Od biomasy do biogazu

Ed Burton wykorzystuje kawałki drewna do produkcji biogazu [tak naprawdę, w całym artykule mowa o gazie drzewnym a nie o biogazie — przyp. tłum.] bogatego w wodór.

Zdjęcia i tekst: Byron Anderson.
Tłumaczenie: Krzysztof Lis.
Oryginalna wersja artykułu znajduje się pod adresem http://www.clean-air.org/Ed Bur­ton Sto­ry/wood_chips_to_bio.htm

Wstęp: zagrożenie pożarowe w Kalifornii

Przez większą część roku Kalifornijskie wybrzeże i wzgórza stanowią piękny ekosystem, jednakże od lipca do października miejsca te są areną niszczących pożarów, podsycanych przez suche wiatry i wysokie temperatury. Tereny te porośnięte są przez wiele różnych gatunków krzewów i drzew, które bardzo łatwo się palą i przez to stanowią zagrożenie dla zabudowań mieszkających tam ludzi.

Zniszczenia lasów i dobytku są olbrzymie. Kalifornijski Departament Leśnictwa (CDF) ocenia, że w roku 2001 miało miejsce 6223 pożarów w stanie Kalifornia, w ich wyniku spłonęło 90985 akrów. Gaszenie tych pożarów kosztowało 109 milionów dolarów. Uszkodzenia budynków (domów mieszkalnych, obiektów handlowych i innych) oceniono na 87295001 dolarów, 389 budynków zostało zniszczonych.

Aby chronić się przed pożarem, właściciele domów znajdujących się na zagrożonych terenach powinni oczyszczać las wokół swoich nieruchomości z leżących gałęzi.

Wycieczka do Willits

W listopadzie 2002 roku autor odwiedził miejscowość Willits w Kalifornii, w której spotkał się z Edem Burtonem aby zapoznać się z jego systemem wykorzystywania kawałków drewna. Ed, emerytowany leśnik, opracował system oczyszczania lasu w celu zmniejszania zagrożenia pozarowego przy wykorzystaniu gotowych i zbudowanych przez siebie narzędzi. Produktem ubocznym tego systemu jest bogaty w wodór biogaz [w zasadzie nie biogaz, a gaz drzewny — przyp. tłum.], którym zasila silnik. Z pomocą doświadczenia zdobytego w pracy leśniczego i zapału do majsterkowania Ed rozwiązał poważny problem w sposób, który stwarza szansę zarobku. Jego rozwiązaniem jest zestaw kilku technologii, bezpiecznych dla środowiska, przygotowanych do zastosowania na pagórkowatym terenie i łatwych w obsłudze.

Podstawą „polowego arsenału” Eda jest przerobiony samobieżny traktorek ogrodniczy. Ed nazywa go „przetwarzającym chrust wzgórzołazem”.
Ed zaczyna od cięcia gałęzi i małych drzewek na kawałki długości 30-45 cm.

„Zacisk do gałęzi” jest prostym i jednocześnie skutecznym sposobem mocowania nieruchomo gałęzi by Ed mógł je oczyścić i pociąć swoją elektryczną pilarką. Ed woli używać narzędzi elektrycznych jeśli tylko ma taką możliwość, ponieważ są cichsze, przyjemniejsze w obsłudze, łatwiejsze do naprawiania i mniej męczą podczas użytkowania.

Małe gałęzie o grubości mniejszej niż 3,5 cm trafiają do rozdrabniarki zbudowanej przez Eda. Jest to wolnoobrotowe urządzenie, które samo wciąga gałęzie i rozdrabnia je na pięciocentymetrowe kawałki, które następnie pakowane są do worków na czas transportu.

Sekretem tego urządzenia jest spiralne ostrze własnej konstrukcji — efekt kilku miesięcy eksperymentów i udoskonalania.

Drugim elementem arsenału Eda jest samobieżny „Wózek Jergensona”, zbudowany przez kolegę Eda, Phila Jergensona. Wózek ten służy do przerabiania większych kawałków drewna. Zasilany jest dwunastowoltowym akumulatorem, posiada przetwornicę do zasilania większych pilarek. Posiada on również pojemnik na narzędzia oraz wbudowaną „wiązarkę” do polan (poniżej). Wózek służy do dojechania na miejsce pracy i z powrotem do samochodu, mieści się z tyłu pickupa.

