焙焼

バイオマス（木材や穀物など）の焙焼は、通常 200 ～ 320 °C の温度で行われる穏やかな熱分解です。焙焼によりバイオマスの特性が変化し、燃焼やガス化用途に適した燃料品質が得られます。焙焼により比較的乾燥した製品が生成され、有機分解の可能性が低減または排除されます。焙焼と緻密化を組み合わせることで、20 ～ 21  GJ / トンの低発熱量（LHV）のエネルギー密度の高い燃料キャリアが生成されます。^[1] 焙焼により、材料はメイラード反応を起こします。焙焼されたバイオマスは、エネルギーキャリアとして、またはバイオベースの燃料や化学物質の製造に使用される原料として使用できます。^[2]

バイオマスは重要なエネルギー源となり得る。^[3]しかし、潜在的なバイオマス源は多種多様であり、それぞれに独自の特徴がある。効率的なバイオマスからエネルギーへのチェーンを構築するには、バイオマスの焙焼と緻密化（ペレット化またはブリケット化）を組み合わせることで、輸送と保管が容易になり、大規模な持続可能なエネルギーソリューションの開発における物流上の課題を克服する有望なステップとなる。ペレットやブリケットは、その原料となるバイオマスよりも密度が高く、水分量が少なく、保管時の安定性が高い。

焙焼は、200～320℃（392～608℉）でバイオマスを熱化学的に処理する処理です。大気圧下、酸素がない状態で行われます。焙焼処理中に、バイオマスに含まれる水分と余分な揮発性物質が放出され、バイオポリマー（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）が部分的に分解して、さまざまな種類の揮発性物質が発生します。^[4] 最終製品は、残った固体の乾燥した黒くなった物質^[5]で、焙焼バイオマス またはバイオコールと呼ばれます。

このプロセス中、バイオマスは通常、質量の 20% (完全乾燥基準) と発熱量の 10% を失いますが、体積に顕著な変化はありません。このエネルギー (揮発分) は、焙焼プロセスの加熱燃料として使用できます。バイオマスを焙焼した後、従来の圧縮装置を使用して、通常はブリケットまたはペレットに圧縮して、質量とエネルギー密度を高め、疎水性を改善できます。最終製品は水をはじくため、元のバイオマスとは異なり、水分含有量や発熱量に顕著な変化がなく、湿った空気や雨の中で保管できます。

焙焼の歴史は19世紀初頭にまで遡り、第二次世界大戦中にはガス化装置が大規模に使用されました。^[6]

焙焼・高密度化されたバイオマスは、さまざまな市場でいくつかの利点があり、従来のバイオマス木質ペレットと比較して競争力のある選択肢となります。

高密度化（ペレット化またはブリケット化）と組み合わせると、天然無煙炭の熱量 1 トンあたり 26～33 ギガジュールと比較して18～20 GJ /m ³のエネルギー密度を達成できます。これは、原料バイオマスの場合の 10～11 GJ/m ³と比較して、輸送コストを 40～50% 削減します。重要なのは、ペレット化またはブリケット化によって主にエネルギー密度が増加することです。焙焼のみでは、通常、エネルギー密度が低下しますが、ペレットまたはブリケットへの加工が容易になります。

焙焼バイオマスは、類似した製品特性を生み出す多種多様な生のバイオマス原料から生産できます。ほとんどの木質および草本バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、リグニンという 3 つの主要なポリマー構造で構成されています。これらはまとめてリグノセルロースと呼ばれます。焙焼により、主にこれらの構造から水分と酸素および水素に富む官能基が追い出され、3 つのケースすべてで類似した炭化物のような構造が生成されます。したがって、ほとんどのバイオマス燃料は、起源に関係なく、同様の特性を持つ焙焼製品を生成します。ただし、灰の特性は例外で、灰の特性は主に元の燃料の灰分含有量と組成を反映します。

