Существует фундаментальное различие между сжиганием древесины и её нагревом до состояния разложения. Сжигание — это горение. Для него необходим кислород. В результате образуются зола, дым и тепло. Пиролиз — это иной процесс. Это химическое разложение, вызванное теплом в бескислородной (или почти бескислородной) среде.
Это различие имеет значение. Когда вы сжигаете что-либо, вы вступаете в реакцию с воздухом. Когда вы подвергаете материал пиролизу, вы буквально «развариваете» его на части. Процесс начинается в тот момент, как вы применяете тепло. Это первый шаг в газификации и горении, но он также существует как самостоятельный метод переработки органических углеродсодержащих материалов.
Механика тепла и отсутствия кислорода
Скорость пиролиза возрастает по мере повышения температуры. В промышленных масштабах температура часто превышает 430 °C (около 800 °F). Более мелкие и деликатные процессы могут использовать значительно более низкие температуры. Цель остается той же: разорвать молекулярные связи, не добавляя кислород.
Результатом является смесь из трех различных продуктов. Вы получаете газообразные компоненты. Вы получаете твердый остаток, состоящий из углерода и золы. И вы получаете жидкость, известную как пиролизное масло или бионефть. Иногда эту жидкость называют дегтем.
Два исторических примера определяют наше понимание этого процесса. Нагревайте древесину без кислорода, и вы получите биоуголь, форму древесного угля. Нагревайте уголь, и вы получите кокс. Кокс служит промышленным топливом и теплозащитным экраном. Оба продукта представляют собой стабильные твердые вещества, оставшиеся после того, как более летучие части были удалены в виде газа или масла.
Очистка от загрязнителей
Пиролиз — это не только производство топлива. Это мощный инструмент для ликвидации загрязнений. В частности, он справляется с органическими загрязнителями.
Процесс работает двумя способами. Первый — это разрушение. Тепло разлагает сложные органические загрязнители на соединения с более низкой молекулярной массой. Второй — это удаление. Загрязнители отделяются от материала, который они загрязнили, даже если они не были полностью уничтожены.
Это полезно для веществ, которые «расщепляются» или разлагаются под воздействием тепла. Полихлорированные бифенилы (ПХБ), диоксины и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются яркими примерами. Пиролиз разбирает эти опасные органические молекулы.
Он не работает со всем. Неорганические материалы, такие как металлы, не могут быть удалены или уничтожены этим методом. Однако пиролиз может сделать эти металлы инертными, стабилизировав их, чтобы они не вымывались в окружающую среду.
Шины и осадок
Экологические применения — это та область, где технология становится практичной. Рассмотрим автомобильные шины. Они создают огромную проблему для свалок. Многие регионы борются с их объемом. При сжигании в традиционных мусоросжигательных заводах шины выделяют ПАУ и тяжелые металлы в воздух.
Пиролиз предлагает более чистый путь. Нагревая шины в отсутствие кислорода, вы разлагаете их на три полезных потока. Вы получаете газ и масло, которые могут служить топливом. Вы получаете сажу. Этот твердый остаток ценен. Он действует как наполнитель в новых резиновых изделиях. Он используется в фильтрах. Он применяется в топливных элементах.
Осадок сточных вод — еще одна цель. Очистка сточных вод оставляет после себя полутвердый материал, богатый питательными веществами, но также содержащий загрязнители. Пиролиз может удалить органические загрязнители, такие как синтетические гормоны, из этого осадка. Он также нейтрализует тяжелые металлы. В результате получается материал, который можно безопасно использовать в качестве удобрения.
Биомасса и бионефть
Перспективы для зеленых технологий кроются в биомассе. Биологические материалы, такие как древесина, сахарный тростник и другие культуры, являются потенциальной заменой энергии на основе нефти.
Биомасса сложна. Она содержит целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Пиролиз воздействует на эти структуры. Тепло заставляет целлюлозу и гемицеллюлозу разрушаться. Часть лигнина также разлагается. Эти более мелкие молекулы выходят в виде газа.
Когда вы охлаждаете этот газ, он конденсируется. Он превращается в бионефть. Оставшаяся масса — в основном лигнин, который не испарился — остается в виде твердого биоугля. Также образуются неконденсирующиеся газы.
Этот процесс создает жидкий источник топлива из сельскохозяйственных отходов. Он создает твердый поглотитель углерода в форме биоугля. Он генерирует газ для получения энергии. Все это происходит без традиционного сжигания биомассы.
Химия проста. Области применения обширны. Мы берем то, что обычно выбрасываем или сжигаем, и превращаем это в ресурсы с помощью тепла и тишины. Остальное зависит от того, как мы масштабируем этот процесс.
