木質ガスは、ガソリン、ディーゼルまたは他の燃料の代わりに炉、ストーブおよび車両の燃料として使用することができるシンガス燃料である。 製造プロセス中、バイオマスまたは他の炭素含有材料は、木材ガス発生器の酸素制限された環境内でガス化され、水素および一酸化炭素を生成する。これらのガスは、二酸化炭素、水および熱を生成するために、酸素に富む環境内で燃料として燃焼することができる。 いくつかのガス化装置では、このプロセスの前に熱分解が行われ、バイオマスまたは石炭は最初にチャーに変換され、多環式芳香族炭化水素に富むメタンおよびタールが放出される。
歴史
最初の木質ガス化装置は1839年にGustav Bischofによって建造されました。木材ガスで動力を与えられた最初の車両は1901年にThomas Hugh Parkerによって建設されました。1900年頃、多くの都市で合成ガス（石炭から中心的に生産された） 天然ガスは1930年にのみ使用され始めました。
化石燃料の配給の結果、第二次世界大戦中に木質ガス車が使用された。 ドイツだけでも、戦争の終わりに約50万台の「プロデューサーガス」が使用されていました。 トラック、バス、トラクター、オートバイ、船舶および列車には、木質ガス化装置が装備されていた。 木質ガスの人気がまだ高まっていない1942年には、スウェーデンに約73,000台、フランスに65,000台、デンマークに10,000台、スイスに約8,000台の木材ガス車があった。 1944年、フィンランドには43,000台の「木製モビール」があり、そのうち3万台がバスとトラック、7,000台の自家用車、4,000台のトラクター、600台のボートがありました。
木質ガスは、とりわけ、自動車の内燃機関を駆動するために使用された。 発電機は車体の外に建てられたか、トレーラーとして運ばれた。 技術システムである木質ガス化炉は薪で満たされ、固定床ガス化炉として機能した。 加熱することにより、可燃性ガス混合物（木材ガス）が木材から逃げた。 1950年代初めまでは、ドイツでは特定の運転免許証を持った小さなトラックが多数使用されていました。そのためには、認定され承認されたブナログのみを使用する必要がありました。 1リットルのガソリンは3kgの木材から得られるガスの量で置き換えることができました。 木材ガス化のために特別に乾燥され、適切なサイズに細断された木材は、タンク材と呼ばれ、いわゆるタンクウッド工場で生産され貯蔵された。
第二次世界大戦の終わりには、ドイツに約50万台の発電用ガス車または木製ガス車がありました。その供給は、関連する給油所を備えた燃料薪および他の発電用燃料のために、電力発電会社の省から提供された。
ソビエト連邦では、木炭貨物を大量に生産していた。 特に注目すべきは、ZIS-21（ZIS-5に基づく）とGAZ-42のモデルであり、そのうち1939年から1946年にかけて約35,000部が生産された。 1930年代と1940年代の燃料供給はまだ確保されていなかった。
リヒテンシュタインのSchaanwaldにはバイクからトラクターまで約70台の木製ガス車を備えた民間の博物館があります。 ヴィンテージ車は道路に合っており、家具工場の無駄遣いで運行されています。
木質ガス化炉は、自動車用および工業用発電機として、中国およびロシアで製造されている。 木質ガス化炉で改造されたトラックは、農村部、特に東海岸の道路で北朝鮮で使用されている。
20世紀末から21世紀初頭にかけての再生可能な原材料の利用に関する議論の一環として、木材ガス化および他の有機物質、特に有機残留物のガス化により、ガス状燃料の熱回収発電が再開され、個々のデモプラントで実施された。 この純粋にエネルギッシュな使用に基づいて、バイオ燃料および化学工業製品の化学合成の原料としての製品ガスの使用もまた、特にBtL燃料、ジメチルエーテルおよびメタノール。 その後のメタ生成および処理により、代替天然ガス（SNG）として天然ガスグリッドに供給することができる。 水素を50％以上含む高品質の製品ガスは、いわゆるバイオ水素とも呼ばれます。
プロパティ
木質ガスは、主に一酸化炭素34％およびメタン13％、ならびにエチレン2％および水素2％の微量成分、ならびに窒素1％、二酸化炭素49％および二酸化炭素のような不燃性成分を含む燃焼成分からなる水蒸気。 木質ガスは、通常の条件下で空気よりも約1.5kg / m 3高い。 木材ガスの発熱量は、従来の自熱ガス化では約8.5MJ / m 3であり、恒温ガス化では12MJ / m 3以上である。
この製造によれば、木質ガスの組成は大きく変わることがある。 空気（21体積％の酸素、78体積％の窒素）を使用する場合、生成ガスは非常に高い割合の窒素を含み、これはガスの発熱量に寄与せず、水素収率を低下させる。 対照的に、生成ガスは、酸素および水蒸気を使用するとき窒素を含まず、従って、より高い発熱量および高い水素収率を有する。
使用法
内燃エンジン
