Gassificazione del legno. Gassificazione del legno Risorse di biomassa per la gassificazione

Automobile con generatore di gas

Durante la seconda guerra mondiale in Europa quasi tutti i veicoli furono convertiti per utilizzare il legno come combustibile.
Le auto corrono gas di legna(chiamato anche g veicoli con generatori di gas) sebbene perdano la loro eleganza nell'aspetto, sono molto efficaci rispetto ai loro omologhi a benzina in termini di rispetto dell'ambiente e possono essere paragonati alle auto elettriche.
L’aumento dei prezzi del carburante sta portando a un rinnovato interesse per questa tecnologia quasi dimenticata: in tutto il mondo, dozzine di hobbisti girano per le strade delle città con le loro auto a gas fatte in casa.

Processo di formazione del gas gassificatore (sintesi del gas), in cui il materiale organico viene convertito in un gas infiammabile, inizia a formarsi sotto l'influenza del calore ad una temperatura di 1400 °C.

Il primo utilizzo della legna per produrre gas infiammabile risale al 1870, quando veniva utilizzata per l'illuminazione stradale e per cucinare.

Negli anni '20, un ingegnere tedesco Giorgio Umberto sviluppato Generatore, generazione di gas di legna per uso mobile. Il gas risultante è stato purificato, leggermente raffreddato e quindi immesso nella camera di combustione del motore dell'auto, mentre il motore praticamente non necessitava di modifiche.

Dal 1931 iniziò la produzione in serie dei generatori Embera. Alla fine degli anni '30 in Europa già circa 9.000 veicoli utilizzavano esclusivamente generatori di gas.

La seconda guerra mondiale

Le tecnologie di generazione del gas divennero comuni in molti paesi europei durante la seconda guerra mondiale, a causa delle restrizioni e della carenza di combustibili fossili e liquidi. Solo in Germania, alla fine della guerra, circa 500.000 automobili furono dotate di generatori di gas per funzionare a gas di legna.

Auto civili a gas della Seconda Guerra Mondiale

Furono costruite circa 3.000 “stazioni di servizio” dove gli automobilisti potevano fare scorta di legna da ardere. Non solo le automobili, ma anche i camion, gli autobus, i trattori, le motociclette, le navi e i treni erano dotati di generatori di gas. Anche alcuni carri armati erano dotati di generatori di gas, sebbene per scopi militari i tedeschi producessero combustibili liquidi sintetici (a base di legno o carbone).

500.000 veicoli civili alimentati a gas entro la fine della guerra in Germania

Nel 1942 (quando la tecnologia non aveva ancora raggiunto l’apice della sua popolarità), si contavano circa 73.000 auto a gas in Svezia, 65.000 in Francia, 10.000 in Danimarca, 9.000 in Austria e Norvegia e quasi 8.000 in Svizzera. Nel 1944 in Finlandia circolavano 43.000 veicoli a gas, di cui 30.000 autobus e camion, 7.000 automobili, 4.000 trattori e 600 barche.

Le auto a gas sono apparse anche negli Stati Uniti e in Asia. C'erano circa 72.000 veicoli alimentati a gas in Australia. In totale durante la seconda guerra mondiale erano in servizio più di un milione di veicoli a gas di legna.

Dopo la guerra, quando la benzina tornò di nuovo disponibile, la tecnologia dei generatori di gas cadde quasi immediatamente nel dimenticatoio. All'inizio degli anni Cinquanta nella Germania occidentale erano rimasti solo circa 20.000 generatori di gas.

Programma di ricerca in Svezia

L’aumento dei prezzi del carburante e il riscaldamento globale hanno portato a un rinnovato interesse per il legno come fonte diretta di combustibile. Molti ingegneri indipendenti in tutto il mondo sono stati impegnati a convertire i veicoli standard per utilizzare il gas di legno come carburante per veicoli. È caratteristico che la maggior parte di questi moderni generatori di gas venga sviluppata in Scandinavia.

Nel 1957, il governo svedese creò un programma di ricerca per preparare la possibilità di passare rapidamente le auto al gas di legna in caso di improvvisa carenza di petrolio. La Svezia non ha riserve di petrolio, ma ha enormi foreste che possono essere utilizzate come combustibile. L'obiettivo di questo studio era sviluppare un'installazione migliorata e standardizzata che possa essere adattata per l'uso su tutti i tipi di veicoli. Questa ricerca è stata supportata dalla casa automobilistica Volvo. Come risultato dello studio del funzionamento di automobili e trattori su una lunghezza di 100.000 km, sono state ottenute grandi conoscenze teoriche ed esperienza pratica.

Alcuni ingegneri amatoriali finlandesi hanno utilizzato questi dati per sviluppare ulteriormente la tecnologia, come Juha Sipilä (nella foto a sinistra).

Un generatore di gas di legna sembra un grande scaldabagno. Questa unità può essere posizionata su un rimorchio (anche se questo rende difficile il parcheggio dell'auto), nel bagagliaio di un'auto (occupa quasi l'intero bagagliaio) o su una piattaforma nella parte anteriore o posteriore dell'auto (l'opzione più popolare in Europa). Sui camioncini americani il generatore è posizionato nel cassone. Durante la Seconda Guerra Mondiale alcuni veicoli furono dotati di un generatore incorporato, completamente nascosto alla vista.

Carburante per generatore di gas

Il carburante per i veicoli a gas è costituito da legna o cippato (foto a sinistra). È possibile utilizzare anche il carbone, ma ciò comporta una perdita fino al 50% dell'energia contenuta nella biomassa originale. D'altra parte, il carbone contiene più energia grazie al suo potere calorifico più elevato, quindi la gamma di combustibili può essere variata. In linea di principio è possibile utilizzare qualsiasi materiale organico. Durante la seconda guerra mondiale furono utilizzati carbone e torba, ma il legno era il combustibile principale.

Volvo 240 olandese

Una delle auto a gas di maggior successo è stata costruita nel 2008 dall'olandese John. Molte auto dotate di generatori di gas erano ingombranti e poco attraenti. La Volvo 240 olandese è dotata di un moderno sistema generatore di gas in acciaio inossidabile e ha un aspetto moderno ed elegante.

