Influence of Partial Combustion on Rapid Pyrolysis of Wood Biomass

バイオマス資源は種々の発生形態に合わせて効率的に利 用する必要がある。実用化の代表例としては、直接燃焼し ボイラ・蒸気タービンで発電するシステムが挙げられる。 しかし、規模が縮小すると効率が低下することが予測され、 国内外に多数存在する供給源が小規模で広範囲に渡るバイ オマスに対し、経済的に成立しないことが懸念される。中 小規模でも高効率なエネルギー回収を行うには、バイオマ ス原料をガス化した後発電する方法が有力な選択肢と考え られる。高効率なガス化発電プロセスを実現するためには、 ガス化炉内の反応に関する基礎的検討が不可欠である。 池田らはガス化炉内の反応について、熱バランスに関し 指摘している 。「同一ガス化炉において反応性の異なる石 炭をガス化する場合を考えると、反応性の高い石炭の場合 には、吸熱反応がよく進行するので、熱バランスから反応 温度が低下し、反応速度が遅くなる。逆に反応性の低い石 炭の場合には、吸熱反応が抑制されるために、反応温度が 上昇し、反応速度が速くなる。結局、実装置においては、 熱バランスから両者の反応性の差が縮小されることにな る。」この指摘は石炭ガス化炉に関するものであるが、ガ ス化炉全般に共通した考え方として興味深い。一方、著者 らは、水素添加ガス化、急速水素化熱分解における原料混 合が反応に与える影響を調べてきた。原料混合による相乗 効果により生成物であるメタン収率が向上する場合があ り、その要因は水素化反応に伴う発熱が熱分解反応を促進 する作用であることが示された 。反面、混合物を構成す る各成分の反応の双方が同時に吸熱反応に振れ、相補的な 熱的作用が発揮しない場合には反応促進効果が発現しない ことを報告した 。熱的作用が反応促進効果を左右する要 因であれば、水素化反応以外でも熱的作用による反応促進 効果を示すと類推される。前述の池田らの指摘に、その視 点が含まれると読み取れ、ガス化反応のうち、揮発成分の 部分燃焼反応による発熱を前提として吸熱反応である熱分 解との間の熱バランスの存在を示唆している。ただ、通常、 酸素による酸化反応・燃焼・部分燃焼反応に伴う発熱は同 量の水素化反応に伴う発熱より桁違いに大きい。炭化水素 類の水素化エンタルピーは-50~ 60 kJ/mol-H2程度である 木質バイオマスの急速熱分解に与える部分燃焼の影響