バイオマス原料の熱分解のメカニズムには、一次的なメカニズムと二次的なメカニズムがあり、バイオオイル、木炭、ガスの生成につながる。一次メカニズムには、炭化物の形成、解重合、断片化が含まれ、二次メカニズムには、分解、再結合、二次炭化物の形成が含まれる。
第一のメカニズム
- チャー形成:この段階でバイオマスは加熱され、ベンゼン環が形成される。これらの環が結合して、芳香族多環構造であるチャーとして知られる固体残渣を形成する。このプロセスでは、水や不凝縮性ガスも放出される。
- 解重合:バイオマスのポリマー、特にセルロース、ヘミセルロース、リグニンの化学結合を切断する。このステップは、複雑な有機構造をより単純な分子に分解するため、非常に重要である。
- フラグメンテーション:解重合後、バイオマスはより小さな揮発性化合物に分解される。これらの化合物はガスとして放出されるか、凝縮してバイオオイルになる。
二次的メカニズム
- 分解:一次メカニズムで生成された揮発性化合物の一部は不安定であり、クラッキングと呼ばれる更なる反応を受ける。このプロセスは、より大きな分子を、より小さく安定した分子に分解する。
- 再結合:この段階では、より小さな分子が再結合してより複雑な化合物を形成し、二次炭や追加ガスの形成に寄与することがある。
- 二次炭の形成:これは、様々な化学反応によって一次チャーをさらに変化させ、その特性と安定性を向上させる。
熱分解の全体的なプロセスは、水分を除去するためにバイオマスを乾燥させることから始まり、次いで酸素のない状態で通常300～900℃の温度まで加熱する。特定の温度と加熱速度は、主な生成物（バイオ炭、バイオオイル、ガス）に影響する。熱分解後、生成物は冷却され、それぞれの形態に分離される。
バイオマス熱分解の効率と生成物の分布は、温度、滞留時間、バイオマス原料の物理的・化学的特性などの運転条件に大きく影響される。これらの要因によって、生成されるバイオオイル、木炭、ガスの収量と品質が決まります。
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