処理物：紙, 段ボール, パレット材
処理量：550kg/時間
熱分解目的：熱分解ガス化、炭化
生成物利用目的：化石燃料代替ガス 蒸気発生のための燃料 / 炭化 バイオ炭 土壌改良剤
設置国：スイス

紙の熱分解とは、紙を高温に加熱することで分解し、新たな化学物質を生成するプロセスのことです。紙の主成分はセルロース（植物由来の多糖類）であり、熱分解によって以下のような変化が起こります：

低温での脱水反応（200～300℃）
紙が加熱されると、まず水分が蒸発します。その後、セルロースが分解を始め、水や低分子化合物（酢酸、メタノールなど）が発生します。

中温での分解（300～500℃）
セルロースがさらに分解し、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレンなどのガス状化合物が放出されるとともに、タールやバイオ炭が生成されます。

高温での炭化（500℃以上）
さらに高温になると、残った有機成分が燃焼または炭化し、主に黒色の炭素残渣が残ります。この段階では熱分解による発生ガスは主に水素やメタンなどの燃料ガスとなります。

段ボールは主にセルロース（紙）とリグニン（植物由来の繊維）で構成されており、熱分解はこれらの有機物を高温で分解するプロセスです。熱分解による化学変化は酸素がほとんど存在しない環境で行われ、以下のようなプロセスが含まれます：

低温段階（約200～300℃）
セルロースやリグニンの一部が分解を始め、水分や低分子の揮発性化合物が放出されます。この段階で発生する揮発性化合物には、炭化水素や有機酸が含まれます。

中温段階（約300～500℃）
セルロースが急速に分解し、ガスやタール（液体成分）が生成されます。炭素含有物質が主にこの段階で形成されます。

高温段階（500℃以上）
リグニンや残りのセルロースがさらに分解され、炭化が進行します。この結果、固体の炭（チャー）とガス（メタン、二酸化炭素、一酸化炭素など）が生成されます。
熱分解の結果、以下の3つの主成分が得られます：

チャー（固体）: カーボン主体で、燃料や吸着剤として利用可能。
タール（液体）: 熱分解油として再利用されることが多い。
ガス: メタンや水素などの燃料ガスとして活用される。

段ボールの熱分解は、リサイクルや廃棄物の処理方法として注目されています。特に、熱分解によるエネルギー回収（サーマルリサイクル）や炭素材料の再利用が研究されています。

パレット材の熱分解について説明します。木製パレットの主成分はセルロース、ヘミセルロース、リグニンであり、これらは温度の上昇に伴い異なる段階で分解します。200〜300℃の範囲では、水分や揮発性有機化合物が放出され、次に300〜500℃でセルロースとリグニンが化学分解し、炭化物やガス（主に二酸化炭素や一酸化炭素）が生成されます。そして、500℃以上になると、炭素残留物の分解が進み、最終的にガス化が起こります。

一方、プラスチック製パレットの場合、一般的に用いられる素材であるポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）は、300℃付近から熱分解を始め、600℃程度までの範囲でモノマーや燃料ガス、液体炭化水素を生成します。これにより得られた生成物は、燃料や化学原料として再利用することが可能です。

さらに、木材とプラスチックを組み合わせた混合パレット材では、これら両者の特性が複合的に現れ、分解生成物や分解温度の幅が広がります。熱分解は、パレット材の廃棄処理方法として有用であり、エネルギーの回収やリサイクル、さらには環境負荷の軽減にも貢献する技術です。

