熱分解油の含水率は通常20～30wt%であり、製造プロセスによって異なる。この含水率は重要であり、バイオマス中の元の水分と熱分解反応中に生成される水分の両方から生じる。
詳しい説明
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熱分解油中の水の起源：
- 初期含水率： 熱分解プロセスで使用されるバイオマスは、多くの場合、固有の水分を含んでいる。この初期含水率は、得られる熱分解油の全体的な水分率に寄与する。
- 反応生成物： 熱分解の過程で、化学反応により副産物として水が発生することがある。これは、バイオマス分子内の水素原子と酸素原子が放出され、結合して水が形成される際に発生する。
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熱分解油中の水の特徴：
- マイクロエマルジョンの形成： 熱分解油中の水は独立した相として存在するのではなく、マイクロエマルジョンの一部である。この状態では、水は油中にミクロのレベルで分散しており、連続相がホロセルロース分解生成物の水溶液である安定した系を形成している。この水相は、水素結合などのメカニズムにより、熱分解リグニン巨大分子の不連続相を安定化させる。
- 分離への影響： 水分を物理的（例えば遠心分離）に分離できる石油燃料とは異なり、熱分解油中の水分はマイクロエマルジョン状態であるため、そのような物理的分離方法には適さない。このため、熱分解油の精製・アップグレードプロセスが複雑になる。
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熱分解油の特性に対する含水量の影響：
- 安定性と老化： 水の存在は、熱分解油の経時安定性に影響を与える。主に反応性成分の縮合反応により、オイルが古くなるにつれて粘度が上昇し、相分離を起こす可能性がある。
- エネルギー含有量： 高い含水率は、従来の燃料油に比べて熱分解油のエネルギー密度を低下させる。例えば、熱分解油の密度は約1.2g/mlであるが、エネルギー含有量は燃料油と比較して重量ベースで約42%、体積ベースで約61%である。
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測定と規制
- 含水量の測定： 熱分解油中の含水量は、ASTM規格E 203に準拠したカールフィッシャー容量滴定などの方法で正確に測定することができる。
- 規制に関する考慮事項： 腐食やエマルジョンのような問題を防ぐために水分含有量が規制されている石油燃料とは異なり、熱分解油中の水分は、その組成と安定性に不可欠であるため、異なる取り扱いと処理戦略が必要となる。
まとめると、熱分解油中の水分は、その特性、安定性、処理要件に影響する重要なパラメータである。マイクロエマルジョンとして存在することで、分離・精製プロセスが複雑になると同時に、オイルのエネルギー密度や長期安定性にも影響を及ぼします。
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