熱分解

熱分解は、多くの場合酸素に触れない 不活性雰囲気^[1]で、高温で物質を熱分解するプロセスです。

熱分解という語は、ギリシャ語由来の要素 pyro- (古代ギリシャ語 πῦρ : pûr - 「火、熱、発熱」) と溶解(λύσις : lúsis - 「分離、緩み」) から作られた造語です。

熱分解は、有機材料の処理に最も一般的に使用されています。これは、木材の炭化^[2]またはバイオマスの熱分解に含まれるプロセスの1つです。一般に、有機物質の熱分解では揮発性生成物が生成され、炭素を豊富に含む固体残留物である炭化物が残ります。主に炭素が残留する極端な熱分解は、炭化と呼ばれます。熱分解は、ガス化または燃焼のプロセスの1つのステップと考えられています。^{[3] [4]}素人は、熱分解ガスを合成ガスと混同することがよくあります。熱分解ガスには、比較的高温で凝縮する重いタール分が多く含まれているため、合成ガスとは異なり、ガスバーナーや内燃機関に直接使用することはできません。

このプロセスは化学業界で多用されており、例えば石油、石炭、さらには木材からエチレン、さまざまな形態の炭素、その他の化学物質を生産したり、石炭からコークスを生産したりしています。また、天然ガス（主にメタン） を水素ガスと固体炭素炭に変換する場合にも使用され、最近では工業規模で導入されています。^{[5]熱分解の野心的な応用としては、}バイオマスを合成ガスとバイオ炭に変換したり、廃プラスチックを使用可能な油に戻したり、廃棄物を安全に処分できる物質に変換したりすることが挙げられます。

熱分解は、高温（水や他の溶媒の沸点以上）で起こるさまざまな種類の化学分解プロセスの1つです。燃焼や加水分解などの他のプロセスとは異なり、通常、酸素（燃焼の場合O2）や水（加水分解の場合）などの他の試薬の添加は行われません。_[ 6 ^]熱分解により、固体（炭化物）、凝縮性液体（軽質油と重質油、タール）、および非凝縮性ガスが生成されます。^{[7] [8] [9] [10]}

熱分解はガス化とは異なります。化学プロセス産業では、熱分解とは不活性（酸素のない）雰囲気で起こる炭素質材料の部分的な熱分解を指し、ガス、液体、固体を生成します。熱分解は、主にガス状の出力を生成する完全なガス化にまで拡張することができ、^{[11]多くの場合、残留炭素固体をガス化するために水蒸気などが追加されます}（水蒸気改質を参照）。

熱分解の具体的な種類は次のとおりです。

• 炭化とは、有機物が完全に熱分解されることであり、通常は主に元素炭素からなる固体残留物が残ります。
• メタンの熱分解は、溶融金属触媒を使用してメタンを水素燃料と分離可能な固体炭素に直接変換するものです。
• 過熱水または蒸気の存在下での水和熱分解により、水素と大量の大気中の二酸化炭素が生成されます。
• 乾留。硫酸塩から硫酸を最初に製造したときと同じ。
• 木炭、コークス、活性炭の製造における破壊蒸留。
  • 木炭の燃焼、木炭の製造。
  • タール窯で木材を破壊的に蒸留してタールを製造する。
• 糖のカラメル化。
• ロースト、フライ、トースト、グリルなどの高温調理法。
• 石油精製のように、重い炭化水素をより軽い炭化水素に分解すること。
• 熱による解重合。プラスチックやその他のポリマーをモノマーとオリゴマーに分解します。
• セラミック化^[12]は不活性雰囲気下でプレセラミックポリマーからポリマー由来のセラミックスを形成することを含む。
• カタジェネシス、地中に埋もれた有機物が化石燃料に自然に変化する現象。
• フラッシュ真空熱分解。有機合成に使用されます。

その他の熱分解タイプは、熱分解生成物の収量に影響を与える熱分解の動作条件と使用される加熱システムに焦点を当てた異なる分類に属します。

熱分解は古代から木材を木炭に変える際に使われてきました。古代エジプト人は杉材の熱分解から得られる液体部分を防腐処理に使用していました。^[15]

