新しいバイオチャーPYROCOが汚染削減に貢献

RMIT大学のエンジニアは、手頃な価格のバイオスラッド由来活性化バイオチャー「PYROCO」を開発しました。この新しいバイオチャーは、産業部門が汚染を削減し、バイオオイルの品質を向上させるのに役立つ可能性があります。さらに、持続可能な触媒熱分解分野でのさらなるイノベーションへの道を開きます。以下に重要なポイントをご紹介します。

バイオオイルとは何か、そしてどのように作られるのか？

バイオオイルは再生可能エネルギー市場で拡大している分野です。この技術は何十年も前から存在していますが、最近の進歩により、より持続可能で低コストなバイオオイルの製造が可能になっています。
バイオオイルは酸素が豊富なことが多い有機廃棄物から作られます。特に、熱化学プロセスである熱分解（パイロリシス）が一般的に使用され、酸、アルコール、ケトンなどの複雑な化合物を分解します。

バイオ燃料生産における熱分解の理解

熱分解は、バイオマスを摂氏500度以上に加熱し、材料から酸素を除去することが必要です。このプロセスによりポリマーが迅速に分解されます。熱分解は燃焼とは異なり、酸素を排除する点が特徴です。

熱分解の歴史：炭からバイオチャーへ

熱分解は人類が何世紀も利用してきたプロセスであることは興味深いです。古代の文化では炭や焙煎コーヒーの製造に利用されました。古代エジプト人がミイラの防腐処理に熱分解を使用した記録も残っています。

熱分解の課題：排出物、エネルギー使用、安全性

現在の熱分解システムがより持続可能な運転を実現するためには、いくつかの課題があります。まず、ガス排出が環境に有害であり、一種の汚染を防ごうとしても別の問題を生み出しています。
さらに、エネルギー消費が大きいです。ポリマーを分解できる火を起こすには時間とエネルギーが必要です。また、火と酸素を分離して保持することには固有のリスクが伴い、酸素に急激にさらされると有機物が偶発的に燃焼することがあります。

バイオチャーとは何か？利点、組成、用途

バイオチャーはバイオマスの熱分解によって得られる副産物です。その化学組成は比較的単純で、主に炭素と灰分から成り、独自の特性を持ちます。すべて有機材料から作られるため、燃焼させるのではなく土壌に埋め込むことが想定されています。主な原料には肥料、果実の種子、枝、林業廃棄物、食品残渣などが含まれます。
バイオチャーは農業部門にも多くの利点をもたらします。多くの人が肥料の有力な補完材と見なしています。埋設すると、養分と水分の保持能力が高く、従来の肥料だけよりも長期間にわたり土壌肥沃度を向上させます。

PYROCO：RMITの画期的バイオチャー触媒

この研究「使用済みユーカリニコリイバイオマスの熱分解蒸気のアップグレードにおける炭素触媒の役割：持続可能なフェノール類生産へ」¹（Renewable Energy掲載）は、バイオチャーが農業用途に最適であるという前提に挑戦しています。パラフィン蒸気と併用することで、熱分解プロセスに必要なエネルギーを削減する新しいバイオチャー触媒の利用方法を提示しています。

エンジニアは、彼らのバイオチャーがフェノール類と炭化水素の両方の機能をターゲットにできることを示しています。具体的には、ペパーミントウィロー（Eucalyptus nicholii）のバイオマスを使用しています。このオーストラリア原産の植物は大量の原料を産出し、実験に最適です。
この研究の一環として、エンジニアはバイオスラッド由来活性化バイオチャーが使用済みEucalyptus nicholiiバイオマスの熱分解とバイオオイル組成に与える影響を詳細に検討しました。

有機廃棄物を再生可能バイオオイルへ変換

実験の第一段階として、ペパーミントウィローの原料が研究者の地元農場から収集されました。原料は新鮮な状態で保持され、すぐに蒸留工程へ送られました。この工程で固体残渣が生成され、オーブンへ送られました。
残渣は一晩105℃に加熱されました。この工程で残留水分が除去されます。次に、チームは材料を100〜300μmの粒径に篩い分けました。この最終材料は市販の代替品と比較試験されました。
エンジニアは、組成がフェノール類（69.7％）と炭化水素（13.7％）の混合物に変化したことを確認しました。このデータは、新しいプロセスがバイオオイル中のフェノール類と炭化水素の選択性を大幅に向上させたことを示唆しています。
このように、本研究はフェノール類と炭化水素の選択性向上が炭素触媒のバイオオイル特性および活性化エネルギーへの効果をどのように高めるかを、コミュニティの理解を深めるのに寄与します。

