O bio-óleo pode ser utilizado como combustível, mas não é adequado para utilização direta em motores de combustão interna normais. Pode ser utilizado diretamente ou co-alimentado juntamente com combustíveis fósseis em caldeiras. Também pode ser transformado em combustível para motores de automóveis através de hidrodesoxigenação ou utilizado como fonte de produção de H2.
Em alternativa, o bio-óleo pode ser melhorado para um combustível especial para motores ou, através de processos de gaseificação, para um gás de síntese e depois para biodiesel. O bio-óleo é particularmente atrativo para a co-combustão porque pode ser mais facilmente manuseado e queimado do que o combustível sólido, tornando-o mais barato de transportar e armazenar. Oferece grandes vantagens sobre a biomassa sólida e a gaseificação em termos de facilidade de manuseamento, armazenamento e combustão nas centrais eléctricas existentes. Além disso, o bio-óleo é uma fonte vital para uma vasta gama de compostos orgânicos e especialidades químicas.
O bio-óleo tem uma densidade mais elevada do que os materiais lenhosos, o que reduz os custos de armazenamento e transporte. O seu valor de combustível é geralmente 50-70% superior ao dos combustíveis derivados do petróleo. No entanto, a composição do bio-óleo torna-o termicamente instável e difícil de destilar ou refinar, exigindo investigação adicional para produzir bio-óleo de melhor qualidade. Apesar disso, a sua maior densidade torna o seu transporte mais económico do que o da biomassa. Isto abre a possibilidade de um modelo de processamento distribuído em que os pirolisadores de pequena escala convertem a biomassa em bio-óleo, que é depois transportado para um local centralizado para refinação.
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