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Funktion und Chemie des Gaserzeugers

Der Propagandafilm mit der romantischen Musik zeigt nicht die Wahrheit. Das Lächeln der Zwangsarbeiter in die Kamera war deren einzige Wahl, ansonsten wurden sie erschossen. Holzvergaser bzw. Gasgeneratoren sind Zeitzeugen einer heutzutage unvorstellbaren Not, und das darf nicht vergessen werden. Bitte behandelt die historischen Anlagen mit Respekt, wenn ihr sie findet, und verstümmelt sie nicht für Basteleien. Meist enden diese im Schlamassel und die verbastelten Zeitzeugen auf dem Schrottplatz.

Ursprünglich sind die mobilen Gaserzeuger für die Verwendung von Holzkohle konstruiert worden. ​Auf Drängen von Frankreich wurde die Entwicklung der Holzvergaser beschleunigt. In Deutschland gab es wegen dem kriegsbedingten Benzinmangel die meisten Gaserzeuger​. Der am besten verfügbare heimische Treibstoff war und ist Braunkohle, die jüngste fossile Phase von Holz (Holz - Torf - Braunkohle - Steinkohle - Anthrazit). Während dem zweiten Weltkrieg wurden die meisten Gaserzeuger daher mit Braunkohle betrieben. 


Während in der Schweiz hauptsächlich Holz und Torf verwendet wurde, war in Frankreich Holzkohle weit verbreitet. In Deutschland hingegen war Holzkohle wertvoll und rar. Deswegen wurde in der Landwirtschaft Holz vorgeschrieben, ansonsten war Braunkohle der wichtigste Treibstoff. Je nach Verfügbarkeit wurde auch Anthrazit und Schwelkoks in speziellen Generatortypen vergast.

Sogenannt absteigende Vergaser können mit den drei bituminösen Brennstoffen Holz, Torf und Braunkohle betrieben werden. Alle absteigenden Vergasertypen sind volkstümlich bekannt unter dem Begriff Holzgasgenerator oder Holzvergaser. Zur Erklärung der Vorgänge im Gaserzeuger verweise ich auf die Imbert- Anlage. Diese ist historisch am besten dokumentiert und sie kann als Vorbild aller späteren Gaserzeuger bezeichnet werden. 

Imbert Schema wood gas gasifier gazogene Holzgas

Der Fahrzeug- Gaserzeuger ist eine Sauggas- Anlage, weil der Motor die erforderliche Gasmenge ansaugt. Zu Beginn übernimmt ein Ventilator die Funktion des Motors und saugt Luft durch das gesamte System. Am Eintrittsloch vom Gaserzeuger wird eine brennende Lunte hingehalten, die Sogwirkung zieht die Flamme in den Herd und facht dadurch den Generator an.


​​​​​​​Nach 6 bis 10 Minuten kann das Gas am Ventilatoraustritt angezündet werden. Sitzt die Flamme ruhig auf dem Austrittsrohr und brennt rötlichblau und gleichmässig, so wird der Ventilator ausgeschaltet und das Ventil geschlossen. Unter Betätigung des Anlassers wird die Luftdrosselklappe langsam geöffnet, bis ein zündfähiges Gasgemisch entsteht und der Motor startet.

Manchmal wird das Gas kurz nach dem Anlassen schlechter. Dieses sogenannte Gasloch wird mittels Vollgas und weniger geöffneter Luftklappe überwunden, anschliessend ist das Fahrzeug betriebsbereit. Wenn der Motor in diesem Moment stoppt, so muss zuerst einige Minuten ventiliert und danach der Anlassvorgang wiederholt werden. 

Schema absteigender Vergaser Downdraft gasifier

Absteigender Gaserzeuger

Schematische Darstellung

 

Die eintretende Luft verteilt sich durch Düsen in den Herd. In der Nähe der Düsen, d.h. in der Oxidationszone vergast die vorher entzündete Holzkohle mit der eintretenden Luft.

 

Es entsteht einerseits brennbares Kohlenmonoxid CO. Andererseits entsteht auch unbrennbares Kohlendioxid CO2.

 

Das CO2 wird in der glühenden Holzkohle (Katalysator) unterhalb des Herdes zu Kohlenmonoxid CO reduziert. Über den Deckel des Generators kann Brennstoff nachgefüllt werden. 

