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Vergasung
Einleitung
Gebrauch von
Biomasse
für Energie-erzeugung ist schone viele Jahre aktuell.
Unzählbare Vergärungs- und Vergasungsprojekte sind
vor kurzem
gestartet worden. Es betrifft jedoch fast immer stationäre
Anlagen. Für mobile Anwendungen ist die Welt bereits mit
alternativen Kraftstoffen wie Bio-äthanol und Bio-öl
verwöhnt worden. Verwöhnt, weil es hier
Flüßigbrennstoffe betrifft.
Kein Kraftstoff ist so einfach zu speichern und enthält soviel
Energie wie Flüßigbrennstoff. Diese physische
Situation, die
bis jetzt geräumige und preiswerte Verfügbarkeit der
fossilen
Kraftstoffe und der Diktatur des Big-oils, verschwörend mit
den
Autoherstellern, haben zu einer enormen Mobilität und
ökonomischen Entwicklung geführt. Eine Zunahme, die
jetzt
bedroht wird und -wenn wir nicht aufpassen- sich gegen uns
wenden
kann.
Nach diesem kurzen, zynischen und philosophischen Seitensprung (ich
werde Sie noch häufiger damit belästigen),
zurück zur
trockenen Substanz.
Biogas, produziert in einer zentralen Vergärungsanlage, macht
in
komprimierter Form die ersten vorsichtigen Schritte in mobilen
Anwendungen. Vergärung ist ein relativ langsamer
Prozeß.
Außerdem läßt der Prozeß sich
weder aktiv und
noch schnell regulieren. Aus diesem Grund ist es nicht mobil machbar.
Vergasung ist jedoch mobil auszuführen; der Verbrennungsmotor
reguliert selbst die Gasmenge und die Installation ist, wenigstens im
Vergleich zu einer Vergärungsanlage,
verhältnismäßig kompakt.
Leider ist, im Vergleich zu dem modernen Auto, fahren auf Holzgas nicht
sehr benutzerfreundlich. Das Anfachen verlangt einige Zeit. Das Fahren
erfordert die notwendige Antizipation, weil die Motorkraft auf Holzgas
beträchtlich niedriger ist und die Gasqualität nicht
konstant
ist.
Außerdem soll sehr regelmäßig aufgetankt
werden. An
den Kraftstoff sind Anforderungen zu stellen; nicht jedes Format Holz
ist zu vergasen. Kurz nach dem zweiten Weltkrieg sind die damaligen
Vergaser in sehr kurzer Zeit verschwunden, besonders wegen dieser
Fehler.
In der gegenwärtigen Zeit schreibt die Holzvergasung
für
mobile Zwecke keine großen Zahlen. Nicht nur weil es zu wenig
Holz gibt für eine drastische Hochskalierung. Nein, moderne
Leute
möchten keinen Schritt zurück machen in Luxus und
Komfort.
Der Aspekt des preiswerten Holzgases spricht ihn an, aber zehn Minuten
früher aufstehen zu müssen um aufzutanken, Asche zu
entfernen
und den Generator anzufachen, ist zuviel verlangt. Eher zahlt der
Kraftfahrer beträchtlich mehr für fossilen
Kraftstoff, als
Status zufzugeben.
Status, erzeugt von der Massenbombardierung der Medien. Es
lähmt
das Denkvermögen der Einzelperson. Nur dann, wenn diese
Einzelperson sich lösen kann vom Status und nicht weiter an
der
Leine laufen möchte, kann er seine Augen öffnen
für
Alternativen. Und ist zu etwas ähnlichem wie Vergasung bereit.
Eigentlich sind Holzgaser Einzelgänger und kleine Anarchisten.
Wie
Künstler, gleichzeitig bewundert und diskreditiert.
Sie werden jetzt verstehen, warum ich ein solches Projekt angefangen
habe. Für mich persönlich kam da noch einiges
zusammen:
Idealismus, Interesse, Schulung und Fähigkeiten. Was mich und
Schicksal-genossen anspricht, ist die Tatsache, daß ein
rauher,
sehr zugänglicher Kraftstoff direkt benutzt werden kann, ohne
eine
umfangreiche Raffinierung. Träumen Sie von einer Reise um die
Welt
mit nur einer Säge und einer Axt, um den Kraftstoff
aufzubereiten.....
Dieses ist außerdem ein nicht unbedeutender Aspekt von Holz
als
Krafstoff: Selbstversorgung. Die Zugänglichkeit macht einen
unabhängig von monopolistischen Lieferanten.
