固形燃料

固体燃料とは、燃焼することでエネルギーを放出し、燃焼の過程で熱と光を生み出す様々な形態の固体物質を指します。固体燃料は、液体燃料や気体燃料と対比されます。固体燃料の一般的な例としては、木材、木炭、泥炭、石炭、ヘキサミン燃料タブレット、乾燥糞、木質ペレット、トウモロコシ、小麦、米、ライ麦、その他の穀物などがあります。固体燃料は、ロケットの固体推進剤として広く使用されています。^{[1]固体燃料は人類}の歴史を通じて火を起こすために使用されており^[2]、現在でも世界中で広く使用されています。^{[3] [4]}

バイオマス由来の固形燃料は、気候変動緩和の取り組みに貢献できる再生可能エネルギー源とみなされています。化石燃料（石炭など）由来の固形燃料は再生可能エネルギーではありません。

エネルギー生産に使用されるバイオマスは、固体燃料だけでなく、液体燃料や気体燃料にも加工できます。^{[5] : 173}比較すると、バイオ燃料という用語は、今日では主に（ただし排他的ではない） 、輸送に使用される液体燃料または気体燃料を指すために使用されます。^[6]

ペレット燃料は、圧縮された有機物またはバイオマスから作られています。^[7]ペレットは、産業廃棄物と副産物、食品廃棄物、農業残渣、エネルギー作物、未処理の木材の5つの一般的なバイオマスカテゴリのいずれかから作ることができます。^[8]木質ペレットは、最も一般的なタイプのペレット燃料です。^[9]

木質燃料は、薪、木炭、木材チップシート、ペレット、おがくずなど、いくつかの燃料を指します。使用される特定の形態は、供給源、量、品質、用途などの要因によって異なります。多くの地域では、木材は最も入手しやすい燃料であり、枯れ木を拾う場合には道具を必要としないか、道具がほとんど必要ありません。今日、木材の燃焼は、固形燃料バイオマスから得られるエネルギーの最大の用途です。木質燃料は、調理や暖房に使用でき、時には電気を生成する蒸気エンジンや蒸気タービンの燃料として使用できます。木材は、屋内の炉、ストーブ、暖炉、または屋外の炉、キャンプファイヤー、焚き火で使用できます。他の火と同様に、木質燃料を燃焼すると多くの副産物が生成されますが、その中には有用なもの (熱と蒸気) もあれば、望ましくないもの、刺激物、または危険なものもあります。

持続可能な方法で伐採された木材は通常、再生可能な固形燃料（再生可能エネルギー）であると考えられています。^[12]

木材を燃やすことがカーボンニュートラルであるかどうかについては議論がある。技術的には木材は成長中に隔離した以上の炭素を放出することはできないが、これは森林伐採や腐敗がカーボンフットプリントに与える他の影響を考慮していないからである。^[13]

泥炭燃料は、十分に乾燥すれば燃やすことができる、部分的に腐敗した 植物や有機物の集積物です。代替燃料がなかったり、高価なアイルランドやスコットランドの田舎で広く使用されています。 ^[要出典]完全に乾燥させた後でも、 発熱量は比較的低いです。

石炭は、通常、石炭層または石炭層と呼ばれる層または鉱脈の岩石地層に生じる、黒色または茶褐色がかった黒色の可燃性の堆積岩です。 歴史を通じて、石炭はエネルギー資源として使用されており、主に電気と熱の生産のために燃やされ、金属の精錬などの工業目的にも使用されています。 石炭は、世界最大の発電エネルギー源であるだけでなく、世界最大級の石炭生産源の1つでもあります。 石炭の採掘、エネルギー生産への使用、およびその副産物はすべて、環境および健康への影響に関連しています。 無煙石炭などのバリエーションは、無煙炭の形で自然に形成されることがあります。無煙炭は、火をつけると無煙の炎を発する、炭素含有量が非常に高い変成石炭の一種です。無煙燃料の重要なタイプです。

