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Funktion und Chemie des Gaserzeugers

In Deutschland gab es wegen dem kriegsbedingten Benzinmangel die meisten Gaserzezuger​. Der am besten verfügbare heimische Treibstoff war und ist Braunkohle, die jüngste fossile Phase von Holz (Holz - Torf - Braunkohle - Steinkohle - Anthrazit). Daher wurde die überweigende Mehrheit der Gaserzeuger während dem zweiten Weltkrieg mit Braunkohle betrieben. Entstanden sind die mobilen Gaserzeuger jedoch als Holzkohlevergaser, auf Drängen von Frankreich wurden die Entwicklung der Holzvergaser dann forciert (siehe unter Georges Imbert).

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 weit verbreitet. Je nach Gegend wurde auch Anthrazit und Schwelkoks in speziellen Generatortypen vergast.

Sogenannt absteigende Vergaser können mit den drei teerbildenden Brennstoffen Holz, Torf und Braunkohle betrieben werden (auf die verschiedenen Typen für aufsteigende bzw. Querstromvergasung für Anthrazit, Schwelkoks sowie für Holzkohle wird zu einem späteren Zeitpunkt eingegangen). Volkstümlich bekannt sind alle absteigenden Vergasertypen unter dem Begriff Holzvergaser.

Die Anlage am Opel Kadett ist ein Wisco- Braunkohlevergaser (DE), welcher - je nach Herdeinschnürung - auch mit Torf oder Holz betrieben werden kann. 

Die Anlage am Ford Model A ist ein Kaiser- Holzvergaser (CH), welcher - je nach Herdeinschnürung - auch mit Torf oder Braunkohle betrieben werden kann.

Zur Erklärung der Vorgänge im Gaserzeuger greife ich auf die Imbert- Anlage zurück, da diese historisch am besten dokumentiert ist und als Vorbild aller weiteren Gaserzeuger bezeichnet werden kann. Viele Varianten sind auch unter konstruktiver Umgehung der Imbert- Patente entstanden. In Deutschland wurden Gaserzeuger-Patente während dem zweiten Weltkrieg annulliert und man zwang die verschiedenen Hersteller zur Fabrikation von einheitlichen Gasgeneratoren. 

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Der Fahrzeug- Gaserzeuger ist immer eine Sauggas- Anlage. D.h. der Motor saugt sich seine benötigte Gasmenge aus dem Gaserzeuger an. Zu Beginn übernimmt ein Ventilator die Funktion des Motors und saugt Luft durch das gesamte System. Am Eintrittsloch vom Herd des Gaserzeugers wird eine brennende Lunte hingehalten, die Sogwirkung zieht die Flamme in den Herd und facht den Generator an.

Je nach Typ kann nach 7 bis 15 Minuten das Gas am Ventilatoraustritt angezündet werden. Sitzt die Flamme ruhig auf dem Austrittsrohr und brennt rötlichblau und gleichmässig, so wird der Ventilator ausgeschaltet und die Ventilatorklappe geschlossen. Unter Betätigung des Anlassers wird die Luftdrosselklappe langsam geöffnet, bis ein zündfähiges Gasgemisch entsteht und der Motor anspringt.

Meist wird kurz nach dem Anlassen das Gas schlechter. Dieses sogenannte Gasloch wird mittels Vollgas und etwas geschlossener Luftklappe überwunden, anschliessend ist das Fahrzeug betriebsbereit. Stirbt der Motor in diesem Moment ab, so muss erst wieder einige Minuten ventiliert und erst danach der Anlassvorgang wiederholt werden. 

Absteigender Gaserzeuger
Absteigender Gaserzeuger

Schematische Darstellung

Die angesaugte Luft verteilt sich durch Düsen in das Herdinnere. In der Nähe der Düsen, d.h. in der Oxiationszone vergast die bei der Inbetriebnahme angezündete Holzkohle mit der eintretenden Luft teilweise zu brennbarem Kohlenmonoxid CO, teilweise auch zu nicht brennbarem Kohlendioxid CO2. Dieses wird nachfolgend zum Teil in der glühenden Holzkohle unterhalb des Herdes wieder zu Kohlenmonoxid CO umgewandelt. Der dabei verbrauchte Treibstoff, in diesem Fall in Form von Holz, rutscht von oben nach unten nach.