"Il gas da legna non è così difficile da produrre", afferma John, ma il gas da legna puro è molto più difficile da produrre. John ha molte lamentele sui sistemi di generazione del gas delle automobili, poiché il gas che producono contiene molte impurità.

John dall'Olanda è fermamente convinto che i generatori di gas che producono gas di legno siano molto più promettenti per l'uso stazionario, ad esempio per il riscaldamento di ambienti e per il fabbisogno domestico, per la produzione di elettricità e per industrie simili. Il veicolo con generatore di gas Volvo 240 è progettato principalmente per dimostrare le capacità della tecnologia dei generatori di gas.

Molte persone ammirate e interessate si radunano sempre vicino all'auto di John e vicino a macchine simili che generano gas. Tuttavia, i generatori di gas per automobili sono adatti agli idealisti e ai tempi di crisi, afferma John.

Capacità tecniche

La Volvo 240 alimentata a gas raggiunge una velocità massima di 120 chilometri orari (75 mph) e può mantenere una velocità di crociera di 110 km/h (68 mph). Il “serbatoio del carburante” può contenere 30 kg (66 libbre) di legna, sufficienti per circa 100 chilometri (62 miglia), paragonabili a un’auto elettrica.

Se il sedile posteriore viene caricato con sacchi di legna, l'autonomia aumenta fino a 400 chilometri (250 miglia). Ancora una volta, questo è paragonabile a un’auto elettrica se lo spazio dei passeggeri viene sacrificato per installare batterie aggiuntive, come nel caso dell’auto elettrica Tesla Roadster o Mini Cooper. (Oltre a tutto il resto nel generatore di gas, è necessario periodicamente prendere un sacco di legna dal sedile posteriore e versarlo nel serbatoio).

Generatore di gas trainato

Esiste un approccio fondamentalmente diverso per l'adeguamento delle auto con sistemi di generazione di gas. Questo è un metodo per posizionare il gas su un rimorchio. Vesa Mikkonen ha adottato questo approccio. Il suo ultimo lavoro è la Lincoln Continental Mark V del 1979 alimentata a gas, una grande e pesante coupé americana. La Lincoln consuma 50 kg (110 libbre) di legno per ogni 100 chilometri (62 miglia) percorsi ed è significativamente meno efficiente in termini di consumo di carburante rispetto alla Volvo di John. Wes Mikkonen ha anche convertito una Toyota Camry, un'auto più efficiente nei consumi. Questa vettura consuma solo 20 kg (44 libbre) di legna per lo stesso chilometraggio. Tuttavia, il rimorchio è rimasto grande quasi quanto l’auto stessa.

L’ottimizzazione dei veicoli elettrici può essere ottenuta riducendo le dimensioni e riducendo il peso complessivo. Questo metodo non funziona con le auto che generano gas. Sebbene dalla seconda guerra mondiale, le auto a gas siano diventate molto più avanzate. Le auto in tempo di guerra potevano percorrere 20-50 chilometri con una stazione di servizio e avevano caratteristiche dinamiche e di velocità basse.

L'auto in legno con generatore di gas di Jost Konin

"Muoviti per il mondo con una sega e un'ascia", era il motto dell'olandese Joost Conijn, che ha portato la sua auto a gas e il suo rimorchio in un viaggio di due mesi attraverso l'Europa senza preoccuparsi delle stazioni di servizio (che non ha visto in Romania).

Sebbene il rimorchio di questa macchina fosse utilizzato per altri scopi, per immagazzinare una fornitura aggiuntiva di legna da ardere, aumentando così la distanza tra i “rifornimenti”. È interessante notare che Jost utilizzava il legno non solo come carburante per l'auto, ma anche come materiale da costruzione per l'auto stessa.

Negli anni ’90 l’idrogeno era considerato il combustibile alternativo del futuro. Allora grandi speranze furono riposte nei biocarburanti. Successivamente, lo sviluppo delle tecnologie elettriche nel settore automobilistico ha attirato molta attenzione. Se questa tecnologia non riceve ulteriore continuazione (ci sono prerequisiti oggettivi per questo), la nostra attenzione potrà nuovamente spostarsi sulle auto che generano gas.

Nonostante l’elevato sviluppo delle tecnologie industriali, l’uso del gas di legno nelle automobili è interessante dal punto di vista ambientale, rispetto ad altri carburanti alternativi. La gassificazione del legno è un po’ più efficiente della combustione del legno convenzionale, poiché la combustione convenzionale perde fino al 25% dell’energia contenuta. Quando si utilizza un generatore di gas in un'auto, il consumo di energia aumenta di 1,5 volte rispetto a un'auto alimentata a benzina (comprese le perdite per il preriscaldamento del sistema e un aumento del peso dell'auto stessa). Se si tiene conto che l'energia necessaria al fabbisogno viene trasportata e poi prodotta dal petrolio, la gassificazione del legno resta efficace rispetto alla benzina. Va inoltre tenuto presente che il legno è una fonte di energia rinnovabile, mentre la benzina no.

Vantaggi delle auto con generatore di gas

Il più grande vantaggio dei veicoli a gas naturale è che utilizzano carburante rinnovabile senza alcun pretrattamento. E la conversione della biomassa in combustibili liquidi come etanolo o biodiesel può richiedere più energia (compresa la CO2) di quella contenuta nella materia prima originale. In un veicolo alimentato a gas non viene utilizzata energia per produrre carburante, se non per tagliare e spaccare la legna.

Un’auto che genera gas non ha bisogno di potenti batterie chimiche e questo è un vantaggio rispetto ad un’auto elettrica. Le batterie chimiche tendono ad autoscaricarsi ed è necessario ricordarsi di caricarle prima dell'uso. Gli apparecchi che producono gas di legna sono, per così dire, batterie naturali. Non è necessario un trattamento ad alta tecnologia delle batterie chimiche usate e difettose. Il prodotto di scarto dell'impianto di generazione del gas è la cenere, che può essere utilizzata come fertilizzante.

