لخّصلي

يمكن تحويل الكتلة الحيوية الصلبة إلى الطور الغازي من أجل توليد منتجات ذات قيمة أعلى. التحلل الحراري هو التحلل الكيميائي الحراري للمواد العضوية الذي يحدث عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، ويسمى المنتج الرئيسي للتحلل الحراري بالغاز الاصطناعي أو الغاز الاصطناعي، في حين تشمل المنتجات الثانوية الكربون غير المحول والفحم والرماد. يتم تحويل المواد العضوية التي تحتوي على الكربون إلى غاز اصطناعي عند درجات حرارة تبلغ حوالي 800 درجة مئوية أو أكثر. ولكن الغاز الناتج يكون أقل جودة. الغاز الاصطناعي هو خليط غاز وقود يتكون بشكل أساسي من أول أكسيد الكربون (30-60%) والهيدروجين (25-30%) وثاني أكسيد الكربون (5-15%) والميثان (0-5%) وبخار الماء. يحتوي الغاز الاصطناعي الناتج عن أكسدة الهواء على كمية عالية من النيتروجين، اعتمادًا على طريقة الإنتاج. فمن الواضح أن الغاز الاصطناعي الناتج عن التغويز بالأكسجين/البخار أو التحلل الحراري هو في معظم الحالات منتج ذو قيمة حرارية متوسطة. كانت كفاءة المحول إلى الغاز تتراوح بين 81-85%، في حين كانت الكفاءة الإجمالية 20-23%. يتم استخدام الغاز الاصطناعي الناتج عن تحويل البخار أو الأكسجين إلى غاز بشكل أساسي كمورد وسيط لإنتاج الوقود مثل الغاز الطبيعي الاصطناعي والهيدروجين والديزل الحيوي والبترول الاصطناعي، خلص بالات وكيرتاي إلى أن تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز هو نظام ممكن لإنتاج الهيدروجين المتجدد على نطاق واسع. لا يمكن توزيع الغاز الاصطناعي الناتج عن تحويل الهواء إلى غاز عبر خطوط الأنابيب وهو مناسب فقط لإنتاج الطاقة المنخفضة والحرارة من خلال الاحتراق. بعض تقنيات التحويل إلى غاز بسيطة نسبيًا، مثل التحويل إلى غاز في المصب وفي المنبع. ترتبط طرق التحويل إلى غاز الأخرى بالتعقيد والتكاليف الأعلى، أحد الخيارات التي تؤدي إلى إنتاج غاز اصطناعي عالي الجودة هو التحويل إلى غاز باستخدام شعلة البلازما أو قوس البلازما، يمكن إنتاج غاز اصطناعي عالي الجودة من خلال اقتران تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز مع امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الموقع في نظام سرير سائل مزدوج،

التحول إلى الكتلة الحيوية الغازية
يمكن تحويل الكتلة الحيوية الصلبة إلى الطور الغازي من أجل توليد منتجات ذات قيمة أعلى. ونتيجة لذلك، فإن استخدام الكتلة الحيوية الصلبة يمكن أن يؤدي إلى إنتاج الطاقة دون احتراق مباشر. والطريقتان لتحويل الطور للكتلة الحيوية الصلبة هما التحلل الحراري والتغويز.
التحلل الحراري هو التحلل الكيميائي الحراري للمواد العضوية الذي يحدث عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، دون وجود الأكسجين. وتتضمن العملية التغيير المتزامن الذي لا يقاوم للتركيب الكيميائي والطور الفيزيائي. ويسمى المنتج الرئيسي للتحلل الحراري بالغاز الاصطناعي أو الغاز الاصطناعي، في حين تشمل المنتجات الثانوية الكربون غير المحول والفحم والرماد.
