Древесный газ

Древесный газ — HiSoUR История культуры

Древесный газ представляет собой синтетическое топливо, которое может использоваться в качестве топлива для печей, печей и транспортных средств вместо бензина, дизельного топлива или другого топлива. Во время производственного процесса биомасса или другие углеродсодержащие материалы газифицируются в среде, ограниченной кислородом генератора древесного газа, для получения водорода и окиси углерода. Эти газы затем могут сжигаться в качестве топлива в среде, богатой кислородом, для получения углекислого газа, воды и тепла. В некоторых газификатора этому процессу предшествует пиролиз, где биомасса или уголь сначала превращаются в уголь, выделяя метан и смолу, богатые полициклическими ароматическими углеводородами.

история
Первый деревянный газификатор, по-видимому, был построен Густавом Бишофом в 1839 году. Первый автомобиль, работающий на древесном топливе, был построен Томасом Хью Паркером в 1901 году. Примерно в 1900 году во многих городах был поставлен сингаз (в основном произведенный, как правило, из угля) в резиденции. Природный газ начал использоваться только в 1930 году.

Во время Второй мировой войны использовались транспортные средства с древесным газом в результате нормирования ископаемого топлива. Только в Германии в конце войны использовалось около 500 000 автомобилей-производителей газа. Грузовые автомобили, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда были оснащены блоком газификации древесины. В 1942 году, когда древесный газ еще не достиг высоты своей популярности, в Швеции было около 73 000 древесных газов, 65 000 во Франции, 10 000 в Дании и почти 8 000 в Швейцарии. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «дровосеков», из которых 30 000 были автобусами и грузовиками, 7 000 частных транспортных средств, 4 000 тракторов и 600 лодок.

Древесный газ использовался, среди прочего, для привода двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Генераторы были построены вне тела или вывезены в качестве трейлера.Техническая система, древесный газификатор, была заполнена дровами и работала в качестве газификатора с неподвижным слоем. При нагревании из древесины удалялась горючая газовая смесь (древесный газ). До начала 1950-х годов в Германии использовалось несколько небольших грузовиков со специальными водительскими правами, для которых использовались только сертифицированные и утвержденные буковые журналы. Примерно один литр бензина можно заменить количеством газа, полученного из 3 кг древесины.Древесина, которая была специально высушена для газификации древесины и измельчена до нужного размера, называлась танковой древесиной и производилась и хранилась на так называемых фабриках танкистов.

В конце Второй мировой войны в Германии было около 500 000 автомобилей с генераторным газом или дровяных вагонов. Его поставка была предоставлена Министерством энергетики для топливной древесины и других топлив-генераторов с соответствующими заправочными станциями.

В Советском Союзе каркасно-карбюраторные грузовики были серийно произведены. Особо следует отметить модели ZIS-21 (на базе ZIS-5) и ГАЗ-42, из которых почти 35 000 экземпляров были выпущены в период с 1939 по 1946 год. Причина в том, что, особенно на крайнем севере Советского Союза, поставка топлива в 1930-х и 1940-х годах еще не была обеспечена.

В Шэнавальде в Лихтенштейне есть частный музей с около 70 деревянными газовыми транспортными средствами от мотоцикла до трактора. Старинные автомобили пригодны для эксплуатации и время от времени перемещаются, что работает с отходами мебельной фабрики.

Древесные газификаторы по-прежнему производятся в Китае и России для автомобилей и как генераторы для промышленного применения. Грузовые автомобили, модернизированные с использованием древесных газификаторов, используются в Северной Корее в сельских районах, особенно на дорогах восточного побережья.

В рамках обсуждения вопроса об увеличении использования возобновляемого сырья в конце 20-го и начале 21-го столетий газификация древесины и газификация других органических веществ, особенно органических остатков, для извлечения газообразного топлива для нагрева и производство энергии было вновь рассмотрено и реализовано на отдельных демонстрационных заводах. Основываясь на этом исключительно энергетическом использовании, использование газообразного продукта в качестве сырья для химического синтеза биотоплива и продуктов химической промышленности также было целевым и будет реализовано в ближайшем будущем, особенно для топлива BtL, диметилового эфира и метанола , При последующем метанации и обработке его можно подавать в сетку природного газа в качестве заменителя природного газа (SNG). Высококачественные газообразные продукты, содержащие более 50% водорода, также называются так называемым биоводородом.

свойства
Древесный газ состоит из горящих компонентов, в основном из моноксида углерода 34% и метана 13%, а также незначительных пропорций этилена 2% и водорода 2%, а также негорючих компонентов, таких как азот 1%, диоксид углерода 49% и водяной пар. Древесный газ составляет около 1,5 кг / м 3 тяжелее воздуха в нормальных условиях. Теплотворная способность древесного газа составляет около 8,5 МДж / м 3 при обычной автотермической газификации и более 12 МДж / м 3 при аллотермической газификации.

Согласно производству, состав древесного газа может сильно различаться. При использовании воздуха (21 об.% Кислорода, 78 об.% Азота) газообразный продукт содержит очень высокую долю азота, что не способствует калорийности газа и снижает выход водорода. Напротив, газы продукта не содержат азота при использовании кислорода и водяного пара и, соответственно, имеют более высокую теплотворную способность и высокий выход водорода.

