|
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
|









|