木材の乾留は20世紀初頭までメタノールの主な供給源であり続けた。 ^[16] 熱分解は、濃縮尿中のリン酸水素アンモニウムナトリウムNH ₄ NaHPO ₄からのリン、酸化水銀からの酸素、さまざまな硝酸塩など、多くの化学物質の発見に役立った。^[要出典]

熱分解は一般に、物質を分解温度以上に加熱し、分子内の化学結合を破壊することで行われます。断片は通常、より小さな分子になりますが、結合してより大きな分子量の残留物、さらには非晶質の共有結合固体を生成することもあります。^[要出典]

多くの状況では、ある程度の酸素、水、またはその他の物質が存在する可能性があり、そのため、熱分解そのものの他に、燃焼、加水分解、またはその他の化学反応が起こる可能性があります。時には、薪の燃焼、伝統的な木炭の製造、原油の蒸気分解など、これらの化学物質が意図的に追加されることもあります。 ^[要出典]

逆に、出発物質は、化学的な副反応（燃焼や加水分解など）を避けるために真空中または不活性雰囲気中で加熱されることがあります。真空中での熱分解は副産物の 沸点も下げ、副産物の回収率を向上させます。

有機物が開放容器内で温度を上昇させながら加熱されると、通常、以下のプロセスが連続的または重なり合う段階で発生します。^{[引用が必要]}

• 約 100 °C 未満では、水分を含む揮発性物質が蒸発します。ビタミン Cやタンパク質などの熱に弱い物質は、この段階ですでに部分的に変化したり分解したりしている可能性があります。
• 約 100 °C またはそれよりわずかに高い温度で、物質に吸収された残りの水はすべて蒸発します。このプロセスは大量のエネルギーを消費するため、すべての水が蒸発するまで温度の上昇が止まることがあります。水和物の結晶構造に閉じ込められた水は、それより少し高い温度で脱落する可能性があります。
• 脂肪、ワックス、糖などの固形物質は溶けて分離することがあります。
• 100～500℃の間で、多くの一般的な有機分子が分解します。ほとんどの糖は160～180℃で分解し始めます。木材、紙、綿織物の主成分であるセルロースは、約350℃で分解します。^{[3]もう一つの木材の主成分である}リグニンは、約350℃で分解し始めますが、500℃まで揮発性物質を放出し続けます。^[3]分解生成物には通常、水、一酸化炭素COおよび/または二酸化炭素CO _{2 の}ほか、多数の有機化合物が含まれます。^{[4] [17]} ガスと揮発性生成物はサンプルから出ますが、その一部は再び煙として凝縮する場合があります。一般に、このプロセスではエネルギーも吸収されます。揮発性物質の中には発火して燃え、目に見える炎を出すものもあります。この時点で、物質は「焦げた」または「炭化した」状態になったと言われています。
• 200～300℃で酸素が排除されていない場合、炭素質残留物は発熱反応で燃え始める可能性があり、多くの場合、目に見える炎はほとんどまたはまったくありません。炭素の燃焼が始まると、温度は自然に上昇し、残留物は燃えさしに変わり、二酸化炭素や一酸化炭素が放出されます。この段階で、残留物にまだ残っている窒素の一部は、 NO ₂やN ₂ O ₃などの窒素酸化物に酸化される可能性があります。硫黄や塩素、ヒ素などの他の元素も、この段階で酸化され、揮発する可能性があります。
• 炭素質残渣の燃焼が完了すると、高融点の無機酸化物からなる粉末状または固体の鉱物残渣（灰）が残ることがよくあります。灰の一部は燃焼中に飛散灰または粒子状排出物としてガスに巻き込まれて残っている可能性があります。元の物質に存在していた金属は通常、灰の中に酸化物または炭酸塩（カリなど）として残ります。骨、リン脂質、核酸などの物質由来のリンは通常、リン酸塩として残ります。

熱分解は、生成されたガスの自然発火温度を超える高温で行われるため、酸素が存在すると爆発の危険があります。熱分解システムの温度を制御するには、注意深い温度制御が必要であり、オープンソースの熱分解コントローラで実現できます。^{[18]熱分解では、主に}一酸化炭素などのさまざまな有毒ガスも生成されます。火災、爆発、有毒ガスの放出の最大の危険は、システムの起動と停止、断続的な動作、または操作上の混乱時に発生します。^[19]