Un generatore di gas per autoveicoli adeguatamente progettato causa un inquinamento atmosferico significativamente inferiore rispetto a un veicolo a benzina o diesel.

La gassificazione del legno è molto più pulita della combustione diretta del legno: le emissioni nell’atmosfera sono paragonabili a quelle derivanti dalla combustione del gas naturale. Durante il funzionamento un'auto elettrica non inquina l'atmosfera, ma successivamente, per caricare le batterie, è necessario utilizzare energia, che attualmente viene estratta in modo tradizionale.

Svantaggi delle auto a gas

Nonostante i numerosi vantaggi nel funzionamento dei veicoli che generano gas, è necessario comprendere che questa non è la soluzione ottimale. L'impianto che produce gas occupa molto spazio e pesa diverse centinaia di chilogrammi - e l'intero "impianto" deve essere portato con sé e su se stesso. Le apparecchiature a gas sono grandi perché il gas di legna ha una bassa energia specifica. Il valore energetico del gas di legna è di circa 5,7 MJ/kg, rispetto ai 44 MJ/kg della benzina e ai 56 MJ/kg del gas naturale.

Quando si utilizza il gas naturale non è possibile raggiungere la velocità e l'accelerazione come con la benzina. Questo perché il gas di legno è composto per circa il 50% da azoto, per il 20% da monossido di carbonio, per il 18% da idrogeno, per l'8% da anidride carbonica e per il 4% da metano. L'azoto non supporta la combustione e i composti del carbonio riducono la combustione del gas. A causa dell'elevato contenuto di azoto, il motore riceve meno carburante, con una conseguente riduzione della potenza del 30-50%. A causa della lenta combustione del gas, le alte velocità non vengono praticamente utilizzate e le caratteristiche dinamiche dell'auto sono ridotte.

Opel Cadet dotata di generatore di gas

Anche le auto di piccola cilindrata possono essere equipaggiate con generatori di gas di legna (ad esempio, la Opel Kadett nella foto sopra), ma è comunque meglio dotare le auto di grandi dimensioni con motori potenti di generatori di gas. Sui motori a bassa potenza, in alcune situazioni, si verifica una grave mancanza di potenza e dinamica del motore.

L'unità di generazione del gas stessa può essere ridotta per un'auto piccola, ma questa riduzione non sarà proporzionale alle dimensioni dell'auto. I generatori di gas sono stati progettati anche per le moto, ma le loro dimensioni complessive sono paragonabili a quelle di un sidecar per moto. Sebbene questa dimensione sia significativamente più piccola dei dispositivi per autobus, camion, treno o nave.

Facilità di utilizzo di un veicolo con generatore di gas

Un altro problema noto delle auto a gas è che non sono molto facili da usare (sebbene siano migliorate notevolmente rispetto alla tecnologia utilizzata durante la guerra). Tuttavia, nonostante i miglioramenti, un moderno generatore di gas impiega circa 10 minuti per raggiungere la temperatura di esercizio, quindi non potrai salire in macchina e partire immediatamente.

Inoltre, prima di ogni successivo rifornimento, è necessario rimuovere la cenere con una spatola, residuo della combustione precedente. La formazione di resina non è più così problematica come 70 anni fa, ma anche adesso è un momento molto critico, poiché i filtri devono essere puliti regolarmente ed efficacemente, il che richiede una manutenzione frequente e aggiuntiva. In generale, un'auto a gas richiede ulteriori problemi, completamente assenti nel funzionamento di un'auto a benzina.

Elevate concentrazioni di monossido di carbonio mortale richiedono ulteriori precauzioni e monitoraggio contro possibili perdite nelle tubazioni. Se l'installazione si trova nel bagagliaio, non dovresti lesinare sul sensore CO nell'auto. Non è possibile avviare l'impianto di generazione del gas in una stanza (garage), poiché all'avvio e all'attivazione della modalità operativa deve essere presente una fiamma libera (figura a sinistra).

Produzione di massa di automobili a gas

Generatore di gas Volkswagen Beetle prodotto nello stabilimento

Tutti i veicoli sopra descritti sono stati costruiti da ingegneri dilettanti. Si può presumere che se si decidesse di produrre professionalmente automobili che generano gas in condizioni di fabbrica, molto probabilmente molte delle carenze sarebbero state eliminate e ci sarebbero stati più vantaggi. Tali auto potrebbero sembrare più attraenti.

Ad esempio, nelle Volkswagen prodotte in fabbrica durante la seconda guerra mondiale, l'intero meccanismo di generazione del gas era nascosto sotto il cofano. Sul lato anteriore del cofano c'era solo un portello per caricare la legna da ardere. Tutte le altre parti dell'installazione non erano visibili.

Un'altra opzione per un'auto con generatore di gas prodotta in fabbrica è Mercedes-Benz. Come puoi vedere nella foto qui sotto, l'intero meccanismo del generatore di gas è nascosto sotto il cofano del bagagliaio.

Deforestazione

Sfortunatamente, il crescente utilizzo del gas di legno e dei biocarburanti potrebbe creare un nuovo problema. E la produzione di massa di automobili a gas potrebbe peggiorare questo problema. Se iniziassimo ad aumentare in modo significativo il numero di automobili che utilizzano gas di legno o biocarburanti, la fornitura di alberi inizierà a diminuire della stessa quantità e i terreni agricoli verranno sacrificati per coltivare colture di biocarburanti, il che potrebbe portare alla carestia. L'uso di apparecchiature per la generazione di gas in Francia durante la seconda guerra mondiale ha causato una forte diminuzione delle riserve forestali. Allo stesso modo, altre tecnologie di produzione di biocarburanti portano ad una diminuzione della coltivazione di piante utili all’uomo.

Tuttavia, la presenza di un'auto a gas può portare a un suo utilizzo più moderato:
riscaldare il generatore di gas per 10 minuti o utilizzare una bicicletta per andare a fare la spesa - molto probabilmente la scelta sarà fatta a favore di quest'ultima;
tagliare la legna per 3 ore per una gita al mare o prendere il treno: la scelta sarà probabilmente a favore di quest'ultimo.

