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固体燃料とは、燃焼によってエネルギーを放出し、燃焼過程を通じて熱と光を提供する、さまざま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は対照的です。一般的な固体燃料の例としては、木材、木炭、泥炭、石炭、ヘキサミン燃料錠剤、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きました[ 2 ]。そして、固体燃料は、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体燃料は、気候変動緩和策に貢献できる再生可能エネルギー源とみなされている。一方、化石燃料（石炭など）由来の固体燃料は再生可能エネルギーではない。
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対照的に、バイオ燃料という用語は、現在では主に（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ます。[ 7 ]ペレットは、産業廃棄物および副産物、食品廃棄物、農業残渣、エネルギー作物、未処理木材の 5 つの一般的なバイオマス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 ]
エネルギー生産の文脈では、バイオマスとは、バイオエネルギー生産に利用される、最近まで生きていた（しかし今は死んでいる）生物由来の物質のことです。例としては、木材、木材残渣、エネルギー作物、藁などの農業残渣、産業や家庭からの有機廃棄物などがあります。 [ 10 ]木材と木材残渣は、今日最大のバイオマスエネルギー源です。木材は燃料として直接使用することも、ペレット燃料やその他の形態の燃料に加工することもできます。トウモロコシ、スイッチグラス、ミスカンサス、竹などの他の植物も燃料として使用できます。[ 11 ]主な廃棄物原料は、木材廃棄物、農業廃棄物、都市固形廃棄物、製造廃棄物です。生のバイオマスを高品位の燃料にアップグレードするには、さまざまな方法があり、熱、化学、生化学に大別されます。
木質燃料とは、薪、木炭、木片、ペレット、おがくずなど、さまざまな燃料を指します。使用する具体的な形態は、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形態であり、枯れ木を拾う場合は道具が不要、またはほとんど必要ありません。今日、木材の燃焼は、固体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るほか、発電用の蒸気機関や蒸気タービンの燃料としても使用されることがあります。木材は、屋内では炉、ストーブ、暖炉で、屋外では炉、キャンプファイヤー、焚き火で使用できます。あらゆる火と同様に、木質燃料の燃焼は多くの副産物を生み出し、その中には有用なもの（熱や蒸気）もあれば、望ましくないもの、刺激性のあるもの、危険なものもあります。
持続可能な方法で収穫された木材は、通常、再生可能な固体燃料（再生可能エネルギー）とみなされます。[ 12 ]
木材を燃やすことがカーボンニュートラルとみなせ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された炭素以上の炭素を放出することはできないが、これは森林破壊や腐敗がカーボンフットプリントに及ぼすその他の影響を考慮していない。[ 13 ]
泥炭燃料とは、部分的に腐敗した植物や有機物が蓄積したもので、十分に乾燥させれば燃焼させることができる。代替燃料が入手困難または高価なアイルランドやスコットランドの農村地域で広く利用されている。十分に乾燥させた後でも、発熱量は比較的低い。
石炭は、通常、石炭層または石炭層と呼ばれる層状または脈状に岩盤中に産出する、黒色または黒褐色の可燃性堆積岩です。歴史を通じて、石炭はエネルギー資源として利用されてきました。主に電気と熱の生産のために燃焼され、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、世界中で発電のための最大のエネルギー源であり、世界最大のエネルギー源の1つでもあります。石炭の採掘、エネルギー生産におけるその使用、およびその副産物はすべて、環境と健康への影響に関連しています。無煙炭などの変種は、炭素含有量が非常に高い変成石炭である無煙炭の形で自然に形成されることがあり、点火すると無煙の炎を出します。これは重要な無煙燃料の一種です。
