Pyrolyseöl, insbesondere aus der Schnellpyrolyse, ist ein komplexes Gemisch, das in erster Linie aus sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen und Wasser besteht, mit zusätzlichen Bestandteilen wie fester Kohle und verschiedenen Gasen. Der Wassergehalt in Pyrolyseöl liegt je nach Herstellungsverfahren in der Regel zwischen 20 und 30 Gewichtsprozent. Das Öl kann als Mikroemulsion betrachtet werden, bei der eine wässrige Lösung von Holozellulose-Zersetzungsprodukten die kontinuierliche Phase bildet, die eine diskontinuierliche Phase von pyrolytischen Lignin-Makromolekülen durch Mechanismen wie Wasserstoffbrückenbindung stabilisiert.
Einzelheiten der Zusammensetzung:
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Oxygenierte Kohlenwasserstoffe: Die Hauptbestandteile von Pyrolyseöl sind sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe, die aus der Zersetzung von Biomassebestandteilen wie Hemicellulose, Cellulose und Lignin stammen. Diese Verbindungen umfassen eine Vielzahl organischer Moleküle, die als kondensierbare Dämpfe bei der schnellen Erhitzung von Biomasse auf etwa 500 °C in Abwesenheit von Sauerstoff entstehen.
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Wasser: Der Wassergehalt im Pyrolyseöl stammt sowohl von der ursprünglichen Feuchtigkeit in der Biomasse als auch von dem bei den Pyrolysereaktionen entstehenden Wasser. Dieses Wasser ist an der Bildung der Mikroemulsionsstruktur des Öls beteiligt und trägt zur Stabilisierung der Ölbestandteile bei.
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Feste Kohle: Holzkohle, ein Nebenprodukt der Pyrolyse, enthält Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Ihr Anteil im Pyrolyseöl hängt von den Pyrolysebedingungen ab und kann zwischen 10 und 20 Gew.-% liegen. Holzkohle entsteht durch die unvollständige Zersetzung von Biomasse während des Pyrolyseprozesses.
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Gase: Bei der schnellen Pyrolyse entstehen auch verschiedene Gase, darunter Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und leichte Kohlenwasserstoffe. Diese Gase machen in der Regel 15-35 % der Pyrolyseprodukte aus und können als Brennstoff zur Aufrechterhaltung des Pyrolyseprozesses verwendet werden.
Merkmale von Pyrolyseöl:
- Physikalisches Erscheinungsbild: Rohes Pyrolyseöl ist dunkelbraun und ähnelt stark der elementaren Zusammensetzung der Biomasse, aus der es gewonnen wurde.
- Chemische Eigenschaften: Das Öl hat einen niedrigen pH-Wert, einen niedrigen Heizwert, eine geringe Flüchtigkeit, eine hohe Viskosität und einen hohen Sauerstoffgehalt. Diese Eigenschaften können durch katalytische Pyrolyse verbessert werden.
- Verteilung des Produkts: Bei der Schnellpyrolyse beträgt die typische Produktverteilung etwa 75 Gew.-% Bioöl, 12 Gew.-% Holzkohle und 13 Gew.-% Gase.
Prozessbetrachtungen:
- Heizrate und Abschreckung: Die Schnellpyrolyse erfordert eine schnelle Erhitzung der Biomassepartikel und ein schnelles Abschrecken der Pyrolysedämpfe, um das Bioöl effektiv zu kondensieren. Dieser Prozess ist entscheidend für die Maximierung der Ausbeute an Bioöl.
- Verwendung von Katalysatoren: Der Einsatz von Katalysatoren während der Pyrolyse kann die Qualität des Bioöls verbessern, indem seine Eigenschaften verbessert und die Bildung unerwünschter Nebenprodukte wie Koks, die den Katalysator deaktivieren können, verringert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei Schnellpyrolyseöl um eine komplexe, wässrige Mikroemulsion handelt, die reich an sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen ist und einen hohen Wassergehalt sowie geringe Anteile an Holzkohle und Gasen aufweist. Seine Herstellung wird durch schnelles Erhitzen und Abschrecken optimiert, und seine Qualität kann durch den Einsatz von Katalysatoren verbessert werden.
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