التحلل الحراري للكتلة الحيوية هو عملية كيميائية حرارية تنطوي على التحلل الحراري للكتلة الحيوية في غياب الأكسجين، مما يؤدي إلى إنتاج الفحم الحيوي والزيت الحيوي والغازات مثل الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. وتكتسب هذه العملية أهمية بالغة لأنها بمثابة مقدمة لكل من عمليتي الاحتراق والتغويز. وتعتمد كفاءة ونواتج الانحلال الحراري على درجة الحرارة ومعدل التسخين ونوع الكتلة الحيوية المستخدمة.
شرح مفصل:
-
نظرة عامة على العملية:
-
يحدث الانحلال الحراري للكتلة الحيوية عندما يتم تسخين الكتلة الحيوية في بيئة خالية من الأكسجين. يمكن تصنيف العملية إلى ثلاث مراحل رئيسية: التجفيف، والانحلال الحراري المناسب، والتبريد. خلال مرحلة التجفيف، تتم إزالة الرطوبة من الكتلة الحيوية. وتتضمن مرحلة الانحلال الحراري تسخين الكتلة الحيوية المجففة إلى درجات حرارة تتراوح بين 300 و900 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تحلل الكتلة الحيوية إلى الأجزاء المكونة لها مثل السليلوز والهيميسليلوز واللجنين. وتتضمن المرحلة الأخيرة تبريد المنتجات وفصلها إلى زيت حيوي وفحم حيوي وغاز تخليقي.تكوين المنتج:
-
تختلف نواتج الانحلال الحراري للكتلة الحيوية حسب درجة الحرارة ومعدل التسخين. في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 450 درجة مئوية) مع معدلات تسخين بطيئة، يكون المنتج الأساسي هو الفحم الحيوي. وفي درجات الحرارة الأعلى (أكبر من 800 درجة مئوية) مع معدلات تسخين سريعة، يكون الناتج الرئيسي هو الغازات. وفي درجات الحرارة المتوسطة ومعدلات التسخين العالية ينتج الزيت الحيوي كمنتج أساسي.
-
آليات الانحلال الحراري:
-
تتضمن عملية الانحلال الحراري كلاً من الآليات الأولية والثانوية. وتشمل الآليات الأولية تكوين الفحم وإزالة البلمرة والتفتت. يتضمن تكوين الفحم تكوين حلقات البنزين التي تتحد في بقايا صلبة تعرف باسم الفحم. ويتضمن نزع البلمرة والتفتت تكسير هياكل البوليمر في الكتلة الحيوية. أما الآليات الثانوية، مثل التكسير وإعادة التركيب، فتحدث عندما تخضع المركبات المتطايرة المنطلقة أثناء الآليات الأولية لمزيد من التفاعلات، مما يؤدي إلى تكوين الفحم الثانوي والنواتج الغازية الأخرى.تأثير خصائص الكتلة الحيوية وظروف التشغيل:
تتأثر جودة نواتج الانحلال الحراري وإنتاجيتها بظروف التشغيل مثل درجة الحرارة ووقت البقاء والخصائص الفيزيائية والكيميائية للكتلة الحيوية. ويمكن أن تشمل مصادر الكتلة الحيوية المحاصيل الزراعية ومخلفات الغابات والنفايات البلدية الصلبة وغيرها. يؤثر محتوى الرطوبة والكربون الثابت والمادة المتطايرة في الكتلة الحيوية على توزيع المنتجات النهائية.
