熱分解とは、酸素がない状態、または完全燃焼に必要な酸素よりもかなり少ない酸素でバイオマスを熱分解することである。
このプロセスにより、バイオマスは炭化水素を多く含む混合ガス、油のような液体、チャーとして知られる炭素を多く含む固体残渣など、より有用な形態に変換される。
5つのポイントを解説バイオマスの熱分解を理解する
1.プロセスと条件
熱分解では、酸素が制限された環境下で、バイオマスを通常550℃を超える高温で加熱する。
この制御された加熱により、バイオマスは主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどの構成成分に分解され、それぞれ異なる温度で分解される。
2.構成成分とその分解
ヘミセルロース 250～400℃で分解し、720℃に加熱すると約20％のセミコークスを生成する。
セルロース の分解にはより高い温度、310～430 °Cが必要で、8%のセミコークスとなる。
リグニン は300～530℃で分解し、約55％のセミコークスとなる。
これらの分解は、解重合によるより小さな炭化水素粒子の形成と、脱水による不飽和ポリマーとセミコークスの生成につながる。
3.熱分解の生成物
熱分解プロセスでは、主に3つの生成物が生じる：
ガス： ガス：CO、CO2、H2、CH4などの揮発性炭化水素の混合物で、高温でC-C結合やC-H結合が切断されて生成する。
液体（バイオオイル）： 中間の温度と高い加熱速度で生成される、炭化水素を豊富に含む油状物質。
固体（チャー）： 炭素を多く含む残渣で、チャー生成に重点を置く緩慢熱分解のようなプロセスで最大化される。
4.熱分解の種類
低速熱分解： 低い加熱速度と長い滞留時間が特徴で、チャー生成を最大化する。歴史的に木炭、酢酸、メタノール、エタノールの製造に使用されてきた。
急速熱分解： 高い加熱速度と短い滞留時間で、バイオオイルの収率を最大化する。
超高速熱分解： さらに高い加熱速度と非常に短い滞留時間で運転され、主にガス生産を目的とする。
5.歴史的・産業的利用
熱分解は、特に木材の蒸留という形で、古代から使用されてきた。特にエジプトでは、防腐処理や船のコーキングに使用されていた。
1800年代には、主に木炭生産を通じて産業革命の燃料を供給する重要な産業となった。
まとめると、熱分解は、バイオマスを価値あるエネルギー製品に変換する上で、多用途かつ不可欠なプロセスであり、気体、液体、固体のいずれであっても、目的とする最終製品に応じてその方法を適応させることができる。
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