不活性ガスパージは、爆発の危険性を管理するために不可欠です。この手順は簡単ではなく、酸素を遮断しないと事故につながることがあります。^[20]

CBDからTHCへの変換は熱分解によって起こる。^{[21] [22]}

熱分解は食品の調理に多くの用途がある。^[23] カラメル化は食品中の糖の熱分解である（多くの場合、多糖類の分解によって糖が生成された後に起こる）。食品は茶色くなり、風味が変わる。その独特の風味は多くの料理に使われており、例えば、カラメル化した玉ねぎはフレンチオニオンスープに使われている。^{[24] [25]}カラメル化に必要な温度は水の沸点以上である。 ^[24] 揚げ油は簡単に沸点を超えてしまう。フライパンに蓋をすると水が中に閉じ込められ、その一部が再凝縮して温度が低くなりすぎて、より長い時間茶色くならない。

食品の熱分解も、焦げた食品の黒焦げ（炭素の酸化燃焼で炎が発生して食品が灰になるには温度が低すぎる場合） のように、望ましくない場合があります。

炭素および炭素を多く含む材料は、望ましい特性を持っていますが、高温でも揮発しません。そのため、熱分解はさまざまな種類の炭素を生成するために使用され、燃料、製鋼の試薬 (コークス)、構造材料として使用できます。

木炭は熱分解木材よりも煙の出にくい燃料です。^[26]一部の都市では薪の燃焼を禁止しているか、禁止していました。住民が木炭（および同様に処理された岩炭、コークス）のみを使用すると、大気汚染が大幅に軽減されます。人々が一般的に火を使って調理したり暖房したりしない都市では、これは不要です。20世紀半ば、ヨーロッパの「無煙」法では、大気汚染を減らす効果的な手段として、コークス燃料^[27]や煙燃焼焼却炉^{[28]などのクリーンな燃焼技術が義務付けられました[27]}

コークス製造または「コーキング」プロセスは、「コーキング炉」で材料を非常に高い温度（最大900 °Cまたは1,700 °F）で加熱することで、分子がより軽い揮発性物質に分解され、容器から排出され、多孔質だが硬い残留物（主に炭素と無機灰）になります。揮発性物質の量は原材料によって異なりますが、通常は重量で25～30%です。高温熱分解は、石炭をコークスに変換するために工業規模で使用されています。これは、製鋼など、多くのプロセスで高温が必要となる冶金で役立ちます。このプロセスの揮発性副産物であるベンゼンやピリジンも、しばしば役立ちます。^[29] コークスは、石油精製から残った固体残留物から生成することもできます。

木材本来の血管構造と、抜けたガスによってできた気孔が組み合わさって、軽くて多孔質の材料が作られます。木の実の殻や桃の 種など、密度の高い木材のような材料から始めると、非常に細かい気孔（したがって、気孔表面積がはるかに大きい）を持つ木炭の一種が得られます。これは活性炭と呼ばれ、さまざまな化学物質の 吸着剤として使用されます。

バイオ炭は、調理用の火などによる不完全な有機物の熱分解の残留物です。アマゾン川流域の古代先住民コミュニティに関連するテラ・プレタ土壌の重要な構成要素です。^[30]テラ・プレタは、その地域の典型的な赤土と比較して、優れた肥沃度と、有益な微生物叢の強化を促進し維持する能力があるため、地元の農家から非常に求められています。さまざまな物質、主に有機廃棄物の熱分解の固体残留物である バイオ炭を使用して、これらの土壌を再生する取り組みが進行中です。

炭素繊維は炭素のフィラメントで、非常に強い糸や織物を作るのに使用できます。炭素繊維製品は、適切なポリマーの繊維から目的の製品を紡いで織り、その後、高温 (1,500～3,000 °C または 2,730～5,430 °F) で材料を熱分解することによって生成されることがよくあります。最初の炭素繊維はレーヨンから作られましたが、ポリアクリロニトリルが最も一般的な出発材料になりました。ジョセフ・ウィルソン・スワンとトーマス・エジソンは、最初の実用的な電球に、それぞれ綿糸と竹の破片 を熱分解して作った炭素フィラメントを使用しました。