Die Abbildungen der modernen Finnischen Installationen aus rostfreiem
Stahl, professionell errichtet von Amateuren, überzeugten mich
davon, einen sauberen Vergaser zu bauen. Außerdem sind diese
Holzvergaser leistungsfähiger und Gebraucher-freundlicher als
die
Installationen vom zweiten Weltkrieg und verdauen grob
Gehäckseltes und relativ naßes Holz.
Trotz der Tatsache, daß die meisten Holzgaser
Einzelgänger
sind, ist es nicht möglich alles selber zu fabrizieren. Andere
Leute zu bewegen, das Projekt mit ihrer Hilfe erfolgreich
durchzuführen ohne eine finanzielle Katastrophe
herbeizuführen, war überraschend einfach. Autofahren
auf Holz
spricht viele Leute an; wenn die Augen funkeln, ist klar, daß
wieder eine Seele gewonnen ist…
Mobile Holzvergasung wird die Welt jedoch nicht retten vor dem
Untergang. Dafür ist die Anlage zu kompliziert, zu umfangreich
und
damit zu kostspielig. Das Fahren verlangt Wissen und Fähigkeit
des
Treibers. Außerdem gibt es in den meisten Ländern zu
wenig
Holz, um eine nationale Autoflotte langfristig mit Kraftstoff zu
versehen.
Es war, ist und bleibt eine Methode für Krisenzeiten und
für Idealisten.
Was ist Vergasung?
Vergasung ist ein
chemischer Prozeß, in dem mit Hilfe von Hitze die festen
Bestandteile in brennbares Gas umgewandelt werden. Das Gas kann mittels
Sekundärluft direkt verbrennen, wie in Heizungsanwendungen.
Das
Gas kann auch über ein Trajekt von Reiniging und Trocknung
einen
Verbrennungsmotor betreiben.
Wir unterscheiden vier Prozesse während der Vergasung:
1. Trocknung. Durch aufsteigende Hitze verdunstet das, im Holz
anwesenden Wasser. Dieses ist gut, weil ein
Überschuß an
Wasser die Oxidationstemperatur verringert und damit kein sauberes Gas
geliefert wird.
2. Pyrolise. Über 270 Grad Celsius fällt die
Holzstruktur
auseinander. Lange Moleküle spalten sich in kürzere.
Holzkohle und teerige Gase entstehen.
3. Oxidation. Unter einer abgemessenen Menge Sauerstoff oxidiert
(brennt) ein Teil vom anwesenden Kohlenstaub zu Kohlendioxyd und
Wasserstoff zu Wasser. Während dieser Prozesse kommt viel
Wärme frei. Diese Hitze ist notwendig für:
4. Reduktion. Im Reduktionsbereich finden die wichtigsten Umwandlungen
statt. Die meisten Prozesse verbrauchen jedoch Energie. Diese Energie
wurde gerade in der Oxidationszone angefertigt; es wird eine Temperatur
von 1400 Grad Celsius erreicht. Kohlenstaub reagiert mit Kohlendioxyd
zum Kohlenmonoxyd. Kohlenstaub reagiert auch mit Wasser zum
Kohlenmonoxyd und zu Wasserstofgas. Diese sind die wichtigsten
Reaktionen. Zusätzlich reagiert Kohlenstaub mit Wasserstoffgas
zu
Methan und Kohlenmonoxyd mit Wasserstofgas zu Methan und Wasser.
Oxidation, produziert Energie:
C + O2 <=> CO2
H2 + 0,5 O2 <=> H2O
Reduktion, nimmt Energie:
C + CO2 <=> 2CO
C + H2O <=> CO + H2
CO2 + H2 <=> CO + H2O
C + 2H2 <=> CH4
CO + 3H2 <=> CH4 + H2O
Holzgas ist zusammengesetzt aus etwa:
20% Kohlenmonoxyd CO
18% Wasserstofgas H2
4% Methan CH4
8% Kohlendioxyd CO2
50% Stickstoff N2
Kohlendioxyd und Stickstoff tragen nicht bei zur Verbrennung des Gases.
Der Stickstoff ist als überflüssiger Bestandteil in
der
Primärluft und während der Oxidation
mitgeführt worden.
Große stationäre Anlagen verwenden teils
überhitzten
Wasserdampf im Prozeß. Dies bringt außerdem extra
Wasserstoffgas ein, während unbrauchbarer Stickstoff das Gas
nicht
verdünnt. Für mobile Installationen ist Wasserdampf
keine
realistische Wahl, weil der Aufbau kompliziert und damit schwer ist.
