Gerador a gás de lenha - Wood gas generator

Dodge V10 transportando feno com gás de madeira . Sistema gaseificador Keith

Um gerador de gás de madeira é uma unidade de gaseificação que converte madeira ou carvão em gás de madeira , um gás de síntese que consiste em nitrogênio atmosférico , monóxido de carbono , hidrogênio , vestígios de metano e outros gases, que - após resfriamento e filtragem - podem ser usados ​​para fornecer energia um motor de combustão interna ou para outros fins. Historicamente, os geradores de gás a lenha eram frequentemente montados em veículos , mas os estudos e desenvolvimentos atuais se concentram principalmente em usinas estacionárias.

História

Origens

Diplomata Adler na 2ª Guerra Mundial com gerador a gás de lenha

A gaseificação foi uma tecnologia importante e comum durante o século 19 e início do século 20. O gás de cidade produzido a partir do carvão era amplamente utilizado, principalmente para fins de iluminação. Quando os motores estacionários de combustão interna baseados no ciclo de Otto se tornaram disponíveis na década de 1870, eles começaram a substituir os motores a vapor como motores principais em muitas obras que exigiam força motriz estacionária. A adoção foi acelerada depois que a patente do motor Otto expirou em 1886. O potencial e a aplicabilidade prática da gaseificação para motores de combustão interna foram bem compreendidos desde os primeiros dias de seu desenvolvimento.

Em 1873, John Lowe desenvolveu e patenteou o processo de gás de água pelo qual grandes quantidades de gás hidrogênio podiam ser geradas para uso residencial e comercial em aquecimento e iluminação. Ao contrário do gás de carvão comum, ou gás de coque, que era usado no serviço municipal, esse gás fornecia um combustível de aquecimento mais eficiente.

Durante o final do século 19, os motores de combustão interna eram comumente alimentados com gás de cidade e, durante o início do século 20, muitos motores estacionários passaram a usar gás de produção criado a partir do coque, que era substancialmente mais barato do que o gás da cidade, baseado na destilação (pirólise) de mais carvão caro.

Gaseificador Imbert em um caminhão Ford convertido em um trator, Per Larssons Antique Tractor Museum, Suécia, 2003

Durante a Segunda Guerra Mundial, a gasolina foi racionada e escassa. Devido à falta de gasolina do petróleo, os idosos se lembraram de como construir gaseificadores para madeira e carvão e como converter motores de combustão interna para funcionar com combustível gasoso, e os geradores de gás de madeira estavam em produção ativa. Na Grã-Bretanha, França, Estados Unidos e Alemanha, muitos desses geradores foram construídos ou improvisados ​​para converter madeira e carvão em combustível para veículos. Geradores comerciais estavam em produção antes e depois da guerra para uso em circunstâncias especiais ou em economias problemáticas . Alguns geradores de gás de madeira da Segunda Guerra Mundial eram do tipo downdraft "Imbert", projetado por volta de 1920 pelo inventor francês Georges Imbert .

A Alemanha produziu unidades Gazogene para veículos, incluindo carros, caminhões, tratores de artilharia e até tanques, para preservar o suprimento limitado de combustível. Mesmo em países não combatentes, como Suécia ou Brasil , o gasogene era popular, pois o petróleo se tornava difícil de obter. No Brasil, um piloto chamado Chico Landi venceu em São Paulo 's Interlagos circuito em 1944, pilotando um Alfa Romeo madeira movido a gás.

A produção de gás de cidade com base no carvão foi geralmente substituída pelo gás à base de petróleo e gás natural. No entanto, a Grã-Bretanha continuou a usar gás de cidade à base de carvão até as descobertas de gás natural do Mar do Norte nas décadas de 1960 e 1970.

Pós-Segunda Guerra Mundial

Saab 99 funcionando com gás de madeira na Finlândia. O gerador de gás está no trailer.

