Генератор древесного газа — это установка для газификации , которая преобразует древесину или древесный уголь в древесный газ , генераторный газ, состоящий из атмосферного азота , оксида углерода , водорода , следов метана и других газов, которые — после охлаждения и фильтрации — могут затем использоваться для питания двигателя внутреннего сгорания или для других целей. Исторически генераторы древесного газа часто устанавливались на транспортных средствах , но современные исследования и разработки в основном сосредоточены на стационарных установках.
Газификация была важной и распространенной технологией в 19-м и начале 20-го века. Городской газ, полученный из угля, широко использовался, в основном для освещения. Когда в 1870-х годах стали доступны стационарные двигатели внутреннего сгорания, работающие на цикле Отто , они начали вытеснять паровые двигатели в качестве первичных двигателей во многих работах, требующих стационарной движущей силы. Внедрение ускорилось после истечения срока действия патента на двигатель Отто в 1886 году. Потенциал и практическая применимость газификации к двигателям внутреннего сгорания были хорошо поняты с самых ранних дней их разработки.
В 1873 году Таддеус С.К. Лоу разработал и запатентовал процесс получения водяного газа, с помощью которого можно было получать большие объемы водорода для бытового и коммерческого использования в отоплении и освещении. В отличие от обычного угольного газа или коксового газа, который использовался в коммунальном хозяйстве, этот газ обеспечивал более эффективное топливо для отопления.
В конце XIX века двигатели внутреннего сгорания обычно работали на бытовом газе, а в начале XX века многие стационарные двигатели перешли на использование генераторного газа, получаемого из кокса , который был значительно дешевле бытового газа, получаемого путем перегонки (пиролиза) более дорогого угля.
Во время Второй мировой войны бензин был нормированным и в дефиците. Из-за нехватки бензина из нефти , пожилые люди вспоминали, как построить газификаторы для древесины и угля, и как переоборудовать двигатели внутреннего сгорания для работы на газообразном топливе, и генераторы древесного газа находились в активном производстве. В Великобритании, Франции, Соединенных Штатах и Германии было построено или импровизировано большое количество таких генераторов для преобразования древесины и угля в топливо для транспортных средств. Коммерческие генераторы производились до и после войны для использования в особых обстоятельствах или в бедственных экономиках . Некоторые генераторы древесного газа эпохи Второй мировой войны были типа «Имбер» с нисходящим потоком, разработанные около 1920 года французским изобретателем Жоржем Имбером .
Германия производила газогенные установки для транспортных средств, включая автомобили, грузовики, артиллерийские тягачи и даже танки, чтобы сохранить ограниченные запасы топлива. [1] Даже в невоюющих странах, таких как Швеция , Бразилия или Испания , газоген был популярен, поскольку нефть стало трудно достать. В Бразилии гонщик по имени Чико Ланди выиграл гонку на трассе Интерлагос в Сан-Паулу в 1944 году, управляя Alfa Romeo, работающей на древесном газе. [2]
Производство бытового газа на основе угля было в целом вытеснено нефтяным и природным газом. Однако Великобритания продолжала использовать бытовой газ на основе угля до открытия месторождений природного газа в Северном море в 1960-х и 1970-х годах.
Когда цены на нефть выросли, интерес к древесным газовым генераторам возобновился. Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям США (FEMA) опубликовало в марте 1989 года книгу, в которой описывалось, как построить газовый генератор в чрезвычайной ситуации, когда нефть недоступна. [3] В ней описывалась конструкция, называемая «газификатор с нисходящим потоком», которая решает несколько недостатков более ранних типов.
Европейский союз спонсировал проект по древесному газу в Гюссинге , Австрия, начавшийся в 2005 году. Этот проект представлял собой электростанцию с генератором древесного газа и газовым двигателем для преобразования древесного газа в 2 МВт электроэнергии и 4,5 МВт тепла. Также существовало экспериментальное устройство для использования процесса Фишера-Тропша для преобразования древесного газа в дизельное топливо . К октябрю 2005 года стало возможным преобразовать 5 кг древесины в 1 литр топлива.