熱分解ガスは、有機物質が無酸素または低酸素雰囲気下で熱分解される際に生成される気体状の生成物を指します。このガスの組成や性質は、原料となる物質の種類や熱分解条件によって大きく変動します。
熱分解ガスの主要成分は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エチレン、プロピレンなどの低分子炭化水素です。これらに加えて、原料に含まれる元素や熱分解条件に応じて、窒素化合物、硫黄化合物、ハロゲン化合物なども含まれることがあります。特に、二酸化炭素と一酸化炭素は熱分解ガス中で大きな割合を占めており、これらは原料中の酸素原子との結合に由来します。
熱分解ガスの発生過程は温度域によって特徴的な挙動を示します。低温域（200-300℃）では主に水蒸気や二酸化炭素が発生し、中温域（300-500℃）になると炭化水素類の生成が活発化します。高温域（500℃以上）では、より低分子の気体への分解が進み、水素やメタンの割合が増加する傾向にあります。この温度依存性は、原料中の化学結合の切断エネルギーの違いに起因します。
熱分解ガスの発熱量は、可燃性成分である一酸化炭素、水素、メタン、その他の炭化水素の含有量に依存します。一般的な熱分解ガスの低位発熱量は10-20 MJ/Nm³程度ですが、これは原料や運転条件によって大きく変動します。このエネルギー含有量により、熱分解ガスは燃料としての利用価値を持っています。
工業的な応用において、熱分解ガスは直接燃焼による熱エネルギー回収や、化学原料としての利用が可能です。特に、一酸化炭素と水素を主成分とするガスは、合成ガスとして化学工業における重要な原料となります。また、メタンリッチな熱分解ガスは、天然ガスの代替燃料としても使用されます。
ただし、熱分解ガスの利用には適切な処理が必要です。ガス中にはタール成分や粒子状物質が含まれることが多く、これらは配管の閉塞や装置の腐食の原因となります。さらに、硫黄化合物や窒素化合物は環境負荷や装置の劣化を引き起こす可能性があるため、用途に応じた精製処理が求められます。
熱分解ガスの組成や性質のモニタリングは、プロセス制御において重要な役割を果たします。ガスクロマトグラフィーや質量分析計による組成分析、温度・圧力・流量の測定などを通じて、安定した運転と品質管理が実現されています。
このように熱分解ガスは、その生成メカニズムの理解と適切な制御により、エネルギー源や化学原料として有効活用することが可能な重要な資源となっています。その特性を十分に理解し、適切な処理を行うことで、環境負荷を最小限に抑えながら、効率的な利用が可能となります。

熱分解ガス化とガス化の違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解ガス化炉

熱分解ガスと乾留ガス及び合成ガスの違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解ガス化炉

バイオ炭（Biochar）は、バイオマス資源を低酸素または無酸素状態で熱分解することにより生成される炭素含有量の高い固体物質です。原料としては、木材、農業残渣、家畜糞尿、食品廃棄物など、様々な有機物質が利用されます。
バイオ炭の生成過程は、通常350℃以上の温度で行われ、この過程で原料中の有機物質は熱分解により、固体（バイオ炭）、液体（バイオオイル）、気体（熱分解ガス）に分解されます。生成温度や昇温速度、滞留時間などの運転条件は、バイオ炭の物理化学的特性に大きな影響を与えます。特に生成温度が高くなるほど、炭素含有量が増加し、より安定な芳香族構造が形成される傾向にあります。

バイオ炭の主要な特徴として、高い比表面積、多孔質構造、表面の官能基の存在が挙げられます。比表面積は数百から数千m²/gに達することもあり、この特性により優れた吸着能を示します。また、表面には様々な官能基（カルボキシル基、水酸基など）が存在し、これらは重金属イオンや有機物質との相互作用に重要な役割を果たします。
バイオ炭の最も重要な応用分野の一つは土壌改良材としての利用です。土壌に施用されたバイオ炭は、その多孔質構造により土壌の保水性や通気性を改善し、また微生物の生息場所を提供します。さらに、養分保持能力の向上や土壌pHの調整にも効果を示します。これらの特性により、作物の生産性向上や土壌の質的改善に寄与します。
環境保全の観点からも、バイオ炭は重要な役割を果たします。バイオマス中の炭素を安定な形態で固定化することで、大気中の二酸化炭素削減に貢献します。バイオ炭中の炭素は、土壌中で数百年から数千年にわたって安定に存在することができ、これは炭素隔離技術として注目されています。
水質浄化分野においても、バイオ炭は有効な材料として利用されています。その高い吸着能により、水中の重金属、有機汚染物質、栄養塩類などを効果的に除去することができます。また、微生物担体としても機能し、生物学的な水処理プロセスにおいても活用されています。
工業的な応用としては、触媒担体、電極材料、ガス吸着剤などとしての利用が研究されています。特に、バイオ炭の表面特性を活かした高機能材料への展開が期待されています。また、燃料電池や蓄電池の電極材料としての可能性も検討されています。
バイオ炭の品質評価においては、炭素含有量、灰分含有量、pH、比表面積、細孔分布、官能基分布などが重要な指標となります。これらの特性は、原料の種類や製造条件によって大きく変動するため、目的に応じた適切な製造条件の選択が重要です。
このように、バイオ炭は土壌改良、環境保全、水処理、工業材料など、幅広い分野で活用可能な多機能材料です。その特性を十分に理解し、適切な製造条件と利用方法を選択することで、持続可能な社会の実現に貢献することが期待されています。