木質ガス化装置は、火花点火エンジンのいずれかに電力を供給することができ、通常の燃料の全てを炭化物にほとんど変化させることなく、またはディーゼルエンジンで、スロットルバルブを有するように修正された吸気口にガスを供給するすでにそれを持っている。 ディーゼルエンジンでは、ディーゼル燃料はまだ混合ガスに点火する必要があるため、機械的に調整されたディーゼルエンジンの「停止」リンケージとおそらくは「スロットル」リンケージを変更して、エンジンに少量の燃料アイドルあたりの噴射量。 木質ガス化装置が取り付けられている場合、通常の内燃機関で自動車に動力を供給するために使用することができます。 この戦争により、油への簡単で費用効果の高いアクセスが妨げられたため、これは第二次世界大戦中にヨーロッパ、アフリカ、アジアのいくつかの国々で非常に人気がありました。 より最近では、木質ガスは、開発途上国で加熱して調理したり、内燃機関と組み合わせて電気を生産するクリーンで効率的な方法として提案されています。 第二次世界大戦の技術と比較して、ガス化装置は、洗練された電子制御システムの使用により、常に注意を払う必要性が少なくなりましたが、清浄なガスを得ることは依然として困難です。 ガスの浄化と天然ガスパイプラインへの供給は、既存の燃料補給インフラストラクチャにリンクするための1つの方法です。 フィッシャー・トロプシュ法による液状化は別の可能性である。
ガス化装置システムの効率は比較的高い。 ガス化段階は、燃料エネルギー含有量の約75％を内燃機関の燃料として使用できる可燃性ガスに変換する。 長期実用実験と木質ガス動力車による10万キロメートル（62,000マイル）以上のエネルギー消費は、ガソリンを使用した同じ自動車のエネルギー需要と比較して1.54倍高かったガソリンを供給するために木材を収穫し、処理し、輸送するためのエネルギーを除いて、ガソリンが得られる原油を輸送し、精製する。 これは、類似の運転条件で同じ運搬条件で、同じように改造されていない乗物で、実際の輸送中に1,000キログラム（2,200ポンド）の木材可燃物が365リットル（96 US gal）のガソリンに相当することが判明したことを意味します。 これは、燃料の他の精錬が必要ないので、良好な結果であると考えられる。 この研究ではまた、システムの予熱やガス発生システムの余分な重量の運搬などの木質ガスシステムのすべての可能性のある損失を考慮しています。 発電では、報告された燃料需要は、キロワット時電力当たり1.1kgの木材可燃物です。
多くの場合、他の用途はない籾殻を使用して、遠隔のアジアのコミュニティのためにガス化装置が建設されている。 ビルマの1つの施設では、80kWの改造されたディーゼル発電機を、約500人の人々に使用しています。 灰はバイオ炭肥料として使用することができるので、これは再生可能燃料と考えることができます。
内燃機関からの排ガス放出は、ガソリンよりも木質ガスで著しく低い。 特に炭化水素の排出量は木質ガスでは低い。 通常の触媒コンバーターは木質ガスで良好に機能しますが、それがなくても、ほとんどの自動車エンジンで20ppm未満のHCと0.2％未満のCOを簡単に達成することができます。 木質ガスの燃焼は微粒子を発生させず、したがってガスはモーターオイル間にカーボンブラックをほとんど生じさせない。
ストーブ、調理、炉
特定のストーブの設計は、事実上、上昇気流の原理で働くガス化装置である。空気は、籾殻の柱となりうる燃料を通り抜け、燃焼され、次いで、表面の残留炭化物によって一酸化炭素に還元される。 次いで、得られたガスは、同心管を経て加熱された二次空気によって燃焼される。 このような装置はガスストーブのように非常に動作します。 この配置は、中国のバーナーとしても知られています。
ダウンドラフトの原則に基づいており、通常ネストされたシリンダで構築された代替ストーブも高い効率を提供します。 上部からの燃焼はガス化ゾーンを作り、ガスはバーナチャンバの底部に位置するポートを通って下方に逃げる。 ガスは、追加の流入空気と混合して二次燃焼をもたらす。 ガス化によって生成されたCOの大部分は二次燃焼サイクルでCO 2に酸化される。 従って、ガス化ストーブは、従来の調理火災よりも低い健康リスクを有する。
もう一つの用途は、工業用炉で軽質燃料油（LDO）を置換するためのプロデューサーガスの使用です。
ガス使用量
バイオマスガス化で生成されるガスは、エネルギー的にも物質的にも使用することができる。
燃焼によるエネルギッシュな使用
バイオマスガス化のガス混合物のための現在の一般的な使用は、熱 – 熱（水蒸気）および電力の生成のためのモーター使用（ガソリンまたはディーゼルの原理による）または対応する焼却炉における燃焼であり、非常に高いエネルギー変換効率が達成される。 ガス冷却中に生成される木材ガス凝縮物は、高レベルの生化学的酸素を必要とするため、これらのプラントでは適切に処理してから受け取り水に送る必要があります。 あるいは、固体酸化物型燃料電池におけるバイオマスガス化のガス混合物は、直接電気に変換することができる。 能動的な原則は、2004年の実験で既に証明されています。
