Pirólisis
La pirólisis (del grec: piro, ‘fòc’, i lisis, ‘trencament’) és la descomposició química de matèria orgànica i tot tipo de materials, llevat metals i vidres, causada pel calfament a altes temperatures en absència d'oxigen (i de qualsevol halógeno).[1] Involucra canvis simultàneus de composició química i estat físic, els quals són irreversibles. En este cas, no produïx ni dioxinas ni furanos.
La pirólisis permet produir un sòlit carbonoso, un oli i un gas.[2] Comença a un nivell de temperatura relativament baix (a partir de 200 °C) i continua fins a uns 1.000 °C. Segons la temperatura, la proporció dels tres composts resultants és diferent.[3] En particular, es pot produir en un forn solar, com s'ha demostrat en el forn solar de Odeillo.[4]
La pirólisis extrema, que solament deixa carbono com a residu, es diu carbonisació. La pirólisis és un cas especial de termólisis.
Un eixemple de pirólisis és la destrucció de neumàtics usats. En este context, la pirólisis és la degradació del caucho de la roda per mig de la calor en absència d'oxigen.
Tots els cossos orgànics complexos estan composts per cadenes de molècules (polímer; per eixemple, plàstics, caucho, fusta, paper, etc.). La calor trenca esta cadena i produïx molècules orgàniques més menudes, com metà CH4, diòxit de carbono CO2 i aigua H2O .
Quan un cos sòlit, com la fusta, es crema, a sovint es fa de la següent manera:
- la humitat s'evapora (deshidratació);
- la calor de la flama descompon la matèria en molècules llaugeres;
- les molècules llaugeres, del tipo metà, ardixen en el dioxígeno de l'aire.
Per lo tant, existix una combinació de pirólisis/combustió d'un gas, provocant la combustió i mantenint la pirólisis mentres quede material per a cremar.
La majoria de les voltes, parlem de pirólisis per a la descomposició a alta temperatura encara que sense flama (per eixemple la descomposició de greixos en el procés de neteja d'un forn denominat "pirólisis").
Processos i mecanismes generals
La pirólisis consistix generalment en calfar el material per damunt del seu temperatura de descomposició, trencant els enllaços químics de les seues molècules. Els fragments solen convertir-se en molècules més menudes, pero poden combinar-se per a produir residus en major massa molecular, inclús sòlits covalente amorfos.
En molts entorns, poden estar presentes algunes cantitats d'oxigen, aigua o atres substàncies, de modo que pot produir-se combustió, hidrólisis o atres processos químics ademés de la pirólisis pròpiament dita. A voltes estes substàncies químiques s'afigen intencionadament, com en la crema de llenya, en la fabricació tradicional de carbó vegetal i en el craqueo al vapor del petròleu cru.
Pel contrari, el material de partida pot calfar-se en el buit o en una atmòsfera inerte per a evitar reaccions químiques secundàries (com la combustió o la hidrólisis). La pirólisis en el buit també reduïx el punt d'ebullició dels subproductes, millorant la seua recuperació.
Quan la matèria orgànica es calfa a temperatures creixents en recipients oberts, generalment es produïxen els següents processos, en etapes successives o superpostes:
- Per baix d'uns 100 °C, els volàtils, inclosa part de l'aigua, s'evaporen. Les substàncies sensibles a la calor, com la vitamina C i la proteïnes, poden canviar parcialment o descompondre's ya en esta etapa.
- A uns 100 °C o una miqueta més, s'expulsa l'aigua restant que només està absorbida en el material. Este procés consumix molt energia, per lo que la temperatura pot deixar d'aumentar fins que tota l'aigua s'haja evaporat. L'aigua atrapada en l'estructura cristalina dels hidrats pot desprendre's a temperatures alguna cosa més altes.
- Algunes substàncies sòlides, com les grasses, les ceres i el sucre, poden fondre's i separar-se.
- Entre 100 i 500 °C, moltes molècules orgàniques comunes es descomponen. La majoria dels sucres comencen a descompondre's a 160-180 °C. La celulosa, un dels principals components de la fusta, el paper i els teixits de cotó, es descompon a uns 350 °C.[5] La lignina, un atre dels principals components de la fusta, comença a descompondre's a uns 350 °C, pero seguix lliberant productes volàtils fins als 500 °C.[5] Els productes de descomposició solen incloure aigua, monòxit de carbono Plantilla:Chem2 i/o diòxit de carbono Plantilla:Chem2, aixina com un gran número de composts orgànics.[6][7] Els gasos i productes volàtils ixen de la mostra, i alguns d'ells poden condensarse de nou en forma de fum. Generalment, este procés també absorbix energia. Alguns volàtils poden encendre's i ardir, creant una flama visible. Els residus no volàtils solen tornar-se més rics en carbono i formar grans molècules desordenades, en colors que oscilen entre el marró i el negre. En este punt es diu que la matèria ha segut "charroja" o "carbonizada".
