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Holzvergaser

Holzgasgenerator: Funktionsweise, Vorteile und Sicherheit

Von Torsten Eckert | 15. Dezember 2024
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Holzgasgeneratoren erzeugen aus Holz Brennstoff. Dieser Artikel erklärt Funktionsweise, historische Nutzung, Vor- und Nachteile sowie Sicherheitsaspekte.

holzgasgenerator

Funktionsweise von Holzgasgeneratoren

Holzgasgeneratoren wandeln Holz oder Holzkohle durch unvollständige Verbrennung in ein brennbares Gasgemisch um. Der Prozess besteht aus mehreren Phasen:

  1. Trocknung: Das verwendete Holz muss getrocknet werden, um die Effizienz des Prozesses zu erhöhen und die Bildung von Teer zu minimieren.
  2. Pyrolyse: In einem geschlossenen Kessel wird das getrocknete Holz bei Temperaturen von etwa 200 bis 300 Grad Celsius erhitzt. Dabei zerfällt es in flüchtige Bestandteile und festen Rückstand (Holzkohle). Die flüchtigen Bestandteile bestehen hauptsächlich aus Gasen und Teer.
  3. Oxidation: Durch die Zufuhr begrenzter Luft verbrennen Teile der Holzkohle und der flüchtigen Komponenten bei Temperaturen zwischen 700 und 1.300 Grad Celsius. Dies erzeugt eine Mischung aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan, die als Holzgas bezeichnet wird.
  4. Reduktion: Das heiße Gasgemisch durchläuft eine Schicht aus Holzkohle. Dabei wird der Sauerstoffgehalt weiter reduziert und das Gasgemisch gereinigt und angereichert.
  5. Kühlung und Reinigung: Bevor das erzeugte Holzgas genutzt werden kann, muss es gekühlt und gefiltert werden. Hierbei werden Teer, Kondenswasser und andere Verunreinigungen entfernt, um Schäden an Motoren und anderen Verbrauchern zu vermeiden.

Eine gängige Konstruktion für Holzgasgeneratoren ist der Festbettvergaser. Holzvergaserheizungen und Blockheizkraftwerke (BHKW) können neben Wärme auch Strom erzeugen, wodurch die Biomasse effizient genutzt wird.

In Krisenzeiten bieten Holzgasgeneratoren eine alternative Energiequelle, besonders in Regionen ohne stabile fossile Brennstoffversorgung. Sicherheitsmaßnahmen sind jedoch erforderlich, um Gefahren durch entstehendes Kohlenmonoxid zu minimieren.

Historische Nutzung von Holzgasgeneratoren

Holzgasgeneratoren wurden im frühen 20. Jahrhundert erstmals bedeutend genutzt. Ein Beispiel ist der Einsatz in öffentlichen Verkehrsmitteln, wie ein Omnibus in Glasgow 1906.

Die Technologie erlebte während des Zweiten Weltkriegs einen Aufschwung. Treibstoffknappheit führte zu einer verstärkten Nutzung, insbesondere in Europa, wo Lastwagen und Busse auf Holzgas umgestellt wurden. Deutschland richtete etwa 1.000 Tankstationen speziell für diese Fahrzeuge ein.

Parallel dazu intensivierte die Sowjetunion ihre Produktion von holzgasbetriebenen Fahrzeugen. Modelle wie der ZIS-21 und GAZ-42 wurden speziell für Regionen mit problematischer Treibstoffversorgung entwickelt.

Auch Frankreich trieb die Technik voran. Bereits ab 1923 entwickelte die Firma Imbert erste Holzgasanlagen für Fahrzeuge, die bis in die 1950er Jahre im Einsatz blieben.

Die aufwendige Technik und Sicherheitserfordernisse begrenzten jedoch die Verbreitung in der Nachkriegszeit. Interessanterweise wird die Technologie in einigen Ländern, wie Nordkorea, auch heute noch genutzt wegen fortdauernder Treibstoffengpässe.

Heute konzentriert sich das Interesse an Holzgasgeneratoren hauptsächlich auf stationäre Anlagen zur Energieerzeugung. Die historische Nutzung bleibt ein faszinierendes Kapitel der Technikgeschichte.

Vor- und Nachteile von Holzgasgeneratoren

Holzgasgeneratoren bieten zahlreiche Vorteile, jedoch müssen auch einige Nachteile berücksichtigt werden.

Vorteile

  1. Erneuerbare Energiequelle: Holz ist ein nachwachsender Rohstoff und eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen.
  2. Hohe Energieeffizienz: Die Vergasung nutzt die Energie im Holz nahezu vollständig, besonders bei moderner Regeltechnik.
  3. Geringe Emissionen: Richtige Nutzung führt zu niedrigeren Emissionswerten im Vergleich zu konventionellen Öfen, was die Umweltbelastung reduziert.
  4. Niedrige Betriebskosten: Ortsnahe Holzbeschaffung senkt die laufenden Kosten. Oft ist Holz günstiger als fossile Brennstoffe.
  5. Fördermöglichkeiten: Verschiedene Programme unterstützen die Installation von Holzgasgeneratoren und senken so die Investitionskosten.