熱分解は、予め形成された基板を熱分解炭素の層でコーティングするために使用される反応です。これは通常、1,000〜2,000℃または1,830〜3,630℉に加熱された流動床反応器で行われます。熱分解炭素コーティングは、人工心臓弁を含む多くの用途に使用されています。^[31]

熱分解は、バイオマス、すなわちリグノセルロース系バイオマスから燃料を生産するいくつかの方法の基礎となっている。^{[32]熱分解用のバイオマス原料として研究されている作物には、}スイッチグラスなどの北米原産の草原の草や、ススキなどの他の草の品種改良版などがある。熱分解用の原料となるその他の有機物源には、緑の廃棄物、おがくず、廃木材、葉、野菜、木の実の殻、わら、綿くず、もみ殻、オレンジの皮などがある。^{[3]鶏糞、酪農肥料、その他の肥料を含む動物性廃棄物も評価中である。製紙スラッジ、蒸留穀物、 [33]}、下水汚泥など、一部の産業副産物も原料として適している。 ^[34]

バイオマス成分では、ヘミセルロースの熱分解は210～310℃で起こります。^[3]セルロースの熱分解は300～315℃で始まり、360～380℃で終わり、342～354℃でピークに達します。^[3]リグニンは約200℃で分解が始まり、1000℃まで続きます。^[35]

有機物質の熱分解による合成ディーゼル燃料はまだ経済的に競争力がありません。 ^{[36]微細な原料を2秒未満で350〜500℃（660〜930℉）に急速に加熱する}フラッシュ熱分解 によって、より高い効率が達成されることがあります。

合成ガスは通常、熱分解によって生成される。^[23]

熱分解によって生産される油の品質の低さは、物理的および化学的プロセスによって改善することができ、^[37]生産コストが上昇する可能性がありますが、状況が変われば経済的に意味をなす可能性があります。

機械的生物学的処理や嫌気性消化などの他のプロセスと統合する可能性もあります。^[38] 高速熱分解もバイオマス変換のために研究されています。^{[39]燃料バイオオイルは}水和熱分解 によっても生成できます。

メタンの熱分解^[40]は、天然ガスから固体炭素を除去することにより、メタンから「ターコイズ」水素を製造する工業プロセスです。^[41]このワンステッププロセスでは、低コストで大量の水素が生成されます（炭素隔離による水蒸気改質よりも安価）。^[42]温室効果ガスは排出されません。二酸化炭素の深井戸注入は必要ありません。水素が燃料電池電気大型トラック輸送の燃料として使用された場合、 ^{[43] [44] [45] [46] [47]}ガスタービン発電、^{[48] [49]}アンモニア肥料やセメントの製造を含む工業プロセス用の水素として使用された場合のみ、水が排出されます。 ^{[50] [51]メタンの熱分解は、炭素を容易に除去できる天然ガスから}水素を製造するために約1065℃で動作するプロセスです（固体炭素はプロセスの副産物です）。^{[52] [53]}工業品質の固体炭素は販売または埋め立てることができ、大気中に放出されないため、埋め立て地からの温室効果ガス（GHG）の排出や地下水汚染を回避できます。2015年、モノリスマテリアルズという会社がカリフォルニア州レッドウッドシティにパイロットプラントを建設し、メタン熱分解の規模拡大を研究しました。その過程で再生可能電力を使用しました。^[54]  パイロットプロジェクトが成功したことで、2016年にはネブラスカ州ハラムに大規模な商業規模の実証プラントが建設されました。 ^[55]   2020年現在、このプラントは稼働しており、1日あたり約14トンの水素を生産できます。2021年、米国エネルギー省はモノリスマテリアルズの大規模拡張計画を10億ドルの融資保証で支援しました。^[56]  この資金は、2024年までに1日あたり164トンの水素を生成できるプラントを建設するのに役立ちます。^{[57] [58]} 大量生産は、BASFの「大規模メタン熱分解」パイロットプラント^[5] 、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の化学工学チーム^[59]、カールスルーエ液体金属研究所（KALLA）などの研究機関でも評価されています。^[60] プロセス熱の消費電力は、水素を製造するための水電気分解法で消費される電力のわずか7分の1です。^[61]