использование

Двигатель внутреннего сгорания
Древесные газификаторы могут приводить в действие двигатели с искровым зажиганием, где все нормальное топливо может быть заменено небольшим изменением на карбюрацию или дизельным двигателем, подавая газ в воздухозаборник, который модифицирован, чтобы иметь дроссельный клапан, если он У меня это уже есть. На дизельных двигателях дизельное топливо по-прежнему необходимо для зажигания газовой смеси, поэтому необходимо отрегулировать механически регулируемую «стоп-связь» дизельного двигателя и, возможно, «дроссельную» тягу, чтобы всегда давать двигателю немного впрыскиваемого топлива, часто под стандартным холостой ход для инъекций. Древесина может использоваться для питания автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания, если используется древесный газификатор. Это было довольно популярно во время Второй мировой войны в нескольких европейских, африканских и азиатских странах, потому что война предотвратила легкий и экономически эффективный доступ к нефти. В последнее время древесный газ был предложен как чистый и эффективный метод нагрева и приготовления пищи в развивающихся странах или даже для производства электроэнергии в сочетании с двигателем внутреннего сгорания. По сравнению с технологиями Второй мировой войны газификаторы стали менее зависимыми от постоянного внимания благодаря использованию сложных электронных систем управления, но из-за них трудно получить чистый газ. Очистка газа и подача его в трубопроводы природного газа — это один из вариантов привязки его к существующей инфраструктуре дозаправки. Еще одна возможность — сжижение процесса Фишера-Тропша.

Эффективность системы газификатора относительно высока. Стадия газификации преобразует около 75% содержания топливной энергии в горючий газ, который может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Основываясь на долгосрочных практических экспериментах и более чем 100 000 километров (62 000 миль), приводимых в движение с помощью дерева с газовым двигателем, потребление энергии было в 1,54 раза выше по сравнению с потреблением энергии того же автомобиля на бензине, за исключением энергии, необходимой для извлечения , транспортировать и совершенствовать нефть, из которой получен бензин, и исключать энергию для сбора, обработки и транспортировки древесины для подачи газификатора. Это означает, что 1000 килограммов (2200 фунтов) древесного горючего вещества, как было установлено, эквивалентно 365 литрам (96 галлонов США) бензина во время реальной перевозки в аналогичных условиях движения и с тем же, в противном случае немодифицированным транспортным средством.Это можно считать хорошим результатом, потому что другого рафинирования топлива не требуется. В этом исследовании также рассматриваются все возможные потери системы древесного газа, такие как предварительный нагрев системы и перенос дополнительного веса газогенерирующей системы. При выработке электроэнергии заявленная потребность в топливе составляет 1,1 килограмма (2,4 фунта) древесного топлива на киловатт-час электроэнергии.

Газификаторы были построены для удаленных азиатских общин, используя рисовые корпуса, которые во многих случаях не имеют другого применения. Одна установка в Бирме использует модифицированный дизельный генератор мощностью 80 кВт для примерно 500 человек, которые в противном случае не имеют силы. Золу можно использовать в качестве биочипового удобрения, поэтому это можно считать возобновляемым топливом.

Выбросы отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания значительно ниже на древесном топливе, чем на бензине. В частности, выбросы углеводородов низки на древесном топливе. Нормальный каталитический нейтрализатор хорошо работает с древесным газом, но даже без него уровни выбросов менее 20 ppm HC и 0,2% CO могут быть легко достигнуты большинством автомобильных двигателей. Сжигание древесного газа не образует частиц, а газ делает таким образом очень мало сажи среди моторного масла.

Печи, плиты и печи
Определенные конструкции печей — это, в сущности, газификаторы, работающие по принципу восходящего потока: воздух проходит через топливо, которое может быть колонкой рисовых корпусов, и сжигается, а затем восстанавливается до окиси углерода остаточным углем на поверхности. Полученный газ затем сжигается нагретым вторичным воздухом, поднимающимся вверх по концентрической трубке. Такое устройство ведет себя очень похоже на газовую плиту. Это устройство также известно как китайская горелка.

Альтернативная печь, основанная на принципе «вниз» и обычно построенная с вложенными цилиндрами, также обеспечивает высокую эффективность. Сгорание сверху создает зону газификации, при этом газ выходит вниз через отверстия, расположенные в основании камеры горелки. Газ смешивается с дополнительным входящим воздухом для обеспечения вторичного ожога. Большая часть СО, образующегося при газификации, окисляется до СО2 во вторичном цикле сгорания; поэтому газификационные печи несут более низкие риски для здоровья, чем обычные курящие пожары.

Другая заявка — использование газа-производителя для вытеснения масел малой плотности (LDO) в промышленных печах.

Использование газа
Газ, добываемый в газификации биомассы, может использоваться как энергетически, так и материально.

Энергетическое использование при сжигании
В настоящее время общее использование для газовой смеси газификации биомассы — это использование двигателя (в соответствии с принципом бензина или дизельного топлива) или сжигание в соответствующих мусоросжигательных установках для производства тепла (пара) и электроэнергии с использованием силового теплосоединения a Достигнута высокая эффективность преобразования энергии. Конденсат древесного газа, образующийся при охлаждении газа, должен быть должным образом обработан на этих установках, прежде чем он может быть отправлен в принимающую воду, поскольку для этого требуется высокий уровень биохимического кислорода. Альтернативно, газовая смесь газификации биомассы в твердооксидных топливных элементах может быть преобразована непосредственно в электричество. Активный принцип уже был доказан в экспериментах в 2004 году.