Trockenzone:
 

Das Wasser im Holz verdampft bei ca. 170° durch die vom Herd aufsteigende Wärme.

Schwelzone:


Das Holz verschwelt bei ca. 500°. Dabei entstehen Holzessig (Essigsäure und Methan) sowie Holzteer in gasförmigem Zustand.  

Verkohlungszone:


Bei ca. 700° wird das Holz in Holzkohle umgewandelt.

Oxidationszone:

Die Holzkohle wird bei bis ca. 1400° oxidiert, es entsteht CO und CO2. Die dabei entstehende Wärme hält den Prozess in Gang. Wasserdampf (H2O) spaltet sich zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O). Holzessig wird umgewandelt zu Methan (CH4). Der Holzteer schliesslich (lange C+H+O Moleküle) wird in flüchtigere Bestandteile gecrackt. Der Herd zwischen Oxidations- und Reduktionszone ist konisch, sodass sich in allen Lastzuständen eine Hochtemperaturzone bildet.

Reduktionszone:
 

Glühende Holzkohle ist hoch reaktiv, sie ist der Katalysator des Systems. Bei ca. 500°C reduziert sich 1 Kohlendioxid-Molekül (CO2) zu zwei Kohlenmonoxid-Molekülen (CO). Der Sauerstoff verbindet sich mit der glühenden Kohle und bildet ebenfalls Kohlenmonoxid (CO). Teerbestandteile (bestehend aus langen C+H+O Molekülen) werden in mehreren Schritten zu  CO und H2 umgewandelt.​

Das entstandene Gasgemisch nennt sich Holzgas bzw. Generatorgas, es ist ein Schwachgas. Nach der Gaserzeugung wird der mitgeführte Schmutz gefiltert und das heisse Gas gekühlt, um die Dichte und damit die Leistung zu erhöhen.

 

Eine Reduktionszone kann nur mit Hartholz gebildet werden. Das heisst, nur Holz das Holzkohle bildet, ist als Brennstoff geeignet. ​​Bei zu hohem Anteil von Weichholz, bei zuviel Rinde und Sägemehl, sowie bei feinem Material (kleine Hackschnitzel) kann sich keine gute Reduktionszone bilden. Die Gasqualität ist schlecht und der Teer wird nicht gespalten, er kondensiert im Motor und verklebt dadurch Ventile und Kolben. 

 

In der Sprache des Chemikers lässt sich der Vorgang folgendermassen ausdrücken:
Oxidation
C + O2 = CO2 (Wärme erzeugend)
Wasserstoffbildung
CO + H2O = CO2 + H2 (leicht Wärme erzeugend)
C + H2O = CO + H2 (Wärme verbrauchend)
Reduktion
CO2 + C = CO + CO (Wärme verbrauchend)


Die Zusammensetzung des Gases ist durchschnittlich wie folgt:
Kohlenmonoxid CO 23%
Wasserstoff H2 18%
Methan CH4 2-4%
Kohlendioxid CO2 10%
Stickstoff N2 47% 


Der untere Heizwert beträgt 1200 - 1400 kcal/m³ (5000-5800 kJ/m³). Der Luftbedarf zur Verbrennung im Motor ist etwa 1.0 - 1.2. Somit ist der Gemischheizwert ca. 600-650 kcal/m³ (2500-2700 kJ/m³). Der Leistungsabfall gegenüber Benzin (ca. 900 kcal/m³) beträgt daher 28-35%. Ein weiterer Leistungsabfall kann sich durch den geringeren Füllungsgrad des Motors ergeben (Strömungswiderstand im Generator) sowie durch die langsame Verbrennung des Generatorgases im Vergleich zu Benzingas.


Als Gegenmassnahme wurden die Motoren höher verdichtet oder aufgeladen, ausserdem erfolgte die Zündung 10-15° früher, meist manuell nach Gefühl. Zudem verfügten die meisten Anlagen über Manometer, sodass bei beginnender Verstopfung der Filter oder des Herdes rechtzeitig reagiert werden konnte. Aufgrund der Eigenheiten von Holzgas ergibt sich der wirtschaftlichste Betrieb mit einem grossvolumigen, langsam laufenden Benzinmotor (siehe Ford Model A mit Holzvergaser).

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 (auch bekannt als Unionbriketts) 

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