Home
Houtvergassing
- Introductie
- Wat is houtvergassing?
- Houtgas en motoren
- Voor en nadelen
- De Imbert generator

Het project
Zelfbouw
Links
Contact

Houtvergassing

Introductie

Gebruik van biomassa ten behoeve van energieopwekking is actueel, al jaren. Talloze vergistings- en vergassingsprojecten zijn onlangs opgestart. Het betreft echter bijna altijd stationaire opstellingen. Voor mobiele toepassingen is de wereld reeds verwend met alternatieve brandstoffen zoals bio-ethanol en bio-olie. Verwend, omdat het hier vloeibare brandstoffen betreft.

Geen brandstof is zo makkelijk op te slaan en bevat zoveel energie per inhoudseenheid als een vloeibare brandstof. Deze fysische toestand, de tot nu toe royale en goedkope beschikbaarheid van fossiele brandstoffen én de dictatuur van Big-oil, samenspannend met de autofabrikanten hebben geleid tot een enorme mobiliteit en economische ontwikkeling in de wereld. Een groei die nu dreigt door te schieten en -als we niet oppassen- zich tegen ons kan gaan keren.

Na deze korte, cynische en filosofische zijsprong (ik ga u er nog vaker mee vervelen), weer terug naar de droge stof.

Biogas, geproduceerd in een centrale vergistinginstallatie, maakt in gecomprimeerde vorm de eerste, voorzichtige schreden in mobiele toepassingen. Vergisting is een relatief langzaam proces. Bovendien laat het proces zich niet actief en snel regelen. Het is daarom niet mobiel uit te voeren. Vergassing kan wel mobiel; de verbrandingsmotor regelt zelf de te produceren hoeveelheid gas en de installatie is relatief compact, tenminste in vergelijk met een vergistingsinstallatie.

Echter, vergeleken met de moderne auto, is het rijden op houtgas is niet erg gebruiksvriendelijk. De opstart vergt enige tijd. Het rijden vereist de nodige anticipatie, want het motorvermogen met houtgas is aanzienlijk lager en de gaskwaliteit niet constant. Er moet zeer regelmatig “getankt” worden. Aan de brandstof zijn de nodige eisen te stellen; het is niet mogelijk zomaar elk formaat hout te vergassen. Kort na de tweede wereldoorlog zijn de toenmalige vergassers in zeer korte tijd verdwenen, juist vanwege deze tekortkomingen. 

In het huidige tijdperk zal mobiele houtvergassing geen grote cijfers gaan schrijven. Niet alleen omdat er te weinig hout beschikbaar is voor een drastische opschaling. Nee, de moderne mens zal nooit een stap terug willen doen in luxe en comfort. Het aspect van goedkoop houtgas zal hem aanspreken, maar tien minuten eerder op moeten staan om de tank te vullen, as uit te scheppen en de generator op te starten is teveel gevraagd. Liever betaalt de automobilist aanzienlijk meer voor fossiele brandstof, dan status op te geven.

Status, gevoed door het massabombardement van de media. Samen met de huidige maatschappelijke ratrace legt dit het denkvermogen van het individu lam. Pas als dit individu zich los kan maken van status en consumptie en niet meer in de pas wil en kan lopen, staat hij open voor alternatieven. En is hij klaar voor zoiets als houtvergassing. In zekere zin zijn echte houtgassers individualisten en kleine anarchisten. Net als kunstenaars tegelijkertijd bewonderd en verguisd.

U begint nu te begrijpen waarom ik aan het project begonnen ben. Daarbij kwamen voor mij persoonlijk nog een aantal zaken bijeen: idealisme, interesse, achtergrond en vaardigheden. Wat mij en die paar lotgenoten bovendien aanspreekt, is het feit dat een ruwe, zeer toegankelijke brandstof direct gebruikt kan worden, zonder een omvangrijk bewerkingstraject. Droom maar eens over een reis om de wereld met slechts een spanzaag en hakbijl om de brandstof aan te maken…..
Dit is tevens een niet onbelangrijk aspect van de brandstof hout: zelfvoorzienendheid. De toegankelijkheid maakt de gebruiker onafhankelijk van monopolistische leveranciers. 