オーストラリアの企業ヘイザーグループは、西オーストラリア大学で開発された技術を商業化するために2010年に設立されました。同社は2015年12月にオーストラリア証券取引所に上場しました。同社は、西オーストラリア大学（UWA）が開発したプロセス触媒使用技術として、廃水と鉄鉱石から再生可能な水素とグラファイトを生産する商業実証プロジェクトを完了させています。商業実証プラントプロジェクトはオーストラリア初であり、2023年から毎年約100トンの燃料グレードの水素と380トンのグラファイトを生産する予定です。^[62] 2022年に開始される予定でした。「2021年12月10日：ヘイザーグループ（ASX：HZR）は、ヘイザー商業実証プロジェクト（CDP）のリアクターの製造完了に遅れが生じていることをお知らせします。これにより、ヘイザーCDPの計画された試運転が遅れると予想され、試運転は現在の目標日である2022年第1四半期以降に行われる予定です。」^[63]ヘイザーグループは、2023年5月にフランスの施設についてエンジーと協力協定を結んでいる。^[64] 2023年4月に中部電力と千代田化工建設と覚書を締結^[65]また、2022年4月にカナダで年間2,500トンのバラードヘイザー水素製造プラントを開発するためにサンコアエナジーとフォーティスBCと契約を結んでいる^{[66] [67]}

アメリカの企業C-Zeroの技術は、天然ガスを水素と固体炭素に変換する。水素はオンデマンドでクリーンで低コストのエネルギーを提供し、炭素は永久に隔離することができる。^[68] C-Zeroは2022年6月、韓国第2位のコングロマリットSKグループの子会社SKガスが主導する3,400万ドルの資金調達ラウンドを完了したと発表した。SKガスには、ブレークスルー・エナジー・ベンチャーズ、エニ・ネクスト、三菱重工業、APベンチャーズなどの既存投資家に加えて、世界最大の現物商品取引会社の1つであるエンジー・ニュー・ベンチャーズとトラフィグラという2つの新しい投資家が加わった。資金はC-Zeroの最初のパイロットプラントに充てられ、2023年第1四半期に稼働開始予定だった。このプラントは、CO2を排出することなく、天然ガスから1日あたり最大400kgの水素を生産できる可能性がある。^[69]

世界最大の化学会社の一つであるBASFは、10年以上にわたって水素熱分解の研究を行ってきました。^[70]

熱分解はエチレンを生産するために使われます。エチレンは工業的に最大規模で生産されている化合物です（2005年には年間1億1000万トン以上）。このプロセスでは、石油由来の炭化水素を蒸気の存在下で約600℃（1,112℉）に加熱します。これを蒸気分解と呼びます。得られたエチレンは、不凍液（エチレングリコール）、PVC（塩化ビニル経由）、ポリエチレンやポリスチレンなど他の多くのポリマーの製造に使用されます。 ^[71]

有機金属気相成長法(MOCVD)のプロセスでは、揮発性有機金属化合物の熱分解により半導体、ハードコーティング、その他の適用可能な材料が生成されます。反応により前駆体が熱分解され、無機成分が堆積し、炭化水素がガス状廃棄物として放出されます。原子ごとの堆積であるため、これらの原子は結晶に自己組織化され、バルク半導体を形成します。原料の多結晶シリコンは、シランガスの化学蒸着によって生成されます。

SiH ₄ → Si + 2 H ₂

別の半導体であるガリウムヒ素は、トリメチルガリウムとアルシンの共熱分解によって生成されます。

熱分解は、都市ごみやプラスチック廃棄物の処理にも使用できます。^{[4] [17] [72]} 主な利点は、廃棄物の容積が削減されることです。原理的には、熱分解により、処理されたポリマーのモノマー（前駆体）が再生されますが、実際にはこのプロセスはクリーンでも経済的に競争力のあるモノマーの供給源でもありません。^{[73] [74] [75]}