RMITがPYROCOバイオチャー触媒をテストした方法

エンジニアは研究の正確性を確保するために複数のテストを実施しました。チームはまず、27mm×680mmの石英管式リアクターとカーボライト炉で触媒熱分解を行いました。孔径3（16〜40μm）のセラミックフィルトがガス分配板として使用され、加熱前にリアクター底部から320mm上方に配置されました。
リアクターは興味深い結果を示しました。一つは、エンジニアは高度な戦略を用いることで熱分解中の化学汚染を削減できることを確認しました。このアプローチは高排出化学物質を除去し、低排出のバイオチャーに置き換えます。
さらに、チームは炭素触媒がバイオオイル収率に重要な役割を果たすことを示しました。この有効性の一部は、新しいバイオチャーが必要な脱酸素化および脱炭酸化反応を促進する点に起因します。

PYROCOが排出物を削減しバイオオイル品質を向上させる方法

この熱分解研究は市場にもたらす利点が多数あります。最大の利点は、現状に代わる価値あるグリーン代替策を提供することです。このプロセスは様々な場所から不要な化学物質や汚染物質を除去するのに利用できます。
チームはすでに、この技術がバイオスラッド中のPFAを99.99％除去できる可能性があると主張しています。これにより埋立地の安全性が大幅に向上します。また、この材料をPFAフリーのバイオチャーに変換することで、政府のネットゼロ炭素排出目標に合致した複数の利用シナリオが開かれます。

PYROCOの実世界での活用と商業化計画

この技術にはいくつかの実世界での応用があります。一つは、高排出製品を置き換えることで二酸化炭素排出を持続可能に削減できる点です。以下に、経済にプラスの影響を与える可能性のある他の実用例を示します。

産業

改良されたバイオチャーは、バイオオイルの持続可能なサプライチェーンの重要な要素となり得ます。既に、これらの材料は樹脂、潤滑剤、添加剤などの化学品製造に不可欠です。本研究は産業部門におけるコスト削減と生産性向上に寄与する可能性があります。
この市場では、バイオチャーがより複雑な産業プロセスにおける価値ある触媒として利用されています。そのため、バイオチャーのコスト削減と品質向上は、より高いリターンにつながるでしょう。
エンジニアは、研究は生産準備が整っていると述べています。現在、技術を商業規模に拡大する方法を検討中です。また、市場の財務状況を見ると、バイオチャーは来年までに世界で33億ドルの市場規模に達すると予測されています。これらすべての要因が、今後数か月から数年で本技術の迅速な導入を示唆しています。

PYROCOを開発したのは誰か？研究チームの紹介

RMIT大学がPYROCO研究を主導し、South East Water、Intelligent Water Networks、インド石油研究所のエンジニアと緊密に協力しました。報告書では、Ramandeep Kaur、Bhavya B. Krishna、Nimesha Rathnayake、Thallada Bhaskar、Kalpit Shah が主要な貢献者として挙げられています。
特筆すべきは、PYROCO研究がオーストラリア政府から300万ドルの助成金を受けたことです。この資金は、処理済み下水（バイオスラッド）を炭素豊富なバイオチャーに変換するシステムを活用する浄水プラントに投入されます。

注目の化学企業：注視すべき銘柄

バイオ燃料セクターは拡大しており、より多くのメーカーが現在使用されている重要な産業システムに対する持続可能な代替策の開発を目指しています。これらの企業は、熱分解などの古代プロセスと最先端技術を組み合わせ、よりクリーンで効果的な代替品を生み出しています。以下は、市場で先駆的な姿勢を保つ企業の一例です。

Olin Corporation

Olin Corporation (OLN ) は1892年に市場に参入しました。この米国拠点の化学品供給会社は、信頼できる株式オプションへと成長しました。同社はChlor Alkali Products、Vinyls、Winchesterという3つのブランドで事業を展開しています。Winchesterは、長い歴史を持つ射撃分野でよく知られたブランドです。

Chlor Alkali Products と Vinyls 部門は、パークロロエチレン、塩酸、ビニルクロライドモノマー、メチルクロライド、メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、そして水素など、多様な製品を提供しています。同社は米国、欧州、アジア太平洋、ラテンアメリカ、カナダにわたる広範な顧客基盤を有しています。

Olin Corporationの最新情報

Pyroco – 熱分解をより手頃にすることで何百万人もの生活を向上させる可能性

さまざまな産業作業における熱分解の普及状況を掘り下げると、本開発がコスト削減と持続可能性向上に大きく寄与できることが分かります。したがって、エンジニアチームはその独創性と決意に称賛に値します。現在、チームはプロセスを拡大し、実際のインパクトを生み出すことを目指しています。
他のエネルギー技術についてはこちらをご覧ください。

参照研究：

^{1. Kaur, R., Krishna, B. B., Rathnayake, N., Bhaskar, T., & Shah, K. (2024). 使用済みユーカリニコリイバイオマスの熱分解蒸気のアップグレードにおける炭素触媒の役割：持続可能なフェノール類生産へ. Renewable Energy, 214, 1239–1250. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.01.180}