È necessario impiegare almeno 10 minuti per avviare e riscaldare il generatore di gas

Comunque sia, le auto a gas non possono competere con le auto a benzina e diesel. Solo una carenza globale di petrolio o un forte aumento del suo prezzo possono costringerci a passare a un’auto che genera gas.

Basato su materiali da: sintezgaz.org.ua

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Ecologia della conoscenza Scienza e tecnologia: un generatore di gas a legna fatto in casa, realizzato con le proprie mani, viene utilizzato al meglio insieme a un motore a combustione interna. Ecco perché gli artigiani domestici lo adattano per generare elettricità in casa o addirittura installarlo su un'auto.

Il motore a combustione interna a legna non è un fantasma di un lontano passato. Ancora oggi si possono trovare automobili e centrali elettriche che utilizzano il legno come fonte di energia. Vale la pena chiarire: il motore funziona con il gas ottenuto dalla legna bruciandola in un certo modo. Gli impianti che producono tale gas sono chiamati generatori di gas e sono utilizzati nelle imprese industriali da molto tempo. Ma è possibile realizzare un generatore di gas con le proprie mani e vale la pena farlo? Queste sono le domande a cui il nostro articolo si propone di rispondere.

Come funziona un generatore di gas?

Per capire quali benefici può avere un generatore di gas in un'abitazione è necessario comprenderne il principio di funzionamento, e quindi la sua struttura. Quindi sarà possibile stimare i costi della sua produzione e, soprattutto, che tipo di risultato si otterrà.

Pertanto, un generatore di gas di pirolisi è un complesso di componenti e assiemi progettati per separare una miscela di gas combustibili dal combustibile solido ai fini del suo utilizzo nei motori a combustione interna.

Per riferimento. I progetti dei generatori differiscono l'uno dall'altro a seconda del tipo di combustibile solido bruciato, considereremo il più rilevante: la combustione del legno.

Se la legna viene bruciata in uno spazio chiuso, limitando l'apporto di ossigeno, il risultato può essere una miscela di gas combustibili. Ecco la loro lista:

• monossido di carbonio (monossido di carbonio CO);
• idrogeno (H2);
• metano (CH4);
• altri idrocarburi insaturi (CnHm).

Nota. La miscela contiene anche gas di zavorra non infiammabili: anidride carbonica (anidride carbonica), ossigeno, azoto e vapore acqueo.

Un efficace generatore di gas di legna non deve solo produrre una miscela combustibile, ma anche renderla adatta all'uso. Pertanto, l'intero ciclo di ottenimento del carburante per i motori a combustione interna può essere tranquillamente definito un processo tecnologico costituito dalle seguenti fasi:

• gassificazione: la legna nemmeno brucia, ma brucia senza fiamma quando la quantità di ossigeno fornita è pari al 33-35% di quella necessaria per la combustione completa;
• pulizia primaria primaria: le particelle volatili dei prodotti della combustione prodotti dai generatori di gas di legno dopo il primo stadio vengono separate utilizzando un filtro a vortice secco - un ciclone;
• pulizia grossolana secondaria: effettuata in uno scrubber - depuratore, dove un flusso di combustibile viene fatto passare attraverso l'acqua;
• raffreddamento: i prodotti della combustione con temperature fino a 700 ºС lo attraversano in uno scambiatore di calore ad aria o acqua;
• pulizia accurata;
• invio al consumatore: può consistere nel pompare il carburante tramite un compressore nel serbatoio di distribuzione o fornirlo al miscelatore, e quindi direttamente al motore a combustione interna.

Puoi considerare la progettazione e il principio di funzionamento di un generatore di gas industriale nello schema tecnologico presentato di seguito:

Il ciclo completo di produzione del gas è piuttosto complesso, poiché comprende diversi impianti. Il più elementare è un generatore di gas, che è una colonna metallica di forma cilindrica o rettangolare, che si restringe verso il basso. La colonna è dotata di tubazioni per l'uscita dell'aria e del gas, nonché di uno sportello di accesso al pozzo cenere. L'apparecchio è dotato di coperchio superiore per il caricamento del combustibile, il camino non è collegato alla carrozzeria, semplicemente manca. Il processo di combustione e pirolisi che avviene all'interno della colonna è ben rappresentato dal diagramma del generatore di gas:

Senza entrare nei dettagli delle reazioni chimiche che avvengono all'interno della colonna, notiamo che all'uscita da essa si ottiene la miscela di gas sopra descritta. Solo che è contaminato da particelle e sottoprodotti della combustione e ha una temperatura elevata. Dopo aver studiato i disegni dei generatori di gas di qualsiasi tipo, noterai che tutte le altre apparecchiature sono progettate per riportare il gas alla normalità. L'aria viene forzata nella zona di combustione da una macchina di trazione o soffiante (in parole semplici, un ventilatore).

Va detto che un generatore di gas a legna fatto in casa è realizzato da artigiani domestici con un design meno complesso e la tecnologia per il rilascio del gas al suo interno è in qualche modo semplificata, come verrà discusso di seguito.

Miti sui generatori di gas

Su Internet è spesso possibile trovare molte affermazioni infondate sul funzionamento di tali unità e informazioni contrastanti sull'uso dei generatori di gas. Proviamo a sfatare tutti questi miti.

Il primo mito suona così: l'efficienza di un generatore di gas raggiunge il 95%, che è sproporzionatamente maggiore di quella delle caldaie a combustibile solido con un'efficienza del 60-70%. Pertanto, riscaldare una casa con il suo aiuto è molto più redditizio. L'informazione è errata fin dall'inizio; non è possibile confrontare un generatore di gas domestico per una casa e una caldaia a combustibile solido; queste unità svolgono funzioni diverse. Il compito del primo è produrre gas infiammabile, il secondo è riscaldare l'acqua.

