熱分解油の種類とは？主な違いと用途を知る

熱分解油は、酸素のない状態でのバイオマスの熱分解から得られる複雑な液体生成物である。濃い褐色で、酸素を多く含み、酸素を含む炭化水素、水、さまざまな有機化合物の混合物であることが特徴である。熱分解油は腐食性が高く、熱的に不安定で、不揮発性であるため、従来の化石燃料とは一線を画している。熱分解油の種類は、主に使用される熱分解プロセスの影響を受け、低速熱分解、高速熱分解、フラッシュ熱分解がある。各プロセスは、加熱速度、滞留時間、生成物の収率に違いがあり、その結果、熱分解油の特性や組成が異なる。これらの違いを理解することは、特定の用途に適した熱分解方法と油種を選択する上で極めて重要である。

キーポイントの説明

熱分解プロセスの種類:
- 低速熱分解:
  - 加熱率:加熱速度は遅く、通常毎分10℃以下。
  - 滞留時間:滞留時間が長く、数時間の場合が多い。
  - 主要製品:バイオ炭が主な生成物で、熱分解油と合成ガスの量は少ない。
  - オイルの特徴:生成されるオイルの量は少なく、熱にさらされる時間が長いため粘度が高くなる可能性があり、凝縮反応が起こりやすくなる。
- 高速熱分解:
  - 加熱率:急速な加熱速度で、しばしば毎秒100℃を超える。
  - 滞留時間:短い滞留時間、通常は数秒。
  - 主要製品:バイオオイルが主要製品で、収率は最大60％。バイオ炭と合成ガスも生産されるが、その量は少ない。
  - 石油の特徴:低速熱分解油に比べ、油量が多く、粘度が低い。液体燃料を必要とする用途に適している。
- フラッシュ熱分解:
  - 加熱率:非常に速い加熱速度で、しばしば毎秒1000℃を超える。
  - 滞留時間:滞留時間が非常に短く、しばしば1秒未満。
  - 主要製品:バイオオイルの収率が高く、バイオ炭と合成ガスの生成は最小限。
  - オイルの特徴:このオイルは揮発性が高く、他の熱分解法によるオイルに比べて分子量が小さい。高温用途に適している。
熱分解油の組成:
- 酸素化炭化水素:熱分解油は、酸、アルコール、ケトン、アルデヒドなどの幅広い化合物を含む酸素含有炭化水素を主成分とする。
- 水分:オイルにはかなりの量の水（20～30wt％）が含まれており、これが不安定性と腐食性の一因となっている。
- 有機化合物:オイルには低分子化合物（ホルムアルデヒド、酢酸など）と高分子化合物（フェノール、アンヒドロ糖、オリゴ糖など）が含まれる。
- 重合:酸素含有量が高いため、特に空気に触れると重合しやすくなり、時間の経過とともに粘度が上昇する。
熱分解油の特性:
- 腐食性:高い酸性度と水分の存在により、熱分解油は金属に対して腐食性があり、特殊な保管・取り扱い設備が必要となる。
- 熱不安定性:このオイルは熱に不安定で、加熱すると分解したり重合したりするため、用途によっては直接の使用に適さない。
- 非揮発性:酸素を多く含むため、熱分解油は不揮発性であり、一度回収した油を完全に再蒸発させることはできない。
- 不混和性:熱分解オイルは化石燃料と混和しないため、従来の燃料との混合には限界がある。
熱分解油の用途:
- 燃料:熱分解オイルは、その課題にもかかわらず、ボイラー、エンジン、タービンの燃料として使用することができる。
- 化学原料:石油は、化学製品やその他の価値ある製品を生産するために改良することができるが、そのためには酸素含有量を減らし、石油を安定させるためのさらなる処理が必要になることが多い。
- エネルギー生産:熱分解油は、発電所で他の燃料と混焼し、電気と熱を発生させることができる。
課題と考察:
- 保管と取り扱い:熱分解油は腐食性があり不安定なため、劣化や機器の損傷を防ぐには、保管や取り扱いに注意が必要である。
- アップグレード:熱分解油の品質と安定性を向上させるためには、酸素含有量を減らし燃料特性を向上させるハイドロデオキシジェネレーションなどの工程を経て、熱分解油を改良する必要がある場合が多い。
- 経済性:熱分解油の製造とアップグレードのコストは、特に従来の燃料と比較して、その潜在的な利点とのバランスを取る必要がある。

要約すると、熱分解油の種類は、主に使用される熱分解プロセスによって決まり、低速熱分解、高速熱分解、フラッシュ熱分解では、それぞれ異なる特性と組成を持つ油が生産される。これらの違いを理解することは、特定の用途に適切な熱分解方法と油種を選択するために不可欠であり、同時にその使用に伴う課題にも対処する必要がある。

まとめ表

熱分解プロセス	加熱速度	滞留時間	主要製品	オイルの特徴
遅い熱分解	<10℃/分	数時間	バイオ炭	量が少なく、粘度が高い
高速熱分解	>100℃/秒以上	数秒	バイオオイル（最大60）	豊富、低粘度
フラッシュ熱分解	>1000℃/秒	<1秒	バイオオイル	高揮発性、低分子量