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Funktion und Chemie des Gaserzeugers
Die Anlage am Kadett ist ein Wisco- Braunkohlevergaser, welcher auch mit Holzkohle oder Holz betrieben werden kann. Zur Erklärung der Vorgänge im Gaserzeuger greife ich aber auf die prinzipiell identische Imbert- Anlage zurück, da diese historisch am besten dokumentiert ist und als Vorbild aller weiteren Gaserzeuger bezeichnet werden kann.
Der Fahrzeug- Gaserzeuger ist eine Sauggas- Anlage. D.h. der Motor saugt sich seine benötigte Gasmenge aus dem Gaserzeuger an. Zu Beginn übernimmt ein Ventilator die Funktion des Motors und saugt Luft durch das gesamte System. Am Eintrittsloch vom Herd des Gaserzeugers wird eine brennende Lunte hingehalten, die Sogwirkung zieht die Flamme in den Herd und facht den Generator an.
Je nach Typ kann nach 7 bis 15 Minuten das Gas am Ventilatoraustritt angezündet werden. Sitzt die Flamme ruhig auf dem Austrittsrohr und brennt rötlichblau und gleichmässig, so wird der Ventilator ausgeschaltet und die Ventilatorklappe geschlossen. Unter Betätigung des Anlassers wird die Luftdrosselklappe langsam geöffnet, bis ein zündfähiges Gasgemisch entsteht und der Motor anspringt.
Meist wird kurz nach dem Anlassen das Gas schlechter. Dieses soge-nannte Gasloch wird mittels Vollgas und etwas geschlossener Luftklappe überwunden, anschliessend ist das Fahrzeug betriebsbereit. Stirbt der Motor in diesem Moment ab, so muss erst wieder einige Minuten ventiliert und erst danach der Anlassvorgang wiederholt werden.
Absteigender Gaserzeuger:
Schematische Darstellung
Die angesaugte Luft verteilt sich durch Düsen in das Herdinnere. In der Nähe der Düsen, d.h. in der Oxiationszone vergast die bei der Inbetriebnahme angezündete Holzkohle mit der eintretenden Luft teilweise zu brennbarem Kohlenmonoxid CO, teilweise auch zu nicht brennbarem Kohlendioxid CO2. Dieses wird nachfolgend zum Teil in der glühenden Holzkohle unterhalb des Herdes wieder zu Kohlenmonoxid CO umgewandelt. Der dabei verbrauchte Treibstoff, in diesem Fall in Form von Holz, rutscht von oben nach unten nach.
Trockenzone:
Dem Holz wird bei ca. 170° durch die aufsteigende Wärme das Wasser in Form von Wasserdampf ausgetrieben.
Schwelzone:
Das Holz wird bei ca. 500° ver-schwelt. Dabei entstehen Holzessig (Essigsäure und Methan) sowie Teer.
Verkohlungszone:
Bei ca. 700° findet die allmähliche Umwandlung des Holzes in Holzkohle statt.
Oxidationszone:
Die Holzkohle wird bei bis ca. 1400° verbrannt. Die dabei entstehende Wärme hält die Verkohlung in Gang.
Wie vorher beschrieben, entstehen beim Verschwelprozess ausserdem Wasserdampf, Holzessig und Teer. Auch diese Bestandteile passieren den Herd.
Das Wasser wird bei den hohen Temperaturen zu Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt, ausserdem wird der Holzessig zu Methan CH4 umgewandelt.
Der Teer schliesslich (langfädige CH- Verbindungen) wird in flüchtigere Bestandteile gecrackt. Die hiefür notwendige Temperatur darf keinesfalls unterschritten werden. Deshalb ist der Herd zwischen Oxidations- und Reduktionszone konisch eingezogen, sodass sich in allen Lastzuständen eine Zone hoher Temperatur bildet.
Ein Teil der Holzkohle fällt unverbrannt durch den Herd und bildet die sogenannte Reduktionszone. Hier findet bei ca. 500°C eine teilweise Umwandlung der nicht brennbaren Gase in brennbare Gase statt.
Reduktionszone:
Teilweise Umwandlung von CO2 zu CO
In der Sprache des Chemikers lässt sich der Vorgang folgendermassen ausdrücken:
Oxidation
C + O2 = CO2 (wärmeerzeugend)
Wasserstoffbildung
CO + H2O = CO2 + H2 (schwach wärmeerzeugend)
C + H2O = CO + H2 (wärmeverzehrend)
C + 2H2O = CO2 + 2H2 (wärmeverzehrend)
Reduktion
CO2 + C = 2CO (wärmeverzehrend)
Die Zusammensetzung des Gases ist durchschnittlich wie folgt:
Kohlenmonoxid CO 23%
Wasserstoff H2 18%
Methan CH4 2%
Kohlendioxid CO2 10%
Stickstoff N2 47%
Der untere Heizwert beträgt ca. 1200 - 1400 kcal/m3
Der Luftbedarf zur Verbrennung im Motor ist etwa 1.0 - 1.2, sodass der effektive Gemischheizwert etwa 600 kcal/m3 beträgt.
Der Leistungsabfall gegenüber Benzin beträgt somit rein durch den geringeren Heizwert ca. 27-35%. Ein weiterer Leistungsabfall ergibt sich durch den geringeren Füllungsgrad des Motors (Strömungswiderstand im Generator) sowie durch die langsamere Zündgeschwindigkeit des Generatorgases.
Als Gegenmassnahme wurden die Motoren höher verdichtet oder aufgeladen, ausserdem erfolgte die frühere Zündung durch eine manuelle Zündverstellung, welche effektiv nach Gefühl eingestellt wurde. Zudem verfügten die Anlagen über Manometer, sodass bei beginnender Verstopfung der Filter oder des Herdes rechtzeitig reagiert werden konnte.
Nach der Gaserzeugung wird das noch stark verschmutzte Gas in geeigneten Filtern gereinigt und mittels Gaskühler gekühlt, um die Dichte und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Als Brennstoff kommen bei einem Vergaser der beschriebenen Bauart (absteigende Vergasung) verschiedene Brennstoffe in Frage. Während in der Schweiz hauptsächlich Holz verwendet wurde, waren in Deutschland je nach Gegend Torf- und Braunkohlebriketts im Einsatz.
Für meinen Kadett verwende ich zwischendurch auch Holzkohle. Dies ist ein sehr unproblematischer, weil vorverschwelter Treibstoff. Dafür ist Holzkohle natürlich nicht gerade billig und der Heizwert ist begrenzt, weil weniger Wasserstoff entsteht. Die Anlage wird mit Holzkohle am wenigsten korrosiv belastet, auch entsteht kaum Teer. Während dem zweiten Weltkrieg war Holzkohle Mangelware und viel zu kostbar, um sie in Gaserzeugern zu verfeuern.
1 Liter Benzin entspricht:
ca. 2.5 - 3.0 kg Hartholz
ca. 3.0 - 3.5 kg Torf (Vorstadium von fossiler Kohle)
ca. 1.5 - 2.0 kg Braunkohle (hierzulande als Unionbriketts bekannt)
Quelle www.Holzvergaser.ch
Vielen Dank an Daniel Hagen für die Bereitstellung der Inhalte.