Quando si parla di un apparecchio di generazione, la sua efficienza è il rapporto tra la quantità di prodotto ottenuto e il volume di gas, teoricamente isolabile dal legno, moltiplicato per il 100%. Il rendimento della caldaia è il rapporto tra l'energia termica generata dalla legna e il potere calorifico teorico, anch'esso moltiplicato per il 100%. Inoltre, non tutti gli impianti di biogas, per non parlare dei generatori di gas, possono estrarre il 95% del combustibile dalla materia organica.

Conclusione. L'essenza del mito è che cercano di confrontare la massa o il volume con unità di energia attraverso l'efficienza, e questo è inaccettabile.

È più semplice ed efficiente riscaldare una casa con una caldaia a pirolisi convenzionale, che allo stesso modo rilascia gas infiammabili dalla legna e li brucia immediatamente utilizzando l'alimentazione di aria secondaria ad una camera di combustione aggiuntiva.

Il secondo mito è che nel bunker si può mettere carburante con qualsiasi contenuto di umidità. Puoi caricarlo, ma solo la quantità di gas rilasciata diminuisce del 10-25% o anche di più. A questo proposito, l'opzione ideale è un generatore di gas che funziona con carbone, che non contiene quasi umidità. E così l'energia termica della pirolisi viene spesa per l'evaporazione dell'acqua, la temperatura nel forno diminuisce e il processo rallenta.

Mito tre: i costi di riscaldamento di un edificio si riducono. Questo non è difficile da verificare, basta confrontare il costo di un generatore di gas a legna e di una caldaia a combustibile solido convenzionale, anch'essa realizzata da te. Inoltre è necessario un dispositivo per il riscaldamento dell'acqua che bruci i gas di legno, ad esempio un termoconvettore. Infine, il funzionamento dell’intero sistema richiederà molto tempo e impegno.

Conclusione. Un generatore di gas a legna fatto in casa, realizzato con le tue mani, viene utilizzato al meglio insieme a un motore a combustione interna. Ecco perché gli artigiani domestici lo adattano per generare elettricità in casa o addirittura installarlo su un'auto.

Generatore di gas automobilistico

Devi capire che un generatore di gas per un'auto deve essere abbastanza compatto, non troppo pesante e allo stesso tempo efficiente. I colleghi stranieri, i cui redditi sono molto più alti dei nostri, realizzano l'alloggiamento del generatore, il ciclone e il filtro di raffreddamento in acciaio inossidabile. Ciò ti consente di prendere metà dello spessore del metallo, il che significa che l'unità risulterà molto più leggera. Nelle nostre realtà per assemblare un generatore di gas vengono utilizzati tubi, vecchie bombole di propano, estintori e altri materiali disponibili.

Di seguito è riportato un disegno di un generatore di gas installato su vecchi camion UralZIS-352 e dovresti usarlo come guida durante il montaggio dell'unità:

I nostri artigiani molto spesso realizzano il serbatoio esterno da bombole di propano liquefatto; il serbatoio interno può essere realizzato dal ricevitore di un camion ZIL o KamAZ. La griglia è realizzata in metallo spesso, i tubi sono realizzati con il diametro del tubo corrispondente. Il coperchio con morsetti può essere ricavato dalla parte superiore tagliata del cilindro o da lamiera d'acciaio. La guarnizione del coperchio è realizzata in cordone di amianto impregnato di grafite.

Un filtro grosso - un ciclone per auto - è realizzato con un vecchio estintore o un semplice pezzo di tubo. Nella parte inferiore del tubo è presente un ugello conico con un raccordo per lo scarico della cenere, e nella parte superiore l'estremità è chiusa con un coperchio ben saldato. In esso è tagliato il tubo di uscita dei gas purificati e lateralmente è presente un secondo raccordo dove verranno forniti i prodotti della combustione. Lo schema funzionale in sezione del ciclone è mostrato in figura:

Poiché il generatore di gas per auto produce gas ad alte temperature, è necessario raffreddarli. Ci sono due ragioni:

• il combustibile gassoso caldo ha una densità troppo bassa e non sarà facile accenderlo nei cilindri di un motore a combustione interna;
• Esiste il pericolo di un'esplosione spontanea in caso di contatto con le superfici calde del motore.

Il movimento dei gas lungo l'intero percorso durante l'accensione è assicurato da una ventola e, dopo aver avviato il motore, nel sistema appare il vuoto necessario, la ventola si spegne.

Per il raffreddamento gli artigiani utilizzano normali radiatori da riscaldamento alettati, posizionandoli sull'auto in modo tale che durante la guida vengano soffiati quanto più aria possibile. A volte vengono utilizzati anche i moderni radiatori bimetallici. Prima di entrare nel motore del generatore di gas, il carburante richiede una pulizia accurata, per questo vengono utilizzati vari tipi di filtri a loro discrezione. Tutti i nodi sono combinati in un'unica installazione secondo lo schema:

E l'ultima parte è il miscelatore, necessario per regolare le proporzioni della miscela gas-aria. Il fatto è che il gas di legna ha un potere calorifico di soli 4,5 MJ/m3, mentre il gas naturale utilizzato nelle automobili ha un potere calorifico di ben 34 MJ/m3. Pertanto, le proporzioni di carburante e aria dovrebbero essere diverse e dovranno essere regolate utilizzando uno smorzatore.

Conclusione

Nonostante l'attrattiva dell'idea di bruciare legna invece di benzina, nelle condizioni moderne è praticamente irrealizzabile. Accensione lunga, guida a velocità medie e alte, che influisce sulla durata del motore a combustione interna, mancanza di comfort: tutto ciò rende le installazioni esistenti curiosità ordinarie che non sono ampiamente utilizzate. Ma realizzare un generatore di gas per una centrale elettrica domestica è una questione completamente diversa. Un'unità stazionaria insieme a un motore a combustione interna diesel convertito può essere un'ottima opzione per alimentare una casa

Facciamo subito una prenotazione: se un'auto corre su legno, ciò non significa che sia una locomotiva a vapore senza rotaie. La bassa efficienza del motore a vapore con focolare separato, caldaia e cilindri a doppia-tripla espansione ha lasciato le auto a vapore tra gli esotici dimenticati. E oggi parleremo del trasporto “a legna” con i familiari motori a combustione interna, motori che bruciano carburante al loro interno.

