Generator gazu drzewnego
Generator gazu drzewnego to jednostka gazyfikująca , która przetwarza drewno lub węgiel drzewny na gaz drzewny , gaz generatorowy składający się z azotu atmosferycznego , tlenku węgla , wodoru , śladowych ilości metanu i innych gazów, który po schłodzeniu i przefiltrowaniu może być wykorzystany do napędzać silnik spalinowy lub do innych celów. W przeszłości generatory gazu drzewnego były często montowane na pojazdach , ale obecne badania i rozwój koncentrują się głównie na instalacjach stacjonarnych.
Historia
Pochodzenie
Zgazowanie było ważną i powszechną technologią w XIX i na początku XX wieku. Gaz miejski wytwarzany z węgla miał szerokie zastosowanie, głównie do celów oświetleniowych. Kiedy stacjonarne silniki spalinowe oparte na cyklu Otto stały się dostępne w latach siedemdziesiątych XIX wieku, zaczęły one zastępować silniki parowe jako główne napędy w wielu pracach wymagających stacjonarnej siły napędowej. Adopcja przyspieszyła po wygaśnięciu patentu na silnik Otto w 1886 r. Potencjał i praktyczne zastosowanie zgazowania do silników spalinowych były dobrze rozumiane od najwcześniejszych dni ich rozwoju.
W 1873 roku Thaddeus SC Lowe opracował i opatentował proces wytwarzania gazu wodnego, dzięki któremu można było wytwarzać duże ilości gazowego wodoru do użytku domowego i komercyjnego w ogrzewaniu i oświetleniu. W przeciwieństwie do zwykłego gazu węglowego czy koksowniczego, który był używany w gospodarce komunalnej, gaz ten był bardziej wydajnym paliwem grzewczym.
Pod koniec XIX wieku silniki spalinowe były powszechnie zasilane gazem miejskim, a na początku XX wieku wiele silników stacjonarnych przeszło na gaz generatorowy wytwarzany z koksu , który był znacznie tańszy niż gaz miejski oparty na destylacji (pirolizie) więcej drogi węgiel.
Podczas II wojny światowej benzyna była reglamentowana i brakowało jej. Ze względu na brak benzyny z ropy naftowej starsi ludzie wspominali, jak budować gazyfikatory zarówno na drewno, jak i węgiel oraz jak przerabiać silniki spalinowe na paliwo gazowe, a generatory gazu drzewnego były w czynnej produkcji. W Wielkiej Brytanii, Francji, Stanach Zjednoczonych i Niemczech zbudowano lub improwizowano dużą liczbę takich generatorów do przetwarzania drewna i węgla na paliwo do pojazdów. Komercyjne generatory były produkowane przed i po wojnie do użytku w szczególnych okolicznościach lub w gospodarkach znajdujących się w trudnej sytuacji . Niektóre generatory gazu drzewnego z czasów II wojny światowej były typu „Imbert” z prądem zstępującym, zaprojektowane około 1920 roku przez francuskiego wynalazcę Georgesa Imberta .
Niemcy produkowały jednostki Gazogene do pojazdów, w tym samochodów osobowych, ciężarowych, ciągników artyleryjskich, a nawet czołgów, aby zachować ograniczone zapasy paliwa. Nawet w krajach, które nie walczyły, takich jak Szwecja czy Brazylia , gaz był popularny, ponieważ ropa naftowa stała się trudna do zdobycia. W Brazylii zawodnik o nazwisku Chico Landi wygrał wyścig na torze Interlagos w São Paulo w 1944 roku, prowadząc Alfa Romeo napędzaną gazem drzewnym.
Produkcja gazu miejskiego oparta na węglu została na ogół wyparta przez gaz ropopochodny i gaz ziemny. Jednak Wielka Brytania kontynuowała korzystanie z miejskiego gazu węglowego aż do odkrycia gazu ziemnego na Morzu Północnym w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku.
Dyplomata Adlera z II wojny światowej z generatorem gazu drzewnego
Gazyfikator Imbert na ciężarówce Forda przerobionej na traktor, Per Larssons Antique Tractor Museum, Szwecja, 2003
Demonstracja działającego systemu „gazogenicznego” Gohina-Poulenca w Citroën Traction Avant z 1956 roku
Po II wojnie światowej
Kiedy ceny ropy wzrosły, ponownie pojawiło się zainteresowanie generatorami gazu drzewnego. Amerykańska Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego (FEMA) opublikowała w marcu 1989 roku książkę opisującą, jak zbudować generator gazu w sytuacji awaryjnej, gdy ropa nie jest dostępna. Opisano projekt zwany „gazogeneratorem warstwowym z prądem zstępującym”, który rozwiązuje kilka wad wcześniejszych typów.