Beelden van moderne Finse installaties uit RVS, professioneel gebouwd door amateurs, waren het laatste duwtje in de rug. Deze units zijn efficiënter en gebruiksvriendelijker dan de installaties uit de tweede wereldoorlog en kunnen bovendien gehakseld en relatief nat hout aan.

Ondanks het feit dat de meest houtgassers eenlingen zijn, is het niet mogelijk om alles zelf te fabriceren. Motivatie van derden, om met hun hulp het project tot een goed einde te brengen zonder een financiële catastrofe, bleek verbazingwekkend eenvoudig. Autorijden op hout spreekt meer mensen aan; als de ogen gaan glinsteren is het duidelijk dat er weer een zieltje gewonnen is…

Mobiele houtvergassing zal de wereld echter niet redden van de ondergang. Daarvoor is de installatie te complex, te omvangrijk en daarmee duur. Het rijden vergt een andere instelling, kennis en vaardigheid van de bestuurder. Bovendien is er in de meeste landen onvoldoende hout om een nationaal wagenpark langdurig van brandstof te voorzien.

Het was, is en blijft een methode voor crisistijden en voor idealisten.


Wat is houtvergassing?

Houtvergassing is een chemisch proces, waarbij met behulp van hitte de vaste bestanddelen omgezet worden in brandbaar gas. Daarbij kan het gas onder toevoer van secundaire lucht direct verbranden, zoals in verwarmingstoepassingen. Het gas kan ook via een traject van reiniging en droging een verbrandingsmotor aandrijven.

We onderscheiden vier processen tijdens de vergassing: 
1. Droging. Door de opstijgende hitte verdampt het in het hout aanwezige water. Dit is een goede zaak, want een teveel aan water verlaagt de oxidatietemperatuur, hetgeen geen schoon gas levert.
2. Pyrolise. Boven 270 graden Celsius vallen de houtstructuur en de cellen uit elkaar. Lange moleculen vallen uiteen in kortere. Houtskool en teerachtige gassen ontstaan.
3. Oxidatie. Onder toevoer van een afgepaste hoeveelheid zuurstof oxideert (verbrandt) een deel van de aanwezige koolstof tot kooldioxide en waterstof tot water. Bij deze processen komt veel warmte vrij. Deze hitte is nodig voor de:
4. Reductie. In de reductiezone vinden de belangrijkste omzettingen plaats. De meeste reacties vragen echter energie. Deze energie is zojuist opgewekt in de oxidatiezone, die een temperatuur van 1400 graden Celsius bereikt. Koolstof reageert met kooldioxide tot koolmonoxide. Koolstof reageert ook met water tot koolmonoxide en waterstofgas. Dit zijn de belangrijkste reacties. Verder reageert koolstof met waterstof tot methaan en koolmonoxide met waterstofgas tot methaan en water.

Oxidatie, produceert energie:

C + O2 <=> CO2

H2 + 0,5 O2 <=> H2O

Reductie, ontneemt energie:

C + CO2 <=> 2CO

C + H2O <=> CO + H2

CO2 + H2 <=> CO + H2O

C + 2H2 <=> CH4

CO + 3H2 <=> CH4 + H2O

Grofweg bestaat houtgas uit:
20% koolmonoxide CO
18% waterstofgas H2
4% methaan CH4
8% kooldioxide CO2
50% stikstof N2

De kooldioxide en de stikstof dragen niet bij aan de latere verbranding van het gas. De stikstof is als overbodig bestanddeel meegevoerd in de primaire lucht tijdens de oxidatie. Grote stationaire installaties maken deels gebruik van oververhitte stoom in het proces. Dit brengt tevens waterstof in, terwijl nutteloze stikstof het gas niet verarmd. Voor mobiele installaties is stoom geen realistische optie, omdat de constructie gecompliceerd en daarmee te zwaar is.