Использовать в качестве синтез-газа
Кроме того, в качестве синтез-газа можно использовать газообразный продукт моноксида углерода и водорода для химического синтеза различных продуктов. Материальное использование синтез-газа из газификации биомассы все еще находится в разработке, такие установки в настоящее время находятся только в лабораторных и демонстрационных масштабах. Крупномасштабное производство и использование CO / H 2 -Synthesegas соответственно происходит исключительно на основе природного газа и других ископаемых видов топлива, таких как уголь и нафта.

Варианты химико-технического использования — это в первую очередь производство водорода и получаемое в результате производство аммиака с использованием процесса Хабера-Боша, синтез метанола, различные виды оксосинтеза и производство биотоплива (топливо BtL) и другие продукты через синтез рыбаков-Тропша:

в синтезе аммиака в соответствии с процессом Хабера-Боша

в синтезе метанола

в синтезе оксо

в синтезе Фишера-Тропша

В дополнение к этим химико-техническим применениям синтез-газ также может быть использован биотехнологически путем ферментации синтез-газа. Продуктами этого варианта могут быть, например, спирты, такие как этанол, бутанол, ацетон, органические кислоты и биополимеры. Это использование в настоящее время все еще находится на стадии разработки и не используется соответственно в больших масштабах.

Во всех этих типах использования следует отметить, что вода конденсируется как часть технологической цепочки с охлаждением газа и в той или иной степени, поскольку конденсат древесного газа по-разному загрязнен органическим веществом; надлежащая утилизация этой сточной воды (около 0,5 литра на кг древесины) приведена здесь в схеме BtL как «побочные продукты», но она является неотъемлемой частью таких систем.

производство
Древесный газификатор берет древесную щепу, опилки, уголь, уголь, каучук или аналогичные материалы, такие как топливо, и сжигает их не полностью в огневом ящике, производя древесный газ, твердую золу и сажу, последние из которых необходимо периодически удалять из газификатора. Затем древесный газ может быть отфильтрован на наличие смол и частиц сажи / золы, охлажден и направлен к двигателю или топливному элементу. Большинство из этих двигателей имеют строгие требования к чистоте древесного газа, поэтому газ часто должен проходить через обширную очистку газа для удаления или преобразования, т. Е. «Трещины», смолы и частицы. Удаление смолы часто осуществляется с помощью скруббера для воды. Запуск древесного газа в немодифицированном бензиновом двигателе внутреннего сгорания может привести к проблемному накоплению несгоревших соединений.

Качество газа от разных газификаторов сильно варьируется. Стационарные газификаторы, где пиролиз и газификация происходят отдельно, а не в той же реакционной зоне, что и в случае, например, газификаторов Второй мировой войны, могут быть сконструированы для получения газа, не содержащего газы (менее 1 мг / м³) в то время как одножильные газификаторы с псевдоожиженным слоем могут превышать 50 000 мг / м3 смолы. Реакторы с псевдоожиженным слоем имеют преимущество в том, что они намного компактнее, с большей мощностью на единицу объема и ценой. В зависимости от предполагаемого использования газа, смола может быть полезной, а также путем увеличения теплотворной способности газа.

Теплота сгорания «газообразного производителя» — термин, используемый в Соединенных Штатах, означающий древесный газ, предназначенный для использования в двигателе внутреннего сгорания, — относительно невысокий по сравнению с другими видами топлива.Тейлор сообщает, что у добывающего газа более низкая теплота сгорания составляет 5,7 МДж / кг против 55,9 МДж / кг для природного газа и 44,1 МДж / кг для бензина. Теплота сгорания древесины обычно составляет 15-18 МДж / кг. Предположительно, эти значения могут несколько отличаться от образца к образцу. Тот же источник сообщает следующий химический состав по объему, который, скорее всего, также является переменным:

Производитель угля на альтернативном фестивале Nambassa в Новой Зеландии в 1981 году
Во время производства древесного угля для черного порошка выделяется летучий древесный газ. Исключительно высокие по площади поверхности углеродные результаты, пригодные для использования в качестве топлива в черном порошке.

Азот N2: 50,9%
Окись углерода CO: 27,0%
Водород h3: 14,0%
Двуокись углерода CO2: 4,5%
Метан Ch5: 3,0%
Oxygen O2: 0,6%.

Отмечено, что состав газа сильно зависит от процесса газификации, среды газификации (воздух, кислород или пар) и влажности топлива. Процессы парогазификации, как правило, приводят к высокому содержанию водорода, газификаторы с неподвижным слоем нисходящего потока дают высокие концентрации азота и низкие нагрузки на смолу, в то время как газификаторы с неподвижным слоем восходящего потока дают высокие нагрузки на смолу.

Биотопливо
Также в производстве биотоплива газ, полученный в газификационном продукте, используется в качестве синтез-газа в уже описанных процессах синтеза. Основное внимание уделяется газообразному топливу, например, биоводороду, заменителям природного газа (метан, SNG) и диметиловому эфиру, а также жидким топливам, таким как метанол и топливо BtL. [Восьмой]

Биогидроген извлекают из синтез-газа путем парового риформинга, метан может быть получен путем метанирования газа. Для получения метанола и диметилового эфира используют синтез метанола. Топливо BtL производится с помощью синтеза Фишера-Тропша, в результате которого как бензиновые, так и дизельные фракции могут быть получены на основе параметров процесса.

Искусственный газ-история открытия, состав и применение

Версия для печати

18 Марта 2021 г.

