Автомобили на дровах. Газогенераторные установки.

Во Вторую мировую войну практически весь моторизованный транспорт континентальной Европы был приспособлен для использования дров в качестве горючего.

Автомобили на древесном газе или иначе – газогенераторные, выглядят не очень элегантно, но на удивление эффективны и являются экологической альтернативой своим бензиновым родственникам, а по своим техническим характеристикам вполне сравнимы с электромобилями.

Рост цен на топливо вызвал возрождение интереса к этой почти забытой технологии, и сегодня десятки «дровомобилей», сделанных умельцами, колесят по миру.

Органический материал превращается в горючий газ при температуре 1400°C; впервые технология газификации древесины была применена в 1870-ых для получения газа для уличных фонарей и приготовления пищи.

В 1920 году немецкий инженер Георг Имберт (Жорж Эмбер | Georges Imbert ) разработал газогенератор для использования на транспорте. В его генераторе полученные газы перед поступлением в камеру сгорания двигателя очищались и обезвоживались. В 1931 году началось массовое производство генераторов Имберта. В конце тридцатых эксплуатировалось около 9 000 автомобилей, оснащённых газогенераторами, в основном в Европе.

Во Вторую мировую войну, как результат введения жёсткого нормирования ископаемого топлива, «дровомобили» стали обычным явлением во многих европейских странах. В одной только Германии к концу войны насчитывалось около 500 000 газогенераторных автомобилей. И не только личные легковые авто, но и грузовики, автобусы, тракторы, мотоциклы, катера и поезда оснащались блоками газификации древесины. Некоторые танки так же были снабжены генераторами древесного газа, но всё же для военных целей немцы предпочитали использовать жидкое синтетическое топливо.

В 1942 году (когда технология ещё не достигла пика применения), насчитывалось около 73 000 газогенераторных автомобилей в Швеции, 65 000 — во Франции , 10 000 — в Дании, почти 8 000 — в Швейцарии. В Финляндии в 1944 году было 43 000 единиц транспорта, оснащенного газогенераторными установками, из них: 30 000 — автобусы и грузовики, 7 000 – личный автотранспорт, 4 000 — тракторы и 600 – катера и лодки. «Дровомобили» были так же в Америке, в Азии и в Австралии. В общей сложности, во время войны, более одного миллиона автомобилей было оснащено блоками газификации древесины.

С послевоенной доступностью бензина, интерес к технологии был почти мгновенно потерян. К началу 1950-х годов в Западной Германии осталось примерно 20 000 «дровомобилей».

Рост цен на топливо привёл к возобновлению интереса к дровам как альтернативе традиционному автомобильному горючему. Десятки механиков-любителей по всему миру начали оснащать свои автомобили газогенераторами, причём большая часть этих современных «дровомобилей» собирается скандинавами.

В 1957 году правительство Швеции создало исследовательскую программу подготовки быстрого оснащения автомобилей генераторами древесного газа на случай внезапной нехватки нефти. Швеция не имеет запасов нефти, но имеет обширные леса, которые можно использовать в качестве топлива. Целью данного исследования была разработка улучшенной, стандартизированной установки, адаптированной для использования на всех видах транспорта.

Эти исследования, поддержанные автопроизводителем «Вольво», привели к накоплению больших теоретических знаний и практического опыта работы с автотранспортом и тракторами; пробег транспорта оснащённого экспериментальными установками газификации составил более 100 000 километров. Результаты были суммированы в документе ФАО от 1986 года, в котором также были проанализированы аналогичные эксперименты в других странах. Шведские и, в частности, финские механики-любители использовали эти данные для дальнейшего развития технологии.

Генератор древесного газа внешне выглядит как большой водонагреватель, он может быть размещён на прицепе, в багажнике, в кузове или на платформе в передней или задней части автомобиля (наиболее популярный вариант в Европе). Во времена Второй мировой войны, некоторые автомобили были оснащены встроенными газогенераторами.