Houtgas en verbrandingsmotoren

Houtgas is een laagcalorisch gas. Dus met weinig energie-inhoud. De stikstof draagt niet bij aan de verbranding, terwijl koolmonoxide een traag brandend gas is. Voor verbrandingsmotoren heeft dat nogal wat nadelen. Door het hoge aandeel stikstof krijgt de motor onvoldoende brandstof binnen. De feiten dat de brandstof al vóór het spruitstuk in gasvorm is en het motorvacuüm nodig is voor opwekking van het gas, verlagen bovendien de vullingsgraad. Elke houtgasmotor is een astmapatiënt met longkanker.
Dit kost circa 40% vermogen. Bovendien zijn hoge toerentallen niet mogelijk, omdat het gas langzaam brandt. Ontstekingsvervroeging is noodzakelijk om voldoende tijd te geven voor volledige verbranding. Bij te hoge toerentallen is de verbranding nog niet afgelopen als de uitlaatslag alweer begint. Maximaal effectief toerental voor relatief kleine automotoren is 3000 o/min, ondanks dat bij gering gevraagd vermogen het toerental veel verder op kan lopen.

De literatuur spreekt bijna altijd over 40% minder vermogen. Dit zou betekenen dat een motor die op benzine 100 pk levert, er op houtgas nog 60 over heeft. Dit klopt niet. De motor levert 40% in bij 3000 o/min en houdt zo misschien maar 40 pk over!

Ontstekingsvervroeging bij moderne motoren met uitgebreid motormanagement is voor de leek niet eenvoudig te verwezenlijken. Bovendien kan het management in verwarring raken en in noodloop gaan draaien. Of er helemaal mee stoppen. Niet alleen in de maatschappij maken managers meer stuk dan goed…

De voorkeur gaat dus uit naar grote, langzaam draaiende motoren met een overvierkante boring/slag verhouding met een ouderwetse verdeler, maar wel elektronisch.


Voor en nadelen van de verschillende types gasgeneratoren

We onderscheiden vier soorten vergassing: 

1. De vaste bed vergassing; een eenvoudige vergasser voor kleine toepassingen zoals campingbranders. Sommige verbrandingsovens werken nog volgens dit principe. 
2. De wervelbedvergasser; meestal zeer grote installaties. Veelal toegepast in elektriciteitscentrales.
3. De updraft en crossdraft vergasser; meestal gebruikt om houtskool of kolen te vergassen. Niet geschikt voor verbrandingsmotoren vanwege de hoge teerproductie. Vaak toegepast in elektriciteitscentrales of als cv-ketel.
4. De downdraft vergasser. Deze is uitstekend geschikt voor verbrandingsmotoren, omdat ze zowel compact zijn, als weinig teer produceren. Het gevormde teer moet namelijk de hete oxidatie en reductiezone passeren en wordt daarbij omgezet in nuttig gas. Teer is ongewenst in het houtgas, want het vervuilt filters, leidingen en de motor. Daar het lastig te verwijderen is en schade veroorzaakt, is voorkomen beter dan genezen.

Globaal onderscheiden we twee types downdraft vergassers. De aloude Imbert, zoals gebruikt in de tweede wereldoorlog. En de Stratified Downdraft, een ontwikkeling uit de jaren tachtig. De stratified is zeer eenvoudig van samenstelling. Neemt het niet zo nauw met de gebruikte houtsoort en –maat. Men zou dus geneigd zijn voor de stratified te kiezen. Er kleeft echter een belangrijk nadeel aan dit type vergasser. Er zijn namelijk geen nozzle’s voor toevoer van de primaire lucht. Door het ontbreken van de nozzle’s is de positie van oxidatie en reductiezone niet gefixeerd, zoals bij een Imbert. Te droge brandstof kan leiden tot opbranden van de bunkervoorraad. Te natte brandstof vertraagt het proces, met als gevolg dat de reductiezone ophoudt te bestaan en de productie van brandbaar gas stopt. Met waterinjectie is het proces enigszins te controleren. De teerproductie is hoog, tenzij houtskool als brandstof gebruikt wordt. Maar de stratified is zeer eenvoudig te fabriceren. De FEMA heeft op het internet plannen staan hoe van oliedrums, vuilnisemmers en eenvoudig gereedschap een unit te bouwen. Desondanks stappen serieuze bouwers na verloop van tijd af van dit principe en omarmen de Imbert.