Unia Europejska sponsorowała projekt gazu drzewnego w Güssing w Austrii, który rozpoczął się w 2005 roku. Projekt ten obejmował elektrownię z generatorem gazu drzewnego i silnikiem gazowym do przekształcania gazu drzewnego w energię elektryczną o mocy 2 MW i ciepło o mocy 4,5 MW. Istniało również eksperymentalne urządzenie wykorzystujące proces Fischera-Tropscha do przekształcania gazu drzewnego w paliwo podobne do oleju napędowego . Do października 2005 roku można było przerobić 5 kg drewna na 1 litr opału.
Koreańska Republika Ludowo-Demokratyczna (Korea Północna) ma ciężarówki napędzane generatorami gazu drzewnego. Ciężarówki są powszechne poza Phenianem i są w wioskach i mniejszych miastach. Te ciężarówki są wykorzystywane ze względu na sankcje nałożone na Koreę Północną w zakresie importu ropy i gazu.
Projekt
Istnieje bogata literatura na temat gazowni, gazu miejskiego, wytwarzania gazu, gazu drzewnego i gazu generatorowego, która jest obecnie dostępna publicznie ze względu na swój wiek.
Najbardziej udane generatory gazu drzewnego używane w Europie i Stanach Zjednoczonych to pewna odmiana wcześniejszego projektu Imbert. Generatory gazu drzewnego często wykorzystują drewno; jednak węgiel drzewny może być również używany jako paliwo. Jest gęstszy i wytwarza czystszy gaz bez smolistych substancji lotnych i nadmiernej zawartości wody w drewnie.
Generator gazu drzewnego FEMA jest (z definicji w instrukcji FEMA) gazyfikatorem awaryjnym. Został zaprojektowany do szybkiego montażu w przypadku prawdziwego kryzysu paliwowego. Ten uproszczony projekt ma wyraźne zalety w porównaniu z wcześniejszymi jednostkami europejskimi, takie jak łatwiejsze tankowanie i budowa, ale jest mniej popularny niż wcześniejszy projekt Imbert ze względu na istotne nowe problemy, które obejmują brak stałej strefy utleniania i umożliwia pełzanie strefy utleniania do większy obszar, powodujący spadek temperatury; niższa temperatura robocza prowadzi do smoły produkcji i brakuje mu prawdziwej strefy redukcji, która jeszcze bardziej zwiększa skłonność tego projektu do wytwarzania smoły. Smoła w strumieniu gazu drzewnego jest uważana za brudny gaz, a smoła szybko zakleszcza silnik, co może prowadzić do zablokowania zaworów i pierścieni.
Nowa konstrukcja, znana jako generator gazu Keitha, jest udoskonaloną jednostką FEMA, obejmującą rozległy odzysk ciepła i eliminację problemu smoły. Testy przeprowadzone na Auburn University wykazały, że jest on o 37% wydajniejszy niż benzyna. System ten ustanowił światowy rekord prędkości dla pojazdów napędzanych biomasą i odbył kilka tras terenowych.
Organizacja Narodów Zjednoczonych stworzyła dokument FOA 72 ze szczegółami dotyczącymi projektu i budowy generatora gazu drzewnego, podobnie jak dokument techniczny Banku Światowego 296.
Zalety
Generatory gazu drzewnego mają szereg zalet w stosunku do paliw ropopochodnych :
- Mogą być używane do napędzania silników spalinowych (lub turbin gazowych w celu uzyskania maksymalnej wydajności) przy użyciu drewna, surowca odnawialnego oraz w przypadku braku ropy naftowej lub gazu ziemnego , na przykład podczas niedoboru paliwa.
- Mają zamknięty obieg węgla , w mniejszym stopniu przyczyniają się do globalnego ocieplenia i mają zrównoważony charakter.
- Można je stosunkowo łatwo wyprodukować w sytuacji kryzysowej przy użyciu dostępnych materiałów.
- Spalają się o wiele czyściej niż kominek opalany drewnem lub silnik benzynowy (bez kontroli emisji ), wytwarzając niewiele sadzy, jeśli w ogóle.
- Gdy są stosowane w projekcie stacjonarnym, osiągają swój prawdziwy potencjał, ponieważ są wykonalne w małych scenariuszach skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (z odzyskiem ciepła z producenta gazu drzewnego i ewentualnie silnika/generatora, na przykład do podgrzewania wody do ogrzewanie wodne ), nawet w krajach uprzemysłowionych, nawet w okresach dobrej koniunktury, pod warunkiem, że dostępne jest wystarczające zaopatrzenie w drewno. Instalacje na większą skalę mogą osiągać jeszcze lepszą wydajność i są również przydatne w ciepłownictwie .
