.1021/ef034067u
5. Nilsson S., Gómez-Barea A., Fuentes-Cano D., Ollero P.
Gasification of biomass and waste in a staged fluidized
bed gasifier: Modeling and comparison with one-stage
units. Fuel. 2012. Vol. 97. Pp. 730–740.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.023
6. Henriksen U., Ahrenfeldt J., Jensen T.K., Gøbel B.,
Bentzen J.D., Hindsgaul C., Sørensen L.H. The design,
construction and operation of a 75 kW two-stage gasi-
fier. Energy. 2006. Vol. 31. No. 10–11. Pp. 1542–1553.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.05.031
7. Gómez-Barea A., Leckner B., Villanueva Perales A., Nils-
son S., Fuentes Cano D. Improving the performance of
fluidized bed biomass/waste gasifiers for distributed
electricity: A new three-stage gasification system. Ap-
plied Thermal Engineering. 2013. Vol. 50. No. 2.
Pp. 1453–1462. https://doi.org/10.1016/j.ap-
plthermaleng.2011.12.025
8. Arribas L., Arconada N., González-Fernández C., Löhrl C.,
González-Aguilar J., Kaltschmitt M., Romero M. Solar-
driven pyrolysis and gasification of low-grade carbona-
ceous materials. International Journal of Hydrogen En-
ergy. 2017. Vol. 42. No. 19. Pp. 13598–13606.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.026
9. Rokhman B.B., Kobzar S.H., Chetveryk H.O. Study of
the kinetics of biomass pyrolysis in a fixed bed. 2. Anal-
ysis of calculation results for thermal decomposition of
different types of solid fuel. Energy Technologies & Re-
source Saving. 2024. No. 2. Pp. 96–109.
https://doi.org/10.33070/etars.2.2024.07
10. Rokhman B.B., Kobzar S.H., Chetveryk H.O.,
Senchuk M.P. Design features of the experimental unit
and numerical studies of the biomass thermochemical
conversion process. Part 4. Calculation results for elec-
tric heaters and the gasification process of coke-ash
residue. Vidnovluvana Energetika. 2025. No. 1. Pp.
133–147. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2025.1(80).133-147
11. Dykha M.V., Moroz V.S. Econometrics: Textbook. Kyiv:
Tsentr uchbovoi literatury. 2016. 206 p.
12. Hrbek J. Status Report on Thermal Gasification of Biomass
and Waste 2021. Annex 1. IEA Bioenergy Task 33. 2022.
URL: https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/up-
loads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
13. Brynda J., Skoblia S., Pohořelý M. et al. Wood chips
gasification in a fixed-bed multi-stage gasifier for de-
centralized high-efficiency CHP and biochar produc-
tion: Long-term commercial operation. Fuel. 2020. Vol.
281. 118637.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118637
14. IRENA. Biomass for Power Generation. Renewable En-
ergy Technologies: Cost Analysis Series. Vol. 1: Power
Sector, Issue 1/5. Abu Dhabi: IRENA. 2012. 60 p. URL:
https://www.irena.org/-/me-
dia/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technol-
ogies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
15. Menin L., Paolillo A., Piazzi S. et al. Biomass Derived
Combined Heat and Power from Decentralized Small-
Scale Gasification: Updated Cost Conditions for the
Italian Mountain Context and Competitiveness in Fu-
ture Energy Markets. Waste and Biomass Valorization.
2025. Vol. 16. Pp. 4009–4025.
https://doi.org/10.1007/s12649-025-02948-3
16. Syncraft Engineering GmbH. SYNCRAFT Wood Power
Plant CW1800-500: Technical Specifications. syn-
craft.at. URL: https://www.syncraft.at/en/system-
types/typ500/
17. Burkhardt GmbH. Before market launch: V5.90S wood-
chip gasifier by BURKHARDT: Press release. Firmen-
presse.de. 2023. URL: https://www.firmen-
presse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-
hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
18. Timmerer H. Decentralized Wood-Gas Combined Heat
and Power Based on the CLEANSTGAS Process: Presen-
tation. CLEANSTGAS GmbH. St. Margarethen/Raab.
2012. URL: https://www.hei-
zungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGAS.pdf
19. URBAS Maschinenfabrik GesmbH. Wood Gas CHP – the
Innovation: Electrical and Thermal Energy from Wood:
Product Catalogue. Völkermarkt. 2018. URL:
https://www.urbas.at/wp-content/up-
loads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-
en.pdf
20. Urbas P. Operating Experience Small Scale Gasification
– CHP. IEA Bioenergy Task 33 Workshop: Small Scale
Gasification for CHP. Innsbruck. 3 May 2017. P. 8. URL:
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/up-
loads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
21. Brynda J., Skoblia S., Pohořelý M., Beňo Z. Application
of staged biomass gasification for combined heat and
power production. Proceedings of the Central Euro-
pean Biomass Conference. Graz. 2016. URL:
https://www.researchgate.net/publication/311725125
22. Ma Z., Zhang Y., Zhang Q., Qu Y., Zhou J., Qin H. Design
and experimental investigation of a 190 kWe biomass
fixed bed gasification and polygeneration pilot plant
using a double air stage downdraft approach. Energy.