Топливом в основном служат дрова или древесная щепа. Уголь тоже может быть использован, но при этом теряется до 50% энергии, содержащейся в исходной биомассе. С другой стороны, древесный уголь обладает лучшей энергоёмкостью, а значит и время пробега автомобиля до следующей закладки топлива — увеличивается. В принципе, любой органический материал может быть использован. В сороковых годах использовались и уголь, и торф, но всё же древесина оставалась основным видом топлива.

Автомобиль построенный в Голландии Ёханом в 2008 году – одна из успешных моделей, работающая на древесном газе. В то время как многие современные автомобили с установками газификации, кажется, прямиком прибыли из Мэд Макса, «Вольво 240» голландца оснащена современно-выглядящей системой, изготовленной из нержавеющей стали.

Ёхан твёрдо верит в перспективность использования генераторов древесного газа; прежде всего для стационарных целей, таких как отопление, выработка электроэнергии или даже производства пластмасс. «Вольво» же предназначен для демонстрации возможностей технологии. Тем не менее, автомобили, работающие на древесном газе, — это транспорт для идеалистов и на время кризиса.

Как сделать газогенератор для автомобиля своими руками

Эта статья – для мастеровитых энтузиастов, не жалеющих времени и сил для достижения результата. Зачем такая преамбула? Потому что здесь пойдет речь о том, как сделать газогенератор своими руками. Это довольно сложный агрегат, вырабатывающий из дров и угля горючее, способное заменить традиционные виды топлива – бензин в автомобиле и природный газ в доме. Мы познакомим вас с устройством газгена и трудностями, связанными с его изготовлением, установкой и эксплуатацией.

Схема газогенератора и принцип работы

Углерод – это основа всей биомассы нашей планеты, в том числе древесины и различных углей, в который превратились спрессованные растения за миллионы лет. В отопительных котлах и двигателях внутреннего сгорания (ДВС) мы сжигаем углеводороды, добываемые из недр земли: метан, пропан и бензин. Они дорожают с каждым годом, заставляя домашних умельцев искать новые пути с помощью старых изобретений. Одно из них – автомобили с газогенераторами на дровах, появившиеся в начале прошлого столетия.

В первой половине 20-го века дровяными агрегатами оснащались легковые и грузовые авто

Суть идеи в том, чтобы путем пиролиза получать из дерева газообразную горючую смесь, состоящую из нескольких соединений на основе углерода:

• угарный газ (СО);
• водород в свободном виде (Н₂);
• всем известный метан (СН₄);
• другие углеводородные соединения (общая формула — CnHm).

Примечание. Основным горючим компонентом смеси является окись углерода СО, доля остальных веществ из приведенного перечня невелика. Присутствуют в ней и другие газы, называемые балластными, – азот, углекислый газ (СО₂) и водяной пар. Данные о процентном соотношении веществ в конечном продукте и его теплотворной способности представлены в таблице:

Для выделения газообразного топлива служит пиролизный газогенератор на дровах (иначе – газген), чье устройство показано на схеме. Это закрытая емкость с колосниками, заполняемая твердым топливом через верхний бункер, вместо дымохода – патрубок выхода газовой смеси. Принцип работы газгена следующий:

1. Розжиг и горение массива дров происходит снизу, над колосниками. В камеру через фурмы вдувается воздух в ограниченном количестве (35% от нужного для полного сжигания объема).
2. В зоне горения выделяется большое количество тепла и в результате реакции кислорода с углеродом образуется углекислота СО₂. Содержание угарного газа и других воспламеняющихся веществ здесь невелико.
3. В зоне восстановления (газификации) под воздействием высокой температуры углекислый газ насыщается углеродом из древесины и превращается в горючее соединение – СО. Здесь же происходит разложение водяного пара и образование свободного водорода.
4. Раскаленные газы, проходя через верхние слои топлива, подсушивают дерево и заставляют его превращаться в полукокс (сухая перегонка), благодаря чему выделяется больше углерода.
5. Газовая смесь покидает корпус газгена и отправляется на последующую очистку для подачи в двигатель внутреннего сгорания или котел.