Niedogodności
Wady generatorów gazu drzewnego to:
- duży określony rozmiar
- stosunkowo niska prędkość początkowa; czas nagrzania początkowo zimnej partii drewna do wymaganej temperatury może zająć wiele minut, aw większych instalacjach nawet godziny, aż do osiągnięcia projektowanej mocy.
- operacja spalania wsadowego, która występuje w niektórych projektach i która regularnie przerywa proces produkcji gazu.
- operacja zatrzymania przy wysokim poziomie obciążenia jest trudna (na przykład zatrzymanie silnika za pomocą gazu): ciepło resztkowe nadal wytwarza gaz, który przez pewien czas pozostawia gazyfikator bez kontroli lub musi być używany w palnik
- głównym palnym paliwem gazowym wytwarzanym podczas zgazowania jest tlenek węgla : jest to zamierzony produkt paliwowy, który jest następnie spalany w silniku (lub innym zastosowaniu) wraz z innymi gazami paliwowymi w celu bezpiecznego spalania dwutlenku węgla ; jednak ciągła ekspozycja na tlenek węgla może być śmiertelna dla ludzi nawet w małych lub umiarkowanych stężeniach.
- wilgotność drewna (zwykle 15 do 20%) oraz para wodna wytwarzana przez atomy O i H samego suchego drewna (około 0,4 litra wody nasyconej substancjami organicznymi na kg suchego drewna) skrapla się podczas procedury chłodzenia i filtrowania i daje ciecz (patrz także smołę drzewną ), która wymaga specjalnego oczyszczania ścieków . Ta obróbka wymaga około 25 do 35% wytworzonej energii gazu drzewnego.
Względy bezpieczeństwa
tlenku węgla (CO) w przypadku braku starannego zaprojektowania i użytkowania istnieje znaczne ryzyko obrażeń lub śmierci . Gazyfikatory drewna o sprawdzonej konstrukcji i dokładnie przetestowanej konstrukcji są uważane za bezpieczne do użytku na zewnątrz lub w częściowo zamkniętej przestrzeni, na przykład pod zadaszeniem otwartym z dwóch stron na powietrze; można je również uznać za stosunkowo bezpieczne w użyciu w bardzo dobrze wentylowanym (np. podciśnieniu). ) obszar wewnętrzny nie połączony z żadnym obszarem wewnętrznym służącym do spania, wyposażony w redundantne (więcej niż 1), całkowicie niezależne, zasilane bateryjnie, regularnie testowane czujniki tlenku węgla . Jednak rozsądek musi nakazywać, aby każdy rodzaj eksperymentalnego gazyfikatora drewna lub nowej konstrukcji był dokładnie testowany na zewnątrz i tylko na zewnątrz, z „kumplem” przez cały czas i ze stałą czujnością na wszelkie oznaki bólu głowy, senności lub nudności, ponieważ to pierwsze objawy zatrucia tlenkiem węgla.
Ponadto należy unikać mieszania nadmiernych ilości powietrza i gazu, ponieważ może to prowadzić do deflagracji (wybuchu) danego gazu w przypadku obecności źródła spalania. Długotrwałe przechowywanie gazu drzewnego, z wyjątkiem wykorzystania zbiornika gazu typu wypierającego wodę, nie należy próbować, ze względu na lotne pierwiastki obecne w gazie, który w przypadku nadmiernego wytrącenia się skrapla się w zbiorniku magazynowym. W żadnym wypadku nie należy sprężać gazu drzewnego do ciśnienia wyższego niż 1 bar (15 psi) powyżej temperatury otoczenia, ponieważ może to spowodować kondensację substancji lotnych, a także doprowadzić do prawdopodobieństwa poważnych obrażeń lub śmierci z powodu tlenku węgla lub deflagracji, jeśli statek przecieka lub ulega awarii. [ potrzebne źródło ]
Relacje w mediach
W 2008 roku przykład zaprojektowania i zbudowania działającej ciężarówki napędzanej generatorem gazu drzewnego został pokazany w programie Planet Mechanics na kanale National Geographic Channel w ósmym odcinku „Tree Powered Car”.
W 2009 roku kolejnym przykładem zaprojektowania i zbudowania działającego generatora napędzanego gazem drzewnym był serial telewizyjny The Colony w drugim odcinku pierwszego sezonu „ Power Struggle ”. Używany również w dziesiątym odcinku „Exodus” do zasilania pojazdu ewakuacyjnego.
Mother Earth News z 2010 roku omawiał i pokazywał zdjęcia silnika napędzanego gazem drzewnym zainstalowanego w pickupie. W ramach serialu naukowego BBC „Bang Goes Theory”, Volkswagen Scirocco został przerobiony na projekt Martina Bacona, aby jeździł na zużytych fusach z kawy , a po jego zbudowaniu w 2010 roku z powodzeniem jeździł wyłącznie kawą z Londynu do Manchesteru. Część zespołu pracuje teraz nad bardziej zaawansowanym projektem, ukierunkowanym na prędkość maksymalną, a nie na zasięg.