2012. Vol. 46. No. 1. Pp. 140–147.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.008
23. Spanner Re2 GmbH. HKA 70: Decentralized Biomass
Power Plant. re2.energy. 2024. URL: https://re2.en-
ergy/en/biomass-power-plants/hka-70-gasifier
24. Spanner Re² GmbH. Technical Data HKA 50: Decentral-
ized Biomass CHP. re2.energy. 2024. URL:
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-
gasifier
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.12.018
https://doi.org/10.1021/ef034067u
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.023
https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.05.031
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.025
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.12.025
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.02.026
https://doi.org/10.33070/etars.2.2024.07
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80).133-147
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.1(80).133-147
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/CHP-operational-final.pdf
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118637
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2012/RE_Technologies_Cost_Analysis-BIOMASS.pdf
https://doi.org/10.1007/s12649-025-02948-3
https://www.syncraft.at/en/system-types/typ500/
https://www.syncraft.at/en/system-types/typ500/
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.firmenpresse.de/pressinfo2032993-vor-markteinf-hrung-hackschnitzelvergaser-v5-90s-von-burkhardt.html
https://www.heizungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGAS.pdf
https://www.heizungs.org/cmsfiles/KWB_CLEANSTGAS.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://www.urbas.at/wp-content/uploads/2020/09/p_URBAS_DE_KWK_7.8.web_WF.PDF-en.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
https://task33.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/33/2022/07/WS-Report-final-2.pdf
https://www.researchgate.net/publication/311725125
https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.008
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-70-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-70-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-gasifier
https://re2.energy/en/biomass-power-plants/hka-50-gasifier
452
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Біоенергетика
25. All Power Labs. PP30 25 kW Power Pallet. allpow-
erlabs.com. 2026. URL: https://www.allpow-
erlabs.com/pp30-power-pallet
26. Martínez J.D., Silva Lora E.E., Andrade R.V., Lesme
Jaén R. Experimental study on biomass gasification in a
double air stage downdraft reactor. Biomass and Bio-
energy. 2011. Vol. 35. No. 8. Pp. 3465–3480.
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.04.049
27. Basu P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefac-
tion: Practical Design and Theory. 2nd ed. Academic
Press. 2013. 548 p. ISBN 978-0-12-396488-5.
28. Knoef H.A.M. Handbook Biomass Gasification. En-
schede: BTG Biomass Technology Group. 2005. 378 p.
29. Omarov I.S. Substantiation of parameters and heating
modes of a pyrolysis-gasification unit with integrated
syngas purification and enrichment processes. Vid-
novluvana Energetika. 2026. No. 1(84). Pp. 345–378.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.1(84).345-
378
30. Saaty T.L. How to make a decision: The analytic hierar-
chy process. European Journal of Operational Re-
search. 1990. Vol. 48. No. 1. Pp. 9–26.
https://doi.org/10.1016/0377-2217(90)90057-I
31. Maitlo G., Ali I., Mangi K.H., Ali S., Maitlo H. A.,
Unar I. N., Pirzada A. M. Thermochemical Conversion
of Biomass for Syngas Production: Current Status and
Future Trends. Sustainability. 2022. Vol. 14. 2596.
https://doi.org/10.3390/su14052596
32. Alhijazi A.A.K., Almasri R.A., Alloush A.F. A Hybrid Re-
newable Energy (Solar/Wind/Biomass) and Multi-Use
System Principles, Types, and Applications: A Review.
Sustainability. 2023. Vol. 15. 16803.
https://doi.org/10.3390/su152416803
33. Kruesi M., Jovanovic Z.R., Steinfeld A. A two-zone so-
lar-driven gasifier concept: Reactor design and experi-
mental evaluation with bagasse particles. Fuel. 2014.
Vol. 117. Pp. 680–687.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.011
34. Müller F., Poživil P., van Eyk P.J., Villarrazo A., Haueter P.,
Wieckert C. et al. A pressurized high-flux solar reactor
for the efficient thermochemical gasification of carbo-
naceous feedstock. Fuel. 2017. Vol. 193. Pp. 432–443.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.036
35. Muroyama A.P., Guscetti I., Schiebert G.L., Haussener S.,
Loutzenhiser P.G. Design and demonstration of a pro-
totype 1.5 kWth hybrid solar/autothermal steam gasi-
fier. Fuel. 2018. Vol. 211. Pp. 331–340.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.059
36. Piatkowski N., Wieckert C., Weimer A.W., Steinfeld A.
Solar-driven gasification of carbonaceous feedstock – A
review. Energy & Environmental Science. 2011. Vol. 4.