История газовой промышленности начиналась не с использования природного газа, а с синтеза искусственного. Искусственный газ применяли как для освещения, так и для обогрева.

Искусственные газы

Искусственные горючие газы - смесь газообразных продуктов переработки (газификации) топлива в специальных аппаратах. В их состав входят метан, оксид углерода, водорода и другие газообразные углеводороды, а также негорючие диоксид углерода и азота.

В зависимости от способа их назначения, получения и исходного топлива различают: светильный, топливный; генераторный, доменный, коксовый; водяной, каменноугольный, нефтяной, древесный и т.д.

Искусственные газы получают при коксовании угля (коксовый газ), нефтепереработке, выплавке металлов (доменный газ), газификации твердых топлив (генераторный газ).

Состав светильного газа

Светильный газ

В 1798 году был открыт каменноугольный светильный газ. Авторами открытия стали Филипп Леблон (Париж) и Вильям Мердок (Англия). Поразительно в этом открытие и то, что оно было совершенно одновременно и независимо друг от друга.

Такое необычное название “светильный газ” было получено благодаря своему первому применению - освещению. Со временем светильный газ начали использовать и в других областях.

Такой газ добывали из углей определенного сорта, из 1 пуда которых получалось 160-180 фут³ или 0,28-0,30м³/кг и кокс 65-70%. Помимо этого этого в процессе карбонизации образуется смола (5%) и аммиачная вода (8%).

Выгодность получения газа таким образом зависит не только от свойств газа, но и от получаемых попутно продуктов. Но все же в 19 веке под светильным газом понимали каменноугольный газ.

Древесный газ

Древесный газ получается путем сухой перегонки дерева. Разницы в породе дерева не существует: везде получится один и тот же объем газа (100 кг дров = 40 м³ газа, 30 кг угля, 45 кг древесного уксуса, 5 кг смолы).

Состав нефтяного газа

Древесный газ будет иметь примерно на 20% больше световой силы, чем из угля.

Нефтяной газ

Нефтяной газ добывают в процессе разложения нефти под действием высокой температуры. Количество получаемого газа из нефти гораздо больше, чем из угля.

Сам газ содержит меньше вредных примесей, а световые, теплотворные и силовые параметры гораздо лучше. Сырьем для такого газа служит мазут (нефтяной остаток), нефть и солярный дистиллятор. Из 100 кг нефти примерно получается около 60 м³ нефтяного газа, 25-30 кг газовой смолы, 4-5 кг кокса. Этот газ бесцветен и имеет резкий запах.

Газ нефтяной применялся достаточно широко:

для освещения крупных объектов: заводов, лабораторий;
в сжатом состоянии для освещения маяков, вагонов и даже для автогенной сварки;
иногда для усиления света от светильного газа его смешивали с нефтяным.

Состав водяного газа (коксовый газ)

Водяной газ (или коксовый газ)

Этот газ добывают достаточно необычным образом: через кокс пропускают перегретый водяной пар при температуре выше 1000ºС.

Открытие такого взаимодействия раскаленного угля и пара принадлежит Феличе Фонтана (1780 г.). Первый раз применили для освещения в Дублине в 1830 году, и только около 1855 года водяной газ начали использовать во Франции и других странах Европы.

Стоит отметить, что кроме водяного газа есть карбюрированный, чьи свойства зависят от способа и степени карбюрации.

Воздушный газ

Для изготовления воздушного газа применяется газолин. В продаже он чаще всего называется нефтяным эфиром, гидририном и др. Для приготовления воздушного газа воздух пропускается через карбюратор с газолином. Также имеется второй вариант получения, который заключается в смешении определенного объема газолина с определенным количеством сжатого воздуха. Свое применение газ нашел в США: в основном, его использовали для освещения небольшие города, гостиницы, ж/д станции, заводы.

Блаугаз

Состав доменного газа

Свое название блаугаз получил от фамилии немецкого инженера Блау. Ученый получил этот газ путем сжатия нефтяного газа при давлении 2,0 МПа в присутствии абсорбирующих веществ. Получаемый таким образом светильный газ и есть блаугаз, который может быть сжижен, но в отличие от других газов при более высоком давлении.

Из вышесказанного можно сделать вывод: многие искусственные газы производились из твердых материалов и получили большее распространение. Нельзя забыть и о побочных газах, которые, в основном, получают в металлургии, например, доменный газ.

В 30-ые годы XX века один городской житель потреблял: во Франции - 40 м³, в Германии - 51 м³, в Нидерландах - 74 м³, в США- чуть больше 100 м³, В Австралии - 117 м³, Великобритания была лидером - 178м³.

В XX веке газ постепенно вытесняется в сфере освещения электричеством. Созданная инфраструктура для производства и распространения искусственного газа сохранилась. Еще долгое время газ, получаемый из угля, использовали в котельных, на электростанциях для получения электричества и в газовых плитах.

Транспортные средства, работающие на древесном топливе: дрова в топливном баке

Газификация древесины – это процесс, при котором органический материал превращается в горючий газ под воздействием тепла – процесс достигает температуры 1400 °C (2550 °F) . Первое использование газификации древесины относится к 1870-м годам, когда она использовалась в качестве предшественника природного газа для уличного освещения и приготовления пищи.

В 1920-х годах немецкий инженер Жорж Имберт разработал генератор древесного газа для мобильного использования. Газы были очищены и высушены, а затем поданы в двигатель внутреннего сгорания автомобиля, который почти не нуждается в адаптации. Генератор Имберта производился серийно с 1931 на. В конце 1930-х годов в эксплуатации находилось около 9000 автомобилей, работающих на древесном топливе, почти исключительно в Европе.