Известно, что в Корейской Народно-Демократической Республике ( Северная Корея) есть грузовики, работающие на древесных газогенераторах. Грузовики распространены за пределами Пхеньяна и находятся в деревнях и небольших городах. Эти грузовики используются из-за санкций, наложенных на Северную Корею в отношении импорта нефти и газа. [4] [5] [6] [7]
Существует обширная литература по газовым заводам, городскому газу, газогенерации, древесному газу и генераторному газу, которая в настоящее время является общественным достоянием из-за своего возраста. [8]
Наиболее успешные генераторы древесного газа, используемые в Европе и США, являются некоторыми вариациями более ранней конструкции Имберта. Генераторы древесного газа часто используют древесину; однако в качестве топлива можно использовать и древесный уголь . Он плотнее и производит более чистый газ без смолистых летучих веществ и избыточного содержания воды, свойственных древесине.
Генератор древесного газа FEMA (по определению руководства FEMA) является аварийным газификатором. Он разработан для быстрой сборки в условиях настоящего топливного кризиса. Эта упрощенная конструкция имеет явные преимущества по сравнению с более ранними европейскими агрегатами, такими как более легкая заправка и конструкция, но менее популярна, чем более ранняя конструкция Имберта, из-за существенных новых проблем, которые включают отсутствие фиксированной зоны окисления и позволяют зоне окисления расползаться на большую площадь, вызывая падение температуры; более низкая рабочая температура приводит к образованию смолы , а отсутствие настоящей зоны восстановления еще больше увеличивает склонность этой конструкции к образованию смолы. Смола в потоке древесного газа считается грязным газом, и смола быстро засоряет двигатель, что может привести к застреванию клапанов и колец.
Новая конструкция, известная как газификатор Keith, улучшает блок FEMA, включая обширную рекуперацию тепла и устраняя проблему смолы. Тестирование в Университете Оберна показало, что он на 37% эффективнее, чем работающий на бензине. [9] Эта система установила мировой рекорд скорости для транспортных средств, работающих на биомассе [10] и совершила несколько туров по пересеченной местности. [11] [12]
Организация Объединенных Наций подготовила документ FOA 72 [13] с подробностями о конструкции и конструкции генератора древесного газа, как и технический документ Всемирного банка 296. [14]
Генераторы древесного газа имеют ряд преимуществ по сравнению с использованием нефтяного топлива:
Недостатками древесных газогенераторов являются:
При ненадлежащем проектировании и использовании существует значительный потенциал для получения травм или смерти из-за древесного газа, содержащего большой процент ядовитого угарного газа (CO). Газификаторы древесины проверенной конструкции и тщательно протестированной конструкции считаются безопасными для использования на открытом воздухе или в частично закрытом пространстве, например, под навесом, открытым для воздуха с двух сторон; их также можно считать относительно безопасными для использования в очень хорошо проветриваемом (например, отрицательное давление ) помещении, не соединенном с каким-либо внутренним помещением, используемым для сна, оборудованном избыточными (более 1), полностью независимыми, работающими от батареек, регулярно тестируемыми детекторами угарного газа . Однако благоразумие должно диктовать, что любая экспериментальная конструкция газификатора древесины или новая конструкция должны быть тщательно протестированы на открытом воздухе и только на открытом воздухе, всегда с «напарником» и с постоянной бдительностью на предмет любых признаков головной боли, сонливости или тошноты, поскольку это первые симптомы отравления угарным газом.
