Carmen Branca è ricercatrice del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) dal gennaio 2008, fino all'anno 2020 presso l'Istituto di Ricerca sulla Combustione (IRC) e attualmente presso l'Istituto di Scienze e Tecnologie per l'Energia e la Mobilità Sostenibili (STEMS).

Si è laureata in Ingegneria Chimica nel 1997 presso l'Università di Napoli "Federico II" con una tesi sull'influenza dei composti inorganici sulle cinetiche di pirolisi della paglia. Nel marzo 2003 ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Chimica presso l'Università di Napoli "Federico II", con una tesi su cinetiche di reazione e prodotti della pirolisi del legno. Durante il dottorato ha prodotto pubblicazioni, tuttora tra le più citate in letteratura, riguardanti la modellistica cinetica della pirolisi di legno e biomasse e lo sviluppo di un nuovo metodo per la caratterizzazione del bio-olio, il quale è diventato, insieme ai risultati della caratterizzazione, un riferimento per numerosi laboratori internazionali.

Dal 1997 al 2007, è stata collaboratrice scientifica (titolare di assegni di ricerca pre e post-doc) presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università di Napoli "Federico II", su tematiche riguardanti la conversione termochimica di biomasse e combustibili solidi, in particolare lo sviluppo di sistemi sperimentali innovativi sia su micro che macro scala, l'analisi termogravimetrica e GC/MS, lo sviluppo di codici di calcolo per la stima dei parametri cinetici e la simulazione dei fenomeni di trasporto. Oggetto di studio sono, inoltre, stati gli effetti dei trattamenti con ritardanti di fiamma sulla combustione del legno.

La maggior parte delle attività di ricerca di Carmen Branca sono state condotte nell'ambito di progetti di ricerca europei e nazionali, riguardanti sia la conversione termochimica dei rifiuti agricoli che la risposta al fuoco dei materiali polimerici compositi. È stata, inoltre, coinvolta in importanti network europei per lo studio della pirolisi e della gassificazione di biomasse lignocellulosiche.

Dal 2006 è stata assistente alla didattica per i corsi di "Dinamica e Controllo dei Processi Chimici", "Conversione Termochimica dei Combustibili Solidi" e "Processi Termici per la Conversione Energetica di Biomasse e Rifiuti" (corsi di laurea magistrale in Ingegneria Chimica dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II"), ed è stata co-relatore di circa 60 tesi di laurea magistrale in Ingegneria Chimica. Dal 2019 al 2022, ha ricoperto un incarico di docenza per il corso in lingua inglese "Biomass Thermal Conversion Processes" nell’ambito del corso di laurea magistrale in "Precision Livestock Farming" del Dipartimento di Medicina Veterinaria e Produzioni Animali dell'Università di Napoli "Federico II".

Dal 2013 Carmen Branca è titolare dell'abilitazione scientifica nazionale del MIUR come professore ordinario per il settore scientifico disciplinare 09/D2 - Sistemi, metodi e tecnologie dell'ingegneria chimica e di processo.

È revisore per diverse riviste internazionali, tra le quali Industrial & Engineering Chemistry Research, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Energy & Fuels, Thermochimica Acta, Fuel, Fire Safety Journal, Combustion and Flame, Applied Biochemistry and Biotechnology. È inoltre membro del comitato editoriale e guest editor di numeri speciali per le riviste Processes e Reactions (MDPI).

L'attività di ricerca svolta da Carmen Branca è testimoniata da 80 pubblicazioni su riviste internazionali con peer-review, le quali hanno fornito indicazioni preziose per future attività di ricerca, come testimoniano le circa 3750 citazioni e un h-index = 37, al novembre 2022 secondo SCOPUS. La rilevanza dell’attività di ricerca l'ha portata a essere classificata, dal 2019, tra i Top 2% Scientists del mondo secondo il database della Stanford University.

Attualmente l'attività di ricerca di Carmen Branca è focalizzata sullo studio degli effetti dei catalizzatori acidi e alcalini sulla pirolisi di materiali lignocellulosici. Risultati recenti altamente innovativi riguardano l'identificazione di un nuovo regime di conversione, denominato di runaway pirolitico, caratterizzato da un auto-riscaldamento estremamente rapido di letti impaccati di particelle, innescato dall'insorgenza di reazioni esotermiche, che si traduce in velocità di conversione sorprendentemente elevate nonostante le condizioni blande di riscaldamento esterno. Si può ben comprendere l’importanza di tali risultati nel dare un impulso decisivo allo sviluppo e all'ottimizzazione di tecnologie sostenibili, in quanto essi gettano le basi per possibili metodi per ridurre in modo significativo il fabbisogno energetico esterno degli impianti per la produzione di biocombustibili e specie chimiche pregiate per applicazioni nell'industria della chimica verde.