Thành phần hóa học chính của sinh khối bao gồm: hemicellulose, cellulose và lignin Tính chất của mỗi loại sinh khối phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ phần trăm khối lượng của 3 thành phần này Trong
Bột gỗ
Hình 1 8: Cấu trúc phân tử của sinh khối [46]
khi đó, nhiệt phân sinh khối
chính là sự phân hủy nhiệt hay quá trình bẻ gãy các liên kết cao phân tử dưới tác dụng nhiệt tới hemicellulose, cellulose và lignin Do đó, tỉ lệ phần trăm của các thành phần hóa học này có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả thu hồi dầu sinh học và chất lượng các sản phẩm của quá trình nhiệt phân nhanh
Cellulose là một polyme mạch thẳng được cấu tạo từ các liên kết mắt xích β – D–glucose, có khối lượng mol khoảng 106 g/mol [93] Cấu trúc phân tử của cellulose là chuỗi liên kết của 2 đơn vị anhydride glucose với 1 đơn vị cellobiose được thể hiện trên hình 1 8 Trong khi đó, hemicellulose là một polyme có mạch nhánh của nhiều loại monosaccharides khác nhau Sự phân hủy cellulose trong suốt quá trình nhiệt phân diễn ra ở dải nhiệt độ từ 240 đến 335 °C [64], [96] Đối với hemicelluloses, điều kiện để xảy ra quá trình phân hủy nhiệt trong khoảng nhiệt độ từ 200 đến 260 °C [64], [96]
Trong phân tử của chúng có chứa các nhóm chức –OH & - OCH3 cùng với các nhóm benzen Do đó, lignin là thành phần khó bị phân hủy hơn so với celluloses và
hemicelluloses dẫn đến trong quá trình nhiệt phân, hàm lượng lignin tăng sẽ làm tăng hàm lượng cốc Sự phân hủy nhiệt của lignin diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 280 đến 500 °C [64], [96]
Ngoài ra, hàm lượng dầu sinh học thu được từ quá trình nhiệt phân nhanh sinh khối còn chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng tro Sinh khối có hàm lượng tro càng cao thì khả năng thu hồi dầu sinh học càng thấp [14] Điều này được giải thích là do khi hàm lượng tro trong sinh khối tăng lên sẽ làm tăng hàm lượng cốc, dẫn đến giảm hàm lượng dầu
Các sản phẩm chuyển hóa từ các thành phần trong sinh khối qua quá trình nhiệt phân được Brown (2009) thể hiện trong hình 1 9
Cellulose 32 ÷ 45 % Hemicellulose 19 ÷ 25% Lignin 14 ÷ 26% Tro Khác
Nhiệt phân Khí không ngưng: CO, CO2, H2, CH4, C-2 Nước Dầu sinh học Cốc Tro
Hình 1 9: Sơ đồ chuyển hóa thành phần sinh khối từ quá trình nhiệt phân
Từ sơ đồ chuyển hóa trên hình 1 9 cho thấy tùy thuộc vào tỷ lệ các thành phần cellulose, hemicellulose và lignin trong mỗi loại sinh khối, hiệu quả thu hồi dầu sinh học và thành phần các sản phẩm từ quá trình nhiệt phân sẽ khác nhau