バイオオイルやバイオ原油としても知られる熱分解油は、酸素を含む有機化合物、水、さまざまな汚染物質の複雑な混合物である。酸素のない状態でのバイオマスの熱分解によって生成される。再生可能燃料としての可能性を秘めているが、酸素含有量が高く、さまざまな汚染物質が存在するため、その組成や性質は従来の石油製品とは大きく異なる。これらの汚染物質には、水、酸素化合物、酸、固形物、硫黄などが含まれ、安定性、腐食性、使用性に影響を与える。これらの汚染物質を理解することは、熱分解油の品質と用途を改善する上で極めて重要である。
主なポイント
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高含水率（20～30）
- 熱分解油にはかなりの量の水分が含まれており、通常重量比で20%から30%の範囲である。
- この高い含水率は、石油の発熱量を低下させ、化石燃料に比べてエネルギー密度が低くなる。
- 水はまた、相分離を促進し、時間の経過とともに粘度を増加させるため、オイルの不安定性にも寄与する。
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酸素含有有機化合物
- オイルには、酢酸、ホルムアルデヒド、フェノール、アンヒドロ糖、オリゴ糖などの酸素化合物が豊富に含まれている。
- これらの化合物は、オイルの高い酸性度（pHは2程度）の原因であり、保管や取り扱い機器を腐食させる。
- 酸素含有量（35～50重量％）は、オイルを熱的に不安定にし、重合しやすくする。
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芳香族および脂肪族炭化水素
- 熱分解油には、芳香族炭化水素と脂肪族炭化水素が混在しており、複雑な化学組成となっている。
- 芳香族が多く含まれているため、煙のような刺激臭があり、濃い褐色をしている。
- これらの炭化水素は縮合反応を起こし、オイルをさらに不安定にし、粘度を増加させる。
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固形残留物（最大40）
- 油には、炭化物や灰分などの固形残留物が含まれることが多く、その割合は40%にも達する。
- これらの固形物はフィルターやノズルを詰まらせ、オイルの取り扱いや処理を困難にする。
- 固形物の存在はまた、オイルの全体的な品質とエネルギー密度を低下させる。
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高い硫黄分
- 熱分解オイルは通常、従来のディーゼル燃料に比べて硫黄分が高い。
- 硫黄化合物はオイルの腐食性の一因となり、燃焼時に二酸化硫黄などの有害な排出物の生成につながる可能性がある。
- このため、オイルは環境にやさしくなくなり、標準的なエンジンやタービンで使用することが難しくなる。
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酸化的不安定性
- オイルは空気に触れると酸化反応を起こしやすく、重合や凝集を引き起こす。
- これらの反応は、時間の経過とともにオイルの粘度と揮発性を高め、保管や輸送を困難にする。
- また、不安定性によりオイルの保存期間が制限されるため、劣化を防ぐために慎重な取り扱いが必要となる。
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健康と安全に関する懸念
- 熱分解油は腐食性があり、皮膚に触れたり、ガスを吸入したりすると、炎症や健康上の問題を引き起こす可能性がある。
- 独特の刺激臭があり、酸性度が高いため、適切な保護具なしでの取り扱いは危険である。
- また、熱的に不安定なため、特定の条件下では発熱反応を起こしたり、発火したりする可能性があり、安全上のリスクもある。
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化石燃料との混和性
- 熱分解油は酸素を多く含み、組成が複雑なため、従来の化石燃料とは混ざりにくい。
- この不混和性により、既存の燃料インフラでの直接利用が制限され、適合させるためには追加の処理や混合が必要となる。
まとめると、熱分解油には、水、酸素化合物、固形物、硫黄など、さまざまな汚染物質が含まれており、その特性や使用性に大きな影響を与えている。精製と安定化プロセスを通じてこれらの汚染物質に対処することは、再生可能な代替燃料としての熱分解油の品質と実行可能性を向上させるために不可欠である。
総括表
| 汚染物質 | 影響 |
|---|---|
| 高含水率 | エネルギー密度を低下させ、相分離を促進し、粘度を増加させる。 |
| 酸素化合物 | 強酸性、腐食性、熱不安定性、重合性 |
| 芳香族炭化水素 | 煙臭、暗色、縮合反応、粘度上昇 |
| 固形残留物 | フィルターを詰まらせ、品質を低下させ、エネルギー密度を低下させる。 |
| 高硫黄分 | 腐食性、有害排出物、環境問題 |
| 酸化的不安定性 | 重合、粘度上昇、保存期間制限 |
| 安全衛生上のリスク | 腐食性、有害ガス、熱不安定性 |
| 燃料との混和性 | 化石燃料との相溶性のために追加処理が必要。 |
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