Вторая мировая война

Эта технология стала обычным явлением во многих европейских странах во время Второй мировой войны вследствие нормирования ископаемого топлива. Только в Германии к концу войны в эксплуатации находилось около 500 000 автомобилей, работающих на газовом топливе.

Создана сеть из примерно 3000 «АЗС», где водители могли запастись дровами. Установкой для газификации древесины оснащались не только частные автомобили, но и грузовые автомобили, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда. Некоторые танки также работали на древесном газе, но для использования в военных целях немцы предпочли производство жидкого синтетического топлива (изготовленного из дерева или угля).

В 1942 году (когда технология еще не достигла апогея своей популярности) в Швеции насчитывалось около 73 000 автомобилей, работающих на газовом топливе, во Франции — 65 000, в Дании — 10 000, в Австрии и Норвегии — 9 000, в Германии — почти 8 000. Швейцария. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «деревомобилей», из которых 30 000 автобусов и грузовиков, 7 000 частных автомобилей, 4 000 тракторов и 600 лодок. (источник).

Вудмобили также появились в США, Азии и особенно в Австралии, где 72 000 автомобилей работали на древесном газе (источник). Всего во время Второй мировой войны использовалось более миллиона автомобилей, работающих на газовом топливе.

После войны, когда снова стал доступен бензин, технология почти мгновенно канула в лету. В начале 1950-х годов в тогдашней Западной Германии оставалось всего около 20 000 дровяных машин.

Исследовательская программа в Швеции

Рост цен на топливо и глобальное потепление привели к возрождению интереса к дровам как непосредственному топливу. Десятки инженеров-любителей по всему миру переоборудовали стандартные серийные автомобили в автомобили, работающие на газовом топливе, причем большинство этих современных деревянных автомобилей построено в Скандинавии.

В 1957 году правительство Швеции разработало исследовательскую программу для подготовки к быстрому переходу на автомобили, работающие на древесном топливе, в случае внезапной нехватки нефти. У Швеции нет запасов нефти, но есть обширные леса, которые можно использовать в качестве топлива. Целью этого исследования была разработка улучшенной стандартизированной установки, которую можно было бы адаптировать для использования на всех типах транспортных средств.

Это исследование, проведенное при поддержке производителя автомобилей Volvo, привело к получению большого количества теоретических знаний и практического опыта с несколькими дорожными транспортными средствами (один из них показан выше) и тракторами на общем расстоянии более 100 000 километров (62 000 миль). Результаты обобщены в документе ФАО от 1986 года, в котором также обсуждаются некоторые эксперименты в других странах. Шведские (обзор) и, особенно, финские инженеры-любители использовали эти данные для дальнейшего развития технологии (обзор ниже, автомобиль Юхи Сипиля).

Генератор древесного газа, который выглядит как большой водонагреватель, может быть размещен на прицепе (хотя это затрудняет парковку автомобиля), в багажнике автомобиля (хотя при этом используется почти все в багажном отделении), либо на платформе в передней или задней части автомобиля (наиболее популярный вариант в Европе). В случае с американским пикапом генератор размещается в кузове грузовика. Во время Второй мировой войны некоторые автомобили были оснащены встроенным генератором, полностью скрытым от глаз.

Топливо

Топливом для автомобиля, работающего на древесном топливе, является древесина или древесная щепа (см. рисунок слева). Также можно использовать древесный уголь, но это приводит к 50-процентной потере доступной энергии, содержащейся в исходной биомассе. С другой стороны, древесный уголь содержит больше энергии, так что запас хода автомобиля можно увеличить. В принципе, можно использовать любой органический материал. Во время Второй мировой войны также использовались уголь и торф, но основным топливом были дрова.

Один из самых успешных автомобилей на древесном топливе был построен в прошлом году Датчем Джоном. В то время как многие современные газовые автомобили, кажется, пришли прямо из «Безумного Макса», голландский Volvo 240 оснащен очень современной системой из нержавеющей стали (см. первое изображение и два изображения ниже, а затем сравните с этим Volvo, этим БМВ, это Ауди или этот Юго).

«Производить древесный газ не так уж и сложно», — говорит Джон. «Производство чистого древесного газа — это другое дело. У меня есть возражения против некоторых дровяных машин. Часто производимый газ так же чист, как и внешний вид конструкции».

Датч Джон твердо верит в генераторы древесного газа, в основном для стационарного использования, такого как отопление, производство электроэнергии или даже производство пластмасс. Volvo призван продемонстрировать возможности технологии. «Припаркуйте итальянский спортивный автомобиль рядом с автомобилем, работающим на дровах, и толпа соберется вокруг дровяного автомобиля. Тем не менее, автомобили на древесном топливе предназначены только для идеалистов и во время кризиса».

Диапазон

Volvo развивает максимальную скорость 120 километров в час (75 миль в час) и может поддерживать крейсерскую скорость 110 км/ч (68 миль в час). «Топливный бак» может содержать 30 кг (66 фунтов) дерева, что достаточно для пробега в 100 километров (62 мили), что сравнимо с запасом хода электромобиля.

