緩慢熱分解とは？バイオ炭と再生可能エネルギーのための持続可能なプロセス

緩慢熱分解は、酸素が制限された、または酸素のない環境で行われる熱分解プロセスであり、通常、加熱速度は1～30 °C/分¹である。低温（約400 °C）と長めの滞留時間（数時間）により、固形残渣であるバイオ炭の生産量を最大化するように設計されている。このプロセスは、乾燥や機械的粉砕などのバイオマスの準備から始まり、バイオマスを熱分解リアクターに投入する。熱は外部から供給され、多くの場合、発生ガスの燃焼や原料の部分燃焼によって行われる。熱分解プロセスは、バイオマスをバイオ炭、バイオ油、合成ガスに分解する。バイオ炭は反応器の底に沈殿し、ガスと液体は急冷されてバイオオイルになる。非凝縮性の合成ガスは、プロセスの熱源として再利用されることが多く、エネルギー効率が高く環境に優しい。

キーポイントの説明

環境と暖房料金:
- 低速熱分解は、燃焼や副反応を防ぐため、酸素が制限された、または酸素を含まない環境で行われる。
- 加熱速度は比較的低く、通常1～30 °C/分¹であるため、バイオマスの分解を制御することができる。
温度と滞留時間:
- このプロセスは、他の熱分解法に比べて低温（約400℃）で運転される。
- 長い滞留時間（数時間）は、炭素を豊富に含む固体物質であるバイオ炭の生成を最大化するために使用される。
バイオマスの準備:
- 木材などのバイオマスは、まず乾燥と機械的粉砕（破砕または粉砕）によって準備される。
- このステップにより、熱分解中の均一な加熱と効率的な分解が保証される。
熱分解リアクター:
- 準備されたバイオマスは熱分解反応器に供給され、そこで制御された熱にさらされる。
- 反応器は通常大気圧で運転され、熱は外部から供給される。多くの場合、発生ガスの燃焼や原料の部分燃焼によって供給される。
分解と副生成物:
- バイオマスが加熱されると熱分解を起こし、より小さな分子に分解される。
- 主な副産物は、バイオ炭（固体）、バイオオイル（液体）、合成ガス（気体）である。
- バイオ炭は反応器の底に沈殿し、ガスと液体は急冷されてバイオオイルになる。
急冷と分離:
- 熱分解中に発生したガスと液体は、バイオオイルを凝縮させるために急冷される。
- 非凝縮性合成ガスは、多くの場合、プロセスの熱を供給するために燃焼室にリサイクルされ、エネルギー効率を高める。
環境上の利点:
- 緩慢な熱分解は、燃焼に比べてCO₂の排出がはるかに少なく、環境に優しいプロセスである。
- 生成されたバイオ炭は土壌改良材として使用することができ、土壌の健全性を向上させ、炭素を固定化する。
産業利用:
- 産業環境では、前処理（乾燥、粉砕）、熱分解、排出（バイオ炭の冷却）、除塵（有害物質を減らすための排ガス洗浄）などの工程が追加される。
- このプロセスは拡張性があり、農業残渣や有機廃棄物など、さまざまな種類のバイオマスに適応できる。
エネルギー効率:
- 合成ガスを再利用してプロセスに熱を供給することで、低速熱分解はエネルギー効率に優れている。
- このクローズド・ループ・システムは、外部エネルギー要件を最小限に抑え、全体的な運転コストを削減する。
副産物の用途:
- バイオ炭:土壌改良材として使用され、土壌の肥沃度を向上させ、炭素を隔離する。
- バイオオイル:精製して再生可能燃料や化学原料として使用できる。
- 合成ガス:多くの場合、熱や電気を生成するために使用されるか、熱分解プロセス内で再利用される。

これらのステップを踏むことで、低速熱分解は、環境への影響を最小限に抑え、エネルギー効率を最大化しながら、バイオマスを価値ある副産物に効果的に変換する。

要約表

主な側面	詳細
使用環境	燃焼や副反応を防ぐため、酸素制限または無酸素。
加熱速度	1～30 °C min-¹（制御分解用
温度	最適なバイオ炭の生成には400℃前後が必要である。
滞留時間	バイオ炭の収量を最大にするために数時間。
バイオマスの調製	乾燥と機械的粉砕（破砕/粉砕）。
副産物	バイオ炭（固体）、バイオオイル（液体）、合成ガス（気体）。
環境へのメリット	CO₂排出量が少なく、バイオ炭は土壌を健康にし、炭素を隔離する。
エネルギー効率	合成ガスのリサイクルにより、外部からのエネルギー需要を最小限に抑えます。
産業用途	農業残渣、有機廃棄物、その他に拡張可能。