Holzgas powstaje na skutek przejścia paliwa stałego przez kilka następujących po sobie przemian. Jeżeli gaz drzewny ma być wykorzystany do zasilenia silnika spalinowego, po wyprodukowaniu musi zostać poddany „obróbce” mającej na celu poprawienie jego jakości.
W dokumencie tym opisane są od strony teoretycznej etapy powstawania i poprawiania jakości gazu drzewnego. Inne podejście do tematu zawarte jest w artykule „Produkcja holzgazu w praktyce”.
Suszenie
Paliwo na samym początku poddawane jest suszeniu, tj. ciepło docierające do paliwa powoduje odparowanie zawartej w nim wody. Dzieje się to przy temperaturze poniżej 200°C.
Piroliza
Następnie kolejne porcje ciepła w temperaturze z przedziału 200-600°C powodują wyodrębnienie się z paliwa jego lotnych frakcji.
Utlenianie
Powyżej 700°C następuje utlenienie znajdujących się w paliwie pierwiastków węgla i wodoru. Wynikiem tego jest powstanie tlenku i dwutlenku węgla (CO i CO2) oraz pary wodnej (H2O).
Utlenianie jest pierwszym etapem zgazowywania, na którym powstaje tlenek węgla.
W strefie tej mają miejsce następujące reakcje:
C + 0,5 O2 <=> CO + Energia
CO + 0,5 O2 <=> CO2 + Energia
C + O2 <=> CO2 + Energia
2 H + 0,5 O2 <=> H2O + Energia
Redukcja
Podczas przejścia powstałych wcześniej gazów przez warstwę rozżarzonego węgla następuje redukcja CO2 i pary wodnej do tlenku węgla CO i wodoru H2.
Na etapie redukcji powstaje wodór, a także tlenek węgla. Jest to najważniejszy etap produkcji gazu drzewnego.
W strefie redukcji mają miejsce reakcje:
C + CO2 + Energia <=> 2 CO
C + H2O + Energia <=> 2 CO + H2
C + 2 H2 + Energia <=> CH4.
Jeżeli gaz drzewny ma zostać spalony w celu uzyskania ciepła, w tym momencie jest gotowy do użycia. Spalenie tego gazu w silniku spalinowym jest niemożliwe, ponieważ gaz jest zbyt zanieczyszczony i gorący. Zanieczyszczenia spowodowałyby prawdopodobnie uszkodzenia silnika a wysoka temperatura oznacza, że gaz jest rozrzedzony i związku z tym ma niską kaloryczność w przeliczeniu na metr sześcienny.
Pierwsze (zgrubne) oczyszczenie
W tym miejscu gaz przechodzi przez pierwsze urządzenie usuwające z niego cząstki stałe (popiół, pył) i substancje smoliste. Najczęściej jest to osadnik, szybkościowy lub odśrodkowy (cyklon).
Chłodzenie
Gaz generatorowy zaraz po opuszczeniu generatora ma bardzo wysoką temperaturę (rzędu 200-600 stopni). W tej temperaturze nie może on zostać podany do silnika, ponieważ jest zbyt rzadki i niesie w sobie zbyt mało energii w przeliczeniu na jednostkę objętości. Silnik zasilony takim gazem nie będzie wcale pracować, lub nie osiągnie oczekiwanej mocy. Drugim powodem, dla którego gaz musi zostać w tym miejscu schłodzony, może być mała odporność termiczna substancji, z której wykonany jest filtr wtórny.
Na tym etapie następuje również oczyszczenie gazu generatorowego z pary wodnej, której obecność w gazie nie jest pożądana (rozcieńcza ona tylko gaz, zmniejszając jego wartość opałową, może też powodować korozję wewnętrznych elementów silnika po jego wyłączeniu). Para wodna skrapla się na ściankach chłodnicy.
Oczyszczenie wtórne
Najczęściej ma ono miejsce w filtrze wtórnym, powierzchniowym. Filtr ten to nic innego jak jakaś substancja o dużej powierzchni kontaktu z gazem, np. warstwa tkaniny lub korka, ale także drobne kawałki drewna czy nawet szyszki. Na tym etapie cząstki zanieczyszczeń niesione przez gaz przyklejają się do powierzchni substancji filtrującej.
W tym momencie gaz jest gotowy do podania go do silnika. Jest więc mieszany z powietrzem, a następnie zasysany przez silnik i spalany.
Więcej informacji na temat spalania gazu drzewnego w silnikach spalinowych znajduje się w artykule „Holzgas w silniku”.
Źródła:
[1] H.LaFontaine, P.Zimmerman – „Drewno zamiast benzyny. Jak zbudować generator gazu drzewnego i jeździć samochodem ponad 5 razy taniej?”