Il meccanismo di pirolisi dei materiali di biomassa coinvolge meccanismi primari e secondari, che portano alla produzione di bio-olio, carbone e gas. Il meccanismo primario comprende la formazione di carbone, la depolimerizzazione e la frammentazione, mentre il meccanismo secondario comprende il cracking, la ricombinazione e la formazione di carbone secondario.
Meccanismo primario:
- Formazione di carbone: Durante questa fase, la biomassa viene riscaldata, portando alla formazione di anelli di benzene. Questi anelli si combinano poi per formare un residuo solido noto come char, che è una struttura policiclica aromatica. Questo processo rilascia anche acqua o gas incondensabile.
- Depolimerizzazione: Comporta la rottura dei legami chimici all'interno dei polimeri della biomassa, in particolare della cellulosa, dell'emicellulosa e della lignina. Questa fase è cruciale perché avvia la scomposizione di strutture organiche complesse in molecole più semplici.
- Frammentazione: Dopo la depolimerizzazione, la biomassa si frammenta in composti volatili più piccoli. Questi composti vengono rilasciati come gas o condensati in bio-olio.
Meccanismo secondario:
- Cracking: Alcuni dei composti volatili prodotti durante il meccanismo primario sono instabili e subiscono ulteriori reazioni, note come cracking. Questo processo scompone le molecole più grandi in molecole più piccole e più stabili.
- Ricombinazione: In questa fase, le molecole più piccole possono ricombinarsi per formare composti più complessi, che possono contribuire alla formazione di carbone secondario o di gas aggiuntivi.
- Formazione di carbone secondario: Si tratta di un'ulteriore trasformazione del carbone primario attraverso varie reazioni chimiche, che ne migliorano le proprietà e la stabilità.
Il processo complessivo di pirolisi inizia con l'essiccazione della biomassa per rimuovere l'umidità, seguita da un riscaldamento in assenza di ossigeno a temperature tipicamente comprese tra 300 e 900°C. La temperatura specifica e la velocità di riscaldamento influenzano il prodotto predominante (biochar, bioolio o gas). Dopo la pirolisi, i prodotti vengono raffreddati e separati nelle rispettive forme.
L'efficienza e la distribuzione dei prodotti nella pirolisi della biomassa sono influenzate in modo significativo dalle condizioni operative, come la temperatura, il tempo di residenza e le proprietà fisiche e chimiche della materia prima biomassa. Questi fattori determinano la resa e la qualità del bio-olio, del carbone e del gas prodotti.
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