Функциональная схема газогенератора прямого процесса

Для справки. Восстановление углекислоты (преобразование в СО) протекает с поглощением тепла, выделяемого в процессе горения. Кстати, между зонами нет четких границ и на чертеже они показаны условно.

Для ясности мы описали генерацию горючего путем прямого процесса газификации, когда массив топлива движется навстречу воздушному потоку. Существуют и другие способы – обращенный процесс (воздух продувается сверху вниз) и горизонтальный метод, показанный выше на схеме газогенератора. Если вы хотите подробно разобраться в теоретических моментах, предлагаем посмотреть следующее видео:

Конструкция установки

Чтобы успешно эксплуатировать авто на дровах или сжигать полученное топливо в котле, одного газогенератора недостаточно. Дело в том, что помимо балластных газов, самодельное горючее содержит летучие примеси и смолы, проще говоря, — дым и сажу. Ни автомобильный мотор, ни горелочное устройство котла не рассчитано на такое топливо и быстро выйдет из строя. Поэтому была придумана система фильтрования, входящая в состав газогенераторной установки и включающая 3 дополнительных агрегата:

• фильтр грубой очистки – циклон;
• радиатор – охладитель;
• фильтр тонкой очистки.

Очередность размещения этих элементов показана на технологической схеме:

Циклон для газогенератора представляет собой вертикальный цилиндр с двумя патрубками и конусом на конце, как показано на чертеже. Загрязненная газовая смесь, попадая внутрь него, движется по кругу на высокой скорости, за счет чего крупные и средние частицы золы отбрасываются на стенки центробежной силой и выводятся через отверстие в конусе.

Схема работы циклона, который очищает силовой газ от примесей

Чем выше температура газа, тем меньше его плотность. Это значит, что горючее на выходе из газгена нельзя использовать в ДВС без предварительного охлаждения, иначе оно просто не воспламенится в цилиндрах. Поэтому в промышленных газогенераторных установках сразу после циклона ставится воздушный либо водяной теплообменник, а следом – компрессор, нагнетающий охлажденную газовую смесь в распределительную емкость.

В конце технологической цепочки стоит фильтр тонкой очистки, удаляющий из полученного топлива мелкие частицы сажи и золы. Пример такого агрегата – так называемый скруббер, в котором газы очищаются за счет продувания через воду. Теперь, когда мы разобрались с технологией производства горючего, можно сделать собственную недорогую установку, способную обеспечить работу двигателя внутреннего сгорания на дровах.

Самодельный газген, изготовленный заграничными коллегами

Изготовление газгена для автомобиля

Перед тем как сделать работоспособный газогенератор для автомобиля, предлагаем ознакомиться с некоторыми рекомендациями:

1. Организовать подачу силового газа в современном авто с инжектором – задача непростая. Придется менять настройки контроллера (прошивку), иначе мотор на древесном топливе работать не будет. Нужна машина со старой системой топливоподачи – карбюратором.
2. Чем больше мощность и рабочий объем двигателя, тем выше производительность должна быть у газогенератора. Соответственно, он вырастет в размерах.
3. Чтобы уместить установку в багажник легкового авто, потребуется вырезать часть днища. Если вы не хотите затрагивать кузов, то сразу планируйте ставить дровяной генератор с фильтрами и охладителем на прицеп.
4. Для изготовления камеры газификации, где температура превышает 1000 °С, применяйте низкоуглеродистую толстую сталь (4—5 мм).
5. Чтобы уменьшить содержание смол в газовой смеси, делайте камеру с горловиной, как это показано на чертеже.

Важный момент. Не стоит увеличивать диаметр камеры газификации (на чертеже он равен 340 мм) с целью добиться большей производительности. Прирост получится мизерный, а качество переработки древесины ухудшится. А вот высоту 183 см выдерживать не обязательно, разве что вы поставите агрегат на прицеп или на раму грузовика. Топливный бункер и зольник можно укоротить.