Na tym zdjęciu Ed umieścił w „wiązarce” gotowe do spalenia w kominku polana o długości 40 cm i wiąże je razem przy użyciu bardzo wytrzymałej taśmy samoprzylepnej. Obok widoczna mała gaśnica.

Polana są już gotowe aby przywieźć je do spalenia w kominku, kotle na drewno czy w ognisku.
Polana mogą również zostać sprzedane.

Jak już zostało wspomniane, chrust jest rozdrabniany na kawałki odpowiednie do suszenia. Ed pakuje je w worki i transportuje do swojej „stacji biomasy”. Rozdrobnione gałęzie trafiają do przerobionego pojemnika na śmieci, w którym poddawane są suszeniu z wykorzystaniem wymiennika na ciepłą wodę ogrzewaną przez słońce, cały ten układ został zbudowany i zaprojektowany przez Eda.

Widoczne na zdjęciu panele słoneczne własnej konstrukcji zapewniają ciepło potrzebne do suszenia drewna. Na górze zdjęcia widać ogniwo fotowoltaiczne, które zasila pompę i dmuchawę.

Na zdjęciu widzimy zielony i brązowy pojemnik do suszenia drewna. Na środku znajduje się zbiornik wody do ogniw słonecznych. Przewodem idącym od góry ogniwa woda o temperaturze 65°C przepływa do pudła, w którym umieszczona jest mała samochodowa chłodnica. Zasilana przez ogniwo fotowoltaiczne dmuchawa tłoczy powietrze przez chłodnicę a następnie czarnymi rurami do obydwu pojemników, wloty umieszczone są na dole pojemników. Gorące powietrze unosi się do góry i powoduje wysychanie drewna.

Termometr umieszczony na wierzchu sterty drewna w pojemniku wskazuje 40°C (temperatura powietrza tego dnia wynosiła 18°C). Woda docierająca do chłodnicy miała temperaturę 69°C, powietrze po przejściu przez chłodnicę nagrzewało się do 42°C. Przez większą część roku suszarnia ta jest w stanie zmniejszyć wilgotność drewna do 10-15%.

Po wysuszeniu (do mniej niż 10% wilgotności względnej) kawałki drewna trafiają do zbudowanego przez Eda gazogeneratora. Jest on oparty na konstrukcjach generatorów z czasów II Wojny Światowej. Zgazowywacz składa się z dwóch części, A i B (patrz rysunek). A – część górna, wykonana z przerobionego kosza na śmieci, jest zbiornikiem paliwa dla generatora. Stamtąd kawałki drewna trafiają niżej do strefy zgazowania. Dolna część B jest podzielona. Na samym dnie znajduje się palnik na propan służący do rozpalania drewna oraz otwór do wybierania popiołu. W górnej części B znajduje się pionowa rura, wpuszczona w dół paleniska. Przechodzące przez nią kawałki drewna są powoli „prażone” przez ciepło, zużywając przy tym cały dostępny tam tlen. Powstały gaz bogaty jest w tlenek węgla, wodór i metan [razem te trzy gazy stanowią objętościowo 40-60% gazu — przyp. tłum.], opuszcza on palenisko i przepływa do filtru „Bionox”. Wbrew temu, co mogłoby się wydawać, dym nie unosi się przez otwarty otwór do ładowania drewna. Całe urządzenie pracuje na wytwarzanym przez zasilany silnik podciśnieniu, które zmusza gaz do przepływu we właściwym kierunku.