Nachteile

  1. Platzbedarf für Brennstofflagerung: Holz benötigt viel Lagerraum, was problematisch sein kann.
  2. Manuelle Beschickung: Die meisten Holzgasgeneratoren erfordern das manuelle Nachlegen von Holz, was zeitaufwendig ist.
  3. Hoher Wartungsaufwand: Regelmäßige Reinigung und Wartung sind notwendig, um optimale Leistung zu gewährleisten.
  4. Sicherheitsrisiken: Das entstehende Kohlenmonoxid kann gefährlich sein. Strenge Sicherheitsvorkehrungen müssen getroffen werden.
  5. Langsame Startzeiten: Der Prozess benötigt Zeit, um die Betriebstemperatur zu erreichen, was die Systeme weniger flexibel macht.
  6. Abwasserbehandlung nötig: Bei der Gasreinigung fällt Kondensat an, das ordnungsgemäß behandelt werden muss.

Holzgasgeneratoren sind eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Brennstoffen, erfordern jedoch ein hohes Maß an Engagement und Sicherheitsbewusstsein.

Technische Daten eines Cummins Holzgas-Generators (30 kW)

Ein typischer Holzgasgenerator mit einer Leistung von 30 kW hat eine Nennleistung von 37,5 kVA bei einer Nenndrehzahl von 1500 U/min. Er ist für eine Spannung von 400/230 V ausgelegt und arbeitet dreiphasig mit einem Leistungsfaktor von 0,8. Das Gerät hat eine Nennstromaufnahme von 54 Ampere bei einem Gasvolumenstrom von etwa 120-150 Nm³/h.

Der Generator wird von einem 4-Zylinder-Motor mit einem Hubraum von 3,9 Litern angetrieben. Die maximale Notleistung beträgt 33 kW beziehungsweise 41,25 kVA. Der Motor ist turbogeladen und verfügt über geschlossene Kühlkreislaufkühlung.

Das Aggregat wiegt rund 800 kg und misst 1800 x 750 x 1150 mm. Die Brennstoffanforderungen sind streng geregelt: der Heizwert muss mindestens 5 MJ/Nm³ betragen, während Teergehalt, Schwefelgehalt, Verunreinigungsgröße und Wassergehalt spezifischen Grenzen entsprechen müssen.

Für den Betrieb des Generators ist es wichtig, Holzgas mit einem niedrigen Teergehalt (maximal 20 mg/Nm³) und geringer Verunreinigungsgröße (bis zu 5 μm) zu verwenden. Auch Schwefelgehalte von maximal 200 ppm und ein maximaler Wassergehalt von 40 g/Nm³ sind zulässig. Die Maschine erfüllt internationale Standards und wird umfassend getestet, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.

Zusätzliche Ausstattungen wie schalldichte Verkleidungen, Synchronisationsschränke und Gasdruckregelventile können für mehr Flexibilität im Einsatz ergänzt werden. Eine korrekte Handhabung und regelmäßige Wartung sind wesentlich für eine beständige und effiziente Energieerzeugung. Der Betrieb sollte in gut belüfteten Bereichen oder im Freien erfolgen, um Sicherheitsrisiken zu minimieren.

Zusammensetzung und Eigenschaften von Holzgas

Holzgas ist ein Gemisch aus brennbaren und nicht brennbaren Bestandteilen, das durch die Vergasung von Holz entsteht. Hauptbestandteile des brennbaren Anteils sind Kohlenmonoxid (ca. 34 %), Methan (etwa 13 %) und Wasserstoff (rund 2 %). Diese Gase tragen maßgeblich zum Heizwert des Holzgases bei, der je nach Vergasungsverfahren zwischen 8,5 MJ/m³ und 12 MJ/m³ liegt.

Die Zusammensetzung von Holzgas variiert stark in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren und den eingesetzten Materialien. Neben den brennbaren Komponenten enthält Holzgas auch nicht brennbare Bestandteile wie Stickstoff (ungefähr 1 %), Kohlendioxid (circa 48 %) und Wasserdampf. Der hohe Stickstoffanteil, insbesondere wenn Luft als Oxidationsmittel eingesetzt wird, senkt den Heizwert des Gases.

Die Energieeffizienz des Holzgases ist bei der Verwendung von reinem Sauerstoff und Wasserdampf höher, da mehr Wasserstoff im Gas erzeugt wird und der Stickstoffanteil entfällt, was zu einem höheren Gesamtenergiewert führt.

