बायोमास गैसीकरण को एक शोधन प्रक्रिया के रूप में समझा जाना चाहिए जो एक कच्चे फीडस्टॉक (हमारे मामले में, लकड़ी के चिप्स और अखरोट के छिलके जैसे वुडी बायोमास) को लेती है, और इसे एक स्वच्छ जलती हुई गैस में संसाधित करती है जो आंतरिक दहन इंजन के साथ संगत है। यह प्रक्रिया इस परिवर्तन को प्राप्त करने के लिए फीडस्टॉक की ऊर्जावान सामग्री के एक हिस्से का उपभोग करती है।
बायोमास गैसीकरण में वुडी बायोमास फीडस्टॉक को निम्नलिखित पांच प्रक्रियाओं से गुजरना शामिल है:
परिणामी गैस को सिनगैस या उत्पादक गैस के नाम से जाना जाता है, कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन का मिश्रण है, साथ ही प्रतिक्रिया में वायुमंडलीय हवा से नाइट्रोजन का उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया का दूसरा उत्पाद चारकोल है, जिसमें बायोमास की राख भी शामिल है। इस चारकोल उपोत्पाद को के रूप में भी जाना जाता है चार-राख. This char-ash is referred to as जब इसका उपयोग मृदा सुधार के लिए किया जाता है तो इसे बायोचार कहा जाता है, तथा जब इसका उपयोग औद्योगिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है तो इसे बायोकार्बन कहा जाता है।
नीचे दिया गया आरेख बायोमास से शुरू होकर गैस और चारकोल पर समाप्त होने वाले पदार्थों के प्रवाह को दर्शाता है, जिसे आरेख के केंद्रीय स्तंभ के साथ व्यवस्थित किया गया है, जबकि क्षैतिज पट्टियाँ उस प्रक्रिया को दर्शाती हैं जो प्रत्येक चरण में पदार्थों को परिवर्तित करती है। नीचे दिए गए प्रत्येक विवरण इस आरेख को संदर्भित करते हैं।
सुखाने की प्रक्रिया में बायोमास पर इतनी गर्मी लगाई जाती है कि सारा पानी निकल जाए। यह एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है जो 100-150˚C के तापमान रेंज में होती है। इस प्रक्रिया से निकलने वाली सामग्री जल वाष्प और सूखा बायोमास है।
पायरोलिसिस में सूखे बायोमास पर गर्मी लागू करना शामिल है ताकि यह धुआं पैदा करे और चारकोल में बदल जाए। यह भी एक एंडोथर्मिक प्रक्रिया है। चारिंग प्रक्रिया बस गर्मी के आवेदन के माध्यम से बायोमास की निश्चित कार्बन (चारकोल) सामग्री से वाष्पशील यौगिकों (धुएं) को अलग करना है।
चूँकि सुखाने और पायरोलिसिस दोनों एंडोथर्मिक प्रक्रियाएँ हैं, इसलिए इन दोनों प्रक्रियाओं को चलाने के लिए ऊष्मा के स्रोत की आवश्यकता होती है। पायरोलिसिस के दौरान निकलने वाले धुएं के दहन से आवश्यक ऊष्मा मिलती है। दहन चरण के दौरान, गैसीफायर में हवा डाली जाती है और धुएं के साथ मिलाई जाती है ताकि यह अत्यधिक गर्म हो जाए, जिससे 800˚C से अधिक तापमान उत्पन्न हो। दहन के दौरान जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होते हैं। उच्च तापमान से टार क्रैकिंग भी होती है।
वुडी बायोमास में लगभग 80% वाष्पशील यौगिक (द्रव्यमान के अनुसार) होते हैं जो बायोमास से धुएं के रूप में निकलते हैं, और 20% स्थिर कार्बन होता है जो चारकोल के रूप में रहता है, और लगभग 1% राख दोनों के बीच कहीं होती है। इन वाष्पशील पायरोलिसिस गैसों को टार गैसों के रूप में जाना जाता है क्योंकि वे टार में संघनित हो जाती हैं। ये गैसें अवांछनीय हैं क्योंकि वे अम्लीय हैं, और उनके संघनन आंतरिक दहन इंजन के चलने वाले हिस्सों के लिए हानिकारक हैं। टार क्रैकिंग प्रक्रिया, जो दहन के साथ-साथ होती है, तब होती है जब इन टार गैसों के भारी कार्बनिक अणु अत्यधिक उच्च तापमान के संपर्क में आने के कारण हल्के गैर-संघनित दहनशील गैसों में टूट जाते हैं। सिंथेटिक गैस में दहनशील अणुओं का लगभग आधा हिस्सा टार के टूटने से आता है।