Если заднее сиденье загружено мешками с дровами, запас хода увеличивается до 400 километров (250 миль). Опять же, это сравнимо с запасом хода электромобиля, если пассажирское пространство пожертвовать ради большей батареи, как в случае с родстером Tesla или электрическим Mini Cooper. Разница, конечно, в том, что Джону приходится регулярно останавливаться, чтобы взять мешок дров с заднего сиденья и наполнить бак.

Прицеп

Как и в случае с другими автомобилями, запас хода автомобиля, работающего на древесном топливе, также зависит от самого автомобиля. Об этом свидетельствуют различные автомобили, которые были переделаны Весой Микконеном. Фин помещает все свои генераторы на прицеп. Его последний переделанный автомобиль - это Lincoln Continental Mark V 1979 года выпуска, большое тяжелое американское купе. Он потребляет 50 кг (110 фунтов) древесины каждые 100 километров (62 мили) и, таким образом, значительно менее эффективен, чем Volvo Джона. Микконен также переоборудовал Toyota Camry, которая стала гораздо более экономичной. Этот автомобиль потребляет всего 20 кг (44 фунта) древесины на том же расстоянии. Однако прицеп почти такой же большой, как и сама машина.

Модельный ряд электромобилей можно значительно расширить, сделав их меньше и легче. Однако это не вариант с их двоюродными братьями на древесном газе из-за веса и объема оборудования. Меньшие автомобили времен Второй мировой войны имели запас хода всего от 20 до 50 километров (от 12 до 31 мили), несмотря на их гораздо меньшую скорость и ускорение.

Свобода

Увеличение "топливного бака" - единственный способ увеличить дальность полета (кроме снижения скорости, конечно, но это уже другая история). Американец Дейв Николс (человек, который показывает дерево на одной из картинок выше) может загрузить 180 килограммов (400 фунтов) дерева в кузов своего 19-летнего грузовика. Пикап Форд 89. Это позволяет ему проехать 965 километров (600 миль), что сравнимо с пробегом автомобиля, работающего на ископаемом топливе. Достоинство этого можно, конечно, обсудить, так как для этого Николсу приходится регулярно останавливаться, чтобы заправить бак: если бы он заправил кузов пикапа бензином, то мог бы проехать еще дальше.

По словам Николса, одного фунта древесины (полкилограмма) достаточно, чтобы проехать 1 милю (1,6 км), что соответствует 30 кг древесины Volvo на 100 километров. Американец создал компанию (21st Century Motor Works) и планирует продавать свои технологии в больших масштабах. Когда он приезжает домой, он использует свой грузовик для обогрева дома и выработки электроэнергии. Его история стала популярной в США, и причину можно определить по его номерному знаку: «Свобода».

«Вы можете обойти весь мир с пилой и топором», как выразился Джон Датч. Его соотечественник Йост Конийн воспользовался этой возможностью, чтобы совершить двухмесячное путешествие по Европе, не беспокоясь о близости ближайших заправок (которые не всегда легко найти в такой стране, как Румыния).

Местные жители дали ему древесину, чтобы продолжить путешествие, припасы хранились в трейлере. Конийн использовал древесину не только как топливо, но и как строительный материал для самой машины (фото выше — видео здесь). О другом путешествии на машине, работающей на дровах, см. «По Швеции с дровами в баке».

Есть ли будущее у дровяного автомобиля?

В 1990-х годах водород рассматривался как альтернативное топливо будущего. Тогда его главенствующую роль взяли на себя биотопливо и сжатый воздух, а сегодня все внимание сосредоточено на электромобилях. Если и эта технология не сработает (а мы несколько раз выражали свои сомнения по этому поводу), можем ли мы вернуться к машине, работающей на дровах?

Несмотря на промышленный вид, автомобиль, работающий на древесном топливе, с точки зрения экологии имеет хорошие показатели по сравнению с другими альтернативными видами топлива. Газификация древесины немного более эффективна, чем сжигание древесины, так как теряется только 25 процентов энергии, содержащейся в топливе. Энергопотребление дровяного автомобиля примерно в 1,5 раза превышает энергопотребление аналогичного автомобиля, работающего на бензине (с учетом потерь энергии при предварительном прогреве системы и лишнего веса техники). Однако если принять во внимание энергию, необходимую для добычи, транспортировки и переработки нефти, то древесный газ по крайней мере так же эффективен, как бензин. И, конечно же, древесина является возобновляемым топливом. Бензина нет.

Преимущества автомобилей, работающих на древесном газе

Самое большое преимущество автомобилей, работающих на генераторном газе, заключается в том, что доступное и возобновляемое топливо можно использовать напрямую без какой-либо предварительной обработки. Преобразование биомассы в жидкое топливо, такое как этанол или биодизель, может потреблять больше энергии (и CO2), чем дает топливо. В случае автомобиля, работающего на древесном топливе, никакая дополнительная энергия не используется для производства или переработки топлива, за исключением рубки и рубки древесины. Это означает, что лесомобиль практически нейтрален по отношению к выбросам углерода, особенно когда валка и рубка производятся вручную.

Кроме того, для автомобиля на дровах не требуется химический аккумулятор, а это важное преимущество перед электромобилем. Слишком часто забывается воплощенная энергия огромной батареи последнего. Фактически, в случае автомобиля, работающего на газе, древесина ведет себя как природная батарея. Нет необходимости в высокотехнологичной переработке: оставшуюся золу можно использовать как удобрение.