Для сборки внутренней части автомобильного газогенератора (бункера) сгодится старый пропановый баллон, ресивер от грузовика КаМАЗ или толстостенная труба. Учитывая, что диаметр стального сосуда равен 300 мм, остальные размеры нужно пропорционально уменьшить. Исключение – камера газификации, ее минимальный диаметр составляет 140 мм. На кожух и крышку генератора пойдет металл толщиной 1.5 мм. Последняя уплотняется графитно-асбестовым шнуром.

Варианты охладителей горючей смеси из автомобильного радиатора и батареи отопления

Сопутствующие агрегаты – фильтры и охладители – делаются так:

1. Циклон сварите из отработавшего огнетушителя или отрезка трубы диаметром 10 см, как это изображено на чертеже. Входной патрубок приделайте сбоку, выпускной – сверху.
2. Охладитель силового газа лучше сделать из стальных труб в виде змеевика. Есть и другие варианты: использование старых конвекторов, батарей отопления и радиаторов.
3. Фильтр тонкой очистки изготовьте из любой цилиндрической емкости (например, бочки), наполненной базальтовым волокном.

Более детальную информацию о сборке газогенератора своими силами вы получите, посмотрев видео:

Для розжига и запуска газгена вам потребуется вентилятор в виде улитки, устанавливаемый в моторном отсеке (для испытаний сойдет и бытовой пылесос). К нему требование простое: детали, соприкасающиеся с газовой смесью, должны быть металлическими. Топливная магистраль, ведущая к карбюратору, прокладывается под днищем авто и выполняется из стальной трубы.

Для справки. Если вместо дров использовать древесный уголь, то примесей на выходе газогенератора будет значительно меньше, что хорошо для двигателя. Такое топливо выжигается из дерева по простой технологии – в закрытой бочке или яме.

Подключение и запуск ДВС

Поскольку теплотворная способность генерируемого из дров топлива гораздо ниже, чем у бензина, то для нормальной работы мотора соотношение воздух/горючее нужно изменить. Для этого придется смастерить смеситель и поставить его на впускном тракте. Простейший вид смесителя – воздушная заслонка, управляемая тягой из салона.

Завести холодный мотор на дровах – та еще задачка. Поэтому не стоит полностью отказываться от бензина, а подавать его только во время запуска, а потом переходить на горючее, вырабатываемое газгеном. Чтобы реализовать переключение на разные виды топлива, изготовьте смеситель по схеме, предложенной в книге И. С. Мезина «Транспортные газогенераторы»:

Примечание. В этой же книге вы найдете массу полезной информации касательно получения газообразного топлива из различных видов древесины и угля.

Теперь про особенности пуска и работы ДВС на древесине и угле:

• размер дров, загружаемых в бункер, не должен превышать 6 см;
• сырую древесину применять нельзя, поскольку вся выделяемая теплота уйдет на испарение воды и процесс пиролиза будет крайне вялым;
• розжиг производится через специальное отверстие с обратным клапаном при включенном вентиляторе не позже чем за 20 минут до поездки;
• мощность мотора снижается примерно на 50% по сравнению с ездой на бензине;
• из предыдущего пункта вытекает, что ресурс работы двигателя на самодельном горючем тоже уменьшается.

Примечательно, что после кратковременных стоянок машина спокойно заводится от газгена, без перехода на бензин. После длительного простоя потребуется 5—10 минут на повторный розжиг установки. Как происходит запуск двигателя авто от самодельного газогенератора на дровах, смотрите в следующем видеоматериале:

Заключение

Дровяные газогенераторы, сделанные своими руками, можно не только ставить на автомобили, но и применять для домашних нужд. Про отопительные котлы мы уже говорили. Также многие домовладельцы пользуются бытовыми электрогенераторами, работающими от дизельных или бензиновых двигателей. Если их перевести на дрова, то получаемая от электростанции энергия станет гораздо дешевле.