Certo, nessuno è ancora riuscito a spingere il legno (o qualcosa di simile) al posto della benzina in un carburatore, ma ha preso piede l'idea di ricavare gas infiammabile dal legno direttamente a bordo dell'auto e di alimentarlo nei cilindri come carburante per molti anni. Stiamo parlando delle auto a gas, automobili i cui classici motori a combustione interna funzionano con il gas del generatore, che si ottiene dal legno, dai bricchetti organici o dal carbone. A proposito, anche queste macchine non rifiutano il solito carburante liquido: possono anche funzionare a benzina.

Santa semplicità

Il gas produttore è una miscela di gas costituita principalmente da monossido di carbonio CO e idrogeno H2. Tale gas può essere ottenuto bruciando legna posta in uno spesso strato in condizioni di quantità d'aria limitata. Secondo questo semplice principio funziona un generatore di gas per automobili, un'unità essenzialmente semplice, ma ingombrante e strutturalmente complicata da sistemi aggiuntivi.

Inoltre, oltre alla produzione vera e propria del gas del generatore, un generatore di gas per automobili lo raffredda, lo purifica e lo mescola con l'aria. Di conseguenza, il design dell'installazione classica comprende il generatore di gas stesso, filtri grossolani e fini, refrigeratori, un elettroventilatore per accelerare il processo di accensione e tubazioni.

Porto con me la raffineria

Il generatore di gas più semplice ha la forma di un cilindro verticale nel quale viene caricato il combustibile quasi fino in cima: legna da ardere, carbone, torba, pellet pressati, ecc. La zona di combustione si trova al di sotto, è qui, nello strato inferiore del carburante in combustione, che viene creata un'alta temperatura (fino a 1.500 gradi Celsius), necessaria per la separazione dei futuri componenti della miscela di carburante: monossido di carbonio CO e idrogeno H2 - dagli strati superiori. Successivamente, la miscela calda di questi gas entra nel frigorifero, che riduce la temperatura, aumentando così il contenuto calorico specifico del gas. Questa unità piuttosto grande solitamente doveva essere posizionata sotto la carrozzeria dell'auto. Un dispositivo di pulizia del filtro situato accanto al flusso del gas rimuove le impurità e la cenere dalla futura miscela di carburante. Successivamente, il gas viene inviato al mixer, dove viene combinato con l'aria, e la miscela finalmente preparata viene inviata alla camera di combustione del motore dell'auto.

Schema di un'auto ZIS-21 con un generatore di gas

Come puoi vedere, il sistema di produzione del carburante direttamente a bordo di un camion o di un'auto occupava molto spazio e pesava molto. Ma il gioco valeva la candela. Grazie al proprio carburante, e anche gratuito, le imprese situate a centinaia e migliaia di chilometri dalle basi di rifornimento di carburante potrebbero permettersi il proprio trasporto autonomo. Per molto tempo, questo vantaggio non ha potuto oscurare tutte le carenze dei veicoli generatori di gas, e ce n'erano molti:

— significativa riduzione del chilometraggio per rifornimento;
— riduzione della capacità di carico del veicolo di 150-400 kg;
— riduzione del volume utile del corpo;
— il problematico processo di “rifornimento” di un generatore di gas;
— una serie aggiuntiva di interventi di manutenzione ordinaria;
— l'avvio del generatore richiede 10-15 minuti;
- significativa riduzione della potenza del motore.

ZiS 150UM, modello sperimentale con gruppo generatore di gas NAMI 015UM

Non ci sono distributori di benzina nella taiga

La legna è da sempre il principale combustibile per i veicoli alimentati a gas. Innanzitutto, ovviamente, dove c'è abbondanza di legna da ardere: nel disboscamento, nella produzione di mobili e di costruzioni. Le tecnologie tradizionali di lavorazione del legno per l'uso industriale del legno nell'era del periodo di massimo splendore dei "gasgeni" sprecavano circa il 30% della massa forestale. Erano usati come carburante per le automobili. È interessante notare che le regole per il funzionamento dei "gasgeni" domestici vietavano severamente l'uso del legno industriale, poiché vi era abbondanza di rifiuti dell'industria forestale. Sia i legni teneri che quelli duri erano adatti per i generatori di gas.

L'unico requisito è che non vi sia marciume sui cunei. Come dimostrato da numerosi studi condotti negli anni '30 presso l'Istituto scientifico automobilistico e trattore dell'URSS, quercia, faggio, frassino e betulla sono i più adatti come combustibile. I grumi con cui venivano alimentate le caldaie dei generatori di gas avevano più spesso una forma rettangolare con un lato di 5-6 centimetri. I rifiuti agricoli (paglia, lolla, segatura, corteccia, pigne, ecc.) venivano pressati in apposite bricchette e con essi venivano “riempiti” anche i generatori di gas.

Lo svantaggio principale dei motori a gas, come abbiamo già detto, è il basso chilometraggio per rifornimento. Quindi, un carico di tronchi di legno sui camion sovietici (vedi sotto) era sufficiente per non più di 80-85 km. Considerando che il manuale operativo consiglia di “fare rifornimento” quando il serbatoio è vuoto al 50-60%, il chilometraggio tra un rifornimento e l'altro si riduce a 40-50 km. In secondo luogo, l'impianto stesso, che produce il gas del generatore, pesa diverse centinaia di chilogrammi. Inoltre, i motori alimentati con questo gas producono il 30-35% di energia in meno rispetto ai loro omologhi a benzina.

Carrozzeria per legna da ardere

Le auto dovevano essere adattate per funzionare con un generatore di gas, ma i cambiamenti non erano gravi e talvolta erano disponibili anche fuori dalla fabbrica. Innanzitutto, il rapporto di compressione dei motori è stato aumentato in modo che la perdita di potenza non fosse così significativa. In alcuni casi, la turbocompressione veniva addirittura utilizzata per migliorare il riempimento dei cilindri del motore. Molte auto "gasificate" erano dotate di un generatore elettrico con maggiore efficienza, poiché per soffiare aria nel focolare veniva utilizzato un elettroventilatore abbastanza potente.