Ein weiteres Merkmal von Holzgas ist seine Dichte, die bei etwa 1,5 kg/m³ liegt und somit schwerer als Luft ist. Dies kann zu gefährlichen Ansammlungen führen.

Die Qualität und Zusammensetzung von Holzgas sind somit abhängig von der Art des Ausgangsmaterials und dem spezifischen Vergasungsverfahren, wodurch sich auch der Anwendungsbereich und die Effizienz in der energetischen Nutzung unterscheiden.

Anwendungen von Holzgas

Holzgas kann vielfältig eingesetzt werden, besonders in der Energieerzeugung und industriellen Prozessen:

  • Strom- und Wärmeerzeugung: In Blockheizkraftwerken (BHKWs) ermöglicht Holzgas effiziente Kraft-Wärme-Kopplung, wobei die entstandene Wärme zur Beheizung von Gebäuden oder für Prozesswärme genutzt wird, während gleichzeitig Strom produziert wird.
  • Kälteerzeugung: Holzgas kann in Absorptionskälteanlagen verwendet werden, um Kälteenergie für Kühlhäuser und Klimatisierung zu erzeugen, besonders in wärmeren Klimazonen.
  • Trockenprozesse: Holzgas eignet sich zur Trocknung verschiedener Materialien, zum Beispiel Holzhackschnitzel, was die Lager- und Transportfähigkeit verbessert.
  • Chemische Synthese: Holzgas dient als Ausgangsstoff in chemischen Syntheseprozessen, zum Beispiel zur Herstellung von Wasserstoff, Ammoniak und Methanol. Diese Chemikalien sind wichtige Grundstoffe für zahlreiche industrielle Anwendungen.
  • Notfallversorgung: In Krisenzeiten kann Holzgas eine flexible und lokale Energieversorgung sicherstellen, besonders in ländlichen oder infrastrukturell schwachen Regionen.

Hinweis zur Umwelt: Beachten Sie, dass bei der Reinigung von Holzgas Verunreinigungen wie Teer und Kondenswasser anfallen, die einer sachgemäßen Entsorgung bedürfen, um Umweltschäden zu vermeiden.

Holzgas ist ein vielseitiger Energieträger, der für die dezentrale Strom- und Wärmeversorgung sowie für industrielle Anwendungen genutzt werden kann.

Sicherheitsaspekte im Umgang mit Holzgasgeneratoren

Der Umgang mit Holzgasgeneratoren erfordert besondere Vorsichtsmaßnahmen, da das produzierte Gas Kohlenmonoxid sowie andere potenziell schädliche Verbindungen enthält. Um Unfälle und Gesundheitsschäden zu vermeiden, sollten folgende Sicherheitsrichtlinien beachtet werden:

  • Betrieb im Freien oder gut belüfteten Räumen: Betreiben Sie Holzgasgeneratoren stets im Freien oder in gut belüfteten Bereichen, um Ansammlungen von Kohlenmonoxid zu vermeiden.
  • Atemschutz und Kohlenmonoxidmelder: Statten Sie den Aufstellort mit Kohlenmonoxidmeldern aus und tragen Sie bei der Bedienung des Generators geeignete Atemschutzmasken. Achten Sie regelmäßig auf Symptome einer Kohlenmonoxidvergiftung wie Kopfschmerzen, Schwindel oder Übelkeit.
  • Explosionsschutz: Vermeiden Sie die Bildung explosiver Gas-Luft-Gemische und halten Sie offene Flammen oder Funken von der Nähe des Generators fern.
  • Korrekte Lagerung und Handhabung des Gases: Komprimieren Sie Holzgas nicht auf über 1 bar, um Kondensationen und Explosionsgefahren zu vermeiden. Lagern Sie das Gas nur in entsprechend vorgesehenen Vorrichtungen.
  • Brandschutzmaßnahmen: Halten Sie stets einen Feuerlöscher in der Nähe des Generators bereit und lagern Sie große Mengen Brennstoff nicht in unmittelbarer Nähe des Generators.
  • Regelmäßige Wartung: Führen Sie regelmäßige Inspektionen und Wartungen durch, einschließlich der Reinigung des Brennraums und der Kontrolle aller mechanischen und elektrischen Komponenten.
  • Sichere Brennstoffnachlage: Seien Sie beim Nachlegen von Brennstoff vorsichtig, tragen Sie hitzebeständige Handschuhe und Schutzbrillen.
  • Vermeidung von Gaslecks: Überprüfen Sie regelmäßig alle Verbindungen und Dichtungen auf Lecks und verwenden Sie nur Materialien, die für den Einsatz mit Holzgas geeignet sind.

Indem Sie diese Sicherheitsvorkehrungen beachten, können Sie die Risiken beim Betrieb von Holzgasgeneratoren minimieren und sowohl Ihre Gesundheit als auch die Umwelt schützen.

Artikelbild: Consuelo Di Muro/stock.adobe.com