高速熱分解とは？バイオマスから高いバイオオイル収率を引き出す

高速熱分解は、バイオマスを酸素のない状態で高温（400～700℃）、非常に短い滞留時間（2秒未満）で加熱することにより、バイオオイル、バイオ炭、ガスに変換するプロセスである。ほとんどの熱分解技術では、迅速な熱伝達を確保するため、最大2mmまでの粒子しか処理できないため、原料の粒子径が重要である。この小さな粒子径は、高速熱分解に必要な高い加熱率と熱伝達率を達成するために不可欠であり、これによりバイオオイル収率が最大化される（乾燥原料ベースで最大65～80％）。このプロセスは非常に効率的であるが、製品収率を最適化するためには、温度と滞留時間を正確に制御する必要がある。

キーポイントの説明

高速熱分解における粒子径:
- 高速熱分解における原料の粒子径は、一般的に次のように制限されている。 2mm以下 .これにより、粒子を通過する迅速な熱伝達が確保され、このプロセスに必要な高い加熱速度（10～200℃/秒）と短い滞留時間（0.5～10秒）を達成するために重要である。
- 粒子が大きいと熱伝達が妨げられ、熱分解が不完全になり、バイオオイルやその他の生成物の収率が低下する。
小さな粒子径の重要性:
- 粒子が小さいため 均一な加熱 バイオマス全体が効率的に熱分解される。
- これにより 迅速な熱伝達 これは、高速熱分解の特徴である高い加熱速度を達成するために必要である。
- また、粒子が小さいと、バイオオイルの品質を劣化させる二次反応のリスクを最小限に抑えることができる。
高速熱分解のプロセス条件:
- 温度:高速熱分解は中温（400～700℃）で行われる。低い温度（650℃まで）は凝縮可能な蒸気（バイオオイル）の収率を最大にし、高い温度（700℃以上）はガスの生産に有利である。
- 滞留時間:熱分解温度での滞留時間は非常に短く、通常2秒未満である。この迅速な処理により、バイオオイルがガスやチャーに分解されるのを防ぐことができる。
- 加熱率:高い加熱速度（10～200℃/秒）は、バイオマスの蒸気への迅速な分解を保証するため、高速熱分解には不可欠です。
製品収率:
- 高速熱分解は 高いバイオオイル収率 通常、乾燥バイオマス基準で50～80％である。
- 残りの製品には バイオ炭 (固体残渣）と 非凝縮性ガス (メタン、水素、一酸化炭素など）。
他の熱分解法との比較:
- 低速熱分解:低温（<500℃）、低速の加熱速度（0.1～2℃/秒）で運転し、滞留時間（数時間～数日）が長い。主にチャーとタールを生成し、バイオオイルの収率は低い。
- 超高速熱分解:高速熱分解よりもさらに高い加熱速度と短い滞留時間を伴い、ガス生成を促進する。ガス化に近い。
- フラッシュ熱分解:高速熱分解のバリエーションで、さらに加熱速度が速く、最大75～80wt%のバイオオイル収率を達成します。
高速熱分解の用途:
- 生産されたバイオオイルは、燃料として使用できる。燃料ボイラー、エンジン、タービンの燃料。
- また 化学製品の原料 しかし、輸送用燃料として使用するためには、さらなる精製と改良が必要になることが多い。
課題と考察:
- 粒径が小さい（2mm以下）ことが要求されるため、バイオマスの前処理が必要である。 バイオマスの前処理 バイオマスの前処理、例えば粉砕や摩砕は、プロセスのコストとエネルギー投入を増加させる。
- 生成されるバイオオイルには、水、酸、その他の不純物が含まれていることが多い。 後処理 安定性と品質を向上させる。

要約すると、高速熱分解における粒子径は重要な要素であり、ほとんどの技術では、効率的な熱伝達と高いバイオオイル収率を確保するために、2mm以下の粒子が必要である。このプロセスは、中程度の温度（400～700℃）で、非常に短い滞留時間（2秒未満）と高い加熱速度（10～200℃/秒）で運転されるため、バイオオイルの生産効率が高い。しかし、粒子径を小さくする必要があり、バイオオイルの品質に関連する課題があることから、高速熱分解における前処理と後処理の両方のステップを最適化することの重要性が浮き彫りになっている。

総括表

主な側面	詳細
粒子径	迅速な熱伝達と均一な加熱のために≤2 mm。
温度範囲	400～700℃；低い温度はバイオオイルに有利、高い温度はガス生成に有利。
滞留時間	<バイオオイルの分解を防ぐため2秒以下
加熱速度	10-200°C/秒（バイオマスの急速分解用
バイオオイル収率	乾燥バイオマス基準で50-80%。
その他の製品	バイオ炭、非凝縮性ガス（メタン、水素、一酸化炭素など）。
用途	燃料または化学原料として使用されるバイオオイル。
課題	前処理（粉砕）と後処理（バイオオイルの安定化）。