日本產業技術綜合研究所(AIST)與零排放國際共同研究中心(GZR)建立了一項透過結合熱電轉換裝置與隔熱材料之炭化爐熱管理技術，採用了在提高生物炭生產性的同時並回收廢熱進行發電之合製系統(Co-Production)的設計理念，將可望促進活用未利用生物質資源的自立型供電。
生物炭是一種負排放技術，可讓植物長期固定從大氣中吸收的二氧化碳，有助於實現碳中和，但目前小型生物炭生產設備(炭化爐)在炭化過程中產生的廢熱未能有效利用而被排放至大氣中。為了提高生物炭的生產性並將廢熱予以有效利用，因此適切管理炭化爐內的熱能非常重要。新開發的技術將熱電轉換裝置與隔熱材料結合於小型炭化爐，可同時進行生物炭生產與廢熱發電。在此項技術中，設置於爐壁上的熱電轉換裝置將以往在炭化過程中產生且釋出到大氣中的廢熱轉換為電能。
為了進行實驗室級生質爐的熱電轉換裝置性能評估，研究團隊將熱電轉換裝置安裝在爐的外表面，並將柱狀鰭片散熱座(Pin Fin Heat Sink)安裝在爐的另一側以與外界空氣進行熱交換。由於採用自然風冷式散熱器進行冷卻，因此不需要風扇等額外電力，可以有效率地與外界空氣進行熱交換。性能評估的結果證實當爐表面溫度為181℃時，熱電轉換材料中出現約75℃的溫差，並且可以產生1.4 W的電力。
研究團隊也根據上述實驗室規模的驗證結果進行了小型炭化爐的概念設計與熱/物質平衡分析，並將這些元素添加至沒有熱電轉換單元或隔熱材料的基礎模型中，假設了一種新型小型炭化爐結構，並就其有效性進行定量評估。為了最大限度地發揮熱電轉換裝置的性能，研究團隊對裝置的設置面積與冷卻條件予以最佳化，並確認了生物炭生產率與發電量的最佳條件。
研究團隊採用了乾燥的櫟樹做為生物質原料。將1,093公斤櫟樹在500～1,000℃範圍內進行炭化處理時的熱/物質平衡進行分析後，發現以相對較低的溫度500℃進行炭化處理的情況下，生物炭的生產率達到最大。在此條件下，生產了277公斤的生物炭。固定於生物炭中的碳量相當於916公斤二氧化碳。此外，已確認在炭化過程中可達到0.92 kW的連續發電。此發電量相當於同時點亮約90個LED燈泡(100 W型)或運行2～3台送風風扇。
新開發的技術具有即使是小規模亦能高效率運作的優點。有別於大型炭化爐，新裝置的長、寬、高均設計為2公尺，可利用4噸卡車搬運，應用於沒有電網的山區等場域。此外，生產的生物炭可望做為土壤改良材料。生物炭的多孔結構提高了土壤的保水能力，亦有助於保留養分。
透過有效利用各地未使用的生物質，在實現區域分散式能源生產與碳封存的同時，將可望有助於推動具永續性之地區循環型生態系統與自然正成長(Nature Positive)的經濟模式轉型。今後AIST等將進一步推動高性能熱電轉換模組的性能提升研究，且於此同時展開實證實驗，進行各種生物質原料或不同環境條件下的性能評估。此外，另將投入小型化、輕量化等研究，期提高系統整體的便攜性。