ZIS-13

Per mantenere le caratteristiche di trazione, soprattutto per gli autocarri, con potenza motore ridotta, i rapporti di trasmissione sono stati aumentati. La velocità di movimento diminuì, ma per le auto utilizzate nella natura selvaggia e in altre aree desertiche e remote ciò non aveva un'importanza decisiva. Per compensare la variazione nella distribuzione del peso dovuta al pesante generatore di gas, in alcune vetture le sospensioni furono rinforzate.

Inoltre, a causa dell'ingombro dell'attrezzatura “gas”, è stato in parte necessario riorganizzare l'auto: cambiare, spostare il pianale di carico o abbattere la cabina del camion, abbandonare il bagagliaio, spostare l'impianto di scarico.

L'epoca d'oro del "gasgen" in URSS e all'estero

Il periodo di massimo splendore delle auto a gas si è verificato negli anni '30 e '40 del secolo scorso. Allo stesso tempo, in diversi paesi con un grande fabbisogno di automobili e piccole riserve petrolifere accertate (URSS, Germania, Svezia), ingegneri di grandi imprese e istituti scientifici iniziarono a sviluppare veicoli a legna. Gli specialisti sovietici ebbero più successo nella creazione di camion.

GAZ-42

Dal 1935 fino all'inizio della Grande Guerra Patriottica, presso varie imprese del Ministero dell'industria forestale e del Gulag (la direzione principale dei campi, ahimè, le realtà di quel tempo), GAZ-AA camion e mezzo e ZIS -5 camion da tre tonnellate, nonché autobus basati su di essi, furono ricostruiti per la lavorazione del legno. Inoltre, le versioni dei camion con generatore di gas venivano prodotte in lotti separati dagli stessi produttori di veicoli. Ad esempio, gli storici automobilistici sovietici citano la cifra 33.840: questo è il numero di GAZ-42 "uno e mezzo" che generano gas. A Mosca sono state prodotte più di 16mila unità del generatore di gas ZIS modelli ZIS-13 e ZIS-21.

ZIS-21

Nel periodo prebellico, gli ingegneri sovietici crearono più di 300 diverse versioni di generatori di gas, di cui 10 raggiunsero la produzione di massa. Durante la guerra, le fabbriche seriali preparavano disegni di installazioni semplificate che potevano essere prodotte localmente nelle officine di riparazione auto senza l'uso di attrezzature complesse. Secondo i ricordi dei residenti delle regioni settentrionali e nordorientali dell'URSS, nell'entroterra si potevano trovare camion a legna fino agli anni '70 del XX secolo.

In Germania durante la seconda guerra mondiale vi fu una grave carenza di benzina. Gli uffici di progettazione di due società (Volkswagen e Mercedes-Benz) furono incaricati di sviluppare versioni a gas delle loro popolari auto compatte. Entrambe le società hanno completato l'attività in un tempo abbastanza breve. Entrarono nella linea di produzione il Maggiolino Volkswagen e la Mercedes-Benz 230. È interessante notare che l'equipaggiamento aggiuntivo delle auto di serie non andava oltre le dimensioni standard delle "autovetture". La Volkswagen andò ancora oltre e creò un prototipo del Volkswagen Tour 82 ("Kübelwagen") dell'esercito "a legna".

Volkswagen Tour 82

Le macchine a legna oggi

Fortunatamente, il vantaggio principale delle auto a gas - l'indipendenza dalla rete di distributori di benzina - oggi è diventato meno rilevante. Tuttavia, alla luce delle moderne tendenze ambientali, è emerso un altro vantaggio delle auto a legna: funzionare con carburante rinnovabile senza alcun preparato chimico, senza ulteriore consumo di energia per la produzione di carburante. Come dimostrano calcoli teorici e prove pratiche, un motore a legna con le sue emissioni danneggia meno l'atmosfera rispetto a un motore simile, ma già funzionante a benzina o gasolio. Il contenuto dei gas di scarico è molto simile alle emissioni dei motori a combustione interna alimentati a gas naturale.

Eppure il tema delle auto a legna ha perso la sua antica popolarità. Sono soprattutto gli ingegneri entusiasti che, per risparmiare carburante o per fare un esperimento, convertono le loro auto personali al gas del generatore per non dimenticare i generatori di gas. Nello spazio post-sovietico ci sono esempi di successo di "gasgeni" basati sulle automobili AZLK-2141 e GAZ-24, sul camion GAZ-52, sul minibus RAF-2203, ecc. Secondo i progettisti, le loro creazioni possono viaggiare fino a 120 km ad una velocità di 80-90 km/h.

GAZ-52

Ad esempio, il GAZ-52, convertito in legna da ardere dagli ingegneri Zhytomyr nel 2009, consuma circa 50 kg di pezzi di legno ogni 100 km. Secondo i progettisti, la legna da ardere deve essere aggiunta ogni 75-80 km. Il generatore di gas, tradizionalmente per i camion, è situato tra la cabina e il cassone. Dopo aver acceso il focolare, devono trascorrere circa 20 minuti prima che il GAZ-52 possa iniziare a muoversi (nei primi minuti di funzionamento del generatore, il gas da esso prodotto non ha le proprietà combustibili necessarie). Secondo i calcoli degli sviluppatori, 1 km utilizzando la legna è 3-4 volte più economico rispetto all'utilizzo di gasolio o benzina.

Unità generatrice di gas GAZ-52

L'unico paese oggi in cui le automobili a legna sono ampiamente utilizzate è la Corea del Nord. A causa del totale isolamento globale, lì c’è una certa carenza di carburante liquido. E la legna da ardere viene ancora una volta in soccorso di chi si trova in situazioni difficili.