Quando os preços do petróleo subiram, houve um interesse renovado em geradores de gás de madeira. A Agência Federal de Gerenciamento de Emergências dos Estados Unidos (FEMA) publicou um livro em março de 1989 descrevendo como construir um gerador de gás em uma emergência quando o petróleo não estava disponível. Ele descreveu um projeto denominado "gaseificador de fluxo descendente estratificado", que resolve várias desvantagens dos tipos anteriores.

A União Europeia patrocinou um projeto de gás de madeira em Güssing , Áustria, a partir de 2005. Este projeto era uma usina elétrica com um gerador a gás de madeira e um motor a gás para converter o gás de madeira em 2  MW de energia elétrica e 4,5 MW de calor. Havia também um dispositivo experimental para usar o processo Fischer-Tropsch para converter gás de madeira em combustível semelhante ao diesel . Em outubro de 2005, era possível converter 5 kg de madeira em 1 litro de combustível.

A República Popular Democrática da Coréia ( Coréia do Norte) também é conhecida por ter caminhões que funcionam com geradores de gás de madeira. Os caminhões são comuns fora de Pyongyang e estão em vilas rurais e cidades menores. Esses caminhões são utilizados devido a sanções impostas à Coreia do Norte em relação às importações de petróleo e gás.

Projeto

Diagrama de um gerador de gás

Existe uma rica literatura sobre gás, gás de cidade, geração de gás, gás de lenha e gás de produção, que agora está no domínio público devido à sua idade.

Os geradores de gás de madeira mais bem-sucedidos em uso na Europa e nos Estados Unidos são uma variação do projeto Imbert anterior. Os geradores de gás de madeira geralmente usam madeira; entretanto, o carvão vegetal também pode ser usado como combustível. É mais denso e produz um gás mais limpo sem os voláteis do alcatrão e o conteúdo excessivo de água da madeira.

O gerador de gás de madeira FEMA é (por definição do manual FEMA) um gaseificador de emergência. Ele foi projetado para ser montado rapidamente em uma verdadeira crise de combustível. Este projeto simplificado tem benefícios distintos sobre as unidades europeias anteriores, como reabastecimento e construção mais fáceis, mas é menos popular do que o projeto Imbert anterior por causa de novos problemas significativos, que incluem a falta de uma zona de oxidação fixa e permite que a zona de oxidação rasteje para um área maior, causando queda na temperatura; uma temperatura operacional mais baixa leva à produção de alcatrão e carece de uma zona de redução real, aumentando ainda mais a propensão deste projeto para produzir alcatrão. O alcatrão no fluxo de gás da madeira é considerado um gás sujo e o alcatrão obstrui o motor rapidamente, possivelmente levando a válvulas e anéis presos.

Um novo design conhecido como gaseificador Keith melhora a unidade FEMA, incorporando extensa recuperação de calor e eliminando o problema do alcatrão. Testes na Auburn University mostraram que ele é 37% mais eficiente do que usar gasolina. Este sistema estabeleceu o recorde mundial de velocidade para veículos movidos a biomassa e fez várias viagens cross country.

As Nações Unidas produziram o documento FOA 72 com detalhes sobre o projeto e a construção de seus geradores de gás de madeira, assim como o documento técnico 296 do Banco Mundial.

Vantagens

Os geradores de gás de madeira têm uma série de vantagens sobre o uso de combustíveis de petróleo :

  • Eles podem ser usados ​​para operar motores de combustão interna (ou turbinas a gás , para eficiência máxima) usando madeira, um recurso renovável , e na ausência de petróleo ou gás natural , por exemplo, durante uma escassez de combustível.
  • Eles têm um ciclo de carbono fechado , contribuem menos para o aquecimento global e são sustentáveis ​​por natureza.
  • Eles podem ser fabricados com relativa facilidade em uma crise, usando os materiais disponíveis.
  • Eles têm uma queima muito mais limpa do que uma lareira ou um motor movido a gasolina (sem controle de emissões ), produzindo pouca ou nenhuma fuligem.
  • Quando usados ​​em um projeto estacionário, eles atingem seu verdadeiro potencial, pois são viáveis ​​para uso em pequenos cenários combinados de calor e energia (com recuperação de calor do produtor de gás de madeira e, possivelmente, do motor / gerador, por exemplo, para aquecer água para aquecimento hidrônico ), mesmo em países industrializados, mesmo em tempos econômicos bons, desde que um suprimento suficiente de madeira seja possível. Instalações em grande escala podem obter eficiências ainda melhores e também são úteis para aquecimento urbano .

