Środa 22 października 2014 Zaloguj się, Zarejestruj się

Wykorzystanie holzgazu do zasilania samochodów

Autor wuk, 19.11.2010, 15:03

Holzgaz, co to jest?

Gaz drzewny (ang. wood gas, niem. holzgas) powstaje w procesie zgazowania drewna. Jest to mieszanka palnych gazów: tlenku węgla, wodoru i metanu, a także niepalnych — azotu, dwutlenku węgla, pary wodnej. Skład gazu zależy od wielu czynników, między innymi od temperatury panującej w palenisku generatora gazu, wilgotności załadowanego paliwa i innych.

Zgazowywanie paliw stałych jest technologią liczącą ponad 200 lat. Na początku XIX w. używano tzw. gazu miejskiego do zasilania kuchenek gazowych, latarni ulicznych i do celów przemysłowych. Był on wtedy wytwarzany z węgla. Ogólnie — gaz powstały sztucznie ze zgazowania paliwa stałego nazywany jest gazem generatorowym.

Technologia ta polega na poddaniu paliwa stałego serii reakcji ter­mo­che­micz­nych, w wyniku czego wyprodukowany zostaje palny gaz. Zgazowaniem określa się właśnie ten cykl przemian, opisanych dokładniej w artykułach „Produkcja gazu drzewnego” i „Produkcja holzgazu w praktyce”. Proces ten odbywa się w urządzeniu zwanym gazogeneratorem.

Gaz drzewny może służyć do zasilania silników spalinowych o zapłonie iskrowym i samoczynnym (z małymi zastrzeżeniami).

Gaz generatorowy stracił na znaczeniu w momencie odkrycia ropy naftowej i jej rafinacji, a także złóż gazu ziemnego. Gaz drzewny wrócił do łask w czasie II Wojny Światowej, gdy cywilni posiadacze pojazdów mieli trudności z dostępem do paliw płynnych. Wtedy miał miejsce renesans tej technologii.

Właśnie II Wojna Światowa zawdzięczamy upowszechnienie się terminu holzgas. Wynika to z tego, że armia niemiecka, okupująca terytorium Polski, używała holzgazu do zasilania m.in. ciężarówek.

Skład gazu drzewnego może wyglądać następująco [1]:

tlenek węgla CO 19 proc.
wodór H2 18 proc.
metan CH4 1,25 proc.
dwutlenek węgla 12 proc.
para wodna H2O 2,50 proc.
azot N2 reszta

Z tych wymienionych, tylko trzy pierwsze gazy (wyróżnione kolorem) są palne. Pozostałe się nie palą i w zasadzie stanowią tylko niepotrzebny balast, rozcieńczają gaz i zmniejszają jego wartość opałową. Z tego względu dobrze byłoby je usunąć.

O ile azotu z gazu drzewnego usunąć się nie da (jest on podstawowym składnikiem powietrza, w którym zgazowujemy drewno), to parę wodną można względnie łatwo wykroplić z gazu w chłodnicy. Z kolei zawartość dwutlenku węgla zależy przede wszystkim od temperatury w gazogeneratorze (im wyższa, tym więcej CO a mniej CO2).

Holzgaz do zasilania samochodów

Dowolny czterosuwowy silnik zamiast benzyny czy oleju napędowego może pracować na holzgas. Dotyczy to zarówno silników benzynowych jak i silników diesla. Oczywiście istnieją również inne gazowe paliwa do silników spalinowych.

Najlepszym miejscem do użycia holzgazu będzie stacjonarny silnik spalinowy. Silnik taki może być użyty do zasilania motopompy, agregatu prądotwórczego lub dowolnej innej maszyny, np. piły tartacznej. Wynika to z tego, że generator gazu jednak trochę miejsca zajmuje i łatwiej będzie umieścić go przy silniku stacjonarnym niż zainstalować go na pojeździe.

Silniki benzynowe

W przypadku silników benzynowych, czyli z zapłonem iskrowym sprawa przestawienia na zasilanie gazem drzewnym jest całkiem prosta. Mieszanina gazowo-powietrzna zostaje sprężona a następnie zapalona iskrą świecy zapłonowej.