No. 1. Pp. 73–82. https://doi.org/10.1039/C0EE00312C
37. Xu D., Gu X., Dai Y. Concentrating solar assisted bio-
mass-to-fuel conversion through gasification: A review.
Frontiers in Energy Research. 2023. Vol. 10. 1029477.
https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1029477
38. Sikarwar V.S., Zhao M., Clough P., Yao J., Zhong X.,
Memon M.Z., Shah N., Anthony E.J., Fennell P.S. An
overview of advances in biomass gasification. Energy &
Environmental Science. 2016. Vol. 9. No. 10. Pp. 2939–
2977. https://doi.org/10.1039/C6EE00935B
39. Müller F., Patel H., Blumenthal D., Poživil P., Das P.,
Wieckert C., Maiti P., Maiti S., Steinfeld A. Co-produc-
tion of syngas and potassium-based fertilizer by solar-
driven thermochemical conversion of crop residues.
Fuel Processing Technology. 2018. Vol. 171. Pp. 89–99.
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.08.006
40. Piatkowski N., Wieckert C., Steinfeld A. Experimental
investigation of a packed-bed solar reactor for the
steam-gasification of carbonaceous feedstocks. Fuel
Processing Technology. 2009. Vol. 90. No. 3. Pp. 360–
366. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.10.007
41. Müller R., Zedtwitz P. v., Wokaun A., Steinfeld A. Ki-
netic investigation on steam gasification of charcoal
under direct high-flux irradiation. Chemical Engineer-
ing Science. 2003. Vol. 58. No. 22. Pp. 5111–5119.
https://doi.org/10.1016/j.ces.2003.08.018
42. Kodama T., Kondoh Y., Tamagawa T., Funatoh A.,
Shimizu K.I., Kitayama Y. Fluidized bed coal gasification
with CO2 under direct irradiation with concentrated
visible light. Energy & Fuels. 2002. Vol. 16. No. 5. Pp.
1264–1270. https://doi.org/10.1021/ef020053x
43. Kodama T., Gokon N., Enomoto S., Itoh S.,
Hatamaichi T. Coal coke gasification in a windowed so-
lar chemical reactor for beam-down optics. Journal of
Solar Energy Engineering. 2010. Vol. 132. No. 4.
021008. https://doi.org/10.1115/1.4002081
44. Li X., Shen Y., Wei L., He C., Lapkin A.A., Lipiński W. et
al. Hydrogen production of solar-driven steam gasifica-
tion of sewage sludge in an indirectly irradiated fluid-
ized-bed reactor. Applied Energy. 2020. Vol. 261.
114229. https://doi.org/10.1016/j.apen-
ergy.2019.114229
45. Lichty P., Perkins C., Woodruff B., Bingham C.,
Weimer A. Rapid high temperature solar thermal bio-
mass gasification in a prototype cavity reactor. Journal
of Solar Energy Engineering. 2010. Vol. 132. No. 1.