Holzgas und
Verbrennungsmotoren
Holzgas ist ein
niedrigkalorisches Gas. Folglich mit wenig Energie. Der Stickstoff
trägt nicht zur Verbrennung bei, während
Kohlenmonoxyd ein
langsam brennendes Gas ist. Für Verbrennungsmotoren hat das
mehrere Nachteile. Durch den hohen Anteil von Stickstoff
erhält
der Motor einen verdünnten Kraftstoff. Die Tatsachen,
daß
der Kraftstoff bereits vor dem Einlasskrümmer in Gasform
anwesend
ist und daß das Motorvakuum für die Generierung des
Gases
benötigt wird, verringern den Füllungsgrad. Jeder
Holzgasmotor ist einen Asthmapatient mit Lungenkrebs.
Dieses kostet ungefähr 40% Leistung. Außerdem sind
hohe
Drehzahlen nicht möglich, weil das Gas nur langsam brennt.
Eine
frühere Zündung ist notwendig für eine
komplette
Verbrennung. Bei hohen Drehzahlen ist die Verbrennung noch nicht
vollendet, während die Auspuffventile wieder öffnen.
Die
maximal wirkungsvolle Drehzahl für
verhältnismäßig
kleine Automotoren ist 3000 U/min, obwohl bei geringerer Leistung die
Drehzahl erheblich höher sein kann.
Die Literatur spricht fast immer über 40% weniger
Leistung.
Dieses würde bedeuten, daß ein Motor, der 100 PS auf
Benzin
zur Verfügung stellt, auf Holzgas noch 60 hat. Das ist nicht
korrekt. Der Motor leistet 60% bei 3000 U/min und hat damit
wahrscheinlich nur noch etwa 40 PS übrig!
Eine frühere Zündung bei moderen Motoren mit
beträchtlichem Motormanagement ist für den Laien
nicht
einfach zu verwirklichen. Außerdem kann das Management konfus
werden und in Notlauf gehen. Oder ganz damit
aufhören. Nicht
nur in der Gesellschaft machen die Manager mehr kaputt als
gut…
Die Präferenz geht folglich zu großen und langsam
drehenden
Motoren mit einer altmodischen Zündung, doch
elektronisch.
Vor-
und Nachteile der unterschiedlichen Arten der Gasgeneratoren
Wir unterscheiden
vier Arten der Vergasung:
1. Die Festbettvergasung; einfacher Vergaser für kleine
Anwendungen wie Campingbrenner. Einige Verbrennungsöfen
arbeiten
noch entsprechend dieses Prinzips.
2. Der Wirbelbettvergaser; im Allgemeinen sehr große
Installationen. Meistens Elektrizitätswerke.
3. Updraft und crossdraft Vergaser; normalerweise für
Holzkohle
oder Kohle zu vergasen. Nicht geeignet für Verbrennungsmotoren
wegen der hohen Teerproduktion. Häufig verwendet als
Zentralheizkessel oder für Elektrizitätsproduktion.
4. Downdraft Vergaser. Hervorragend geeignet für
Verbrennungsmotoren, weil sie kompakt sind und wenig Teer produzieren.
Der Teer muss durch den heißen Oxidations- und
Reduktionsbereich und wird da in nützliches Gas
umgewandelt.
Teer ist im Holzgas nicht erwünscht, weil es Filter,
Rohrleitungen
und den Motor verschmutzt. Da es sich lästig entfernen
läßt und Beschädigungen verursacht, hat die
Verhinderung der Teerbildung den Vorzug.
Global gibt es zwei Arten von Downdraft Vergasern. Der alte Imbert, wie
benutzt im zweiten Weltkrieg. Und der Stratified Downdraft, eine
Entwicklung aus den Achtziger Jahren. Der Stratified ist vom Aufbau her
sehr einfach. Nimmt es nicht so genau mit Holzsorte und
–maß. Man würde also geneigt sein das
Stratified
Prinzip zu wählen. Jedoch haftet ein wichtiger Nachteil an
diesem
Vergaser. Es gibt keine Düsen für Versorgung mit
Primärluft. Durch das Fehlen von Düsen ist die
Position von
Oxidations- und Reduktionszone nicht fixiert, wie beim Imbert. Zu
trockener Kraftstoff kann zu Verbrennung des Bunkervorrates
führen. Zu nasser Kraftstoff verlangsamt den Prozeß,
mit als
Folge, daß die Reduktion aufhört zu existieren und
die
Produktion des Gases stoppt. Mit Wassereinspritzung ist der
Prozeß etwas zu regulieren. Die Teerproduktion ist hoch, es
sei
denn, daß Holzkohle als Kraftstoff benutzt wird. Aber der
Stratified ist sehr einfach zu fabrizieren. Der FEMA hat auf
dem
Internet Pläne stehen, wie von Ölfässern,
von
Mühleimern und einfachem Werkzeug ein Vergaser zu bauen ist.