タイヤ廃棄物管理において、タイヤの熱分解は十分に開発された技術である。^[76] 自動車タイヤの熱分解から得られる他の製品には、鋼線、カーボンブラック、ビチューメンなどがある。^[77]この分野は、立法、経済、マーケティングの障害に直面している。^[78]タイヤゴムの熱分解から得られる油は硫黄含有量が高く、汚染物質となる可能性が高いため、脱硫する必要がある。^{[79] [80]}

下水汚泥を500℃の低温でアルカリ熱分解すると、その場で炭素を捕捉しながらH2生産を増強できる_。NaOH （水酸化ナトリウム）を使用すると、燃料電池に直接使用できるH2を豊富に含むガスを生成できる可能性がある。_[ 34 ^{] [81]}

2021年11月初旬、米国ジョージア州はイグネオテクノロジーズと共同で、サバンナ港に8,500万ドル規模の大型電子機器リサイクル工場を建設すると発表した。このプロジェクトでは、複数のシュレッダーと熱分解技術を用いた炉を使用して、廃棄物に含まれる価値の低いプラスチックを多く含む機器に焦点を当てる予定だ。^[82]

熱分解は、タバコ廃棄物の軽減にも利用されてきた。タバコ廃棄物をTLW（タバコの葉廃棄物）とTSW（タバコの棒廃棄物）の2つのカテゴリに分ける方法が行われた。TLWはタバコからの廃棄物、TSWは電子タバコからの廃棄物と判断された。TLWとTSWは両方とも80℃で24時間乾燥され、デシケーターに保管された。^[83]サンプルは内容物が均一になるように粉砕された。タバコ廃棄物（TW）には無機物（金属）も含まれており、これは誘導結合プラズマ光学分光計を使用して測定された。^[83] 熱重量分析を使用して4つのサンプル（TLW、TSW、グリセロール、グアーガム）を熱分解し、特定の動的温度条件下で監視した。^[83]熱分解テストには、TLWとTSWの両方から約1グラムが使用された。これらの分析試験中、石英管を使用して構築された管状反応器内の雰囲気としてCO2とN2が使用されました。CO2およびN2雰囲気の両方で、_流量は_{100 mL} /_分でした^。 [ ^83]外部加熱は管状炉によって作成されました。熱分解生成物は3つの相に分類されました。最初の相はバイオチャールで、650℃で反応器によって生成された固体残留物です。第2相の液体炭化水素は、冷たい溶媒トラップで収集され、クロマトグラフィーを使用して分類されました。第3相と最終相は、オンラインマイクロGCユニットを使用して分析され、それらの熱分解生成物はガスでした。

2つの異なるタイプの実験が行われた：1段階熱分解と2段階熱分解。1段階熱分解は、30から720℃まで一定の加熱速度（10℃/分）で構成されていた。^{[ 83]} 2段階熱分解試験の2番目のステップでは、1段階熱分解からの熱分解物が、650℃で等温制御された第2加熱ゾーンで熱分解された。^{[83] 2段階熱分解は、主に第2加熱ゾーンを通して熱を加えたときに}_CO2が炭素の再分配にどの程度影響するかに焦点を当てるために使用された。^[83]