Ik geef ter volledigheid een plaatje van een statified downdraft, maar zal er verder geen tijd aan besteden. De stratified is voor mij het bewijs dat houtgas eenvoudig te maken is, maar dat teervrij gas produceren erg moeilijk is.


De Imbert houtgasgenerator     

Een beetje geschiedenis:

De Imbert is een uitvinding van Georges Imbert. Hij ontwikkelde dit principe in de jaren twintig van de vorige eeuw. Gedurende de tweede wereldoorlog waren er meer dan een miljoen houtvergassers onderweg, praktisch alle volgens het Imbert principe. Na de oorlog kwam al snel de benzineproductie op gang en nam men vlug afscheid van de houtvergassers. Kennis en ervaring is hierbij grotendeels verloren gegaan.
Tijdens de koude oorlog is met name door Zweden de nodige doorontwikkeling gedaan, maar buiten de documentatie is er weinig mee gedaan. Men vond het alleen nodig om tijdens een crisis terug te kunnen grijpen op houtvergassing, omdat Zweden nagenoeg geen fossiele brandstoffen heeft, maar wel voldoende hout.
De energiecrises in de jaren zeventig hebben wederom geleid tot een kleine opleving, die net zo snel weer wegzakte.
Alleen bij de Finnen is de mobiele houtvergasser nooit helemaal weggeweest. Echter geen grootschalige, door de overheid gesubsidieerde projecten, maar door een groep enthousiastelingen levend gehouden. Zij hebben de doorontwikkeling van de Zweden verder verfijnd.

Het principe

De “gasfier unit” is gevuld met houtblokjes. De nozzles doseren de lucht. Het motorvacuüm zorgt voor “trek” in het hele systeem. Indirect regelt het motortoerental en de motorbelasting de geproduceerde hoeveelheid gas en daarmee de toegevoerde lucht. Bij de getoonde generator wordt het gas hoog afgenomen om asdeeltjes de tijd te geven achter te blijven en om de houtvoorraad op te warmen. Van daaruit gaat het gas door een koeler om het te ontwateren en het volume te reduceren. Door de volumeverkleining en verwijdering van waterdamp neemt de energie-inhoud toe. Na de filtertrein kan het gas via een eenvoudige gas/luchtmenger naar de motor. Een ventilator is nodig om kunstmatige trek op te wekken voor de start van het vergassingsproces.

Moderne Imbert units werken wat anders.

De generator heeft een condenserende mantel om de bunker, teneinde de houtvoorraad verder te drogen en overtollig water af te voeren. Een cycloon verwijdert de grove asdeeltjes. Een glasfiber doekenfilter haalt de rest eruit. De koeler ontwatert ook hier het gas. Tijdens de opstart blaast de blower het gas nog voor de filtertrein naar buiten, om verstopping van het filter door teer en waterdamp uit de nog koude oxidatiezone te voorkomen.
Vergeleken met de oorspronkelijke Imbert is er buiten het principe wel wat veranderd. Veel aandacht is besteed aan het voorverwarmen van de primaire lucht, om de oxidatietemperatuur verder te verhogen. Dit schept echter weer problemen, want niet alle materialen kunnen deze temperatuur weerstaan. Al met al nogal wat complexer dan vroeger, maar met als resultaat een teervrij, schoon gas.
naar boven