Desvantagens

As desvantagens dos geradores de gás de madeira são:

  • o grande tamanho específico
  • a velocidade inicial relativamente lenta; o tempo para aquecer o lote de madeira inicialmente frio até o nível de temperatura necessário pode levar muitos minutos e, em fábricas maiores, até mesmo horas até que a potência projetada seja atingida.
  • uma operação de queima em lote, que alguns projetos apresentam, e que regularmente interrompe o processo de produção de gás.
  • a operação de parada fora de um alto nível de carga é difícil (por exemplo, a parada do motor usando o gás): o calor residual ainda produz gás, que por um certo tempo deixa o gaseificador sem controle, ou tem que ser usado em um queimador
  • o combustível-gás combustível primário produzido durante a gaseificação é o monóxido de carbono : é um produto combustível intencional e é subsequentemente queimado em dióxido de carbono seguro no motor (ou outra aplicação) junto com os outros gases combustíveis; no entanto, a exposição contínua ao monóxido de carbono pode ser fatal para os humanos, mesmo em concentrações pequenas a moderadas.
  • a umidade da madeira (geralmente 15 a 20%) e o vapor de água criado pelos átomos O e H da própria madeira seca (cerca de 0,4 litros de água carregada com substâncias orgânicas por kg de madeira seca) condensa durante o gás procedimento de resfriamento e filtragem e produz um líquido (ver também alcatrão de madeira ), que precisa de tratamento específico de águas residuais. Este tratamento requer cerca de 25 a 35% da energia de gás de madeira gerada.

Consideração de segurança

Quando não é projetado e usado com cuidado, existe um potencial considerável de ferimentos ou morte devido ao gás de madeira que contém uma grande porcentagem de gás monóxido de carbono (CO) venenoso . Os gaseificadores de madeira de projeto comprovado e construção totalmente testada são considerados seguros para uso ao ar livre ou em um espaço parcialmente fechado, por exemplo, sob um abrigo aberto ao ar nos dois lados; eles também podem ser considerados relativamente seguros para uso em uma área interna extremamente bem ventilada (por exemplo, pressão negativa ) não conectada a qualquer área interna usada para dormir, equipada com carbono redundante (mais de 1), completamente independente, alimentado por bateria e testado regularmente - detectores de gás monóxido . No entanto, a prudência deve ditar que qualquer tipo de projeto experimental de gaseificador de madeira ou nova construção seja completamente testado ao ar livre, e apenas ao ar livre, com um "amigo" em todos os momentos, e com vigilância constante para qualquer sinal de dor de cabeça, sonolência ou náusea, como estes são os primeiros sintomas de envenenamento por monóxido de carbono.

Além disso, misturas de quantidades excessivas de ar e gás devem ser evitadas, pois isso pode levar à deflagração (explosão) do gás em questão se uma fonte de combustão estiver presente. O armazenamento de longo prazo de gás de lenha, exceto através do uso de um aparelho de deslocamento de água do tipo gasômetro , não deve ser tentado, devido aos elementos voláteis presentes no gás, que, se for permitido precipitar excessivamente, se condensará no recipiente de armazenamento. Sob nenhuma circunstância o gás de madeira deve ser comprimido a mais de 1 bar (15 psi) acima do ambiente, pois isso pode induzir a condensação de voláteis, bem como levar à probabilidade de ferimentos graves ou morte devido ao monóxido de carbono ou deflagração se o o navio vaza ou falha.

Cobertura da mídia

Em 2008, um exemplo de projeto e construção de um caminhão movido a gerador de gás de madeira foi mostrado no Planet Mechanics do National Geographic Channel no oitavo episódio, "Tree Powered Car".