من خلال التغويز، يتم تحويل المواد العضوية التي تحتوي على الكربون إلى غاز اصطناعي عند درجات حرارة تبلغ حوالي 800 درجة مئوية أو أكثر. تتفاعل المادة مع كمية محكومة من الأكسجين أو البخار. يمكن أيضًا إجراء الأكسدة الجزئية باستخدام الهواء، ولكن الغاز الناتج يكون أقل جودة. الغاز الاصطناعي هو خليط غاز وقود يتكون بشكل أساسي من أول أكسيد الكربون (30-60%) والهيدروجين (25-30%) وثاني أكسيد الكربون (5-15%) والميثان (0-5%) وبخار الماء. يحتوي الغاز الاصطناعي الناتج عن أكسدة الهواء على كمية عالية من النيتروجين، وبالتالي فإن قيمته الحرارية منخفضة (3-5 ميجا جول/متر مكعب). وعلى النقيض من ذلك، تتراوح القيمة الحرارية المنخفضة للغاز الاصطناعي الناتج عن أكسدة الأكسجين أو البخار بين 5-12 ميجا جول/متر مكعب، اعتمادًا على طريقة الإنتاج. إذا تمت ترقية الغاز الاصطناعي، فإن محتواه من الطاقة سيكون بقيمة 12-14 ميجا جول/متر مكعب وقد يزيد حتى إلى 20 ميجا جول/متر مكعب. ونظرًا لأن القيمة الحرارية المنخفضة للغاز الطبيعي تقع بين 33-36 ميجا جول/متر مكعب، فمن الواضح أن الغاز الاصطناعي الناتج عن التغويز بالأكسجين/البخار أو التحلل الحراري هو في معظم الحالات منتج ذو قيمة حرارية متوسطة. الغاز الاصطناعي قابل للاشتعال ويمكن حرقه مباشرة في وحدة توليد الطاقة الحرارية والحرارية المشتركة. في عام 2014، نجح لي وآخرون في ربط نظام تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز باستخدام السحب الهابط بمحرك احتراق داخلي يعمل بالشرارة، باستخدام الصنوبر والبلوط الأحمر وروث الخيل كمواد خام للتحويل إلى غاز. كانت كفاءة المحول إلى الغاز تتراوح بين 81-85%، في حين كانت الكفاءة الإجمالية 20-23%. وعلاوة على ذلك، قام هوانج وآخرون بوضع نموذج لنظام توليد ثلاثي يعمل بالكتلة الحيوية يتكون من محرك احتراق داخلي مدمج مع تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز للتدفئة والتبريد في المناطق المختارة.
ومع ذلك، يتم استخدام الغاز الاصطناعي الناتج عن تحويل البخار أو الأكسجين إلى غاز بشكل أساسي كمورد وسيط لإنتاج الوقود مثل الغاز الطبيعي الاصطناعي والهيدروجين والديزل الحيوي والبترول الاصطناعي، أو كوسيط لإنتاج مواد كيميائية أخرى. قام جاسنر وماريتشال بتحويل 66-75% من محتوى الحرارة في الخشب الجاف إلى غاز طبيعي اصطناعي، لإنتاج الطاقة والحرارة الصناعية أيضًا. وعلاوة على ذلك، خلص بالات وكيرتاي إلى أن تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز هو نظام ممكن لإنتاج الهيدروجين المتجدد على نطاق واسع. وبسبب كثافته المنخفضة للطاقة، لا يمكن توزيع الغاز الاصطناعي الناتج عن تحويل الهواء إلى غاز عبر خطوط الأنابيب وهو مناسب فقط لإنتاج الطاقة المنخفضة والحرارة من خلال الاحتراق.
بعض تقنيات التحويل إلى غاز بسيطة نسبيًا، مثل التحويل إلى غاز في المصب وفي المنبع. وفي الوقت نفسه، ترتبط طرق التحويل إلى غاز الأخرى بالتعقيد والتكاليف الأعلى، ولكن أيضًا بإنتاج غاز اصطناعي بجودة أفضل. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك سرير السائل المتداول وسرير السائل المزدوج. أحد الخيارات التي تؤدي إلى إنتاج غاز اصطناعي عالي الجودة هو التحويل إلى غاز باستخدام شعلة البلازما أو قوس البلازما، حيث تُستخدم أقطاب الكربون والنحاس والمعادن الأخرى لبدء درجات حرارة أعلى إلى 2000 درجة مئوية. وعلاوة على ذلك، يمكن إنتاج غاز اصطناعي عالي الجودة من خلال اقتران تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز مع امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الموقع في نظام سرير سائل مزدوج، في طريقة تسمى الإصلاح المعزز بالامتصاص. في عام 2011، أنتج جويرانسون وآخرون غازًا صناعيًا عالي الجودة لاستخدامه في تصنيع وقود السيارات بمحتوى طاقة يتراوح بين 12 و20 ميجا جول/متر مكعب في جهاز غازي مزدوج المائع عن طريق الأكسدة بالبخار. وأخيرًا، في عام 2010، نجح راباجنا وآخرون في زيادة إنتاج الغاز والهيدروجين بنسبة 69% و130% على التوالي، باستخدام مرشح تنظيف الغاز في مصنع تغويز الكتلة الحيوية المميعة على نطاق المختبر يعمل عند درجة حرارة 800 درجة مئوية.