Ostatnim etapem jest filtr gazu „Bionox”. Gaz z generatora dociera do filtra przewodem z prawej strony, do pierwszej strefy. Wewnątrz obudowy filtra znajduje się skruber — wirujące dyski rozpylające wodę, która „wypłukuje” cięższe zanieczyszczenia z gazu. Skruber również nawilża gaz, wzbogacając go w parę wodną, co jednocześnie powoduje obniżenie jego temperatury. Zapewnia to ciepłe środowisko życia dla bakterii. Drugim etapem oczyszczania gazu jest jego przejście przez pojemnik z końskim nawozem. Dno tego pojemnika umieszczone jest mniej więcej w połowie wysokości filtra, w dnie wykonane są otwory, które pozwalają by gaz przez to medium filtrujące przepłynął. Zanieczyszczenia z ciepłego i wilgotnego gazu (związki siarki, pył) osiadają w nawozie i stają się pożywką dla rozwijających się tam bakterii. Nawóz można raz na jakiś czas wzruszyć by wydłużyć czas jego przydatności do filtrowania. Po przepracowaniu w filtrze nawóz ten nadaje się do nawożenia upraw z powodu dużej zawartości węgla i azotu. Oczyszczony gaz opuszcza filtr przewodem po lewej stronie rysunku, następnie trafia do silnika. Produktem tego filtra jest doskonały nawóz i oczyszczony gaz drzewny.

Cały układ widoczny jest na zdjęciach powyżej. Pokrywa filtra jest zdjęta, podczas pracy filtr jest szczelnie zamknięty.

Silnik uruchamiany jest najpierw na propanie. Gdy generator zostanie rozpalony i pozostałe elementy układu są już gotowe do pracy, następuje stopniowe otwarcie zaworu dostarczającego gaz drzewny. Gdy jest w pełni otwarty zapewnia wytwarzanie przez silnik odpowiedniego podciśnienia do poprawnej pracy gazogeneratora. Aktualnie Ed nie posiada urządzeń pozwalających zmierzyć skład gazu. Według literatury podobne gazogeneratory w czasie II Wojny Światowej produkowały gaz drzewny o zawartości wodoru 7-22%, retorty Roche’a (urządzenia podobne do projektu Eda) nawet 45% [w tym przypadku mam wrażenie, że ta niższa wartość jest bardziej prawdopodobna — przyp. tłum.]. Ed liczy na to, że ktoś posiadający odpowiedni sprzęt pomoże mu uzyskać dokładne dane. Chce on skoncentrować się na zbieraniu drewna w lasach i jego suszeniu oraz oczyszczaniu gazu z użyciem filtra „Bionox”. Ponieważ powstały gaz drzewny jest bogaty w wodór, w spalinach nie ma węglowodorów. Głównym składnikiem spalin jest para wodna, stąd Ed zakłada, że emisja tlenku węgla jest niska [nie za bardzo… — przyp. tłum.]. Silnik może być wykorzystany do zasilania agregatu prądotwórczego lub wykonywania innego rodzaju pracy.

Podsumowanie

Ed Burton opracował system pozwalający na zmniejszenie zagrożenia pożarowego przy jednoczesnym wytworzeniu kilku wartościowych produktów: polan i rozdrobnionych kawałków drewna do sprzedania lub wykorzystania w palenisku, wzbogacony w minerały nawóz i gaz drzewny, który może nawet zostać sprężony i przechowany do późniejszego wykorzystania.

Ed Burton jest osiągalny w USA pod numerem telefonu 707-459-6219

'Wszystko to zbudowałem z pomocą mojego kieszonkowego komputera.’

Dziękuję Edowi za pomoc przy pisaniu artykułu.

Komentarz od tłumacza

Przede wszystkim zaznaczyć należy, że gazogenerator ten nie został zaprojektowany przez Eda Burtona, jest to odwrotnociągowy (współprądowy) gazogenerator warstwowy opisany w publikacji „Drewno zamiast benzyny. Jak zbudować generator gazu drzewnego i jeździć samochodem ponad 5 razy taniej?”.

Spaliny z silnika przestawionego na gaz drzewny zawierają więcej tlenku węgla niż w przypadku benzyny, o ile się tego silnika naprawdę dobrze nie wyreguluje. Nawet wtedy może to być jednak trudne, bo gaz drzewny zawiera sporo tlenku węgla, więc siłą rzeczy w spalinach musi być go więcej niż w przypadku benzyny.

Sprężenie gazu drzewnego jest nieopłacalne, ponieważ jego wartość opałowa jest bardzo niska — rzędu kilku MJ na normalny metr sześcienny (wynika to z dużej zawartości azotu w gazie). Dlatego raczej się tego nie stosuje.