Silniki diesla

W silnikach z zapłonem samoczynnym zassane powietrze jest mocno sprężane przez co znacznie wzrasta jego temperatura. Następnie w odpowiednim momencie do komory spalania zostaje wtryśnięta porcja oleju napędowego, który następnie się zapala. Z tego względu niemożliwe jest stosowanie jako paliwa do tych silników gazu drzewnego, bo gaz ten nie zapali się tylko w wyniku sprężenia.

Aby silnik diesla mógł być zasilany gazem drzewnym, można zamontować do niego instalację zapłonową (układ sterujący oraz świece), co jednak jest bardzo skomplikowane i drogie, dodatkowo uniemożliwiają łatwe ponowne przestawienie na olej napędowy. Zamiast tego stosuje się więc zasilanie tzw. paliwem podwójnym, czyli jednoczesne dostarczanie do silnika gazu generatorowego oraz małych dawek oleju napędowego, wystarczających by zapalić mieszaninę gazowo-powietrzną.

Generalnie rzecz biorąc można pozostawić stałą, niezależną od położenia przepustnicy i naciśnięcia pedału gazu ilość oleju napędowego, odpowiadającą jałowej pracy silnika. Wtedy obroty reguluje się jedynie zmieniając ilość mieszanki gazowo-powietrznej. Takie rozwiązanie pozwala zaoszczędzić około 80 proc. oleju napędowego. W przypadku wymiany dysz wtryskiwaczy na mniejsze można dojść nawet do poziomu 95 proc. oszczędności.

Osiągi

Podstawową informacją, która zainteresuje każdego, kto mógłby chcieć przerobić silnik na gaz drzewny, jest zużycie paliwa i wynikające z tego oszczędności.

Różne źródła podają, że zużycie paliwa wynosi ok. 2,5-4 kg drewna na litr benzyny zużywany przed przeróbką. Oszczędności z tego względu są minimum trzykrotne (przy pesymistycznych założeniach odnośnie ceny drewna).

Niestety gaz drzewny ma mniejszą wartość opałową niż benzyna czy olej napędowy, zatem jego zastosowanie powoduje spadek mocy silnika o około 20-30 proc., niekiedy nawet większy.

Przykłady zastosowania silników na holzgas

Oto przykłady zastosowania gazu drzewnego do napędu pojazdów.

Przerobiony na holzgaz stary Saab

Budowa gazogeneratora od podstaw część 1


Budowa gazogeneratora od podstaw część 2


Już historia. Ciężarówka Volvo z założoną w 1941 r. instalacją

Oczywiście nie jest prawdą, że gaz drzewny nie może być stosowany do napędu pojazdów. Holzgas najlepiej będzie się sprawdzać w pojazdach o długim dziennym czasie pracy. Wynika to z tego, że uruchomienie silnika zasilanego tym paliwem trwa około 20-30 minut (tyle zajmuje „rozpalenie” generatora gazu).

Drugim miejscem w którym dobrze będą się sprawdzać pojazdy na gaz drzewny są tereny o łatwej dostępności drewna i jednocześnie oddalone od źródeł zaopatrzenia w paliwa płynne. A więc na przykład — pojazdy pracujące przy wyrębie lasu, do których paliwo musi być dostarczane na dystansie kilkunastu – kilkudziesięciu kilometrów.

Silniki dwusuwowe

W książce Tuszyńskiego „Gazogeneratory samochodowe” widziałem rysunek przedstawiający dwutaktowy silnik przystosowany do zasilania gazem drzewnym. Klasyczne silniki dwusuwowe, smarowane mieszanką oleju i benzyny, nie są jednak w stanie spalić tego paliwa, co wynika z niemożności doprowadzenia do silnika oleju.

Niektóre (nowoczesne) silniki dwusuwowe zaopatrzone są w zupełnie inny system smarowania silnika („wtrysk” oleju). Olej jest w nich podawany do wału korbowego skąd rozbryzgowo smaruje pozostałe powierzchnie. Takie silniki nie powinny mieć problemów z pracą ani na gazie drzewnym ani na LPG czy nawet CNG.

Potrzebne przeróbki

W przypadku silników benzynowych gaźnikowych sprawa jest bardzo prosta, bo ogranicza się tylko do zamontowania mieszacza gazu z powietrzem.

W silnikach z wtryskiem konieczne jest zamontowanie urządzenia oszukującego komputer sterujący wtryskiem benzyny. Takie urządzenie jest elementem samochodowych instalacji LPG.