14 września 2011 r. w Bonneville Salt Flats ciężarówka zmodyfikowana za pomocą silnika napędzanego gazem drzewnym ustanowiła nowy światowy rekord prędkości dla pojazdów napędzanych gazem drzewnym z prędkością 73 mil na godzinę.
W popularnym amerykańskim programie radiowym Car Talk , rozmówca w odcinku 1201 (który został wyemitowany 7 stycznia 2012 r., A następnie został nazwany „20 Miles Per Woodchip”), opisał pojazd wytwarzający gaz drzewny, którym jeździł jako chłopiec podczas wojny światowej II w Niemczech. Gospodarze nie byli zaznajomieni z tą technologią, prawdopodobnie dlatego, że nigdy nie była powszechnie stosowana w USA.
12 marca 2012 r. W odcinku 2 sezonu Doomsday Preppers , pokazany jest generator gazu drzewnego prowadzący ciężarówkę Forda i domowy generator elektryczny przez preppera Scotta Hunta na jego wieloakrowej leśnej posiadłości w Karolinie Południowej.
Serbski serial telewizyjny "Truckdrivers 2" (="Kamiondzije II") z 1983 r. opowiada w ramach fabuły o generatorze gazu przymocowanym do podwozia ciężarówki.
Artykuł ukazał się w Mother Earth News w kwietniu 2012 roku, przedstawiający generator gazu Keitha, pokazujący zdjęcia i rozmawiający z wynalazcą Waynem Keithem.
W filmie dokumentalnym BBC Wartime Farm , odcinek 5 (wyemitowany w październiku 2012 r.) Zbudowali karetkę na gaz węglowy zgodnie ze specyfikacjami pojazdu napędzanego gazem z 1943 r.
W 3. sezonie Of Mountain Men On The History Channel Eustice Conway jest pokazany, jak obsługuje zagazowywany drewnem pickup Toyoty do przewożenia towarów
Fiński premier Juha Sipilä zwrócił na siebie uwagę mediów również z powodu samochodu napędzanego gazem drzewnym, który zbudował jako hobby przed karierą polityczną. „El Kamina”, Chevrolet El Camino z roku modelowego 1987 , to najszybszy samochód napędzany gazem drzewnym, osiągający prędkość 140 km/h, 87 mph.
Lista systemów dostępnych na rynku
Istnieje tylko kilka firm, które komercyjnie produkują systemy zgazowujące drewno. Listę można znaleźć tutaj poniżej. Ponieważ systemy gazu drzewnego mają zwykle dość duże rozmiary, większość z nich koncentruje się na zastosowaniach stacjonarnych (produkcja energii elektrycznej). Niektóre mogą jednak nadawać się do zabudowy w pojazdach.
- Ankur Naukowe Technologie Energetyczne
- GASEK
- Holzenergie Wegscheid GmbH
- Vulcan Gasifier LLC
- Gazownia Zwycięstwa
- Gazyfikator Garringera
- WSZYSTKIE laboratoria mocy
- Systemy zasilania łusek
- STAK Properties LLC
- Produkcja Foutcha
- Gasógenos GADA
- REP Renewable Energy Products GmbH
- Zgazowanie Australia Pty Ltd
- Międzynarodowy biznes dostaw
- Borealis Wood Power Corp
- Zhengzhou Shuliy Machinery Co., Ltd
- Wolter
- Burkhardt GmbH
- Spanner Re² GmbH
- MRC Zielony
- Powiązane prace inżynieryjne
- Narodowa Fundacja Innowacji – Indie,
- Tryliony gazyfikatorów
- Samodzielność Północy
- Doskonała gazyfikacja
- Creeco (Pvt) Ltd., Pakistan
- Tactical Wood Gas Inc
- SynCraft Engineering GmbH
Zobacz też
- generator silnika ; może być podłączony do gazyfikatora w samochodzie na gaz drzewny za pomocą węża do gazu drzewnego, dzięki czemu jest w stanie wytwarzać energię również wtedy, gdy silnik pojazdu nie pracuje, w efekcie tworząc system pojazd - sieć
- Wymiennik ciepła spalin : może być użyty do podgrzania zgazowywacza drewna, zwiększając wydajność gazową zgazowywacza drewna
- Silnik na gorące powietrze : podobnie jak silnik Stirlinga, może wykorzystywać ciepło bezpośrednio i może pracować na drewnie
- Silnik Stirlinga : kolejny silnik, który może wykorzystywać ciepło z drewna, zamiast najpierw przekształcać je w gaz drzewny
Dalsza lektura
- „Siła Holzbrennera dzięki radości Wagon” ( Volkswagen Beetle , 1940–1945)