バイオ炭

出典：Wiki バイオ炭

バイオ炭とバイオコークスの違いとバイオコーク / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解炭化炉

炭化と半炭化の違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解炭化炉

Biogreen の熱分解処理は、化石燃料や火気を一切使用しない低圧電流のジュール熱で行われる電気での加熱です。このため、処理時に地球温暖化ガスCO2が発生しません。また、熱分解処理にとって非常に重要な温度と機内滞留時間の管理調整は、モニターで管理し、タッチパネル操作で簡単に実行できます。安全衛生面でも非常に優れています。
装置の設置面積は小さくコンパクトで、コンテナー内設置も可能です。連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で、運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで簡単にできます。人手を必要としない自動化されたシステムです。

Biogreenは、国際特許技術を取得した他に類を見ない電気熱源の連続式熱分解装置で、構造が単純で部品数が少ないため、故障しにくくメンテナンスが容易で、長時間の使用にも耐えられます。化石燃料を使用するバーナーの直火加熱や熱風加熱による熱分解、ガス化、炭化装置と比較すると、Biogreenの熱分解装置は地球温暖化ガスを排出しない「脱炭素」であり、安全性、設置面積、操作性、メンテナンス性などで明らかな優位性を持っています。

熱分解は、無酸素状態で処理物を加熱することにより、ガスと炭を生成します。ガスを冷却することにより油が生成されます。ガス、炭、及び油は全て利活用ができ、それらを利活用することにより廃棄物が一切なくなるゼロエミッションが可能です。

熱分解処理は加熱温度によりその処理物から生成される割合が異なります。温度が高いほどガスが多く生成され、温度が低いほど炭が多く生成されます。高温での熱分解では、炭の生成割合が少なくなりますが、質の良い安定した炭が製造できます。オイルについては、ガスを冷却・凝縮することにより生成されますが、下記のグラフでは、加熱温度が約500℃の場合が最も多く製造できます。
Biogreenは、熱源が電気のため、熱分解処理にとって重要な加熱温度、滞留時間の調整がタッチパネル式で簡単にできるうえ、処理時にCO2の発生はありません。バーナー式等化石燃料の火気を使用した熱分解装置は温度調整が難しく熱分解時にCO2を大量に発生します。
熱分解によるバイオコークスの製造は、バイオ炭の製造時より高温で加熱し、品質の良い炭化物を生成しますが、Biogreenでは加熱温度の調整が容易にできます。

熱分解ガス化

炭化、半炭化

熱分解装置として Biogreen が選ばれる理由は、以下の幾つかの重要な点に基づいています。
Biogreen は、国際特許技術を持ち、独自の熱分解装置です。この装置は、化石燃料や火気を一切使用しない電気加熱式であるため、処理時にCO2 を排出せず、環境負荷の軽減を重視する現代のニーズに合致しています。無酸素状態で行われる熱分解処理は、投入された原料からガス、オイル、炭を生成します。これらの生成物は、発電、燃料、土壌改良剤、原料、飼料、燻製用のオイルなどとして幅広い用途で利用できます。
Biogreen の構造は単純で、部品点数が少なく、壊れにくいため、メンテナンスが楽で長持ちします。熱分解処理において非常に重要な温度と機内滞留時間の管理調整は、モニターで監視し、タッチパネル操作で簡単に調整できます。この操作の簡易性と安全衛生面での優位性も大きなメリットです。
装置内の無軸のスクリューをジュール熱で直接加熱し、そのスクリューの羽根で処理物を加熱するため非常に熱効率が良い構造で、小規模でコンパクトな設計であり、コンテナー内設置も可能で、移動も容易です。これにより、処理物発生現場で直接設置ができる小規模な熱分解システムとして機能します。従来の焼却炉やメタン発酵設備と比較して、設置面積が小さく、運転コストも低く、生成物は全て利活用ができ廃棄物が発生しない点も大きな利点です。
24時間無人運転が可能な連続式熱分解装置であるため、効率的な運用が実現します。加熱温度の調整も電気加熱式であるため簡単に行え、安全衛生面でも優れています。
このように、Biogreen は環境に優しい、安全で簡単な操作、コンパクトな設計、そして高効率な熱分解処理を実現するため、多くの産業で広く採用されています。

