バイオマスの熱分解は、酸素のない状態でバイオマスを熱分解する熱化学プロセスである。
このプロセスにより、バイオ炭、バイオオイル、およびメタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などのガスが生成される。
バイオマスの熱分解は、燃焼とガス化の両プロセスの前駆体として極めて重要である。
熱分解の効率と生成物は、温度、加熱速度、使用するバイオマスの種類によって異なる。
5つのポイント
1.プロセスの概要
バイオマスの熱分解は、酸素のない環境でバイオマスを加熱することで起こる。
このプロセスは、乾燥、熱分解、冷却の3つの主な段階に分類できる。
乾燥段階では、バイオマスから水分が除去される。
熱分解の段階では、乾燥したバイオマスを300～900℃の温度で加熱する。
これにより、バイオマスはセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどの構成成分に分解される。
最終段階では冷却し、生成物をバイオオイル、バイオ炭、合成ガスに分離する。
2.生成物の形成
バイオマス熱分解の生成物は、温度と加熱速度によって異なる。
低温（450℃以下）で加熱速度が遅い場合、主な生成物はバイオ炭である。
高温（800℃以上）で加熱速度が速い場合、主な生成物はガスである。
中間の温度と高い加熱速度では、バイオオイルが主な生成物となる。
3.熱分解のメカニズム
熱分解プロセスには、一次的なメカニズムと二次的なメカニズムがある。
一次的メカニズムには、炭化、解重合、断片化が含まれる。
チャー形成では、ベンゼン環が生成され、それが結合してチャーとして知られる固体残渣となる。
解重合と断片化には、バイオマス中のポリマー構造の分解が含まれる。
クラッキングや再結合などの二次的メカニズムは、一次的メカニズムで放出された揮発性化合物が更なる反応を起こすことで発生する。
これにより、二次的なチャーやその他のガス状生成物が形成される。
4.バイオマスの特性と運転条件の影響
熱分解生成物の品質と収率は、温度、滞留時間、バイオマスの物理的・化学的特性などの運転条件に影響される。
バイオマス源には、農作物、森林残渣、都市固形廃棄物などがある。
バイオマス中の含水率、固定炭素、揮発性物質は、最終生成物の分布に影響する。
5.用途と利点
バイオマス熱分解は、固形バイオマスを貯蔵・輸送しやすい液体に変換する、費用対効果の高い連続的な方法を提供する。
これらの液体は、熱、電気、化学生産に利用できる。
バイオオイルは燃料として、バイオ炭は土壌改良材として、合成ガスは暖房や発電の燃料として利用できる。
このプロセスは、バイオマスの量を減らして貯蔵や輸送を容易にするだけでなく、バイオオイルから高価値の化学物質を抽出することもできる。
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