合成ガスとしての使用
また、合成ガスとしては、各種生成物の化学合成のための一酸化炭素と水素との生成ガスを用いることができる。 バイオマスガス化からの合成ガスの材料使用はまだ開発中であり、そのようなプラントは現在実験室でのみ実証されている。 CO / H 2 -Synthesegasの大量生産と使用は、天然ガスや石炭やナフサなどの他の化石燃料のみに基づいて行われます。
化学技術利用の選択肢は主に、Haber-Boschプロセス、メタノール合成、様々なオキソ合成、およびバイオ燃料（BtL燃料）および漁師による他の製品の製造を用いて、水素の生成およびアンモニアの生成である.Tropsch合成：
Haber-Bosch法によるアンモニア合成
メタノールの合成
オキソ合成における
フィッシャー・トロプシュ合成における
これらの化学技術的用途に加えて、シンガスは、合成ガス発酵によって生物工学的にも使用することができる。 この選択肢の生成物は、例えば、エタノール、ブタノール、アセトン、有機酸および生体高分子などのアルコールであり得る。 この使用は現在開発段階にあり、それに応じて大規模には使用されていません。
これらすべてのタイプの使用では、木材の凝縮液が有機物でいろいろ汚染されているため、水がプロセスチェーンの一部として凝縮し、ガスが冷却され、様々な程度に凝縮することに注意する必要があります。 この廃水（木材1kgあたり約0.5リットル）の適切な処分は、ここでは「副産物」としてBtLスキームに記載されているが、このようなシステムの不可欠な部分である。
製造
木質ガス化装置は木材チップ、おがくず、木炭、石炭、ゴムまたは同様の物質を燃料とし、これらの不完全燃焼物を火室で燃焼させ、木質ガス、固体灰およびすすを生成する。後者はガス化装置から定期的に取り出さなければならない。 次いで、木材ガスをタールおよびスート/灰粒子についてろ過し、冷却してエンジンまたは燃料電池に送ることができる。 これらのエンジンのほとんどは木質ガスの厳しい純度が要求されるため、ガスはしばしば広範なガス洗浄を通過して、タールや粒子を除去または変換、すなわち「クラック」する。 タールの除去は、しばしば水スクラバーを使用して達成される。 改質されていないガソリン燃焼内燃機関において木質ガスを流すことは、未燃焼化合物の問題のある蓄積につながる可能性がある。
異なるガス化装置からのガスの品質は大きく異なる。 例えば、第二次世界大戦のガス化炉の場合と同じ反応ゾーンではなく、熱分解およびガス化が別々に発生する段階的ガス化装置は、本質的にタールフリーガス（1mg / m 3未満）を生成するように設計することができる。単一原子炉流動床ガス化装置は50,000mg / m 3タールを超える可能性がある。 流動床反応器は、より容積が小さく、単位体積および価格当たりの容量がより大きいという利点を有する。 ガスの意図された用途に依存して、タールは、ガスの発熱量を増加させることによっても有益となり得る。
燃焼機関で使用するために製造された木質ガスを意味する米国で使用される用語である「プロデューサーガス」の燃焼熱は、他の燃料に比べてかなり低い。 テイラーは、プロデューサーガスの燃焼熱が5.7MJ / kg（対天然ガス55.9MJ / kg、ガソリン44.1MJ / kg）であると報告している。 木材の燃焼熱は、典型的には15-18MJ / kgである。 おそらく、これらの値はサンプルごとに多少異なる場合があります。 同じ情報源は、次の化学組成を体積で報告する可能性が最も高い。
1981年にニュージーランドのナンバサオルタナティブフェスティバルで炭ガス生産者
黒粉用の木炭の製造中、揮発性の木材ガスが排出される。 非常に高い表面積の炭素の結果は、黒色粉末の燃料としての使用に適しています。
窒素N2：50.9％
一酸化炭素CO：27.0％
水素H2：14.0％
二酸化炭素CO2：4.5％
メタンCH4：3.0％
酸素O2：0.6％。
ガス組成はガス化プロセス、ガス化媒体（空気、酸素または蒸気）および燃料水分に強く依存することが指摘されている。 蒸気ガス化プロセスは、典型的には高い水素含有量をもたらし、ダウンドラフト固定床ガス化装置は高い窒素濃度および低いタール負荷をもたらし、一方、上昇気流固定床ガス化装置は高いタール負荷をもたらす。
バイオ燃料
また、バイオ燃料の製造において、ガス化生成物ガス中で生成されたガスは、既に記載された合成プロセスにおいて合成ガスとして使用される。 メタノール、BtL燃料などの液体燃料だけでなく、バイオハイドロジェン、天然ガス代替物（メタン、SNG）、ジメチルエーテルなどのガス状燃料に重点を置いています。 [8th]
バイオ水素は、水蒸気改質により合成ガスから抽出され、メタンはガスのメタン化によって生成することができる。 メタノールおよびジメチルエーテルの製造のために、メタノールの合成が用いられる。 BtL燃料は、フィッシャー・トロプシュ合成によって製造され、これにより、プロセスパラメータに基づいてガソリンおよびディーゼル留分の両方を製造することができる。