GAZ i ZIS - samochody na drewno i torf.
GAZ i ZIS - samochody na drewno i torf
Czy biomasa znów zastąpi benzynę?
Gazogeneratory czyli urządzenia wytwarzające gaz z paliw stałych pojawiły się w drugiej połowie XIX wieku z przeznaczeniem dla zasilania stacjonarnych silników wewnętrznego spalania. Załadowane do komory paliwo zostaje zapalone za pomocą otwartego ognia przez zawór powietrzny. Powietrze w ilości niedostatecznej do jego pełnego spalania, a wystarczającej jedynie do zgazowania jest zasysane przez pracujący silnik.
Z węgla zawartego w paliwie powstaje tlenek i dwutlenek węgla, przy czym ten drugi w zetknięciu z rozżarzonym węglem rozkłada się na palny tlenek (CO). Część wodoru z powietrza oraz z rozkładu wody przechodzi do powstającego gazu generatorowego, zaś część w reakcji z węglem wytwarza metan. W paliwie usytuowanym nad palącą się warstwą zachodzi piroliza z wydzielaniem gazów, smoły, części lotnych i pary wodnej. Po oczyszczeniu uzyskany gaz nadaje się do wykorzystania w silniku wewnętrznego spalania.
Paliwami dla gazogeneratorów mogą być drewno, torf, węgiel kamienny i brunatny, brykiety z tych surowców i odpadów roślinnych. Próby wykorzystania biomasy do napędu pojazdów zostały zainicjowane w b. ZSRR już w latach 20. ubiegłego stulecia. Od początku lat 30. prowadzono wdrożenia gazogeneratorów do traktorów i kutrów spalinowych.
Pierwszy z nich NATI -1 pracował na gazie otrzymywanym z drewna. Kolejne gazogeneratory serii NATI zostały zaadaptowane do samochodów typu GAZ-AA i ZIS-5. Wkrótce w fabryce samochodów w Gorkim uruchomiono seryjną produkcję silników gazowych dla samochodów GAZ-42; ogółem w latach 1939-1946 wyprodukowano ich 33840 sztuk. Również przed wojną zaczęto masowo wytwarzać popularne samochody ZIS-13 zasilane gazem z drewna.
Pod względem własności torf przypomina drewno, lecz wykazuje większą zawartość części smolistych. Może być zatem używany w gazogeneratorach przeznaczonych dla biomasy drzewnej. Przy wyższej zawartości smoły torf, podobnie jak i węgiel brunatny, wymaga większej komory zgazowania i częstszego oczyszczania z osadów. W gazogeneratorach przeznaczonych dla torfu stosowano drewno jedynie do rozpalenia podstawowego paliwa. Takie rozwiązanie z podwójnym paliwem przyjęto w przedwojennych samochodach GAZ-43 i ZIS-31. W 1939r. w obliczu wzrastającego zapotrzebowania armii na paliwa naftowe, władze ZSRR nakazały wdrożyć gazogeneratory we wszystkich pojazdach gospodarki leśnej i częściowo w pozostałych gałęziach, zwłaszcza w rolnictwie. W okresie wojny samochody na gaz z torfu i drewna używano nie tylko na tyłach, lecz także i na froncie. Gazogeneratory typu NATI-G69 montowano nawet na zwykłych ciężarówkach. Pod koniec wojny w ZSRR eksploatowano około 200 tysięcy samochodów, traktorów, kutrów i innych pojazdów na gaz z torfu i biomasy. Również po 1945 r. radziecki przemysł produkował samochody UralZIS wyposażone w gazogeneratory typu NAMI-G78. Jednak traktory KT-352T wytwarzane w Mińsku od 1953r. okazały się ostatnią serią radzieckich pojazdów na gaz.
Powszechnie uważa się, że wymienione pojazdy napędzane gazem z drewna stanowiły świadectwo radzieckiej biedy i zacofania technicznego. Tymczasem ten sposób zasilania był szeroko stosowany prawie w całej ówczesnej Europie. W połowie XX wieku technologia wykorzystania biomasy w transporcie osiągnęła w wielu krajach całkiem wysoki poziom i znalazła zastosowanie nie tylko w samochodach ciężarowych, traktorach, łodziach i barkach, lecz także w samochodach osobowych, motocyklach, autobusach, lokomotywach i drezynach. Obecnie użycie gazogeneratorów jest ekonomicznie uzasadnione przede wszystkim w rolnictwie, gospodarce leśnej i przemyśle drzewnym. Park maszynowy w tych gałęziach gospodarki liczy na świecie 100-120 milionów pojazdów. Przejście tych maszyn na paliwo z biomasy i torfu uniezależniłoby koszty produkcji w wymienionych branżach od cen ropy i gazu. Natomiast w perspektywie najbliższych kilkunastu lat mało prawdopodobne jest szersze wdrażanie tej technologii do transportu samochodowego, chociaż obecna sytuacja przypomina stan sprzed II wojny światowej. Również wówczas rozwój gazogeneratorów subsydiowały rządy poszczególnych krajów, aczkolwiek z innej przyczyny, a mianowicie dla uniezależnienia się od importu paliw naftowych.