Odzyskanie strat

Prawdopodobnie perspektywa utraty 30 proc. mocy silnika po przestawieniu go na napęd gazem generatorowym odstraszy część osób chcących dokonać takiej przeróbki. Okazuje się jednak, że większość tych strat można we względnie prosty sposób odzyskać.

Po pierwsze zauważyć należy, że gaz drzewny pali się wolniej niż mieszanina paliwowo-powietrzna w klasycznym silniku. Z tego względu jego zapłon musi nastąpić kilka stopni wcześniej niż w przypadku silnika przed przeróbką.

Po drugie podniesienie stopnia sprężania w silniku również umożliwi uzyskanie większej mocy. Gaz drzewny jest bardzo odporny na spalanie detonacyjne, może być bezproblemowo używany w silniku o kompresji rzędu 20 i większej.

Z tego samego powodu możliwe jest zainstalowanie turbosprężarki do silnika z zapłonem iskrowym przerobionego na gaz drzewny.

Lepiej wygląda sprawa w silnikach wysokoprężnych (dieslach). Te silniki z natury rzeczy pracują na bardzo ubogiej mieszance — do cylindra wypełnionego powietrzem wtryskiwane jest nieco paliwa. Ilość powietrza jest stała, ilość paliwa wpływa na moc silnika (regulacja składem mieszanki – regulacja jakościowa). Przez to podczas typowej pracy silnika diesla ilość energii wprowadzonej do cylindra jest niewielka. Gdy zastąpić wtrysk oleju napędowego wprowadzaniem zamiast powietrza mieszanki gazu drzewnego z powietrzem, ta ilość energii jest porównywalna. Dlatego silniki diesla tracą mniej mocy po przestawieniu na gaz drzewny.

Jak wygląda praktyka

Na początek przyda się schemat gazogeneratora systemu Imberta. Kliknięcie w obrazek otworzy nowe okno z jego większą wersją.

„]”

Gazogenerator Imberta - schemat [2

Gazogenerator Imberta na drewno. Z lewej strony rysunku widoczny jest gazogenerator, serce całego układu. Od góry zamykany jest on szczelnie pokrywą, utrzymywaną w położeniu przez sprężynującą sztabę, którą pokrywa jest zamknięta. Sprężyna ta sprawia, że w przypadku niebezpiecznego wzrostu ciśnienia w generatorze pokrywa działa jak zawór bezpieczeństwa. Podczas pracy urządzenia pokrywa jest zamknięta. Od góry ładowano do urządzenia paliwo. Spływa ono w dół do paleniska, jest podgrzewane przez ciepło wyprodukowane w palenisku, powoduje to odparowanie zawartej w drewnie wody a także wyodrębnienie się z niego lotnych substancji w procesie pirolizy. W palenisku drewno przemienia się w węgiel drzewny, który następnie służy jako źródło ciepła w procesie redukcji. Na rysunku widoczna jest gruba warstwa węgla drzewnego leżąca na ruszcie.

Powietrze do generatora dostaje się przez system dysz umieszczonych w palenisku. Po przejściu przez palenisko i węgiel drzewny jest już rozgrzanym gazem drzewnym. Następnie przepływa między dwoma płaszczami generatora, gdzie chłodzi się, podgrzewając jednocześnie znajdujące się w zbiorniku drewno. Następnie gaz kierowany jest do osadnika, w którym następuje usunięcie części pyłów niesionych przez gaz z generatora. Na ściankach osadnika (zwanego siodłowym z racji widocznej na przekroju konstrukcji) skrapla się też nieco wody i smoła. W tym miejscu zbiera się również woda skroplona w umieszczonej wyżej chłodnicy.

Po wyjściu z osadnika gaz przepływa przez chłodnicę, w której następuje dalsze ochłodzenie gazu i skroplenie pary wodnej. Kolejnym etapem przygotowania gazu jest jego oczyszczenie w drugim filtrze, powierzchniowym. Celem tego filtra jest dokładne usunięcie z gazu drobnych cząstek pyłu, które przedostały się przez osadnik. Wkładem tego filtra był w przypadku generatorów Imberta najczęściej korek. Ponieważ nie jest on odporny na wysoką temperaturę, filtr musiał być umieszczony za chłodnicą, aby gaz był już odpowiednio chłodny.