電熱源の採用: 二酸化炭素排出がない電気熱源を使用しており、環境に優しい設計となっています。
高い熱効率: 加熱されたスクリューを使用して直接的かつ効率的に処理物を加熱します。
プロセス条件の調整が容易: 加熱温度や滞留時間などの重要な条件を容易に調整できるため、多様な材料や目的に対応可能です。
一貫した製品品質: 安定した熱分解プロセスにより、均質で高品質な製品を得ることができます。
コンパクトな設計: システム全体がコンパクトであり、省スペースでの設置が可能です。
操作とメンテナンスの容易さ: 操作性が高く、メンテナンスが簡単な設計となっています。

木くずのバイオ炭の製造

Biogreen BGR CM 600 mobile unit

電熱スクリュー Spirajoule

熱分解装置 Biogreen

Spirajouleは国際特許取得済みの熱分解装置です。Biogreenシステムの心臓部と言えます。最適な熱分解処理は滞留時間と加熱温度の調整で行います。この調整がこの装置では簡単に行えます。

熱分解装置 Spirajouleは 電気式です。火気、石油燃料を一切使用しないため、地球温暖化ガスが発生しない脱炭素装置です。しかも連続式です。
熱分解は 無酸素状態の密閉された Spirajoule 熱分解装置内のスクリューで行われます。スクリューへ電流を通しそのジュール熱で投入された原料を加熱し熱分解を行なっています。そのスクリューが回転することで原料を熱分解を行ないながら搬送しています。
熱分解の温度はジュール熱の大きさで調整し、原料の滞留時間はスクリューの回転数調整により行ないます。その調整はいずれも制御盤のタッチパネルで簡単にできます。熱分解で最も重要な温度と滞留時間の調整は電気式のため簡単に行なえるとも言えます。火気、石油燃料を使用する装置と比較しても非常に安全で衛生面で優れています。又、処理はバッチ式ではなく連続式ですので人を張り付ける必要がありません。

下記パンフレットはこちらをクリック頂ければダウンロードできます。

Spirajoule 連続式電気炉

Biogreen は投入された原料を無酸素での加熱、熱分解を行ないます。熱分解により原料より炭素分のみを残し、原料に含まれる可燃性ガス等の合成ガスを発散させます。投入原料を選ばず、熱分解処理でガス、炭、オイルを製造発生させそれぞれが利活用ができ、その廃棄物が持つエネルギーは最大限利活用され廃棄物はなくなります。
Biogreen の熱分解処理は化石燃料、火気は一切使用しない低圧電流のジュール効果で行なう電気での加熱そして連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで楽にでき、人手を必要としません。Biogreen は国際特許技術で他にはない独自の熱分解装置ですが、構造は単純で部品点数は少なく壊れにくくメンテナンスは楽で長持ちし長時間使用ができます。熱分解処理にとり非常に重要な温度、機内滞留時間の管理調整はモニターで管理しタッチパネル操作で簡単にでき、安全衛生面でもとても優れています。装置の設置面積は小さくコンパクトでコンテナー内設置も可能で移動もでき、場所を選びません。
Biogreen は熱分解時の加熱温度によりガス、炭化物を作り出す産出の割合が異なります。そのため、熱分解装置 Biogreen は炭化装置、炭化炉あるいはガス化装置、ガス化炉とも言えます。熱分解後のその産出製造物の利用目的に合わせ加熱温度の調整を行ないますが、その温度調整、管理は、Biogreenであれば電気加熱式ですので簡単に確実に行なえます。又、その加熱は石油燃料を一切使用せず火気は未使用のため安全衛生面、運転操作面で火気使用熱分解装置、炭化炉、ガス化炉と比較すると非常に優れていると言えます。

油　化