Entender mejor la reacción de pirólisis

Question

No soy químico, pero gran parte de mi trabajo gira en torno al biocarbón. Siempre lo he entendido con la siguiente aproximación:

$$ \ce{CH2O (dry plant matter) + heat -> black carbon + H2 + CO + CH4 + hydrocarbons} $$

Tengo dos preguntas:

1. ¿Es lo anterior una aproximación decente? ¿En qué sentido es engañosa (como lo son siempre todas las aproximaciones)?

2. Un colega me dijo recientemente que el metano sólo se forma en esta reacción cuando hay vapor de agua presente -- dijo que se mezcla con el CO a alta temperatura para formar el metano. ¿Es esto cierto? ¿No se obtendrá metano de la biomasa secada al horno y expuesta al calor en ausencia de oxígeno?

Answer 1

Se supone que la biomasa es puramente azúcares: almidones y celulosa a base de glucosa y xilosa. Los componentes esenciales de la lignina, que constituyen alrededor del 20% de la biomasa, son los fenoles y el propano. Es posible que haya que reequilibrar en función de esos componentes adicionales.

Answer 2

La ecuación anterior es una aproximación decente de un grupo de reacciones. Otra se da aquí:

$$ \ce{C_{c}H_{h}O_{o} -> z CO + x H2 + w H2O + v C_{n}H_{m}O_{p} + u C_{(s)}} $$

Esto es sólo la parte de pirólisis del proceso. Hay un sinfín de reacciones de reducción, sólo doy las que producen metano:

$$ \ce{CO + 3 H2 <-> CH4 + H2O} \\ \ce{C_{(s)} + 2 H2 <-> CH4} $$

Como puedes ver, el metano se forma cuando hay hidrógeno en fase gaseosa. Además de la pirólisis hay dos reacciones que generan hidrógeno libre:

$$ \ce{CO + H2O -> CO2 + H2} \\ \ce{C_{(s)} + H2O <-> CH4} $$

Así que, efectivamente, necesitas vapor de agua para generar el hidrógeno para tu metano. Si no recuerdo mal, el metano es sólo un componente menor en el gas de pirólisis la mayor parte del tiempo. Por su valor calórico, el mayor componente es el monóxido de carbono o el alquitrán (hidrocarburos largos y complejos).

Por último, pero no por ello menos importante, hay una serie de reacciones de oxidación (tanto en la fase gaseosa como en la sólida) que impulsan la pirólisis.