Teraz zaś motywem stały się wymagania protokołu z Kioto i szybko drożejąca ropa naftowa. Sięgnięcie do doświadczeń z przeszłości pozwoli nie tylko uniknąć popełnionych wówczas błędów, lecz także trafniej prognozować rozwój technologii w nowych warunkach. Rozwój stacjonarnych gazogeneratorów w XIX wieku, stosowanych z powodzeniem w wielu gałęziach przemysłu, umożliwił skonstruowanie pierwszych urządzeń tego rodzaju przeznaczonych dla środków transportu (Francja, Taylor 1900 r.). Wkrótce jednak ich niedogodności eksploatacyjne oraz względnie niska cena benzyny usunęły je całkowicie w cień. Dopiero po wybuchu I wojny światowej wskutek ograniczenia dostaw benzyny ujawniła się konieczność sięgnięcia po alternatywne paliwo. Przemysłową produkcję gazogeneratorów dla traktorów i samochodów ciężarowych uruchomiono po raz pierwszy we Francji.
W 1919 r. G. Imbert skonstruował gazogenerator realizujący odwrotny cykl zgazowania biomasy. Wynalazek ten dokonał prawdziwej rewolucji i do dnia dzisiejszego pozostaje największym osiągnięciem w tej dziedzinie techniki. W 1921 r. jego pojazd przejechał 500 km, co natychmiast przyciągnęło uwagę przedstawicieli wojska i skłoniło do zainwestowania w tę technologię. Wprawdzie w okresie międzywojennym dostępność paliw naftowych ponownie przywróciła do łask samochody na benzynę, lecz europejskie rządy nie zaprzestały wspierać finansowo dalszego wdrażania gazogeneratorów. Szczególny rozwój tej technologii zaznaczył się w koloniach brytyjskich, francuskich i włoskich. W 1929 r. po szosach Francji jeździło około 1880 pojazdów na gaz, z czego 2/3 należały do armii. Na rok przed wybuchem wojny liczba samochodów ciężarowych z gazogeneratorami we Francji osiągnęła 7800, co stanowiło 2% wszystkich pojazdów. Na koniec 1940 r. w kraju tym było już 50 tysięcy samochodów i 30 tysięcy traktorów na biomasę. Również w Niemczech koncepcja zastąpienia benzyny gazem drzewnym uzyskała państwowy priorytet, a w czasie wojny działania te nabrały zrozumiałego przyspieszenia. Już do wybuchu wojny wyprodukowano tam około 400 000 gazogeneratorów dla rozmaitych środków transportu, a w latach 1940-1945 jeszcze dalsze pół miliona, z czego ponad 300 000 zainstalowano na ciężarówkach.
Tak duże zużycie biomasy wywołało jej deficyt, wobec czego zarządzono przystosowanie gazogeneratorów do pracy na brykietach z torfu i węgla. Ze szczególnym rozmachem wdrażano nową technologię napędu w transporcie Szwecji. W 1939 r. w kraju tym było około 1500 ciężarówek na gaz; trzy lata później ich liczba wzrosła do 28500, a ponadto z biomasy korzystało 35000 samochodów osobowych, 3400 autobusów i 15000 traktorów. Ogółem ponad 90% wszystkich środków transportu w Szwecji pracowało na gazie z biomasy. W surowych latach II wojny światowej nowa technologia napędu zyskiwała zwolenników także i na innych kontynentach. Zjawisko to wymownie ilustruje porównanie: od 1938r. do 1946r. liczba wszystkich pojazdów z gazogeneratorami wzrosła na świecie z 10 tysięcy do około miliona. Jednak prawie natychmiast po zakończeniu wojny pojawiła się znów tania ropa naftowa i zainteresowanie tą stosunkowo zaawansowaną technologią zaczęło szybko spadać - w 1950r. wspomniana liczba (poza ZSRR) zmalała do zaledwie 300!!!
Tylko w nielicznych krajach, zwłaszcza dysponujących wielkimi zasobami biomasy, nie zaniechano całkowicie badań i użytkowania gazogeneratorów w transporcie. W ZSRR urządzenia te produkowano masowo jeszcze do 1965 r. Zainteresowanie zapomnianą technologią zaczęło wracać w latach 70. w wyniku pamiętnego kryzysu naftowego. Z finansową pomocą rządowych i międzynarodowych organizacji w niektórych krajach zachodnioeuropejskich i Chinach wznowiono badania i małoseryjną produkcję gazogeneratorów samochodowych. Ponownie na czoło wysunęła się Szwecja, gdzie przyjęto ambitny cel całkowitego zastąpienia paliw naftowych gazem z biomasy w transporcie rolniczym. Głównym argumentem przemawiającym za wykorzystaniem tego nośnika są odtwarzalne, niewyczerpalne wręcz zasoby biomasy i torfu oraz ich przyjazna dla środowiska utylizacja. Jeden m3 gazu generatorowego posiada kaloryczność przeciętnie 5200 kJ.
Kilogram drewna daje przy rozkładzie 2.3 m3 gazu; dla porównania z kilograma węgla kamiennego uzyskuje się 3.6 - 4.5 m3 gazu generatorowego. Gazogenerator z 2.3 kg drewna wytwarza tyle energii co litr benzyny. Natomiast z kilograma węgla drzewnego lub z 2.5 kg odpadów drzewnych można wytworzyć 1 kWh energii elektrycznej. Dodajmy, że sprawność niektórych gazogeneratorów przekroczyła już dawno 90%. Dane te uwidaczniają ogromne możliwości energetyczne utajone w niepozornych surowcach roślinnych, po które transport powinien coraz śmielej sięgać. Piotr Olszowiec
