緩慢熱分解の主な生成物は、設計上、バイオ炭として知られる固体材料です。このプロセスは液体画分（バイオオイルまたは木酢液）と非凝縮性ガス（合成ガス）も生成しますが、バイオマスからこの安定した炭素が豊富な固体を最大限に変換するために、ゆっくりとした加熱速度と長い反応時間が特に選択されています。他の生成物は副生成物と見なされます。
熱変換方法の根本的な違いは、その意図された結果にあります。緩慢熱分解は、固体であるバイオ炭の生産を最大化するために意図的に設計されたプロセスであり、一方、急速熱分解は液体であるバイオオイルの収量を最適化します。
プロセス条件が結果をどのように決定するか
あらゆる熱分解プロセスの生成物分布は、その操作条件の直接的な結果です。緩慢熱分解は、液体やガスよりも固体の炭素生成を促進するために、特定のパラメーターセットを使用します。
温度と加熱速度の役割
緩慢熱分解は、非常に遅い加熱速度（通常1分あたり1〜30℃）と、中程度の最終温度に達することで定義されます。このプロセスは完了までに数時間かかることがあります。
このゆっくりとした「調理」により、バイオマス中の複雑なポリマー（セルロースやリグニンなど）が徐々に分解および再配列されます。揮発性化合物がゆっくりと放出される一方で、安定した炭素骨格が形成され、炭素に固化します。
急速熱分解との対比
対照的に、急速熱分解は、非常に高い加熱速度を使用して、バイオマスをわずか数秒で高温に加熱します。この急速な熱衝撃により、有機ポリマーは固体の炭素構造を形成する前に蒸気に分解されます。これらの蒸気はその後急速に冷却され、液体のバイオオイルに凝縮されます。
無酸素環境
決定的に、すべての熱分解は酸素が制限された、または完全に無酸素の環境で行われます。これにより、バイオマスとその生成物が燃焼するのを防ぎます。灰と二酸化炭素を生成する代わりに、熱エネルギーが材料を新しい固体、液体、気体の生成物に分解します。
緩慢熱分解の生成物の全体像
バイオ炭が主な目標ですが、3つの生成物ストリームすべての性質と用途を理解することが重要です。典型的な緩慢熱分解プロセスでは、重量で最大30%のバイオ炭が生成され、残りは液体とガスになります。
バイオ炭（主要な固体）
バイオ炭は、木炭に似た安定した多孔質の炭素密度の高い材料です。その高い安定性により、内部の炭素は何百年、何千年もの間、分解に抵抗して貯蔵されます。
その主な用途は、農業（保水性と栄養素の利用可能性を改善するための土壌改良材として）と炭素隔離です。
バイオオイル（二次的な液体）
木酢液または熱分解油と呼ばれることもある液体画分は、水、有機酸、アルコール、および数百の他の化合物の複雑な混合物です。一般的に酸性であり、現代の輸送燃料として使用するには大幅なアップグレードが必要です。
より一般的には、生物農薬、天然の燻製香料、または特殊化学品の供給源としてニッチな用途が見出されています。
合成ガス（気体副生成物）
生成される非凝縮性ガスは、合成ガス、またはシンガスと呼ばれます。これは、水素（H₂）、一酸化炭素（CO）、メタン（CH₄）などの可燃性ガスと、二酸化炭素（CO₂）の混合物です。
ほとんどの現代の熱分解プラントでは、この合成ガスは無駄にされません。捕集され、熱分解プロセスを実行するために必要な熱を供給するために現場で燃焼され、システムをよりエネルギー効率が高く、自立的にします。
トレードオフの理解
熱分解技術の選択は、望ましい最終生成物に完全に依存します。「最良」の方法は一つではなく、特定の目標にとって最良の方法があるだけです。
目標：固体生成物 vs. 液体生成物
最も重要なトレードオフは、固体と液体の収率の間です。緩慢熱分解は油を犠牲にして炭素を最大化し、急速熱分解は炭素を犠牲にして油を最大化します。
- 緩慢熱分解収率： バイオ炭約30%、バイオオイル約30%、合成ガス約40%
- 急速熱分解収率： バイオ炭約20%、バイオオイル約60%、合成ガス約20%
プロセス速度と処理能力
名前が示すように、処理時間に大きな違いがあります。緩慢熱分解は数時間かかり、一般的に特定の反応器サイズに対する材料処理能力が低くなります。急速熱分解はほぼ瞬間的であり、連続的で大量の産業用途に適しています。
目標に合った適切な選択をする
緩慢熱分解を使用するという決定は、その生成物の価値と意図された用途に完全に依存します。
- 炭素隔離または農業土壌改良が主な焦点である場合： 安定した高品質のバイオ炭を生産するために特に最適化されているため、緩慢熱分解が正しい選択です。
- 液体バイオ燃料または化学原料の生産が主な焦点である場合： 液体バイオオイルの収率を最大化するため、急速熱分解が優れた方法です。
- 現場での廃棄物からエネルギーへの変換が主な焦点である場合： 固体バイオ炭と気体合成ガスの両方が貴重な燃料であるため、どちらのプロセスも効果的です。
熱分解が、条件が結果を決定する調整可能なプロセスであることを理解することが、特定の目標のためにそれを効果的に活用するための鍵です。
要約表：
| 生成物 | 典型的な収率（緩慢熱分解） | 主な用途/条件 |
|---|---|---|
| バイオ炭（固体） | 約30% | 土壌改良材、炭素隔離（遅い加熱速度、長い滞留時間） |
| バイオオイル（液体） | 約30% | 生物農薬、化学原料（副生成物） |
| 合成ガス（ガス） | 約40% | 現場でのプロセス熱、エネルギー（可燃性ガス副生成物） |
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