Carbonisation

La carbonisation ou carbonisation est la conversion de matières organiques comme les plantes et les restes d'animaux morts en carbone par distillation destructive .

La carbonisation est une réaction pyrolytique , elle est donc considérée comme un processus complexe dans lequel de nombreuses réactions se produisent simultanément, telles que la déshydrogénation , la condensation , le transfert d'hydrogène et l'isomérisation .

La carbonisation diffère de la houillification en ce qu'elle se produit beaucoup plus rapidement, en raison de sa vitesse de réaction qui est plus rapide de plusieurs ordres de grandeur.

Pour la température finale de pyrolyse, la quantité de chaleur appliquée contrôle le degré de carbonisation et la teneur résiduelle en éléments étrangers. Par exemple, à T ~ 1 200 K (930 °C ; 1 700 °F), la teneur en carbone du résidu dépasse une fraction massique de 90 % en poids, alors qu'à T ~ 1 600 K (1 330 °C ; 2 420 °F), on trouve plus de 99 % en poids de carbone. La carbonisation est souvent exothermique , ce qui signifie qu'elle pourrait en principe être rendue autonome et être utilisée comme source d'énergie qui ne produit pas de dioxyde de carbone . Dans le cas du glucose , la réaction libère environ 237 calories par gramme.

Lorsqu'un biomatériau est exposé à une chaleur soudaine et brûlante (comme dans le cas d'une explosion nucléaire ou d'une coulée pyroclastique d'un volcan , par exemple), il peut être carbonisé extrêmement rapidement, le transformant en carbone solide. Lors de la destruction d' Herculanum par un volcan, de nombreux objets organiques tels que des meubles en bois ont été carbonisés par la chaleur intense.

La carbonisation du bois dans un environnement industriel nécessite généralement une température supérieure à 280 °C (536 °F), ce qui libère de l'énergie et cette réaction est donc dite exothermique . Cette carbonisation, qui peut également être considérée comme une décomposition spontanée du bois, se poursuit jusqu'à ce qu'il ne reste que le résidu carbonisé appelé charbon de bois . À moins qu'une chaleur externe supplémentaire ne soit fournie, le processus s'arrête et la température atteint un maximum d'environ 400 °C (752 °F). Ce charbon de bois contiendra cependant encore des quantités appréciables de résidus de goudron , ainsi que de la cendre du bois d'origine.

La carbonisation produit des substances qui peuvent s’avérer nocives et des précautions simples doivent être prises pour réduire les risques.

Le gaz produit par la carbonisation contient une forte teneur en monoxyde de carbone, qui est toxique lorsqu'il est respiré. Par conséquent, lors des travaux autour du four ou de la fosse pendant le fonctionnement et lorsque le four est ouvert pour le déchargement, il faut veiller à assurer une ventilation adéquate pour permettre au monoxyde de carbone, qui est également produit pendant le déchargement par l'inflammation spontanée du combustible chaud, de se disperser.

Les goudrons et la fumée produits par la carbonisation, bien que n'étant pas directement toxiques, peuvent avoir des effets nocifs à long terme sur le système respiratoire. Les zones d'habitation doivent, dans la mesure du possible, être situées de manière à ce que les vents dominants éloignent les fumées des opérations de carbonisation et les batteries de fours ne doivent pas être situées à proximité des zones d'habitation.

Les goudrons de bois et l’acide pyroligneux peuvent être irritants pour la peau et des précautions doivent être prises pour éviter tout contact prolongé avec la peau en fournissant des vêtements de protection et en adoptant des procédures de travail qui minimisent l’exposition.

Les goudrons et les liqueurs pyroligneuses peuvent également contaminer gravement les cours d'eau et affecter l'approvisionnement en eau potable des humains et des animaux. Les poissons peuvent également être affectés. Les effluents liquides et les eaux usées provenant des exploitations de charbon de bois de moyenne et grande taille doivent être piégés dans de grands bassins de décantation et laissés s'évaporer afin que cette eau ne passe pas dans le système de drainage local et ne contamine pas les cours d'eau. Les fours et les fosses, contrairement aux cornues et autres systèmes sophistiqués, ne produisent normalement pas d'effluents liquides - les sous-produits sont principalement dispersés dans l'air sous forme de vapeurs. Les précautions contre la contamination de l'environnement par l'air sont d'une plus grande importance dans ce cas.

Dans une étude, la carbonisation a été utilisée pour créer un nouveau catalyseur pour la production de biodiesel à partir d'éthanol et d'acides gras . Le catalyseur a été créé par carbonisation de sucres simples tels que le glucose et le saccharose . Les sucres ont été traités pendant 15 heures à 400 °C sous un flux d'azote jusqu'à obtenir un résidu de carbone noir constitué d'un mélange complexe de feuillets de carbone aromatique polycyclique . Ce matériau a ensuite été traité avec de l'acide sulfurique , qui a fonctionnalisé les feuillets avec des sites catalytiques de type sulfonite , carboxyle et hydroxyle .