熱分解におけるバイオ炭の収率は、原料の含水率、熱分解条件（温度、加熱速度、滞留時間など）、バイオマス原料の種類などいくつかの要因に影響される。一般に、含水率が15%未満の場合、バイオ炭の収率は1:4から1:3の範囲となり、これは1000kgのバイオマスから280kgから330kgのバイオ炭が得られることを意味する。低速熱分解では、乾燥原料ベースで最大30wt%のバイオ炭が得られる。低温、ゆっくりとした加熱速度、固定炭素や揮発性物質のような特定のバイオマスの特性などの主な要因は、バイオ炭の収量と品質に大きく影響する。
主なポイントの説明
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原材料の含水率:
- バイオマスの含水率はバイオ炭の収率を決定する重要な要素である。含水率が15%未満の場合、バイオ炭の収率は通常1:4から1:3の範囲である。例えば、1000kgのバイオマス廃棄物から280kgから330kgのバイオ炭が得られる。
- 高い含水率は、熱分解の効率を低下させる。なぜなら、熱分解プロセスに使用できるはずの水分を蒸発させるためにエネルギーが消費されるからである。
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熱分解条件:
- 温度:熱分解温度は一般に低い方がバイオ炭の収率が高い。高温は合成ガスの生成を促進し、バイオ炭の収率を低下させる傾向がある。
- 加熱速度:遅い加熱速度は、バイオマスをより完全に炭化させることができるため、バイオ炭の収率が高くなる。
- 滞留時間:低温での滞留時間が長いと、バイオマスが分解して固形チャーになるまでの時間が長くなるため、バイオ炭の収率が向上する。
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バイオマス原料:
- バイオマスの種類はバイオ炭の収量と品質に大きく影響する。原料によってセルロース、ヘミセルロース、リグニンの組成が異なり、熱分解プロセスやバイオ炭の生成量に影響を与える。
- 一般に、固定炭素含有量が高い原料ほど多くのバイオ炭を生成し、揮発性物質が多い原料ほど液体や気体の生成物が多くなる。
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最高処理温度 (HTT):
- 熱分解中のHTTは、最終バイオ炭の特性に最も大きな影響を与える。HHTTが高いほど、より安定で炭素リッチなバイオ炭が得られるが、全体的な収率は低下する可能性がある。
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遅い熱分解収率:
- 緩慢な熱分解条件下では、バイオ炭の収率は乾燥原料重量ベースで通常30wt%に達する。この方法は、液体やガス生成物が多くなりがちな高速熱分解に比べて収率が高いため、バイオ炭の製造に適している。
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製品分布:
- 熱分解生成物（バイオ炭、バイオオイル、合成ガス）の分布は運転条件の影響を受ける。例えば、高温で滞留時間が長いほどガス生成に有利であり、低温で滞留時間が短いほどバイオ炭や液体生成物に有利である。
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ガス環境と圧力の影響:
- 熱分解中のガス環境（不活性ガスか反応性ガスか）や圧力もバイオ炭の収率に影響する。不活性雰囲気は通常、酸化を防ぐために使用されるが、そうでなければバイオ炭の収率を低下させる可能性がある。
これらの要因を理解することで、購入者とオペレーターは、特定の用途と原料の特性に合わせ、望ましいバイオ炭の収率と品質を達成するために熱分解条件を最適化することができる。
要約表
| 要因 | バイオ炭収率への影響 |
|---|---|
| 含水率 | <水分15%未満では、1000kgのバイオマスあたり280-330kgのバイオ炭が得られる。高水分は効率を低下させる。 |
| 温度 | 高温は合成ガスの生成を促進する。 |
| 加熱速度 | ゆっくりとした加熱速度は、完全な炭化を可能にすることでバイオ炭の収量を増加させます。 |
| 滞留時間 | 低温での滞留時間が長いほどバイオ炭の収率が向上する。 |
| バイオマス原料 | 固定炭素が多い原料はバイオ炭の発生量が多く、揮発分が多い原料はガスの発生量が多い。 |
| 最高処理温度（HTT） | HTTが高いほどバイオ炭の安定性は高まるが、収量が低下する可能性がある。 |
| 熱分解タイプ | 低速熱分解では最大30wt%のバイオ炭が得られるが、高速熱分解では液体とガスが生成される。 |
| ガス環境 | 不活性雰囲気は酸化を防ぎ、バイオ炭の収量を維持します。 |
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