Ausgangsdaten

Holzzusammensetzung (Buche):

cB 0.47kgkg

:= hB 0.062kgkg

:= oB 0.447kgkg

:= nB 0.0022kgkg

:= sB 0.0002kgkg

:=

Literaturwerte für Holzgas:

rCO 0.2m3

m3:= rH.2 0.2

m3

m3:= rCO2 0.13

m3

m3:= rN2 0.45

m3

m3:= rCH4 0.02

m3

m3:=

Für die Molmasse werden runde Werte genommen:

MO2 32kg

kmol⋅:= MN2 28

kgkmol⋅:= MCO 28

kgkmol⋅:=

MC 12kg

kmol⋅:= MS 32

kgkmol⋅:= MCO2 44

kgkmol⋅:=

MH 1kg

kmol⋅:= MH2 2 MH⋅:= MO 16

kgkmol⋅:=

MH2O 18kg

kmol:=MCH4 16

kgkmol

:= MLuft 28.96kg

kmol:=

kJ 103J:=feste molare Größen :

Vm 22.4m3

kmol:= Rm 8.314

kJkmol K⋅

:=

Gaszusammensetzung (Luft):

ξO2 0.232:= ξN2 1 ξO2−:= ξN2 0.768=

Errechnung von λDie Konstante "a" (s. Skript Gherghiu Kolbenmaschinen) wird durchInterpolation berechnet

amp 0.02518 0.03776 0.04196( )T:= h_c 0.13 0.16 0.18( )T:=

h_cBhBcB

:= h_cB 0.132=

a linterp h_c amp, h_cB,( ):= a 0.026= wobei ahH2cCO

= (beim Luftmangel)

Für den stöchiometrischen Luftbedarf resultiert

Lst2.664 cB⋅ 7.937 hB⋅+ 0.998 sB⋅+ oB−

ξO2:= Lst 5.592

kgkg

=

const1

ξO2 Lst⋅

12

MO2MC

⋅a4

MO2MH

⋅+⎛⎜⎝

⎞⎟⎠

⋅:= const 1.188=

kmol 103 mole⋅≡

λ

1 const MC⋅ rCO⋅cBMC

hBMH2

+sBMS

+ξO2 Lst⋅

MO2−

⎛⎜⎝

⎞⎟⎠

⋅−

1 const MC⋅ rCO⋅ξO2 Lst⋅

MO2

ξN2 Lst⋅

MN2+

⎛⎜⎝

⎞⎟⎠

⋅+

:=λ 0.59=

Gesamtmasse nach Verbrennung von einem kg Brennstoff:

m´Ab 1 λ Lst⋅+:= m´Ab 4.297kgkg

=

Holzgaszusammensetzug

Für Kohlenstoff

cCO1 λ−

const:= cCO 0.346= m´CO cCO

MCOMC

⋅:= m´CO 0.806=

cCO2 cB cCO−:= cCO2 0.124= m´CO2 cCO2MCO2

MC⋅:= m´CO2 0.456=

Für Wasserstoff

hH2 cCO a⋅:= hH2 8.977 10 3−×= m´H2 hH2

MH2MH

⋅:=

hH2O hB hH2−:= hH2O 0.053= m´H2O hH2OMH2O2MH

⋅:=

Holzgaszusammensetzung in Massenanteilen:

H2m´H2m´Ab

:= H2 0.418 %=

H2Om´H2Om´Ab

:= H2O 11.106 %=

COm´COm´Ab

:= CO 18.762 %=

CO2m´CO2m´Ab

:= CO2 10.623 %=

N2ξN2 Lst⋅ λ⋅ nB+

m´Ab:= N2 58.978 %=

Schwefel oxidiert komplett

oS 0.998 sB⋅:= oS 1.996 10 4−×

kgkg

=

SO2sB oS+

m´Ab:= SO2 9.3 10 3−

× %=

Summe H2 H2O+ CO+ CO2+ N2+ SO2+:= Summe 99.896 %=

Die Rechnung zeigt, dass bei den Literaturwerten für Holzgas von einem Feuchteren Holzausgegangen wurde, anders läßt sich die hohe Wasserstoffkonzentration nicht erreichen.So läßt sich auch die Aussage aus den 30er Jahren erklären, das wenn der Brennstoffverbrauchzu hoch ist, der Brennstoff zu trocken ist.

