Drewno zamiast benzyny

FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY

Budowa Uproszczonego Generatora Gazu Drzewnego Do Zasilania Silników Spalinowych W Czasie Braku Paliw Naftowych

Raport Końcowy

Autorzy:

H. LaFontaine, Biomass Energy Foundation, Inc.

Miami, Floryda

oraz

F.P. Zimmerman, Oak Ridge National Laboratory, Energy Division

FEMA Interagency Agreement Number: EMW-84-E-1737

Work Unit: 3521D

dla:

Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego

Waszyngton, DC, 20472

„Raport ten został oceniony przez Federalną Agencję Zarządzania Kryzysowego i dopuszczony do publikacji. Nie oznacza to jednak, że zawartość jest w pełni zgodna z celami i polityką Agencji”

Data publikacji: marzec 1989

Przygotowany przez:

Oak Ridge National Laboratory

Oak Ridge, Tennessee 37831-6285

dla U.S. Departament of Energy

Tłumaczenie: Krzysztof Lis (lis@drewnozamiastbenzyny.pl).

Zezwolenie na tłumaczenie na język polski i dystrybucję w tym języku udzielone we wrześniu 2003 przez Biomass Energy Foundation.

Wejdź na ich stronę (www.woodgas.com) aby zakupić tę lub jedną z 20 innych publikacji o alternatywnych źródłach energii w języku angielskim.

Wstęp. Omówienie opracowania

Raport ten jest omówieniem jednego z wielu opracowań technologii kryzysowych sponsorowanych przez Federal Emergency Management Agency (federalnej agencji ds. zarządzania w sytuacjach kryzysowych). Celem tego raportu jest sformułowanie precyzyjnej, ilustrowanej instrukcji budowy, instalacji oraz obsługi urządzenia zgazowującego biomasę (tj. generatora „gazu drzewnego” lub „gazu generatorowego”), który będzie w stanie zapewnić awaryjne paliwo dla pojazdów takich jak ciągniki i ciężarówki, gdy źródła zaopatrzenia w paliwa płynne będą niedostępne przez dłuższy okres. Instrukcja ta została przygotowana jako podręcznik do użycia przez każdego mechanika, który jest w stopniu wystarczającym biegły w wyrobie przedmiotów z metalu lub naprawach silników.

Raport ten ma na celu zachowanie wiedzy dotyczącej zgazowywania drewna, która była wykorzystywana podczas II wojny światowej. Dokładne procedury krok po kroku opisują budowę uproszczonej wersji zgazowywacza stosowanego podczas wojny. Ta prosta, warstwowa, współprądowa jednostka może zostać wykonana z materiałów szeroko dostępnych w USA [w Polsce też – przyp. tłum.] w czasie przedłużającego się kryzysu paliwowego. Dla przykładu, korpus urządzenia składa się z galwanizowanego kubła na śmieci umieszczonego na niewielkim metalowym cylindrze. W wielu miejscach zastosowanie znalazły dostępne powszechnie elementy hydrauliczne. Jako ruszt zastosowano dużą metalową miskę. Prototypowy zgazowywacz wykonany na podstawie tej instrukcji został zamontowany na ciągniku rolniczym i przetestowany w pracy, przy zastosowaniu kawałków drewna jako jedynego paliwa. Dokumentacja fotograficzna z budowy prototypu załączona została do tego raportu.

1. Co to jest generator gazu drzewnego i jak on działa?1.1. Wprowadzenie

Gaz generatorowy, otrzymywany przez zgazowanie węgla i torfu, był używany do celów grzewczych już w latach 40. XIX w. w Europie, a w roku 1884 został zaadaptowany do zasilania silników w Anglii. Do roku 1940 generatory gazu były znaną, lecz niezbyt często stosowaną technologią. Jednakże brak benzyny podczas II Wojny Światowej prowadził do rozszerzenia zastosowania generatorów gazu do celów transportowych w Europie Zachodniej. (Taksówki zasilane węglem były ciągle popularne w Korei w latach 70. XX wieku). USA nigdy nie zostały dotknięte poważnymi niedoborami paliw, były więc opóźnione względem Europy i Dalekiego Wschodu, jeśli chodzi rozpowszechnienie tej technologii. Jednakże jakaś katastrofa może zaburzyć zaopatrzenie w paliwa płynne w tym kraju do tego stopnia, że takie technologie mogą stać się niezastąpione do zaspokajania potrzeb paliwowych niektórych gałęzi działalności gospodarczej, takich jak produkcja i dystrybucja żywności.

