Er is een fundamenteel verschil tussen het verbranden van hout en het verwarmen ervan totdat het afbreekt. Verbranden is verbranding. Het heeft zuurstof nodig. Het creëert as, rook en hitte. Pyrolyse is anders. Het is een chemische ontleding die wordt aangedreven door hitte in een zuurstofvrije (of bijna zuurstofvrije) omgeving.
Dit onderscheid is van belang. Als je iets verbrandt, reageer je met lucht. Wanneer je het pyrolyseert, kook je het uit elkaar. Het proces begint op het moment dat u warmte toepast. Het is de eerste stap in vergassing en verbranding, maar staat op zichzelf als methode voor de verwerking van organische, op koolstof gebaseerde materialen.
De mechanica van hitte en afwezigheid
De snelheid van pyrolyse stijgt naarmate de temperatuur stijgt. Industriële activiteiten gaan vaak voorbij de 430 °C (ongeveer 800 °F). Bij kleinere, delicatere operaties kunnen veel lagere temperaturen nodig zijn. Het doel is hetzelfde: moleculaire bindingen verbreken zonder zuurstof te introduceren.
Het resultaat is een mix van drie verschillende producten. Je krijgt gasvormige componenten. Je krijgt een vast residu gemaakt van koolstof en as. En je krijgt een vloeistof die bekend staat als pyrolytische olie of bio-olie. Soms wordt deze vloeistof teer genoemd.
Twee historische voorbeelden definiëren een groot deel van ons begrip hier. Verhit hout zonder zuurstof en je krijgt biochar, een vorm van houtskool. Verhit steenkool en je krijgt cokes. Cokes dient als industriële brandstof en als hitteschild. Beide zijn stabiele vaste stoffen die achterblijven nadat de meer vluchtige delen als gas of olie zijn verdreven.
Reiniging van verontreinigingen
Pyrolyse gaat niet alleen over het maken van brandstof. Het is een krachtig hulpmiddel voor het opruimen van rommel. Het gaat met name om met organische verontreinigingen.
Het proces werkt op twee manieren. Ten eerste is er vernietiging. De hitte breekt complexe organische verontreinigingen af tot verbindingen met lagere molecuulgewichten. Ten tweede is verwijdering. De verontreinigende stoffen worden gescheiden van het materiaal dat ze verontreinigen, ook al zijn ze niet volledig vernietigd.
Dit is handig voor stoffen die onder hitte “kraken” of ontleden. Polychloorbifenylen (PCB’s), dioxines en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) zijn hiervan goede voorbeelden. Pyrolyse ontmantelt deze gevaarlijke organische moleculen.
Het werkt niet op alles. Anorganische materialen zoals metalen kunnen met deze methode niet worden verwijderd of vernietigd. Pyrolyse kan deze metalen echter inert maken, waardoor ze worden gestabiliseerd, zodat ze niet in het milieu terechtkomen.
Banden en slib
De milieutoepassingen zijn waar de technologie praktisch wordt. Denk eens aan autobanden. Ze vormen een enorm probleem met het storten van afval. Veel regio’s worstelen met het volume. Bij verbranding in traditionele verbrandingsovens laten banden PAK’s en zware metalen vrij in de lucht.
Pyrolyse biedt een schoner pad. Door banden te verwarmen zonder zuurstof, splits je ze op in drie nuttige stromen. Je krijgt gas en olie, die als brandstof kunnen dienen. Je krijgt koolstofzwart. Dit vaste residu is waardevol. Het fungeert als vulstof in nieuwe rubberproducten. Het werkt in filters. Het wordt gebruikt in brandstofcellen.
Zuiveringsslib is een ander doelwit. Bij de behandeling van afvalwater blijft halfvast materiaal achter dat rijk is aan voedingsstoffen, maar ook aan verontreinigende stoffen. Pyrolyse kan organische verontreinigingen zoals synthetische hormonen uit dit slib verwijderen. Het neutraliseert ook zware metalen. Het resultaat is een materiaal dat veilig als meststof kan worden gebruikt.
Biomassa en bio-olie
De belofte voor groene technologie ligt in biomassa. Biologische materialen zoals hout, suikerriet en andere gewassen zijn potentiële vervangingen voor op aardolie gebaseerde energie.
Biomassa is complex. Het bevat cellulose, hemicellulose en lignine. Pyrolyse tast deze structuren aan. Door de hitte vallen cellulose en hemicellulose uiteen. Ook wordt een deel van de lignine afgebroken. Deze kleinere moleculen verlaten het gas als gas.
Wanneer je dat gas afkoelt, condenseert het. Het wordt bio-olie. De resterende massa – vooral de lignine die niet verdampt – blijft achter als vaste biochar. Er worden ook niet-condenseerbare gassen geproduceerd.
Bij dit proces ontstaat uit landbouwafval een vloeibare brandstofbron. Het creëert een vaste koolstofput in de vorm van biochar. Er ontstaat gas voor energie. En dat allemaal zonder de biomassa in de traditionele zin te verbranden.
De chemie is eenvoudig. De toepassingen zijn enorm. We nemen dingen die we normaal gesproken weggooien of verbranden en veranderen ze in grondstoffen door hitte en stilte. De rest hangt af van hoe we het schalen.