Dennoch verabschieden ernsthafte Holzgaser sich vom Stratified und
bauen nur noch Imbert.
Ich gebe für die Vollständigkeit eine Zeichnung von
dem
Downdraft Stratified, aber verschwende weiter keine Zeit daran. Der
Stratified ist für mich der Beweis, daß es einfach
ist, um
Holzgas zu erzeugen, aber daß es schwierig ist teerfreies
Holzgas
zu machen.
Der Imbert
Gasgenerator
Eine kurze
Geschichte:
Der Imbert Gasgenerator ist eine Erfindung von Georges Imbert. Er
entwickelte dieses Prinzip in den Zwanziger Jahren des vorigen
Jahrhunderts. Während des zweiten Weltkrieges waren eine
Million
Holzvergaser unterwegs, praktisch alle entsprechend dem Imbert Prinzip.
Nachdem die Benzinproduktion nach dem Krieg schnell auf Trapp kam,
verabschiedete man sich noch schneller von den Holzvergasern. Wissen
und Erfahrung sind dabei verloren gegangen.
Während des kalten Krieges ist in Schweden die notwendige
Weiterentwicklung gemacht worden, aber außer einigen
Unterlagen
ist auch da nur wenig von erhalten. Man fand es nur notwendig, um
während einer Krise in der Lage zu sein auf Vergasung
zurückgreifen zu können, weil Schweden praktisch
keine
fossilen Kraftstoffe hat, aber genügend Holz.
Die Energiekrisen in den Siebziger Jahren haben wieder zu einer
Auferstehung geleitet, die leider genau so schnell wieder absank.
Nur bei den Finnen ist die mobile Holzvergasung nie ganz
außer
Bild gewesen. Keine von der Regierung subventionierten
Projekte,
aber von einer Gruppe begeisterter Leute lebendig gehalten. Sie haben
die Weiterentwicklung der Schweden verfeinert.
Das Prinzip
Der Vergaser ist mit kleinen Holzblöcken gefüllt. Die
Düsen dosieren die Primärluft. Motorvakuum sorgt
für
„Zug“ im kompletten System. Die Motordrehzahl
reguliert die
Gasmenge und damit die Menge Primärluft. Am gezeigten
Generator
wird das Gas hoch abgenommen, um dem Staub Zeit zu geben
herunterzufallen und um den Holzvorrat aufzuwärmen. Von da
geht
das Gas durch einen Gaskühler, um das Volumen zu verringern
und
das Gas zu entwässern. Durch die Volumenverringerung und
Beseitigung des Wassernebels, nimmt die Energiespeicherung zu. Als
nächstes wird das Gas filtriert und mittels eines einfachen
Gas/Luftmischers zum Motor geführt. Ein Gebläse sorgt
für künstlichen Zug während des Anfachens.
Moderne Imbert Vergaser funktionieren etwas anders.
Der Generator hat einen kondensierenden Mantel um den Bunker, um
überflüssiges Wasser dem Holz zu entnehmen. Ein
Zyklon
entfernt die groben Ascheteilchen. Ein Glasfiber Tuchfilter entfernt
den feinen Staub. Der Gaskühler entwassert auch hier das Gas.
Während des Starts wird von einem Gebläse das noch
kalte und
nasse Gas noch vor dem Filter nach außen weggeblasen, um
Verstopfung des Filters durch Teerverbindungen und Wassernebel zu
verhindern.
Im Vergleich mit dem ursprünglichen Imbert hat sich
außerhalb der Prinzip einiges geändert. Viel Aufwand
um
Primärluft vorzuheizen ist gegeben worden, um so die
Oxidationstemperatur weiter anzuheben. Dieses verursacht jedoch neue
Probleme, weil nicht alle Materialien dieser Temperatur widerstehen
können. Alles in allem etwas komplizierter als damals, aber
mit
als Resultat: teerfreies, sauberes Gas.
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