Trockenzone
Trockenzone:

Dem Holz wird bei ca. 170° durch die aufsteigende Wärme das Wasser in Form von Wasserdampf ausgetrieben.
Schwelzone

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

Verkohlungszone

Bei ca. 700° findet die allmähliche Umwandlung des Holzes in Holzkohle statt.

Oxidationszone
Die Holzkohle wird bei bis ca. 1400° verschwelt. Die dabei entstehende Wärme hält die Verkohlung in Gang.

Wie vorher beschrieben, entstehen beim Verschwelprozess ausserdem Wasserdampf, Holzessig und Holzteer. Auch diese Bestandteile passieren den Herd.

Das Wasser wird bei den hohen Temperaturen zu Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt, ausserdem werden Bestandteile vom Holzessig zu Methan CH4 umgewandelt.

Der Holzteer schliesslich (langfädige CH- Verbindungen) wird in flüchtigere Bestandteile gecrackt. Die hiefür notwendige Temperatur darf keinesfalls unterschritten werden. Deshalb ist der Herd zwischen Oxidations- und Reduktionszone konisch eingezogen, sodass sich in allen Lastzuständen eine Zone hoher Temperatur bildet.

Ein Teil der Holzkohle fällt unverbrannt durch den Herd und bildet die sogenannte Reduktionszone. Hier findet bei ca. 500°C eine teilweise Umwandlung der nicht brennbaren Gase in brennbare Gase statt.

Reduktionszone
Ein Teil der Holzkohle fällt unverbrannt durch den Herd und bildet die sogenannte Reduktionszone. Glühende Holzkohle ist hochreaktiv und wandelt bei ca. 500°C die nicht brennbaren Gase in brennbare Gase um.

Noch vorhandenes CO2 wird zu zu CO reduziert.
Wasserdampf (H2O) wird zu H2 (Wasserstoff) und O (Sauerstoff) gespalten
Der Sauerstoff verbindet sich in der glühenden Holzkohle zu CO.
Teerbestandteile (bestehend aus langen C, O und H Molekülen) werden in mehreren Schritten zu  CO und H2 umgewandelt.
Das entstandene Gasgemisch nennt sich Holzgas, es ist ein Schwachgas

Bei ungeeigneten Holzsorten (schlechte Holzkohlebildner) oder bei zu hohem Feinanteil (Rinde, Sägemehl), sowie bei zu feinem Material (kleine Hackschnitzel) kann sich keine gute Reduktionszone ausbilden. Die Gasqualität ist schlecht und der Teer wird nicht aufgespalten, er kondensiert im Motor und verklebt Ventile und Kolben. Nach der Gaserzeugung wird das noch stark verschmutzte Gas in geeigneten Filtern gereinigt und mittels Gaskühler gekühlt, um die Dichte und damit die Leistung zu erhöhen.

In der Sprache des Chemikers lässt sich der Vorgang folgendermassen ausdrücken:

Oxidation
C + O2 = CO2 (wärmeerzeugend)

Wasserstoffbildung
CO + H2O = CO2 + H2 (schwach wärmeerzeugend)
C + H2O = CO + H2 (wärmeverzehrend)
C + 2H2O = CO2 + 2H2 (wärmeverzehrend)

Reduktion
CO2 + C = 2CO (wärmeverzehrend)

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

Der untere Heizwert beträgt 1200 - 1400 kcal/ (5000-5800 4800 kJ/m³. Der Luftbedarf zur Verbrennung im Motor ist etwa 1.0 - 1.2, sodass der effektive Gemischheizwert etwa 600 kcal/m³ (2500 kJ/m³) beträgt. Der Leistungsabfall gegenüber Benzin beträgt somit rein durch den geringeren Heizwert ca. 27-35%. Ein weiterer Leistungsabfall kann sich durch den geringeren Füllungsgrad des Motors ergeben (Strömungswiderstand im Generator) sowie durch die langsamere 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.

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 (hierzulande als Unionbriketts bekannt) 
Holzgasschulung aus dem 2. Weltkrieg
Holzgasschulung aus dem 2. Weltkrieg