वाष्पशील पायरोलिसिस गैसों के दहन से उत्पन्न जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड दहन अपशिष्ट उत्पाद हैं, लेकिन उन्हें अपचयन अभिक्रियाओं के संपर्क में लाकर दहनशील गैसों में परिवर्तित किया जा सकता है। अपचयन अभिक्रियाएँ नीचे दिए गए ग्राफ़िक में दर्शाई गई हैं:
जब चारकोल को बहुत अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है, तो चारकोल की कार्बन सामग्री बहुत प्रतिक्रियाशील हो जाती है, और ऑक्सीजन के लिए बहुत मजबूत आकर्षण प्रदर्शित करती है, जिससे यह कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प जैसे ऑक्सीकृत पदार्थों को कम करने (ऑक्सीकरण के विपरीत; इस संदर्भ में, ‘कम करना’ का अर्थ है ऑक्सीकरण को उलटना) में सक्षम होता है। जैसे ही दहन चरण से दहन उत्पाद गर्म चारकोल के माध्यम से रिसते हैं, ये अपचयन अभिक्रियाएँ कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प को कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन में बदल देती हैं, जबकि ऐसा करने के लिए चारकोल से कार्बन का उपभोग करती हैं। यह प्रक्रिया सिनगैस में दहनशील अणुओं का लगभग आधा हिस्सा बनाती है।
अपचयन की प्रक्रिया में, चारकोल के टुकड़े आणविक स्तर पर छिद्रित हो जाते हैं क्योंकि कार्बन परमाणु चारकोल की सतह से अलग-अलग हट जाते हैं। इससे परिणामी चारकोल अर्ध-सक्रिय हो जाता है, जो निस्पंदन के लिए एक वांछनीय गुण है, और अमोनिया, मीथेन और एन पर बढ़ी हुई छिद्रता के स्पष्ट लाभकारी प्रभाव के कारण बायोचार के रूप में उपयोग किए जाने पर चारकोल के लिए संभावित रूप से लाभकारी हो सकता है। 2 ओ उत्सर्जन में कमी।
गैसीकरण के दौरान, लकड़ी के चिप्स चारकोल चिप्स में बदल जाते हैं, और ये चारकोल चिप्स कार्बन मोनोऑक्साइड बनाने के लिए अपचयन प्रक्रिया के दौरान अपनी कार्बन सामग्री छोड़ देते हैं। कार्बन के इस नुकसान के कारण चारकोल चिप्स सिकुड़ जाते हैं। आखिरकार, सिकुड़े हुए चारकोल चिप्स इतने सघन हो जाते हैं कि गैस को इंजन में डालने के लिए आवश्यक गैस रिसने की दर को अनुमति नहीं मिल पाती। गैस उत्पादन की दर को बहाल करने के लिए, रिएक्टर चारकोल के सिकुड़े हुए चिप्स को शुद्ध करता है, जिन्हें फिर रिएक्टर से चारकोल-राख के रूप में बाहर निकाल दिया जाता है। गैसीकरण का यह उपोत्पाद गैसीकरण के दो भौतिक आउटपुट में से एक है; दूसरा आउटपुट सिंथेटिक गैस है।
अपचयन की प्रक्रिया में, चारकोल के टुकड़े आणविक स्तर पर छिद्रित हो जाते हैं क्योंकि कार्बन परमाणु चारकोल की सतह से अलग-अलग हट जाते हैं। इससे परिणामी चारकोल अर्ध-सक्रिय हो जाता है, जो निस्पंदन के लिए एक वांछनीय गुण है, और बायोचार के रूप में उपयोग किए जाने पर चारकोल के लिए संभावित रूप से लाभकारी हो सकता है।
वांछित उत्पाद (गैस या चारकोल) के आधार पर गैसीफायर को वांछित उत्पाद के अधिक उत्पादन के लिए संचालित किया जा सकता है, इसके लिए यह नियंत्रित किया जाता है कि शुद्ध किए जाने से पहले चारकोल को कितनी देर तक अपचयन अभिक्रियाओं के संपर्क में रखा जाए।