コークスは、不純物が少なく炭素含有量が高い燃料で、通常は石炭から作られます。これは、低灰分、低硫黄の瀝青炭を乾留することによって得られる固体の炭素質物質です。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ることもありますが、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、石油精製所のコークス化装置またはその他の分解プロセスから得られます。[ 12 ]
煙や揮発性物質の発生が少ない固体燃料は、粉末状の無煙炭から作られ、通常は家庭用ストーブや暖炉で使用するために練炭の形で供給されます。粒子状物質の排出量が少なく、燃焼効率が高いため、この燃料は焚き火の燃料として石炭に取って代わりつつあります。無煙燃料は、石炭の火よりも高温でゆっくりと燃焼します。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焚き火で調理するために広く使用されている木炭も含まれます。
固体ロケット燃料は、硝酸アンモニウムなどの固体酸化剤と、 RDXなどのエネルギー化合物のフレーク状または粉末、さらに結合剤、可塑剤、安定剤、その他の添加剤から構成されます。固体燃料は液体燃料に比べて保管や取り扱いがはるかに容易であり、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必要なスペースが少なくて済みます。
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、不燃性物質（灰分）と水分含有量によって左右されます。燃焼によって発生する熱量の指標の一つに燃焼熱があり、これは通常、ボンベ熱量計を用いて測定され、二酸化炭素と水への完全燃焼を要求します。
メタンなどの気体燃料は、石炭などの固体燃料よりも高い発熱量を示します。泥炭は、一般的な燃料の中で最も低い発熱量を示します。したがって、メタンの高位発熱量（HHV）は55.50 MJ/kgであり、一般的な燃料の中で最も高い値となります。
ディーゼル燃料のHHV値は44.80 MJ/kg、無煙炭は32.50 MJ/kgです。水分と灰分を除去した薪は21.70 MJ/kgと低く、乾燥した泥炭は一般的な燃料の中で最も低い約15.00 MJ/kgです。
これらはあくまで理想的な値であり、実際に燃料から得られる熱量は、使用する暖炉や燃焼室の種類、設計などによって異なります。しかし、これらの値はあらゆる燃料から得られる熱量の目安として役立ちます。乾燥した木材の発熱量は石炭の約3分の2なので、同じ量の熱を得るにはより多くの量が必要になります。
固体燃料は、液体燃料や気体燃料とは異なり、燃焼中に複雑なプロセスを経ます。固体燃料は流動性が低く酸素と容易に混ざり合わないため、化学エネルギーを光と熱に変換するためにこれらの化学プロセスが発生します。このプロセスは、加熱と乾燥、熱分解、気相燃焼、および炭化物の酸化の 3 つの段階に分けられます。[ 14 ]
まず、マッチなどの外部熱源によって固体（燃料）に閉じ込められた水分が蒸発します。この加熱と乾燥の段階では、エネルギーが放出されるのではなく消費されます。次に、燃料の温度が上昇し、化学結合が切断されます。この熱分解によって固体は可燃性ガスと「炭」と呼ばれる炭素を多く含む固体に変化します。燃料から発生した揮発性ガスが空気中の酸素と混ざり合い、着火して目に見える炎を発生させます。ガスが消費されると、残った炭が酸素と直接反応します。これはグローイング燃焼と呼ばれ、よりゆっくりとした無炎燃焼です。[ 15 ]
固体燃料は、液体燃料や気体燃料に比べて、多くの場合、安価で、抽出が容易で、輸送時の安定性が高く、多くの場所で入手しやすい。[ 16 ]
固体燃料は、抽出/燃焼に破壊的な方法を必要とし、炭素、硝酸塩、硫酸塩の排出量が多くなることが多い。持続可能な木材/バイオマスを除いて、固体燃料は形成に数千年かかるため、通常は再生不可能な資源とみなされる。[ 3 ]
固体燃料は有機物で構成されており、大気汚染の原因となる可能性があります。固体燃料の燃焼は、液化石油ガスよりも多くの有機エアロゾル[ 17 ]を放出し、多くの揮発性有機化合物を放出します。これらは、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大気汚染の原因となる可能性があります。[ 18 ]固体燃料からの排出物は、固体燃料が主要な燃料源となっている地域で大気汚染の主な原因となっています。[ 19 ]
英国では、HETAS Ltd.が運営する「暖房機器試験および承認制度」が、固体燃料暖房器具、燃料、サービス、登録設置業者に対して承認および認証サービスを提供し、それらが安全に動作することを保証している。[ 20 ]
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