Правильно работающий генератор древесного газа также меньше загрязняет воздух, чем автомобиль, работающий на бензине или дизельном топливе. Газификация древесины значительно чище, чем сжигание древесины: выбросы сравнимы с выбросами при сжигании природного газа. У электромобиля есть потенциал сделать лучше, но тогда энергия, которую он использует, должна генерироваться из возобновляемых источников, что не является реалистичным сценарием.

Недостатки автомобилей на дровах

Несмотря на все эти преимущества, достаточно одного взгляда на дровяной автомобиль, чтобы понять, что это далеко не идеальное решение. Мобильный газовый завод занимает много места и легко может весить несколько сотен килограммов в пустом виде. Размер оборудования обусловлен тем, что древесный газ имеет низкую энергоемкость. Энергетическая ценность древесного газа составляет около 5,7 МДж/кг по сравнению с 44 МДж/кг бензина и 56 МДж/кг природного газа (источник).

Кроме того, использование древесного газа ограничивает мощность двигателя внутреннего сгорания, что означает снижение скорости и ускорения переоборудованного автомобиля. Древесный газ состоит примерно из 50 % азота, 20 % окиси углерода, 18 % водорода, 8 % двуокиси углерода и 4 % метана. Азот не способствует горению, а угарный газ является медленно горящим газом. Из-за такого высокого содержания азота двигатель получает меньше топлива, что приводит к снижению мощности на 35–50 процентов. Поскольку газ горит медленно, большое число оборотов невозможно. Газовый автомобиль – это не спортивный автомобиль.

Несмотря на то, что некоторые небольшие автомобили были оснащены генераторами на древесном газе (см., например, этот Opel Kadett), эта технология лучше подходит для более крупных и тяжелых автомобилей с мощным двигателем. В противном случае мощности двигателя и запаса хода может быть недостаточно. Несмотря на то, что установка может быть уменьшена для меньшего автомобиля, ее размер и вес не уменьшаются пропорционально уменьшению размера и веса автомобиля. Некоторые построили мотоциклы, работающие на древесном топливе, но их диапазон ограничен (хотя мотоцикл с коляской работает лучше). Конечно, вес и размер передвижного газового завода не являются проблемой для автобусов, грузовиков, поездов или кораблей.

Простота использования

Другая проблема автомобилей, работающих на древесном топливе, заключается в том, что они не особенно удобны в использовании, хотя это и улучшилось по сравнению с технологией, использовавшейся во время Второй мировой войны. См. вторую часть этого документа в формате pdf (стр. 17 и далее) для описания того, каково было водить машину, работающую на древесном топливе в то время:

«...опыт работы с органом Wurlitzer мог быть явным преимуществом».

Тем не менее, несмотря на усовершенствования, даже современному дровяному автомобилю требуется до 10 минут, чтобы нагреться до рабочей температуры, так что вы не можете прыгнуть в машину и сразу же уехать. Кроме того, перед каждой заправкой пепел последнего процесса газификации необходимо выгребать. Образование смолы в установке менее проблематично, чем это было 70 лет назад, но фильтры по-прежнему необходимо регулярно чистить. И тогда есть ограниченный диапазон транспортного средства. В общем, это далеко от привычной простоты использования бензинового автомобиля.

Большое количество образующегося (смертоносного) угарного газа также требует некоторых мер предосторожности, поскольку утечка в трубопроводе не исключена. Если техника размещается в багажнике, то установка детектора угарного газа в салоне отнюдь не роскошь. Кроме того, автомобиль, работающий на древесном газе, нельзя парковать в закрытом помещении, пока газ не будет сожжен в факеле (рисунок выше).

Массовые дровяные автомобили

Разумеется, все вышеописанные машины построены инженерами-любителями. Если бы мы строили автомобили, специально предназначенные для работы на древесине, и производили бы их на заводах, скорее всего, недостатки стали бы несколько менее значительными, а преимуществ — еще больше. Такие дровяные машины также выглядели бы более элегантно.

Автомобили Volkswagen Beetle, сошедшие с конвейера во время Второй мировой войны, имели встроенный механизм газификации древесины (источники: 1 / 2 / 3). Снаружи генератор древесного газа и остальная установка были незаметны. Заправка производилась через отверстие в капоте (капоте).

То же самое и с этим Mercedes-Benz, у которого установка полностью скрыта в багажнике (источник).

Вырубка лесов

К сожалению, у древесного газа, как и у других видов биотоплива, есть существенный недостаток. Массовое производство дровяных машин не решит эту проблему. Наоборот, если бы мы перевели все автомобили или хотя бы значительное их количество на древесный газ, все деревья в мире исчезли бы, и мы бы умерли от голода, потому что все сельскохозяйственные угодья были бы принесены в жертву энергии. урожай. Действительно, во время Второй мировой войны во Франции дровяной вагон вызвал сильную вырубку лесов (источник). Как и в случае со многими другими видами биотоплива, эта технология не масштабируется.

Тем не менее, хотя автомобиль, работающий на биотопливе, так же удобен в использовании, как и его бензиновый конкурент, древесный газ должен быть самым неудобным альтернативным топливом из существующих. Это может быть преимуществом: переход на автомобили, работающие на древесном топливе, может означать только то, что мы будем меньше ездить, и это, конечно, будет хорошо с экологической точки зрения. Если вам нужно прогреть машину в течение 10 минут, скорее всего, вы решите не использовать ее, чтобы проехать несколько миль за продуктами. Велосипед сделает эту работу быстрее. Если бы вам пришлось рубить дрова в течение трех часов только для того, чтобы съездить на пляж, вы, вероятно, решили бы поехать на поезде.

