黒酒

工業化学において、黒液は、パルプ材を紙パルプに加工する際に、リグニン、ヘミセルロース、その他の抽出物を木材から除去してセルロース繊維を遊離させるクラフト法の副産物である。^{[ 1 ]}

亜硫酸法における同等の物質は通常、褐液と呼ばれるが、赤液、濃液、亜硫酸液といった用語も用いられる。

1トンのパルプの製造には、およそ7トンの黒液が生産される。^{[ 2 ]}

黒液は、リグニン残渣、ヘミセルロース、およびプロセスで使用される無機化学物質の水性懸濁液です。黒液は重量比で15%の固形分を含み、そのうち3分の2は有機化学物質で、残りは無機物です。 ^{[ 3 ]}通常、黒液中の有機物は、石鹸が40～45% 、^{[ 4 ]}リグニンが35～45%、その他の有機物が10～15%です。

黒液中の有機物は、木材からの水溶性/アルカリ可溶性分解成分から構成されている。^{[ 1 ]}リグニンは、乾燥固形分中の硫黄含有量が1～2％、ナトリウム含有量が約6％のより短い断片に分解される。抽出物からはトール油石鹸と粗製テレピン油が得られる。

残留リグニン成分は現在、加水分解または熱分解変換、あるいは単に燃焼にのみ利用されています。 新鮮な黒液は非常にアルカリ性で、還元性（空気と反応する性質）が非常に高いです。詳細な特性の一部は、針葉樹か広葉樹かなど、原料となる樹木の種類によって影響を受けます。^{[ 5 ]} これらの特性を考慮すると、黒液の放出は環境上の脅威となります。^{[ 6 ]}

初期のクラフトパルプ工場では、黒液が水路に排出されていました。黒液は水生生物にとって非常に有毒で、水が非常に濃いキャラメル色になります。 1930年代初頭にGHトムリンソンによって回収ボイラーが発明されたことは、クラフト法の進歩における画期的な出来事でした。^{[ 7 ]}

1990年代までに、ほとんどのクラフトパルプ工場は黒液副産物のほぼすべてを消費し^{[ 8 ]}、残りを生物処理プラントで浄化し、ごく小さな河川を除いて、廃水の環境への影響を科学的に重要なレベル以下にまで低減しました。21世紀になっても、黒液をすべて排出する小規模なクラフトパルプ工場（1日に最大数トンのパルプを生産）がいくつか残っていました。しかし、これらは急速に姿を消しつつあります。特に北米の一部のクラフトパルプ工場は、2007年時点でも黒液の98%未満を回収しており、生物処理しても環境汚染を引き起こす可能性があります。一般的な傾向としては、このような旧式の工場は近代化するか閉鎖されるかのどちらかです。

2011年8月、近隣のルイジアナ製紙工場が廃水処理システムの不具合により誤って黒液を排出したことで、パール川で魚類と軟体動物の大量死が発生した。 ^{[ 9 ] [ 10 ]}

黒液には、クラフトパルプ工場の蒸解釜に投入される木材のエネルギー含有量の半分以上が含まれています。 ^{[ 11 ]}通常、多段蒸発器で65～80%に濃縮され、回収ボイラーで燃焼されてエネルギーが生成され、蒸解薬品が回収されます。濃度が上がるにつれて粘度が高くなります。固形分が約50～55%になると、塩の溶解限界に達します。 ^{[ 12 ]}トール油は重要な副産物であり、蒸発器に送られる前、または最初の蒸発器段階の後で、スキミングによって黒液から分離されます。

バイオ燃料原料として利用

ガス化

黒液中のエネルギーを回収・利用する新たな廃棄物発電法が開発されている。黒液ガス化は、従来の回収ボイラーよりも高い総合エネルギー効率を実現する可能性があり、同時に黒液から高エネルギー合成ガスを生成する。この合成ガスは、ガスタービン複合サイクルで燃焼させて発電する（通常、黒液ガス化複合サイクル（BLGCC ）と呼ばれ、 IGCCに類似）か、触媒プロセスによってメタノール、ジメチルエーテル（DME）、FTディーゼルなどの化学物質や燃料に変換する（通常、自動車燃料用黒液ガス化（BLGMF ）と呼ばれる）。このガス化技術は現在、スウェーデンのピテオにあるChemrec ^{[ 13 ]}の試験施設にある3MWのパイロットプラントで稼働している。DME合成工程は2011年に追加される予定である。欧州委員会の第7次フレームワークプログラム（FP7）とスウェーデンエネルギー庁の支援を受けた「BioDME」プロジェクトにおいて。^{[ 14 ]}

バイオ燃料生産に用いられる黒液ガス化法は、非常に高い変換効率と温室効果ガス削減の可能性を示している。^{[ 15 ]}

熱水液化

水熱液化は、高水分投入量に対応できるプロセスであるため、黒液を高度なバイオ燃料に変換するのに適している。^{[ 16 ]}

リグニンの抽出

製紙工場において回収ボイラーの容量が限られており、ボトルネックとなっている場合、黒液中のリグニンを抽出し、輸出するか、工場の石灰窯の燃料として利用することができる。これにより、化石燃料をバイオ燃料に置き換えることも多くなる。

2005 年、米国議会が2005 年高速道路法の一部として、輸送部門における炭化水素由来の液体代替燃料の使用を奨励および支援するために創設した税額控除は、2007 年にバイオマス由来の液体代替燃料の非移動用途を含むように拡大されました。 この変更により、魚加工業者、動物レンダリング業者、食肉加工業者に加えて、クラフトパルプ製造業者も、エネルギー製造のために黒液を生成および使用することによって税額控除の対象となるようになりました。ある大企業 (インターナショナル ペーパー) にとっては、これは最大 37 億ドルの利益になる可能性があります。^{[ 8 ] [ 17 ]} Weyerhaeuser は2009 年 5 月に、税額控除も追求していると発表しました。^{[ 18 ]}製紙業界のアナリストの中には^{[ 19 ]}化石燃料の使用が増加するという理由で、製紙業界が代替燃料混合税額控除の対象となることを批判する者もいたが、業界側は、化石燃料を追加することは法律の要件であり、いずれにせよ、企業は既に黒液に混合していた既存の化石燃料（天然ガス）を、法律で指定された3つの燃料（ガソリン、灯油、ディーゼル）のいずれかに置き換えているだけなので、化石燃料の使用が純増することはない、と反論した。黒液に対するバイオ燃料控除は2010年1月1日に終了した。