_{最初に注目されたのは、CO 2}環境とN ₂環境の両方におけるTLWとTSWの熱分解挙動でした。TLWとTSWの両方について、CO ₂環境とN ₂環境の660 °C以下では熱分解挙動は同一でした。環境間の差異は、温度が660 °Cを超えて上昇すると現れ始め、CO _{2環境ではN 2}環境と比較して残留質量パーセンテージが大幅に減少します。^{[83]この観察結果は、温度が710 °Cを超えると自発的なガス化が起こる}ブドゥアール反応によるものである可能性があります。^{[84] [85]}これらの観察結果は710 °C未満の温度でも見られましたが、TLW中の無機物の触媒能力によるものである可能性が最も高いです。^[83] ICP-OES測定を行ってさらに調査したところ、残留質量パーセンテージの5分の1がCa種であることがわかりました。 CaCO ₃はタバコの巻紙やフィルター材料に使用されており、CaCO ₃の劣化により純粋な CO _{2 が}動的平衡状態でCaOと反応するという説明が導かれる。 ^[83]これが、660 °C と 710 °C の間で質量減少が見られる理由である。TLW の示差サーモグラム (DTG) ピークの差を TSW と比較した。TLW は 87、195、265、306 °C に 4 つの特徴的なピークがあったのに対し、TSW は 200 °C と 306 °C に 2 つの大きな低下があり、その間に 1 つのスパイクがあった。^[83] 4 つのピークは、TLW には TSW よりも多様なタイプの添加剤が含まれていることを示している。^{[83] TLW と TSW の残留質量パーセンテージをさらに比較したところ、CO} ₂環境と N ₂環境の両方で TSW の残留質量が TLW よりも少なく、TSW には TLW よりも多くの添加剤が含まれていると結論付けられた。 

一段階熱分解実験では、CO ₂環境とN ₂環境で異なる結果が示されました。このプロセス中に、5つの異なる注目すべきガスの発生が観察されました。水素、メタン、エタン、二酸化炭素、エチレンはすべて、TLWの熱分解速度が500 °C以上で遅くなり始めたときに生成されます。熱分解速度はCO ₂環境とN _{2環境の両方で同じ温度で始まりますが、水素、エタン、エチレン、メタンの生成は、CO 2}環境よりもN ₂環境の方が集中しています。CO ₂環境のCO濃度は、温度が600 °Cを超えて上昇するにつれて大幅に高くなりますが、これはTLW内のCaCO _{3からCO 2}が遊離するためです。^[83]このCO濃度の大幅な増加は、希釈効果により、 CO ₂環境で生成される他のガスの濃度が低い理由です。 ^[83]熱分解は炭素基質中の炭素を3つの熱分解生成物に再分配することである。^[83] CO _{2環境は、CO 2 を}COに還元することで熱分解生成物を酸化してCOを形成できるため、より効果的である。結論として、CO ₂環境は石油やバイオ炭よりも高いガス収率を可能にする。同じプロセスをTSWに対して行うと、傾向はほぼ同じであるため、同じ説明をTSWの熱分解に適用できる。^[83]

CO ₂環境では、CO の形成によってタールが減少するため、有害化学物質が減少しました。1 段階熱分解では、液体熱分解物 (タール) の量が多いため、炭素再配置時に CO _{2を活性化するのにそれほど効果的ではありませんでした。CO 2}環境での 2 段階熱分解では、第 2 加熱ゾーンによりガスの濃度を高めることができました。第 2 加熱ゾーンは、等温で 650 °C の一定温度でした。^[83]滞留時間が長いとCO _{2とガス状熱分解物との反応が増えるため、CO 2 は}熱分解物を CO にさらに変換できます。^[83]結果は、2 段階熱分解が、TLW (64.20 wt.%) と TSW (73.71%) の両方でタール含有量を減らし、ガス濃度を約 10 wt.% 増加させる効果的な方法であることを示しました。^[83]

熱分解は熱洗浄にも利用されており、押出機スクリュー、紡糸口金^[86]、スタティックミキサーなどの部品、製品、生産コンポーネントからポリマー、プラスチック、コーティングなどの有機物質を除去する産業用途である。熱洗浄プロセス中、310〜540℃（600〜1,000℉）の温度で、^[87]有機物質は熱分解と酸化によって揮発性有機化合物、炭化水素、炭化ガスに変換される。^[88]無機元素が残る。^[89]

いくつかの種類の熱洗浄システムでは熱分解が使用されます。

• 溶融塩浴は最も古い熱洗浄システムに属します。溶融塩浴による洗浄は非常に高速ですが、危険な飛散のリスクや、爆発や非常に有毒なシアン化水素ガスなど、塩浴の使用に関連するその他の潜在的な危険を伴います。^[87]
• 流動床システム^[90]は砂や酸化アルミニウムを加熱媒体として使用します。 ^[91]これらのシステムも非常に速く洗浄しますが、媒体は溶けたり沸騰したりせず、蒸気や臭いも放出しません。^[87]洗浄プロセスには1〜2時間かかります。^[88]
• 真空オーブンは真空中で熱分解を行うため^[92]、洗浄室内での制御不能な燃焼を回避できる。^[87]洗浄プロセスには8 ^[88]～30時間かかる。^[93]
• バーンオフオーブンは、ヒートクリーニングオーブンとも呼ばれ、ガス燃焼式で、塗装、コーティング、電気モーター、プラスチック産業で、重くて大きな金属部品から有機物を除去するために使用されます。^[94]

