熱分解の残留炭素の種類とは？木炭とコークスの比較

熱分解は、有機物質を固体残渣、液体、気体などの様々な生成物に変換する熱分解プロセスである。熱分解によって生成される炭素残渣には、主に次の2種類がある。木炭 (またはバイオ炭）と コークス .木炭は、バイオマスの熱分解の際に形成される多孔質で炭素に富む固体残渣であり、コークスは、化石燃料または重質炭化水素の熱分解から一般的に得られる高密度で炭素に富む固体残渣である。どちらの残渣も、原料や熱分解条件によって異なる特性と用途を持つ。これらの残渣の収率と特性は、温度、加熱速度、元の材料の組成などの要因に影響される。

キーポイントの説明

熱分解の残留炭素の種類：
- 木炭（またはバイオ炭）：
  - 木材や農業廃棄物などのバイオマスを熱分解して生成される。
  - 炭素含有率は75～90％で、元のバイオマス（40～50％）より大幅に高い。
  - 多孔質構造を持ち、土壌改良、水ろ過、再生可能燃料などの用途に有用。
- コークス：
  - 石炭や石油残渣などの化石燃料や重質炭化水素の熱分解から生成される。
  - 高密度で炭素を多く含む固体で、発熱量が高く、製鉄（還元剤として）やエネルギー生産などの産業で使用される。
生成プロセス：
- 熱分解は、酸素のない状態で有機物を加熱し、熱分解を引き起こす。
- 低温（300～500℃）では、木炭のような固体の残留物が生成される。
- より高い温度（700℃以上）では、プロセスはより液体や気体の生成物を生成する方向にシフトし、コークスはそのような条件下での一般的な固体残留物である。
炭素残渣の用途
- 木炭／バイオ炭：
  - 土壌肥沃度向上と炭素隔離のために農業で使用される。
  - 暖房や調理用の再生可能な燃料源として。
  - 多孔質で吸着性があるため、水のろ過システムに使用される。
- コークス：
  - 冶金プロセス、特に鉄鋼生産用の高炉に不可欠。
  - 発電および工業用暖房の燃料として使用される。
残留物の生成に影響する要因
- 温度： 温度が高いほどコークスの生産に有利で、低いほど木炭の生産に有利である。
- 原料の組成： バイオマスからは木炭が、化石燃料からはコークスが得られる。
- 加熱速度： 遅い熱分解では固体の残留物が多く、速い熱分解では液体や気体の生成物が多い。
木炭とコークスの比較
- 炭素含有量： 木炭の炭素含有率は通常75～90%だが、コークスの炭素含有率は98%に達することもある。
- 多孔性： 木炭は多孔質で吸着用途に適しているのに対し、コークスは緻密で高温の工業プロセスに適している。
- 出所木炭は再生可能なバイオマスに由来するが、コークスは再生不可能な化石燃料に由来する。
環境と経済への影響
- バイオマスからの木炭生産は、再生可能資源を利用し、炭素隔離に貢献するため、より持続可能であると考えられている。
- コークス製造は重工業には不可欠であるが、再生不可能な資源に依存しており、環境フットプリントが高い。

木炭とコークスの違いを理解することで、熱分解装置や消耗品の購入者やユーザーは、持続可能なバイオマス処理であれ、高炭素残渣を必要とする産業用途であれ、それぞれのニーズに基づいて情報に基づいた決定を下すことができる。

総括表

側面	木炭（バイオ炭）	コークス
発生源	バイオマス（木材、農業廃棄物など）	化石燃料（石炭、石油残渣など）
炭素含有量	75-90%	98%まで
多孔性	高多孔質、吸着に最適	緻密で高温プロセスに最適
用途	土壌改良、水ろ過、再生可能燃料	製鉄、エネルギー生産、工業用暖房
環境への影響	持続可能、再生可能、炭素隔離に貢献	再生不可能な資源に依存し、環境フットプリントが高い