Il bio-olio può essere utilizzato come combustibile, ma non è adatto all'uso diretto nei motori a combustione interna standard. Può essere utilizzato direttamente o in coalimentazione con combustibili fossili nelle caldaie. Può anche essere trasformato in carburante per i motori delle auto attraverso l'idrodeossigenazione o utilizzato come fonte per la produzione di H2.
In alternativa, il bio-olio può essere trasformato in uno speciale carburante per motori o, attraverso processi di gassificazione, in syngas e quindi in biodiesel. Il bio-olio è particolarmente interessante per la co-combustione perché può essere maneggiato e bruciato più facilmente rispetto al combustibile solido, rendendolo più economico da trasportare e stoccare. Offre notevoli vantaggi rispetto alla biomassa solida e alla gassificazione in termini di facilità di gestione, stoccaggio e combustione nelle centrali elettriche esistenti. Inoltre, il bio-olio è una fonte vitale per un'ampia gamma di composti organici e specialità chimiche.
Il bio-olio ha una densità maggiore rispetto ai materiali legnosi, il che riduce i costi di stoccaggio e trasporto. Il suo valore di combustibile è generalmente pari al 50-70% di quello dei combustibili a base di petrolio. Tuttavia, la composizione del bio-olio lo rende termicamente instabile e difficile da distillare o raffinare ulteriormente, richiedendo ulteriori ricerche per produrre bio-olio di qualità superiore. Nonostante ciò, la sua maggiore densità lo rende più conveniente da trasportare rispetto alla biomassa. Ciò apre la possibilità di un modello di lavorazione distribuito in cui i pirolizzatori su piccola scala convertono la biomassa in bio-olio, che viene poi trasportato in un luogo centralizzato per la raffinazione.
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