Raport ten ma na celu zachowanie wiedzy dotyczącej zgazowywania drewna, która była wykorzystywana podczas II wojny światowej. Dokładne procedury krok po kroku opisują budowę uproszczonej wersji zgazowywacza stosowanego podczas wojny. Ta prosta, warstwowa, współprądowa jednostka może zostać wykonana z materiałów szeroko dostępnych w USA [w Polsce też – przyp. tłum.] w czasie przedłużającego się kryzysu paliwowego. Dla przykładu, korpus urządzenia składa się z galwanizowanego kubła na śmieci umieszczonego na niewielkim metalowym cylindrze. W wielu miejscach zastosowanie znalazły dostępne powszechnie elementy hydrauliczne. Jako ruszt zastosowano dużą metalową miskę. Prototypowy zgazowywacz wykonany na podstawie tej instrukcji został zamontowany na ciągniku rolniczym i przetestowany w pracy, przy zastosowaniu kawałków drewna jako jedynego paliwa. Dokumentacja fotograficzna z budowy prototypu załączona została do tego raportu.

Użycie zgazowywaczy drewna nie jest ograniczone do zastosowań transportowych. Również silniki stacjonarne mogą być zasilane przez gazogenerator i napędzać agregaty prądotwórcze, pompy, urządzenia przemysłowe. W zasadzie użycie gazu drzewnego jako paliwa nie jest ograniczone nawet do silników benzynowych. Jeśli silnikowi wysokoprężnemu dostarczy się niewielką ilość oleju napędowego potrzebną do wystąpienia zapłonu, może on działać zasilany głównie gazem drzewnym dostarczanym przez kolektor dolotowy, pod warunkiem, że silnik jest dobrze wyregulowany. Raport ten poświęcony jest czterosuwowym silnikom benzynowym o mocy od 10 do 150 KM. Dla uzyskania dodatkowych informacji o funkcjonowaniu zgazowywaczy innych paliw (węgla, węgla drzewnego, torfu, pyłu drzewnego czy wodorostów) należy się odwołać do literatury wymienionej w bibliografii na końcu raportu.

Celem tego raportu jest zgromadzenie w jednym miejscu informacji pozwalających na samodzielną budowę generatora gazu drzewnego, z użyciem zwykłych, dostępnych elementów. W wypadku braku paliw naftowych urządzenie to może być stosowane do zasilania ciężarówek, ciągników i innych pojazdów. W części 1. tego opracowania opisane zostały główne zasady zgazowywania, znajduje się tu też kilka informacji historycznych odnośnie wykorzystywania i skuteczności generatorów. Część 2. zawiera dokładne instrukcje opisujące krok po kroku proces budowy własnej jednostki. Do tej części dołączone zostały ilustracje i zdjęcia, aby zapobiec ewentualnym błędom. W części 3. znajdują się informacje dotyczące pracy, obsługi i napraw generatora, a także kilka istotnych wskazówek dotyczących bezpieczeństwa podczas korzystania z niego.

Opisany w tym raporcie projekt zgazowywacza drewna wzorowany jest na technologii używanej i sprawdzonej w czasie II wojny światowej, gdy występowały duże trudności w dostępie do benzyny i oleju napędowego. Oczywiście zastosowanie generatora gazu drzewnego (takiego jak ten zaprezentowany w tej publikacji) nie jest jedyną alternatywną metodą zapewnienia pracy silników spalinowych podczas braku naftowych – do innych należy m.in. użycie metanu czy alkoholu.

1.2. Zasady zgazowywania paliw stałych

Wszystkie silniki spalinowe zasilane są oparami, nie płynem. Paliwo płynne jest zgazowywane (odparowywane i mieszane z powietrzem) zanim trafi do komory spalania silnika. W silnikach dieslowskich, paliwo jest wtryskiwane do komory spalania pod postacią drobnych kropelek, które zapalają się po odparowaniu. Celem zgazowywania paliw stałych jest przekształcenie ich na formę gazową i pozbawienie gazu ewentualnych szkodliwych składników, w tym zanieczyszczeń. Gazogenerator jest jednocześnie konwerterem energii i filtrem. Realizacja tych dwóch zadań łączy się z pewnymi utrudnieniami, ale jest również zaletą tego urządzenia.

Pierwsze pytanie, zadawane przez wielu ludzi to: „skąd bierze się ten palny gaz?”. Zapal zapałkę, trzymaj ją poziomo. Zwróć uwagę na to, jak zwęgla się drewno. W zasadzie drewno się nie pali, lecz wydziela z siebie gaz, który zapala się jasnym płomieniem w niewielkiej odległości od zapałki. Zauważ przerwę między płomieniem a zapałką. W tej przerwie znajduje się gaz drzewny, który zapala się dopiero, gdy zostanie odpowiednio wymieszany z powietrzem (zawierającym tlen). Objętościowo ten gaz (gaz drzewny) pochodzący od zwęglającego się drewna składa się w około 20% z wodoru (H2), w 20% z tlenku węgla (CO) i niewielkich ilości metanu. Wszystkie te składniki są palne. Oprócz tego zawiera on 50 – 60% azotu. Azot jest niepalny, ale zajmuje on pewną objętość i rozcieńcza gaz drzewny zasilający silnik. Produktami spalenia gazu są dwutlenek węgla (CO2) i para wodna (H2O).