コークスは不純物が少なく炭素含有量が多い燃料で、通常は石炭から作られます。これは、低灰分、低硫黄の瀝青炭を分解蒸留して得られる固体炭素質物質です。石炭から作られたコークスは灰色で硬く、多孔質です。コークスは自然に生成されますが、一般的に使用されているのは人工のものです。石油コークス、またはペットコークスとして知られる形態は、石油精製所のコーカーユニットまたはその他のクラッキングプロセスから得られます。^[12]

煙や揮発分をほとんど出さない固形燃料は、無煙炭の粉末から作られ、通常はストーブや暖炉で家庭で使用するために練炭の形で供給されます。粒子状物質の排出が少なく、効率が高いため、この燃料は石炭に代わって暖炉の燃料として使用されています。無煙燃料は石炭の火よりも高温でゆっくりと燃えます。この用語には、乾燥した木材を制限燃焼させて作られ、屋外バーベキューで直火で食べ物を調理するために広く使用されている木炭も含まれます。

固体ロケット推進剤は、固体酸化剤（硝酸アンモニウムなど）とエネルギー化合物の薄片または粉末（ RDXなど）および結合剤、可塑剤、安定剤、その他の添加剤から構成されます。固体推進剤は液体推進剤よりも保管や取り扱いがはるかに簡単です。また、エネルギー密度が高いため、同じ量のエネルギーを貯蔵するのにそれほど大きなスペースを必要としません。

燃料の種類ごとに得られる熱量は異なり、炭素と水素の含有量、および不燃性物質または灰と水の含有量によって異なります。燃焼によって発生する熱の測定方法の 1 つに燃焼熱があります。これは通常、ボンベ熱量測定法を使用して二酸化炭素と水への完全燃焼を要求して決定される正確な測定方法です。

メタンのような気体燃料は、石炭のような固体燃料よりも高い値を持ちます。泥炭は、すべての一般的な燃料の中で最も低い値を示します。したがって、メタンの HHV (高位発熱量) は 55.50 MJ/kg で、一般的な燃料の中で最も高い値です。

ディーゼル燃料の HHV 値は 44.80 MJ/kg、無煙炭の値は 32.50 MJ/kg です。水分と灰のない薪の値は 21.70 MJ/kg と低く、乾燥した泥炭の値は一般的な燃料の中で最も低く、約 15.00 MJ/kg です。

これらは理想的な値であり、燃料によって得られる実際の熱量は、たとえば、使用される暖炉や燃焼室、およびその設計によって異なります。ただし、これらは、燃料から得られる熱量についての有用なガイドとなります。乾燥した木材の発熱量は石炭の約 3 分の 2 であるため、同じ量の熱量を生成するには、より大きな重量が必要になります。

固体燃料は、液体燃料や気体燃料に比べて安価で、抽出が容易で、輸送も安定しており、多くの場所で入手しやすいことが多い。^[14]

特に石炭は液体燃料やガス燃料よりも安価であるため、世界の電力の38％を生成するために利用されています。 ^[3]

固形燃料は、抽出/燃焼に破壊的な方法を必要とし、多くの場合、炭素、硝酸塩、硫酸塩の排出量が多くなります。持続可能な木材/バイオマスを除いて、固形燃料は、形成されるのに数千年かかるため、通常は再生不可能であると考えられています。^[3]

固形燃料は有機物で構成されており、空気の質の悪化に寄与する可能性があります。固形燃料を燃焼すると、液化石油ガスよりも多くの有機エアロゾル^[15]が放出され、多くの揮発性有機化合物が放出されます。これは、地上オゾンや二次有機エアロゾルなどの二次汚染物質の形成を通じて空気の質の悪化に寄与する可能性があります。^[16]固形燃料からの排出物は、固形燃料が主要な燃料源である地域では空気の質の悪化の主な要因です。^[17]

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