В любом случае, дровяной автомобиль демонстрирует (еще раз), что современный автомобиль является продуктом ископаемого топлива. В какое бы альтернативное топливо вы ни верили, ни одно из них даже близко не сравнится по удобству с бензином или дизельным топливом. Если однажды доступность (дешевой) нефти прекратится, вездесущность автомобиля станет историей. Но отдельный автомобиль никогда не умрет.

Читать журнал Low-tech без доступа к компьютеру, источнику питания или Интернету. Печатные архивы теперь составляют четыре тома с общим объемом 2398 страниц и 709 изображений. Их можно заказать в нашем книжном магазине Лулу.

Газификация древесины — Органические фермеры и садоводы штата Мэн

Газификационный котел на дровах. Дрова сжигаются в топке (вверху), а газы проходят вниз и сгорают при температуре от 1800 до 2000 F в керамической камере внизу. Затем горячие газы проходят через жаротрубный теплообменник и передают тепло воде, хранящейся в большом резервуаре.

Температура дымовых газов обычно ниже 350 F, креозот отсутствует. Древесина должна быть сухой (желательно двухлетней давности). Из Руководства по установке, эксплуатации и техническому обслуживанию Eko-Vimar Orlanski, https://www.newhorizoncorp.com/PDF/ekomanual.pdf; используется с разрешения.

Использование режущей пластины позволяет быстро и эффективно одновременно распиливать большое количество бревен и веток малого диаметра.

Этот метод рекомендуется только тем, кто обучен технике безопасности при работе с бензопилой и имеет опыт работы с бензопилой.

Будьте предельно осторожны при обрезке мелких веток и кладите самые крупные ветки сверху, так как мелкие ветки могут вылететь в сторону пильщика. Держите пилу включенной, так как медленная цепь может зацепиться за маленькую древесину и рвануть ее к пильщику. Фотографии предоставлены автором

Правильно высушенная и сожженная древесина является отличным зеленым топливом для отопления в сельской местности. Газификация древесины — это процесс, при котором древесина сжигается при очень высокой температуре для получения синтез-газа. Это топливо может питать печи, печи и даже автомобили. В зимние месяцы это отличный альтернативный источник топлива.

Зачем использовать дерево?

Древесина — идеальное топливо для отопления сельской местности в штате Мэн, особенно если у вас есть лесной участок. Заготовка дров - это возможность улучшить лес, когда вы удаляете мертвые, отмирающие, больные и плохо сформированные деревья. Это позволяет оставшимся деревьям расти быстрее, производить больше кислорода и использовать больше парниковых газов CO2.

Если вы садовник, древесная зола добавляет в почву кальций, калий, другие питательные вещества и биоуголь. НО обязательно применяйте их только после и в соответствии с рекомендациями теста почвы, так как древесная зола может быстро и чрезмерно повысить pH почвы).

Покупка древесины у местного поставщика также намного выгоднее, чем покупка пеллет издалека, и сводит к минимуму потребление моторного топлива. Он также обеспечивает местную занятость и удерживает деньги в местной экономике.

Газификация древесины

Подготовка древесины

Поскольку свежесрубленная древесина может на 60 процентов состоять из воды, ключом к минимизации резки, раскалывания и штабелирования древесины является ее сушка в течение как минимум года. Если вы этого не сделаете, вы сожжете около 40 процентов своей древесины только для того, чтобы отогнать воду — тепла не будет. Большинство печей работают с КПД от 40 до 60 процентов, а уличные дровяные котлы обычно имеют КПД от 30 до 50 процентов. Между тем, газификатор древесины получает от 80 до 92 процента — но главное — сухая древесина.

Через год влажность древесины может составлять от 20 до 35 процентов; через два года от 10 до 20 процентов. Мой газификатор требует от 15 до 25 процентов влажности для максимальной эффективности, поэтому я сушу древесину в течение двух лет и недавно завершил сушилку для древесины на солнечной энергии, чтобы попытаться сократить время сушки.

Как газифицировать древесину

При газификации дрова сначала сжигаются в обычной топке, затем газы направляются в керамическую камеру сгорания, где температура достигает 1800-2000 F. Сгорают все газы и смолы, дым из трубы не идет и дымоход остается чистым. Несмотря на высокие температуры в камере газификации, к моменту прохождения газов через жаротрубный теплообменник котла температура дымовых газов может достигать 350 F.

Температура дымовых газов у меня обычно ниже 250, что указывает на эффективность жаротрубного теплообменника. Если дрова слишком влажные, огонь охлаждается и из трубы выходит белый пар. Поскольку дровяные газификационные котлы массово производятся в Европе, они намного дешевле отечественных моделей. Моя сделана в Польше.

Сейчас я отапливаю свой дом площадью 1400 квадратных футов, подвал и воду для бытовых нужд с осени до поздней весны примерно на 3-1/2 шнура. До установки котла площадь моего дома составляла 1000 квадратных футов, и с дровяной печью для отопления я сжигал 3-1/2 шнура плюс от 150 до 200 галлонов масла для горячего водоснабжения.

Производство тепла

В холодную погоду я развожу один костер в день и поддерживаю его около восьми часов. Ключом к эффективности является сухая древесина и горячее, быстрое горение. Мой небольшой котел на 85 000 БТЕ нагревает воду, хранящуюся в пропановом баллоне на 500 галлонов, и эта вода по требованию циркулирует для обогрева жилых помещений и бытовой воды.

Древесный газ