Em 2009, outro exemplo de projeto e construção de um motor gerador movido a gás a lenha foi na série de TV The Colony, no segundo episódio da primeira temporada "Power Struggle". Também usado no décimo episódio "Exodus" para fornecer energia a um veículo de fuga.

Este caminhão bateu o recorde de velocidade em terra para veículos movidos a biomassa em setembro de 2011

Um artigo do Mother Earth News de 2010 discutiu e mostrou fotos de um motor movido a gás a lenha instalado em uma caminhonete. Como parte da série científica da BBC "Bang Goes The Theory", um Volkswagen Scirocco foi convertido em um projeto de Martin Bacon para funcionar com borra de café usada e, após sua construção em 2010, foi movido exclusivamente com café de Londres a Manchester com sucesso. Parte da equipe agora está trabalhando em um design mais avançado, voltado para a velocidade máxima em oposição ao alcance.

Em 14 de setembro de 2011, em Bonneville Salt Flats, um caminhão modificado com um motor movido a gás de lenha estabeleceu um novo recorde mundial de velocidade para veículos movidos a gás de lenha com velocidade de 73 mph.

No popular programa de rádio dos EUA, Car Talk , uma pessoa que ligou no episódio 1201 (que foi ao ar em 7 de janeiro de 2012 e posteriormente foi chamada de "20 Miles Per Woodchip"), descreveu um veículo gerador de gás de madeira em que ele montou quando era menino durante a Guerra Mundial II na Alemanha. Os hosts não estavam familiarizados com a tecnologia, provavelmente porque ela nunca foi amplamente adotada nos Estados Unidos.

Em 12 de março de 2012, em um episódio da 2ª temporada de Doomsday Preppers , um gerador a gás de madeira é mostrado operando um caminhão Ford e um gerador elétrico doméstico pelo prepper Scott Hunt em sua propriedade de vários acres na floresta na Carolina do Sul.

A sitcom de TV sérvia "Truckdrivers 2" (= "Kamiondzije II") de 1983. fala, como parte da trama, sobre um gerador de gás afixado no chassi de um caminhão.

Um artigo apareceu no Mother Earth News em abril de 2012 apresentando o gaseificador Keith, mostrando fotos e conversando com o inventor Wayne Keith.

No documentário da BBC Wartime Farm , Episódio 5 (exibido em outubro de 2012), eles construíram uma ambulância movida a gás carvão de acordo com as especificações de um veículo movido a gás de 1943.

Na terceira temporada de Mountain Men On The History Channel, Eustice Conway é mostrado operando uma picape Toyota gaseificada de madeira para transportar mercadorias

O primeiro-ministro finlandês Juha Sipilä recebeu alguma atenção da mídia também por causa do carro movido a gás de madeira que ele construiu como um hobby antes de sua carreira política. O "El Kamina", modelo Chevrolet El Camino de 1987 , é o carro movido a gás de madeira mais rápido, 140 km / h, 87 mph. Consulte http://www.ekoautoilijat.fi/tekstit/kuvatekstit/ElCamina.htm .

Lista de sistemas disponíveis comercialmente

Existem apenas algumas empresas que produzem sistemas de gaseificação de madeira comercialmente. Uma lista pode ser encontrada aqui abaixo. Como os sistemas de gás de madeira tendem a ser bastante grandes, a maioria se concentra em aplicações estacionárias (produção de eletricidade). Alguns podem ser adequados para construção em veículos.

Veja também

  • Motor a gasolina
  • Motor-gerador ; pode ser ligado ao gaseificador sobre um carro de gás de madeira através de um tubo de gás de madeira, por este meio também ser capaz de produzir energia, quando o motor do veículo não está a funcionar, com efeito formando um veículo-grade sistema
  • Trocador de calor de exaustão : pode ser usado para ajudar a aquecer o gaseificador de madeira, aumentando a saída de gás do gaseificador de madeira
  • Motor Stirling : outro motor que pode usar o calor da madeira, em vez de precisar primeiro convertê-lo em gás de madeira
  • Motor de ar quente : semelhante ao motor stirling, pode usar calor diretamente e pode funcionar em madeira

Referências

Leitura adicional

links externos