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Enregistrement W4396957139 · doi:10.3390/molecules29102337

Prediction of Individual Gas Yields of Supercritical Water Gasification of Lignocellulosic Biomass by Machine Learning Models

2024· article· en· W4396957139 sur OpenAlexafffund
Kapil Khandelwal, Ajay K. Dalai

Notice bibliographique

RevueMolecules · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueSubcritical and Supercritical Water Processes
Établissements canadiensUniversity of Saskatchewan
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaMitacsCanada Research Chairs
Mots-clésMachine learningParticle swarm optimizationComputer scienceSupport vector machineArtificial neural networkArtificial intelligenceBiomass (ecology)Decision treeMathematicsEnvironmental science

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,104
Score d'incertitude au seuil0,407

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,025
Tête enseignante GPT0,207
Écart entre enseignants0,182 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations21
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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