焙焼バイオマスは疎水性、つまり水をはじく性質があり、高密度化と組み合わせることで屋外での大量保管が可能になります。

すべての生物学的活動が停止され、火災のリスクが軽減され、腐敗などの生物学的分解が停止します。

バイオマスの焙焼によりバイオマスの粉砕性が向上します。^[7]これにより、既存の石炭火力発電所でのより効率的な混焼や、化学物質や輸送燃料の生産のための 噴流ガス化が可能になります。

焙焼バイオマスは、さまざまな市場に付加価値をもたらします。バイオマスは一般的に、低コストで低リスクの方法で CO2 排出量を削減します。[要出典] 大量生産が必要な場合、焙焼により遠方の供給源からのバイオマスの価格競争力を高めることができます。これは、_密度の^{高い材料の}方が保管や輸送が容易になるためです。

木粉燃料：

• 焙焼された木粉は細かい粉末に粉砕することができ、圧縮すると液化石油ガス(LPG) に似たものになります。^{[引用が必要]}

石炭火力発電所における大規模混焼：

• 焙焼バイオマスは取り扱いコストが低くなります。
• 焙焼バイオマスにより、より高い混焼率が可能になります。
• 製品は、さまざまなLHV (20～25  GJ /トン) およびサイズ (ブリケット、ペレット) で提供できます。
• 焙焼バイオマスを石炭と混焼すると、発電所からの純排出量が削減されます。

鉄鋼生産:

• 繊維状バイオマスを炉に投入するのは非常に困難です。
• 注入石炭を代替するには、バイオマス製品のLHVが25 GJ/トン以上である必要があります。

住宅/分散型暖房:

• サプライチェーンにおける車輪による輸送の割合が比較的高いため、バイオマスは高価になります。体積エネルギー密度が増加するとコストは低下します。
• 保管スペースが限られているため、容積密度を高める必要性が高まります。
• 水分は煙や臭いの原因となるため、水分含有量は重要です。

バイオマスから液体への変換:

• 焙焼バイオマスは取り扱いコストが低くなります。
• 焙焼バイオマスは輸送燃料（フィッシャー・トロプシュ法）の生産のための「クリーンな」原料として機能し、生産コストを節約します。

その他の用途:

• ヤマハ、マーティン、ギブソン、そして弦楽器製作者のダナ・ブルジョワを含む多くのギター製作者は、ギターパーツ用の木材として、従来の窯乾燥や空気乾燥よりも寸法安定性の高い木材を得るために焙焼法を利用してきました。 [ ^{8] [9]}

• 熱分解
• 熱処理木材
• 炭化
• Miscanthus giganteus § 輸送と燃焼の課題(石炭と比較したバイオマスの燃焼特性の劣りと焙焼のプラス効果についての詳細な説明が含まれています。)

• 「焙焼木粉からプロパンへ」「当社について」。サマーヒル バイオマス システムズ社。2012年2 月 29 日閲覧。
• Zwart、RWR、「物流とエンドユーザーの要件に基づく焙焼品質管理」、ECN レポート、ECN-L–11-107
• ヴァーホーフ、F.アデル、A.アーカンソー州ボアズマ。ペルス、JR;レンセリンク、J.キール、JHA;シュッケン、H. 「TorTech: バイオマスと廃棄物から（固体）燃料を製造するための主要技術としてのトレファクション」、ECN レポート、ECN-E–11-039
• Bergman、PCA、Kiel、JHA、2005、「バイオマスのアップグレードのための焙焼」、ECN レポート、ECN-RX–05-180
• Bergman、PCA、Boersma、AR、Zwart、RWR、Kiel、JHA、2005、「既存の石炭火力発電所におけるバイオマス混焼のための焙焼の開発」、ECN レポート、ECN-C–05-013
• Bergman、PCA、2005、「焙焼とペレット化を組み合わせた TOP プロセス」、ECN レポート、ECN-C–05-073
• バーグマン、PCA;アーカンソー州ボアズマ。キール、JHA;プリンス、MJ。プタシンスキー、ケンタッキー州。 Janssen、FGGJ、2005 年、「バイオマスの噴流ガス化のための焙焼バイオマス」、ECN レポート、ECN-C–05-026。