バイオオイルは、主に水と、炭水化物やリグニンを含むバイオマス由来の様々な有機化合物からなる複雑な液体製品である。バイオオイルに含まれる有機化合物は、アルコール、アルデヒド、カルボン酸、エステル、フラン、ピラン、ケトン、単糖、アンヒドロ糖、フェノール化合物からなる。この組成により、バイオオイルは、暖房、発電、輸送などの様々な用途において、化石燃料の代替品となる可能性がある。
詳細な組成
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炭水化物からの有機化合物： バイオオイルには、バイオマスに含まれる炭水化物に由来する様々な有機化合物が含まれている。アルコール、アルデヒド、カルボン酸、エステル、フラン、ピラン、ケトン、単糖、アンヒドロ糖などである。これらの化合物は、バイオマスが酸素のない状態で加熱され、複雑な炭水化物構造がより単純な有機分子に分解される熱分解の過程で生成される。
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リグニンからの有機化合物： リグニンは、植物の細胞壁に見られる複雑な有機ポリマーで、バイオオイルにフェノール化合物をもたらす。これらの化合物は、貴重な化学物質や燃料にさらに加工できるため、重要である。フェノール化合物の存在は、粘度や安定性といったバイオオイルの物理的・化学的特性にも影響を与える。
特性と課題
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高い含水率： バイオオイルは通常20-30%の水分を含んでおり、貯蔵、取り扱い、加工に影響を与える。高い含水率は、相分離や粘度上昇を引き起こし、標準的な用途での使用を複雑にする。
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高い酸素含有量と酸性度： 酸素含有量が35～50%のバイオオイルは酸性度が高く（pHは～2）、金属を腐食する。この酸性は、カルボン酸やその他の酸素化合物の存在によるもので、従来の燃料油に比べて発熱量が低い一因にもなっている。
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粘度と安定性： バイオオイルは粘性があり、40℃での粘度は20～1000センチポイズである。酸化的に不安定なため、重合や凝集が起こりやすく、粘度や揮発性がさらに高くなる。
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固体残留物と汚染物質： バイオオイルには、最大40%の固形残留物や様々な汚染物質が含まれている可能性があり、これらは品質や使用性に影響を与える可能性がある。様々な用途でバイオオイルを効果的に使用するためには、これらの固形物や不純物を管理する必要がある。
用途とアップグレード
バイオオイルは、含水量、酸性度、粘度が高いため、標準的な内燃機関には直接適さない。しかし、ガス化して合成ガスを生成したり、特殊なエンジン燃料に精製するなど、さまざまなプロセスで改良することができる。発電所での混焼の可能性は、固形バイオマスに比べて取り扱い、輸送、貯蔵が容易な液状であることから、特に魅力的である。
要約すると、バイオオイルはバイオマス由来の有望だが複雑なバイオ燃料であり、水分と有機化合物を多く含むという特徴がある。そのユニークな組成と特性から、化石燃料に代わる持続可能な代替燃料としての可能性を最大限に引き出すには、慎重な取り扱いと加工が必要である。