011012. https://doi.org/10.1115/1.4000356
46. Melchior T., Perkins C., Lichty P., Weimer A.W., Stein-
feld A. Solar-driven biochar gasification in a particle-
flow reactor. Chemical Engineering and Processing:
Process Intensification. 2009. Vol. 48. No. 8. Pp. 1279–
1287. https://doi.org/10.1016/j.cep.2009.05.006
https://www.allpowerlabs.com/pp30-power-pallet
https://www.allpowerlabs.com/pp30-power-pallet
https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.04.049
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.1(84).345-378
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.1(84).345-378
https://doi.org/10.1016/0377-2217(90)90057-I
https://doi.org/10.3390/su14052596
https://doi.org/10.3390/su152416803
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.011
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.036
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.059
https://doi.org/10.1039/C0EE00312C
https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1029477
https://doi.org/10.1039/C6EE00935B
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.08.006
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.10.007
https://doi.org/10.1016/j.ces.2003.08.018
https://doi.org/10.1021/ef020053x
https://doi.org/10.1115/1.4002081
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114229
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114229
https://doi.org/10.1115/1.4000356
https://doi.org/10.1016/j.cep.2009.05.006
|
| id | veorgua-article-645 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-10T01:01:08Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/35/d9cf19749844c0a46ad2b84b1e05ee35.pdf |
| spelling | veorgua-article-6452026-07-09T12:14:07Z ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS ЕНЕРГО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПІРОЛІЗНО-ГАЗИФІКАЦІЙНИХ УСТАНОВОК Chetveryk, H. Omarov , I. ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS біомаса; деревні пелети; піроліз; газифікація; піролізно-газифікаційна установка; сонячна електростанція; електрогенерація; скорингова модель; відновлювані джерела енергії. A method for determining a composite indicator of the energy and economic efficiency of biomass thermochemical conversion pyrolysis-gasification systems is proposed. The method is implemented as a scoring model based on the weighted-sum approach, with score normalization of the evaluation criteria and consideration of the nonlinear effects of system design and process parameters, thereby ensuring accurate ranking and adaptability to variations in biomass properties. The following parameters were selected for the comparison of pyrolysis-gasification units: electrical and thermal power output of the unit; fuel moisture content; total and specific fuel consumption for the process; lower heating value (LHV) of the synthesis gas (syngas) and gas production capacity of the unit; and specific capital cost of the unit. The priority values and weighting coefficients required for calculations using the developed model were substantiated, and the validity of the adopted expert judgments regarding the parameter values of pyrolysis-gasification units and their weighting coefficients was verified. The energy-economic efficiency of existing biomass-to-syngas pyrolysis-gasification units intended for renewable-energy-based power generation systems was evaluated. It was established that the highest efficiency is achieved by multistage, high-capacity units with an electrical power output exceeding 500 kWel, employing advanced biomass-to-syngas conversion technologies that combine a floating fixed-bed or a dense fixed-bed fuel layer with hybrid pyrolysis. Methods of power generation based on biomass energy and solar energy were also analyzed. Наведено метод визначення інтегрального показника енерго-економічної ефективності піролізно-газифікаційних установок термохімічної конверсії біомаси, що відзначається реалізацією у вигляді скорингової моделі на основі методу зважених сум з бальною нормалізацією оцінюваних критеріїв та урахуванням нелінійного впливу конструкційно-технологічних параметрів установок, чим забезпечує точність ранжування та адаптивність до змінних властивостей біомаси. Вибрано параметри для порівняння піролізно-газифікаційних установок, а саме: електрична і теплова потужності установки; вологість палива; загальна і питома витрати палива на процес; нижча теплота згоряння синтез-газу та продуктивність установки за газом; питома вартість установки. Обґрунтовані значення пріоритетів та вагових коефіцієнтів, необхідних для проведення розрахунків за розробленою моделлю, а також перевірено правомірність прийнятих експертних суджень щодо значень параметрів піролізаційно-газифікаційних установок та їх зважених коефіцієнтів. Оцінено енерго-економічну ефективність відомих існуючих піролізно-газифікаційних установок конверсії біомаси в синтез-газ для систем електрогенерації на основі відновлюваних джерел енергії. Встановлено, що найвищої ефективності досягають багатостадійні високопродуктивні установки електричною потужністю понад 500 кВтел зі складними технологіями переробки біомаси на синтез-газ, які поєднують плаваючий нерухомий шар палива або щільний нерухомий шар палива з гібридним піролізом. Проаналізовано методи електрогенерації на основі енергії біомаси та сонячної енергії. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2026-06-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/645 10.36296/1819-8058.2026.2(85).431-452 Vidnovluvana energetika ; No. 2(85) (2026): Scientific and applied Journal renewable energy ; 431-452 Возобновляемая энергетика; № 2(85) (2026): Scientific and applied Journal renewable energy ; 431-452 Відновлювана енергетика; № 2(85) (2026): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 431-452 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2026.2(85) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/645/554 Copyright (c) 2026 Vidnovluvana energetika |
| spellingShingle | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS Chetveryk, H. Omarov , I. ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title_alt | ЕНЕРГО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ПІРОЛІЗНО-ГАЗИФІКАЦІЙНИХ УСТАНОВОК |
| title_full | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title_fullStr | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title_full_unstemmed | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title_short | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| title_sort | energy and economic efficiency of pyrolysis-gasification systems |
| topic | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS |
| topic_facet | ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY OF PYROLYSIS-GASIFICATION SYSTEMS біомаса деревні пелети піроліз газифікація піролізно-газифікаційна установка сонячна електростанція електрогенерація скорингова модель відновлювані джерела енергії. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/645 |
| work_keys_str_mv | AT chetverykh energyandeconomicefficiencyofpyrolysisgasificationsystems AT omarovi energyandeconomicefficiencyofpyrolysisgasificationsystems AT chetverykh energoekonomíčnaefektivnístʹpírolíznogazifíkacíjnihustanovok AT omarovi energoekonomíčnaefektivnístʹpírolíznogazifíkacíjnihustanovok |