本質的に、ゴム熱分解は、廃ゴム、最も一般的には使用済みタイヤを、貴重な原材料に分解する熱化学プロセスです。これは、細断されたゴムを密閉された酸素のない環境で高温（通常300〜900°C）に加熱することによって達成されます。酸素がないことが重要であり、これによりゴムが燃焼するのを防ぎ、代わりにその長いポリマー鎖がより小さく、より有用な分子に分解されます。
ゴム熱分解は廃棄物焼却ではなく、資源回収技術です。問題のある廃棄物の流れを、合成油、カーボンブラック、合成ガス、鋼鉄という貴重な商品に変え、循環経済のループを効果的に閉じます。
熱分解プロセス：分子レベルでのゴムの分解
熱分解の価値を理解するには、まずそのメカニズムを理解する必要があります。それは制御された分解プロセスであり、単純な廃棄方法ではありません。
核心原理：酸素なしでの熱分解
熱分解の中心は、酸素なしで物質を加熱することです。ゴムが酸素とともに加熱されると、燃焼し、エネルギーを放出し、灰やCO2などの排ガスを生成します。
酸素を除去することで、化学経路が変化します。燃焼する代わりに、強力な熱がゴムポリマーを結合している強力な化学結合を切断するために必要なエネルギーを提供します。これは熱分解として知られるプロセスです。
主要なプロセス段階
典型的なゴム熱分解プラントは、連続またはバッチシーケンスで稼働します。
- 準備：タイヤ全体をより小さく、より均一な破片（通常1〜2インチ）に細断します。これにより、熱伝達のための表面積が増加します。
- 供給：細断されたゴムは、酸素の侵入を防ぐために気密システムを介して熱分解反応器に供給されます。
- 加熱：反応器は外部から加熱されます。内部温度が上昇すると、ゴムは分解し、高温の蒸気と固形残渣の混合物に変化します。
- 分離：高温の蒸気は反応器から排出され、凝縮システムに送られます。凝縮可能な部分は冷却されて液体油になり、非凝縮性ガスは分離されます。固形残渣（カーボンブラックと鋼鉄）は反応器に残ります。
ゴム熱分解の貴重な生成物
熱分解の経済的実現可能性は、その4つの主要製品の品質と市場性にかかっています。
熱分解油（タイヤ熱分解油 - TPO）
この液体画分は、一種の合成原油です。高い発熱量を持ち、炉、ボイラー、発電機などの工業用燃料として直接使用できます。
さらなる精製（蒸留や脱硫など）により、TPOはディーゼル燃料のようなより価値のある製品にアップグレードできますが、これには操作の複雑さとコストが加わります。
回収カーボンブラック（rCB）
これは、プロセス後に残る固形の炭素が豊富な粉末です。その特性は、元のタイヤ組成とプロセスパラメータによって大きく異なる場合があります。
高品質のrCBは、新しいゴム製品の補強材、プラスチックやインクの顔料、または吸着剤として使用できます。低品質のrCBは、しばしば固体燃料として使用されます。rCBの市場価値は、プラントの収益性にとって重要な要素です。
熱分解ガス（合成ガス）
この非凝縮性ガス混合物は、水素、メタン、一酸化炭素が豊富です。良好な発熱量を持っています。
ほとんどの最新の熱分解プラントでは、このガスを反応器を加熱するバーナーの燃料として使用しています。これにより、自己持続的なエネルギーサイクルが生まれ、プラントの外部エネルギー消費と運用コストを大幅に削減できます。
スチールワイヤー
タイヤ内のスチールベルトとビードは分解しません。それらは反応器からきれいな高品質のスクラップ鋼として回収されます。このスクラップは即座に価値があり、製鉄所に容易に販売してリサイクルできます。
トレードオフと課題の理解
有望ではありますが、ゴム熱分解は万能薬ではありません。その課題を明確に評価することは、真剣な検討のために不可欠です。
出力品質と一貫性
最大の課題は、最終製品のばらつきです。熱分解油の品質（例：硫黄含有量）、特に回収カーボンブラックの品質は、原料（タイヤの種類と経年）とプロセス温度および時間の正確な制御に大きく依存します。
rCBの品質が不安定だと、高価値市場での販売が困難になり、低コスト燃料としての使用に限定される可能性があります。
環境および安全上の懸念
開放空間でのタイヤ焼却よりもはるかに優れていますが、熱分解プラントは堅牢な環境制御を備えて設計する必要があります。不適切に密閉されたシステムは、揮発性有機化合物（VOC）を放出する可能性があります。
さらに、このプロセスは高温で可燃性の液体やガスを扱うため、事故を防ぐために産業安全プロトコルを厳守する必要があります。
経済的実現可能性
熱分解プラントの収益性は複雑な方程式です。タイヤの入手と細断のコスト、運用コスト（エネルギー、労働力）、メンテナンス、および油、カーボンブラック、スクラップ鋼の変動する市場価格に依存します。徹底的な実現可能性調査は不可欠です。
目標に合った適切な選択をする
熱分解技術の採用は、明確な戦略的目標によって推進されるべきです。
- 主な焦点が廃棄物管理である場合：熱分解は、何百万ものタイヤを埋立地や不法投棄場から転用するための高度で環境に配慮したソリューションです。
- 主な焦点がエネルギー生成である場合：このプロセスは廃棄物から合成燃料を生成し、バージン化石燃料への依存を減らすことができる地域的なエネルギー源を提供します。
- 主な焦点が資源回収である場合：熱分解は、鋼鉄、炭素、炭化水素分子を回収して新しい製造サイクルで使用することにより、循環経済の原則を具体化します。
最終的に、ゴム熱分解は、廃タイヤを環境負荷と見なすことから、貴重な工業原料と認識することへの強力な転換を表しています。
要約表：
| 製品 | 説明 | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| 熱分解油（TPO） | 凝縮蒸気から得られる合成原油 | 炉、ボイラー、発電機などの工業用燃料 |
| 回収カーボンブラック（rCB） | 炭素が豊富な粉末残渣 | ゴム補強材、プラスチック、インク、吸着剤 |
| 熱分解ガス（合成ガス） | 非凝縮性ガス（H2、CH4、CO） | 自己持続的な反応器加熱用の燃料 |
| スチールワイヤー | タイヤから回収されたスチールベルト/ビード | 製鉄所でのリサイクル用スクラップ |
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