Prediction of Individual Gas Yields of Supercritical Water Gasification of Lignocellulosic Biomass by Machine Learning Models
Notice bibliographique
Résumé
Supercritical water gasification (SCWG) of lignocellulosic biomass is a promising pathway for the production of hydrogen. However, SCWG is a complex thermochemical process, the modeling of which is challenging via conventional methodologies. Therefore, eight machine learning models (linear regression (LR), Gaussian process regression (GPR), artificial neural network (ANN), support vector machine (SVM), decision tree (DT), random forest (RF), extreme gradient boosting (XGB), and categorical boosting regressor (CatBoost)) with particle swarm optimization (PSO) and a genetic algorithm (GA) optimizer were developed and evaluated for prediction of H2, CO, CO2, and CH4 gas yields from SCWG of lignocellulosic biomass. A total of 12 input features of SCWG process conditions (temperature, time, concentration, pressure) and biomass properties (C, H, N, S, VM, moisture, ash, real feed) were utilized for the prediction of gas yields using 166 data points. Among machine learning models, boosting ensemble tree models such as XGB and CatBoost demonstrated the highest power for the prediction of gas yields. PSO-optimized XGB was the best performing model for H2 yield with a test R2 of 0.84 and PSO-optimized CatBoost was best for prediction of yields of CH4, CO, and CO2, with test R2 values of 0.83, 0.94, and 0.92, respectively. The effectiveness of the PSO optimizer in improving the prediction ability of the unoptimized machine learning model was higher compared to the GA optimizer for all gas yields. Feature analysis using Shapley additive explanation (SHAP) based on best performing models showed that (21.93%) temperature, (24.85%) C, (16.93%) ash, and (29.73%) C were the most dominant features for the prediction of H2, CH4, CO, and CO2 gas yields, respectively. Even though temperature was the most dominant feature, the cumulative feature importance of biomass characteristics variables (C, H, N, S, VM, moisture, ash, real feed) as a group was higher than that of the SCWG process condition variables (temperature, time, concentration, pressure) for the prediction of all gas yields. SHAP two-way analysis confirmed the strong interactive behavior of input features on the prediction of gas yields.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».