Istnieje zasadnicza różnica pomiędzy spalaniem drewna a podgrzewaniem go do temperatury rozkładu. Spalanie się pali. Wymaga tlenu. Rezultatem jest popiół, dym i ciepło. Piroliza to inny proces. Jest to rozkład chemiczny spowodowany ciepłem w środowisku beztlenowym (lub prawie beztlenowym).
To rozróżnienie ma znaczenie. Kiedy coś palisz, reagujesz z powietrzem. Kiedy poddajesz pirolizie materiał, dosłownie go „gotujesz”. Proces rozpoczyna się w momencie zastosowania ciepła. Jest to pierwszy etap zgazowania i spalania, ale istnieje również jako samodzielna metoda przetwarzania materiałów zawierających węgiel organiczny.
Mechanika ciepła i braku tlenu
Szybkość pirolizy wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Na skalę przemysłową temperatury często przekraczają 430°C (około 800°F). W mniejszych i delikatniejszych procesach można stosować znacznie niższe temperatury. Cel pozostaje ten sam: rozbić wiązania molekularne bez dodawania tlenu.
Rezultatem jest mieszanina trzech różnych produktów. Otrzymujesz składniki gazowe. Otrzymujesz stałą pozostałość składającą się z węgla i popiołu. Otrzymujesz płyn znany jako olej pirolityczny lub bio-olej. Czasami ten płyn nazywa się smołą.
Nasze rozumienie tego procesu kształtują dwa przykłady historyczne. Podgrzej drewno bez tlenu, a otrzymasz biowęgiel, formę węgla drzewnego. Podgrzej węgiel, a otrzymasz koks. Koks służy jako paliwo przemysłowe i osłona termiczna. Obydwa produkty są stabilnymi substancjami stałymi pozostałymi po usunięciu bardziej lotnych części w postaci gazu lub oleju.
Oczyszczanie zanieczyszczeń
Piroliza to nie tylko produkcja paliwa. To potężne narzędzie do usuwania zanieczyszczeń. W szczególności radzi sobie z zanieczyszczeniami organicznymi.
Proces działa na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest zniszczenie. Ciepło rozkłada złożone zanieczyszczenia organiczne na związki o niższej masie cząsteczkowej. Drugie to usunięcie. Zanieczyszczenia są oddzielane od materiału, który zanieczyściły, nawet jeśli nie zostały całkowicie zniszczone.
Jest to przydatne w przypadku substancji, które „rozszczepiają się” lub rozkładają pod wpływem ciepła. Godnymi uwagi przykładami są polichlorowane bifenyle (PCB), dioksyny i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Piroliza rozkłada te niebezpieczne cząsteczki organiczne.
Nie na wszystko to działa. Za pomocą tej metody nie można usunąć ani zniszczyć materiałów nieorganicznych, takich jak metale. Jednakże piroliza może uczynić te metale obojętnymi, stabilizując je, aby nie przedostawały się do środowiska.
Opony i osad
Zastosowania środowiskowe to obszary, w których technologia staje się praktyczna. Weź pod uwagę opony samochodowe. Stwarzają ogromny problem dla wysypisk śmieci. Wiele regionów zmaga się z ich wolumenem. Opony spalane w tradycyjnych spalarniach uwalniają do powietrza WWA i metale ciężkie.
Piroliza oferuje czystszą drogę. Ogrzewając opony bez dostępu tlenu, rozkładasz je na trzy przydatne strumienie. Otrzymujesz gaz i ropę, które mogą służyć jako paliwo. Dostajesz sadzę. Ta stała pozostałość jest cenna. Pełni funkcję wypełniacza w nowych wyrobach gumowych. Stosowany jest w filtrach. Stosowany jest w ogniwach paliwowych.
Kolejnym celem są osady ściekowe. Oczyszczanie ścieków pozostawia półstały materiał bogaty w składniki odżywcze, ale zawierający także zanieczyszczenia. Piroliza może usunąć z tego osadu zanieczyszczenia organiczne, takie jak syntetyczne hormony. Neutralizuje również metale ciężkie. Rezultatem jest materiał, który można bezpiecznie wykorzystać jako nawóz.
Biomasa i bio-olej
Perspektywy dla zielonych technologii tkwią w biomasie. Materiały biologiczne, takie jak drewno, trzcina cukrowa i inne uprawy, są potencjalnymi zamiennikami energii wytwarzanej na bazie ropy naftowej.
Biomasa jest złożona. Zawiera celulozę, hemicelulozę i ligninę. Piroliza wpływa na te struktury. Ciepło powoduje rozkład celulozy i hemicelulozy. Część ligniny również ulega rozkładowi. Te mniejsze cząsteczki wydzielają się w postaci gazu.
Kiedy schładzasz ten gaz, ulega on kondensacji. Zamienia się w bio-olej. Pozostała masa – głównie lignina, która nie odparowała – pozostaje w postaci stałego biowęgla. Tworzą się także gazy nieskraplające się.
W procesie tym powstaje źródło paliwa ciekłego z odpadów rolniczych. Tworzy stały pochłaniacz węgla w postaci biowęgla. Wytwarza gaz w celu uzyskania energii. Wszystko to dzieje się bez tradycyjnego spalania biomasy.
Chemia jest prosta. Obszary zastosowań są szerokie. Bierzemy to, co normalnie wyrzucilibyśmy lub spalilibyśmy, i zamieniamy to w zasoby dzięki ciepłu i ciszy. Reszta zależy od tego, jak skalujemy ten proces.
