바이오매스 열분해의 촉매는 열이며, 산소가 없는 상태에서 바이오매스의 열분해를 촉진합니다. 이 과정에는 바이오 숯, 바이오 오일, 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스를 생성하는 1차 및 2차 메커니즘이 모두 포함됩니다.
1차 메커니즘:
- 숯 형성: 열분해 과정이 시작될 때 바이오매스가 가열되어 벤젠 고리가 형성됩니다. 이 고리들이 결합하여 방향족 다환 구조인 숯으로 알려진 고체 잔류물을 형성합니다. 이 과정에서 물이나 불응축 가스가 방출되기도 합니다.
- 해중합: 이 단계에서는 바이오매스가 가열되면서 폴리머 내의 화학 결합이 끊어집니다. 이 단계는 휘발성 화합물의 방출에 매우 중요합니다.
- 조각화: 이 과정은 바이오매스를 더 작은 입자로 분해하여 휘발성 물질의 방출과 숯의 형성을 촉진합니다.
2차 메커니즘:
- 크래킹: 불안정한 휘발성 화합물은 추가 반응을 거쳐 더 작은 분자로 분해됩니다.
- 재결합: 일부 작은 분자가 재결합하여 더 복잡한 화합물을 형성할 수 있습니다.
- 2차 숯의 형성: 휘발성 화합물의 이차 반응으로 인해 추가적인 숯이 형성될 수 있습니다.
생성물(바이오 숯, 바이오 오일, 가스)의 종류와 수율은 작동 조건, 특히 온도와 체류 시간에 따라 달라집니다. 저온(450°C 미만)에서는 주 생산물이 바이오 숯이고, 고온(800°C 이상)에서는 주 생산물이 가스입니다. 중간 온도에서는 바이오 오일이 주 생산물로 생산됩니다.
이 열 공정은 연소 및 가스화 공정의 기본이며, 바이오매스를 가열한 후 처음 2초 이내에 자연적으로 발생합니다. 열분해 중에는 산소가 없기 때문에 연소를 방지하여 바이오 숯이나 바이오 가스와 같은 에너지가 풍부한 제품을 생산할 수 있습니다. 공정에 필요한 에너지는 종종 가스 반응 생성물의 연소를 통해 공급되므로 제어된 조건에서 공정이 자급자족할 수 있습니다.
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