熱分解は、主に研究室で、ただしそれだけに限らず、化学物質の製造に使用されます。

ホウ素水素化​​物クラスターの分野は、約200℃での ジボラン（B ₂ H _{6 ）の熱分解の研究から始まりました。生成物には}ペンタボランとデカボランのクラスターが含まれます。これらの熱分解は、クラッキング（H ₂を生成する）だけでなく、再凝縮も伴います。^[95]

超音波噴霧熱分解（USP）と呼ばれるプロセスで 超音波ノズルを利用してナノ粒子^[96]、ジルコニア[ ^97]、酸化物^[98]を合成する。

• 熱分解は、炭素14年代測定の目的で有機物を炭素に変えるために使用されます。
• 樹皮や麻をゆっくりと熱分解して得られる熱分解液は、木材腐朽菌に対する抗真菌活性が試験されており、現在の木材防腐剤の代替となる可能性があることが示されていますが^[99]、さらなる試験が必要です。しかし、その生態毒性は非常に多様であり、現在の木材防腐剤よりも毒性が低いものもあれば、環境に有害な影響を及ぼす可能性のある高い生態毒性を示す熱分解液もあります。^[100]
• タバコ、紙、タバコやその他の製品に含まれる添加物の熱分解により、喫煙の臭いや健康への悪影響の原因となる多くの揮発性物質（ニコチン、一酸化炭素、タールなど）が発生します。マリファナの喫煙や、お香や蚊取り線香の燃焼についても同様のことが言えます。
• ゴミの焼却中に熱分解が起こり、完全に燃焼しないと有毒な揮発性物質が発生したり、大気汚染の原因になったりする可能性があります。
• 実験室や工業用の機器は、高温の表面と接触した有機物の熱分解であるコーキングによって生じる炭素質残留物によって汚れることがあります。

多環芳香族炭化水素（PAH）は、ヘミセルロース、セルロース、リグニン、ペクチン、デンプン、ポリエチレン（PE）、ポリスチレン（PS） 、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリエチレンテレフタレート（PET）などのさまざまな固形廃棄物画分の熱分解から生成される可能性があります[10 ^]。PS、PVC、リグニンは大量のPAHを生成します。ナフタレンは、すべての多環芳香族炭化水素の中で最も豊富なPAHです。^[101]

温度が500℃から900℃に上昇すると、ほとんどのPAHが増加する。温度が上昇するにつれて、軽いPAHの割合は減少し、重いPAHの割合は増加する。^{[102] [103]}

熱重量分析（TGA）は、熱と質量の移動に制限がなく、熱分解を調査するための最も一般的な技術の1つです。その結果は、質量損失の速度論を決定するために使用できます。^{[3] [17] [4] [35] [72]} 活性化エネルギーは、キッシンジャー法またはピーク分析最小二乗法（PA-LSM）を使用して計算できます。^{[4] [35]}

TGAはフーリエ変換赤外分光法（FTIR）や質量分析法と組み合わせることができる。温度が上昇すると、熱分解によって生成される揮発性物質を測定することができる。^{[104] [81]}

TGAでは、サンプルは温度が上昇する前に最初にロードされ、加熱速度は低速（100 °C min ⁻¹未満）です。マクロTGAはグラムスケールのサンプルを使用して、質量と熱伝達による熱分解の影響を調べることができます。^{[4] [105]}

熱分解質量分析法（Py-GC-MS）は化合物の構造を決定するための重要な実験手順である。^{[106] [107]}

近年、機械学習は、収量の予測、パラメータの最適化、熱分解プロセスの監視において大きな研究の関心を集めています。^{[108] [109]}