Durante la gassificazione la parte organica del legno viene trasformata in gas e prodotti liquidi infiammabili. La gassificazione viene effettuata in alberi verticali di dispositivi chiamati generatori di gas. Nel pozzo del generatore di gas hanno luogo tre processi principali, che possono essere grossolanamente suddivisi nelle zone indicate nello schema (Fig. 23).

Nella parte superiore del generatore di gas, il legno viene essiccato (zona I), quindi il combustibile secco viene sottoposto a bassa carbonizzazione - decomposizione termica in un flusso di gas riscaldato che si muove dalla griglia e soffia nelle tubiere fino al collo del generatore di gas (zona II).

Nella terza, ultima zona, avviene il processo vero e proprio di gassificazione, al quale ad essere sottoposto non è più il legno, ma il carbone, prodotto della carbonizzazione a bassa temperatura del legno. Qui, il carbonio del coke (carbone di legna) viene ossidato in un'atmosfera di ossigeno atmosferico fornito alla miniera attraverso la griglia e attraverso le canne di scoppio. Quando si gasificano altri tipi di combustibile solido (carbone fossile, scisto, coke e torba), a volte viene utilizzato ossigeno-vapore al posto del getto d'aria.

Quando l'ossigeno atmosferico e il coke interagiscono, l'ossidazione del carbonio può avvenire attraverso le seguenti reazioni:

A) C + 03 COa + 97 650 kcal/kg - mol;

B) C + 4- O.. ->- CO + 29 450 kcal/kg - mol.

Parte dell'anidride carbonica CO2, interagendo con il carbone del coke riscaldato ad alta temperatura, viene convertita in monossido di carbonio CO mediante la reazione

C+CO2^2CO+38.790 kcal/kg - mol.

Le osservazioni hanno dimostrato che durante la gassificazione del combustibile legnoso in uno spesso strato, a seguito delle reazioni menzionate, si forma principalmente monossido di carbonio.

Pezzi i carboni sono ricoperti da una pellicola di gas, attraverso la quale le molecole di gas si diffondono sulla superficie del carbone e i prodotti di reazione vengono rimossi dalla superficie, entrando nello spazio del gas tra i singoli pezzi del solido. L'intensità del flusso di diffusione dipende da una serie di fattori.

Quando il tasso di interazione chimica tra un solido e le molecole di gas è molto elevato, il risultato complessivo

Le interazioni tra sostanze reagenti in reazioni eterogenee dipenderanno dall'intensità dei processi di diffusione. In questo caso, il processo di gassificazione del carbone avviene nella cosiddetta regione di diffusione.

Quando la velocità di una reazione chimica tra le molecole di un solido e di un gas è un fattore decisivo, l'interazione tra le sostanze reagenti si sposta nella regione cinetica del processo.

Quando la velocità del gas aumenta e la dimensione dei pezzi di carbone diminuisce, lo spessore del film di gas diminuisce.

La velocità del processo di gassificazione nella sua regione di diffusione aumenterà con l'aumentare della temperatura e della velocità dei flussi di gas. La velocità di interazione chimica tra il carbonio del coke e le molecole del gas, cioè il processo di gassificazione stesso, nella sua regione cinetica aumenterà sempre con l'aumentare della temperatura.

La reattività del coke proveniente da carboni diversi non è la stessa ed è caratterizzata dal tasso di interazione chimica del carbonio con CO2 e vapore acqueo.

Il carbone ha una reattività maggiore rispetto, ad esempio, ai carboni fossili.

Pertanto, nel caso della gassificazione del legno, l'ossidazione del carbonio del coke di legno avverrà nella regione di diffusione del processo.

Nella zona III (gassificazione propriamente detta) si sviluppano temperature elevate. Teoricamente potrebbe essere circa 1600°. Di conseguenza, le ceneri del carburante si fondono e i dispositivi di soffiaggio si accumulano e spesso vengono distrutti. Questi fenomeni portano allo spegnimento prematuro del generatore di gas a causa dell'interruzione dell'alimentazione d'aria. Per combatterli è sufficiente aggiungere 90-120 g/n all'aria fornita al generatore di gas. l3 vapore acqueo saturo.

L'apporto di vapore all'aria compressa garantisce un leggero aumento del potere calorifico del gas.

A differenza del getto d'aria, l'umidificazione artificiale con vapore è detta getto d'aria-vapore. Il grado di umidificazione dell'abbattitore è regolato dalla sua temperatura, che solitamente viene mantenuta nell'intervallo 45-55°, e talvolta anche superiore. Aggiungendo vapore all'esplosione, la temperatura della zona di gassificazione stessa viene ridotta a 1100-1200°, che è già sicura per i dispositivi di sabbiatura.

Durante la sabbiatura vapore-aria si verificano le seguenti reazioni:

A) C+H20 -> CO+Na - 28.300 kcal/kg - mol

B) C + 2 H20 COa + 2 H2 - 17.970 kcalkg - dicono,

B) CO + H20 CO2 A ± 10 410 kcal/kg - mol.

Il vapore acqueo dell'esplosione di solito non viene consumato completamente da queste reazioni, ma del 70-75%.Con una significativa umidificazione dell'esplosione con vapore e una diminuzione della temperatura, le reazioni "a" e "b" possono spostarsi nella regione cinetica del processo.

A causa dell’inevitabile presenza di azoto nell’aria, è teoricamente possibile immaginare la formazione di CO nel gas ottenuto nella zona di gassificazione stessa durante il getto d’aria secondo la seguente equazione:

2 C + 02 + 3,76 N2 - 2 CO + 3,76 N3,

Ciò che corrisponde alla composizione del gas V frazioni volumetriche: CO -34,7%-. N2 - 65,3%.

È stato sperimentato sperimentalmente che la composizione del gas nella zona di gassificazione effettiva del coke di legno durante il getto d'aria differisce poco da quella teorica. Dall'1 kg produzione di gas di carbonio

Pari a 5,37 N. m3 s potere calorifico 1060. Da

I dati presentati mostrano che con un processo d'aria ideale, l'efficienza termica della gassificazione, contando sul freddo

5,37 1060 _ _ gas, pari a g^ = 0,7.