- A 200-300 °C, si no s'ha exclós l'oxigen, el residu carbonoso pot escomençar a ardir, en una reacció altament exotèrmica, a sovint sense flama o en poca flama visible. Una volta iniciada la combustió del carbono, la temperatura aumenta espontàneament, convertint el residu en una brasa incandescent i lliberant diòxit i/o monòxit de carbono. En esta fase, part del nitrogen que encara queda en el residu pot oxidarse en òxit de nitrogen com Plantilla:Chem2 i Plantilla:Chem2. El sofre i atres elements com el clor i l'arsènic poden ser oxidats i volatilizados en esta etapa.
- Una volta completada la combustió del residu carbonoso, sol quedar un residu mineral pulverulento o sòlit (cendra), format per materials inorgànics oxidats d'alt punt de fusió. Part de la cendra pot haver eixit durant la combustió, arrastrada pels gasos com cendres volants o emissions de partícules. Els metals presents en la matèria original solen permanéixer en les cendres com òxits o carbonats, com la potasa. El fòsfor, procedent de materials com els ossos, els fosfolípits i els àcits nucleicos, sol permanéixer com fosfat.
Pirólisis anhidra
La pirólisis ocorre en una atmòsfera deficitària en oxigen. Este fenomen ocorre normalment quan un compost orgànic sòlit es calfa fortament en l'absència d'oxigen , com per eixemple, els productes de pirólisis de matèria orgànica, que en fregir o torrar produïxen hidrocarburs aromàtics policíclics, amina heterocícliques i amino imidazol azarenos. Encara que estos processos es porten a terme en una atmòsfera normal, les capes externes del material conserven l'interior sense oxigen.
El procés també ocorre quan es crema un combustible sòlit compacte, com la fusta. De fet, les flames d'un fòc de fusta es deuen a la combustió de gasos expulsats per la pirólisis, no per la combustió de la fusta en sí mateixa.
Un antic us industrial de la pirólisis anhidra és la producció de carbó vegetal per mig de la pirólisis de la fusta. Més recentment la pirólisis s'ha usat a gran escala per a convertir el carbó en carbó de coque per a la metalúrgia, especialment en la fabricació d'acer.
Es pensa que la pirólisis anhidra té lloc durant la catagénesis, la conversió de querógeno a combustible fòssil
En moltes aplicacions industrials este procés és portat a terme baix pressió i a temperatures per damunt dels 430 °C. La pirólisis anhidra també es pot usar per a produir un combustible líquit similar al gasoil a partir de biomassa sòlida o plàstics. La tècnica més comuna utilisa uns temps de residència molt baixos (menys de dos segons) i temperatures d'entre 400 i 800 °C.
Referències
- ↑ (2009) «Pyrolysis», Compendium of Chemical Terminology, International Union of Pure and Applied Chemistry, p. 1824. doi:10.1351/goldbook.P04961. ISBN 978-0-9678550-9-7.
- ↑ Burning of wood [1] archivat en Wayback Machine., InnoFireWood's website, vist 6 de febrer de 2010.
- ↑ La Pyrolyse; définition [2] archivat en Wayback Machine. en el lloc École nationale dones mines Saint-Étienne [3] archivat en Wayback Machine..
- ↑ Rui LI, Kuo ZENG, Daniel GAUTHIER & Gilles FLAMANT (2016) Product distribution and valorisation of agricultural waste through solar pyrolysis; Journées Nationales sur l'Energie Solaire 28 to 30 June 2016; University of Perpignan; Processes, Materials and Solar Energy Laboratory (PROMES-CNRS); (jnes.fr/uploads/resumixes_intervenants2016/LI.pdf abstract).
- ↑ 5,0 5,1 Zhou, Hui; Long, YanQiu; Meng, AiHong; Li, QingHai; Zhang, YanGuo (August 2013). "The pyrolysis simulation of five biomass species by hemi-cellulose, cellulose and lignin based on thermogravimetric curves". Thermochimica Acta. 566: 36–43.
- ↑ Zhou, Hui (2017). "Combustible Solid Waste Thermochemical Conversion". Springer Theses. doi:10.1007/978-981-10-3827-3. ISBN 978-981-10-3826-6
- ↑ «Característiques termogravimétricas de fraccions típiques de residus sòlits municipals durant la co pirólisis».Waste Management.38
- 194-200.doi:10.1016/j.wasman.2014.09.027.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Pirólisis» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.