In der weiteren Rechnung gehe ich wieder von den Literaturwerten für dieGaszusammensetzung aus.

Heizwertvergleich mit BenzinLiteraturwerte für Holzgas:

Volumenanteile

rCO 0.2m3

m3:= rH2 0.2

m3

m3:= rCO2 0.13

m3

m3:= rN2 0.45

m3

m3:= rCH4 0.02

m3

m3:=

Massenanteile

MHolzgas rCO MCO⋅ rH2 MH2⋅+ rCO2 MCO2⋅+ rN2 MN2⋅+ rCH4 MCH4⋅+:=

MHolzgas 24.64kg

kmol=

cHolzgasrCO rCO2+ rCH4+( ) MC⋅

MHolzgas:= cHolzgas 0.17

kgkg

=

hHolzgas2rH2 4rCH4+( ) MH⋅

MHolzgas:= hHolzgas 0.019

kgkg

=

oHolzgasrCO 2rCO2+( ) MO⋅

MHolzgas:= oHolzgas 0.299

kgkg

=

Reaktionen und Heizwerte

Die brennbaren Bestandteile des Holzgases sind also noch Kohlenmonoxid CO 20%;Wasserstoff H2 20% und Methan CH4 2%, diese Reagieren in folgenden Reaktionen mitSauerstoff:

MJ 106 J⋅:=

Reaktion : Heizwerte pro kg: Heizwerte pro m³:

Huh2 10.8MJ

m3:=H2

12

O2+ H2O= HuH2 120.9MJkg

:=

CO12

O2+ CO2= HuCO 9.7MJkg

:= Huco 12.07MJ

m3:=

CH4 2O2+ 2H2O= HuCH4 50.1MJkg

:= Huch4 35.8MJ

m3:=

Stöchiometrischer Luftbedarf pro m³ Holzgas

Lst2.664 cHolzgas⋅ 7.937 hHolzgas⋅+ oHolzgas−

ξO2:= Lst 1.336

kgkg

=

Heizwert pro m³

Huholzgas rCO Huco⋅ rH2 Huh2⋅+ rCH4 Huch4⋅+:= Huholzgas 5.29MJ

m3=

Heizwert pro kg

MGemischMHolzgas MLuft+

2:= MGemisch 26.8

kgkmol

=

RGRm

MGemisch:= RG 310.224

Jkg K⋅

=

pnorm 1.03bar:= Tnorm 273.5K:= ρnormpnorm

RG Tnorm⋅:= ρnorm 1.214

kg

m3=

HuHolzgasHuholzgasρnorm

:= HuHolzgas 4.358MJkg

=

Für einen Vergleich der Heizwerte von Benzin und Holzgas wird der Gemischheizwert desstöchiometrischen Gemisches pro m³ benötigt:

Gemischheizwerte :

HGHolzgasHuholzgasLst 1+

:= HGHolzgas 2.264MJ

m3=

Der Gemischheizwert von Benzin ist :

HGBenzin 3.5MJ

m3:=

Verhältnis Holzgas/Benzin

Aus dem Verhältnis von

HGHolzgasHGBenzin

0.647=

ergibt sich, bei gleichbleibendem Wirkungsgrad η des Motors, der Leistungsverlust imHolzgasbetrieb. In diesem Fall hat der Motor im Holzgasbetrieb noch 64,7% der Leistung wie imBenzinbetrieb. Aus Erfahrung wird mit 70% der Leistung wie im Benzinbetrieb gerechnet.Mit welchen Werten unser Auto arbeitet ist unklar, da wir nichts messen konnten, weder dieletztentlich anliegende Leistung, noch die Elementarbestandteile des Holzgases.Diese Rechnung ist exemplarisch zu sehen, es soll hier nur der Rechenweg gezeigt werden.Die Rechnung steht von den Werten her in keinem Zusammenhang zu dem Auto.Interessant wäre es gewesen Elementaranalysen von verschiedenen Holzproben, mitunterschiedlicher Feuchtigkeit zu nehmen, diese dann zu vergasen, die Gasbestandteile zuanalysieren und die effektive Leistung an der Achse zu messen.Hierzu fehlten aber Zeit, Mittel und Geräte.