Nad filtrem widoczny jest wentylator, służący do wytworzenia w generatorze podciśnienia w czasie rozruchu. To podciśnienie wymusza ruch powietrza przez gazogenerator i umożliwia powstanie holzgazu. Gdy wyprodukowany gaz był odpowiednio palny, dmuchawa była wyłączana i uruchamiano silnik.

Przed silnikiem gaz mieszany jest z powietrzem w mieszaczu, zwanym również niekiedy gaźnikiem.

Gatunek drewna

Najlepsze do zastosowań generatorowych jest drewno twarde, liściaste. Pożądana jest mała zawartość smoły, która poważnie zanieczyszcza gaz drzewny (i trzeba ją potem z niego usunąć). Producenci gazogeneratorów z czasów II Wojny Światowej zalecali dodawanie drewna iglastego w ilości nie większej niż 50 proc. całkowitego wsadu do generatora.

Warto wspomnieć w tym miejscu o możliwości użycia bardzo popularnej ostatnio rośliny, którą jest wierzba energetyczna.

Drewno opałowe

Dlaczego właśnie drewno?

Bo jest to paliwo odnawialne, przy jego spalaniu do atmosfery nie jest emitowany dwutlenek węgla ani związki siarki (szczegóły w artykule „Holzgas a ekologia”). W dodatku zawiera mało popiołu, co upraszcza instalację i ułatwia jej obsługę (czyszczenie). Po trzecie — jest to paliwo szeroko dostępne, jego źródłem wcale nie musi być las, może być to też wierzba energetyczna hodowana na polu za domem.

Zdjęcie na licencji GNU FDL, pochodzi z serwisu Wikimedia Commons

Istotne jest też to, że drewno dostępne jest w kraju, nie ma potrzeby jego importowania, a więc jego cena jest niezbyt niewrażliwa na zmiany gospodarcze i polityczne na świecie, czego powiedzieć nie można o ropie naftowej. Dodatkowo, warto wspomnieć, że drewno nie jest obciążone podatkami, w odróżnieniu od innych paliw.

W porównaniu do innych paliw, z których można produkować gaz drzewny, drewno zawiera bardzo niewielką ilość popiołu, rzędu 1-2 proc., co pozwala na prostszą konstrukcję gazogeneratora (mniejszy filtr, mniejszy popielnik).

Zaletą drewna jest również fakt, że nie ma strat związanych z jego przechowywaniem.

Wydajność[3]

Gazogenerator Imberta ładowany był drewnem o wilgotności rzędu 20-25 proc. Powstały holzgaz miał wartość opałową około 5-6 MJ/m3n i następujący skład: 42 proc. N2, 10 proc. CO2, 2 proc. CH4, 18 proc. H2, 23 proc. CO. Z jednego kg drewna gazogenerator produkował ok. 2,5 m3 holzgazu, spalanie wynosiło ok. 2,5 kg drewna na jeden litr benzyny.

Źródła:

[1] H.S. Mukunda, S. Dasappa, P.J. Paul, N.K.S. Rajan, U. Shrinivasa – „Gasifiers and combustors for biomass — technology and field studies”
[2] H. LaFontaine, P. Zimmerman – Drewno zamiast benzyny. Jak zbudować generator gazu drzewnego i jeździć samochodem ponad 5 razy taniej?
[3] About Producer Gas

Autorem artykułu jest Krzysztof Lis — magister inżynier mechanik specjalności energetyka cieplna. Absolwent wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, kierunku Mechanika i Budowa Maszyn, specjalność Energetyka Cieplna.
Od czterech lat autor witryny www.drewnozamiastbenzyny.pl. Tłumacz książki Drewno zamiast benzyny – jak zbudować generator gazu drzewnego i jeździć samochodem ponad 5 razy taniej?.

2 komentarze

#1wuk19 listopada 2010, 17:19

Moim zdaniem to można zbudować, ale bardziej na zasadzie dokonania niż praktyki. Jak widać są to w stanie zrobić nawet nastolatki z USA.

#2Marek2 lipca 2012, 00:40

Kiedyś w każdym mieście była gazownia i komu to przeszkadzało

Dodaj komentarz

Login:
Komentarz:

Kontakt

Serwisy społecznościowe

Najpopularniejsze działy

© 2010-2013 Agencja Promocji Energii   Wszelkie prawa zastrzeżone.