バイオマス由来のバイオオイルとは？熱分解油の生産と用途ガイド

本質的に、バイオオイルは、バイオマスの熱分解から得られる、暗くて粘性のある液体燃料です。これは、木材、農業廃棄物、藻類などの有機物を酸素のない環境で急速に加熱する熱分解と呼ばれるプロセスを通じて生産されます。結果として生じる高温の蒸気は、急速に冷却され凝縮されてこの液体を形成し、これは熱分解油と呼ばれることもあります。

バイオオイルは、固体でかさばるバイオマスを液体エネルギーキャリアに変換する直接的な方法を表しています。しかし、その固有の化学的特性、特に高い水分と酸素含有量は、従来の化石燃料と競争するためには大幅なアップグレードを必要とする、複雑で低品位の中間体となっています。

生産プロセス：固体バイオマスから液体燃料へ

バイオオイルを理解するには、まずそれを作り出すプロセスを理解する必要があります。これは、エタノールやバイオディーゼルなどの他の一般的なバイオ燃料とは根本的に異なります。

熱分解の役割

プロセス全体は熱分解にかかっています。これは、酸素が完全にない状態で高温で材料を熱分解することです。

酸素がシステムに入るのを防ぐことで、バイオマスは燃焼しません。代わりに、その複雑な有機ポリマーはより小さな揮発性分子に分解され、高温ガスを形成します。

蒸気を油に凝縮する

この高温ガスは急速に冷却されます。この冷却、または急冷により、揮発性成分が凝縮して液体になります。

この凝縮された液体がバイオオイルです。このプロセスでは、非凝縮性ガス（合成ガス）と、固体で炭素が豊富な木炭（バイオ炭）という2つの副産物も生成されます。

他のバイオ燃料との区別

熱分解を他のバイオ燃料を製造するプロセスと区別することが重要です。

エタノールのようなバイオ燃料は、発酵という生化学的プロセスを通じて作られます。バイオディーゼルは、エステル交換反応と呼ばれる化学プロセスを通じて作られます。対照的に、バイオオイルは純粋に熱化学的変換の産物です。

粗バイオオイルの主な特性

生のバイオオイルは、石油ベースの原油とは化学的に大きく異なります。これらの違いが、その限界と潜在的な用途を定義します。

高い水分と酸素含有量

バイオオイルには、通常重量で14%から33%の大量の水分が含まれており、これは油中に乳化しており、除去が困難です。

また、元のバイオマスから受け継いだ高い酸素含有量も持っています。これは、ほとんど酸素を含まない原油のような炭化水素とは根本的に異なります。

低いエネルギー密度

水分と酸素含有有機化合物の存在は、そのエネルギー含有量を劇的に低下させます。

バイオオイルの総発熱量（HHV）は15～22 MJ/kgです。これは、従来の重油（43～46 MJ/kg）の約半分です。燃料1キログラムあたりで得られるエネルギーが少なくなります。

化学的不安定性と酸性度

有機酸などの酸素含有化合物は、バイオオイルを酸性で腐食性にします。また、油を化学的に不安定にし、時間の経過とともに粘度が増し重合するため、貯蔵と取り扱いが複雑になります。

トレードオフの理解

バイオオイルは完璧な解決策ではなく、特定の利点と明確な課題を伴う技術です。これらのトレードオフを認識することが、その役割を評価する上で重要です。

利点：液体エネルギーキャリア

熱分解の主な利点は、低密度で扱いにくい固体バイオマスを高密度で輸送可能な液体に変換できることです。この液体は、元の原材料よりも簡単に貯蔵および使用できます。

課題：アップグレードの必要性

高い酸素含有量、酸性度、不安定性のため、粗バイオオイルは現代のエンジンにとって「ドロップイン」燃料ではありません。ガソリンやディーゼルと直接混合したり、代わりに使用したりすることはできません。

輸送燃料として使用するには、集中的なアップグレードが必要です。これは、触媒と水素を使用して酸素を除去するプロセスです。これにより、かなりのコストと複雑さが追加されます。

リスク：相分離

前述のとおり、バイオオイルには大量の水分が含まれています。水分含有量が高くなりすぎたり、さらに水分が導入されたりすると、油は2つの相に分離する可能性があります。水相と重い有機相です。これにより、燃料としての粘度が損なわれます。

目標に合った適切な選択をする

バイオオイルをどのように見るかは、その意図する用途によって完全に異なります。これは万能の解決策ではありません。

• 主な焦点が直接的な輸送燃料である場合：粗バイオオイルは実行可能な選択肢ではなく、使用可能な炭化水素燃料にするには広範で費用のかかるアップグレードが必要であることを認識してください。
• 主な焦点が定置型電力または熱である場合：バイオオイルは、その特性を処理するように設計された工業用ボイラー、炉、および特定の定置型エンジンにおいて、重油のより実用的な代替品となり得ます。
• 主な焦点がグリーン化学品の生産である場合：燃料にとっては問題となる酸素含有化合物は、バイオベース経済のための貴重なプラットフォーム化学品として分離・利用できます。

最終的に、バイオオイルは最終製品としてではなく、生のバイオマスから精製されたエネルギーや材料への道のりにおける化学的に複雑な中間体として捉えるのが最善です。

要約表：

特性	粗バイオオイル	従来の燃料油
生産プロセス	急速熱分解	石油精製
酸素含有量	高（約35-50%）	非常に低い
水分含有量	14-33%	非常に低い
発熱量（HHV）	15-22 MJ/kg	43-46 MJ/kg
安定性	不安定、時間とともに粘度が増す	安定
主な用途	アップグレード用中間体、定置型熱/電力	直接輸送燃料

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