Кроме того, следует избегать смесей избыточного количества воздуха и газа, поскольку это может привести к дефлаграции (взрыву) рассматриваемого газа, если присутствует источник горения. Долгосрочное хранение древесного газа, за исключением использования газохранилища - водовытесняющего аппарата, не должно осуществляться из-за летучих элементов, присутствующих в газе, которые, если им позволить чрезмерно выпасть в осадок, будут конденсироваться в емкости для хранения. Ни при каких обстоятельствах древесный газ никогда не должен сжиматься более чем на 1 бар (15 фунтов на кв. дюйм) выше окружающей среды, поскольку это может вызвать конденсацию летучих веществ, а также привести к вероятности серьезных травм или смерти из-за угарного газа или дефлаграции, если емкость протечет или выйдет из строя. [ необходима цитата ]
В 2008 году в восьмом эпизоде «Автомобиль на дереве» программы Planet Mechanics на канале National Geographic был показан пример проектирования и строительства работающего грузовика, работающего на древесном газе . [15] [16]
В 2009 году еще один пример проектирования и создания работающего генератора на древесном газе был в сериале « Колония» во второй серии первого сезона «Power Struggle». Также использовался в десятой серии «Exodus» для питания спасательного автомобиля.
В статье Mother Earth News за 2010 год обсуждался и демонстрировался двигатель на древесном газе, установленный в пикапе. [17] В рамках научного сериала BBC «Bang Goes The Theory» Volkswagen Scirocco был переделан по проекту Мартина Бэкона для работы на использованной кофейной гуще , и после того, как его построили в 2010 году, он успешно проехал от Лондона до Манчестера исключительно на кофе. Часть команды сейчас работает над более продвинутой конструкцией, ориентированной на максимальную скорость, а не на запас хода.
14 сентября 2011 года на солончаках Бонневиль грузовик, оснащенный двигателем, работающим на древесном газе, установил новый мировой рекорд скорости для транспортных средств, работающих на древесном газе, разогнавшись до скорости 73 мили в час. [18]
В популярной американской радиопрограмме Car Talk , звонящий в выпуске 1201 (который вышел в эфир 7 января 2012 года и впоследствии был назван "20 миль на щепку"), описал автомобиль, работающий на древесном газе, на котором он ездил в детстве во время Второй мировой войны в Германии. Ведущие не были знакомы с этой технологией, вероятно, потому, что она никогда не была широко распространена в США.
12 марта 2012 года в эпизоде 2 сезона реалити-шоу « Doomsday Preppers» показан генератор древесного газа, работающий на грузовике Ford, и домашний электрогенератор, установленный Скоттом Хантом на его лесном участке площадью несколько акров в Южной Каролине.
В сербском телесериале «Водители грузовиков 2» (="Kamiondzije II") 1983 года в качестве сюжета рассказывается о газогенераторе, прикрепленном к шасси грузовика.
В апреле 2012 года в Mother Earth News появилась статья, посвященная газогенератору Кейта, с демонстрацией фотографий и беседой с изобретателем Уэйном Кейтом. [19]
В документальном фильме BBC «Wartime Farm» , эпизод 5 (вышедшем в эфир в октябре 2012 года) они построили машину скорой помощи, работающую на угольном газе, в соответствии со спецификациями автомобиля 1943 года, работающего на газе. [20]
В третьем сезоне шоу « Горцы» на канале History Channel Юстис Конвэй управлял пикапом Toyota, работающим на дровах, и перевозил грузы.
Финский премьер-министр Юха Сипиля также привлек внимание СМИ из-за автомобиля, работающего на древесном газе, который он построил в качестве хобби до своей политической карьеры. [21] «El Kamina», модель 1987 года Chevrolet El Camino , является самым быстрым автомобилем, работающим на древесном газе, со скоростью 140 км/ч, 87 миль/ч. [22]
Есть только несколько компаний, которые производят системы газификации древесины на коммерческой основе. Список можно найти здесь ниже. Поскольку системы газификации древесины имеют тенденцию быть довольно большими, большинство из них сосредоточены на стационарном применении (производство электроэнергии). Некоторые из них могут быть пригодны для встраивания в транспортные средства. [23] [24]
