De houtgasgenerator, een toelichting

Op een andere  pagina van deze site staat een bij elke Panhardist bekend plaatje van de ‘Panhard  houtgasgenerator’, dat toch altijd weer wat vragen opwerpt. Want Panhard “deed” dus in houtgasgeneratoren, maar wat was nu eigenlijk zo’n generator, en wat kon je ermee.
Verhalen van onze (groot)ouders over het brandstofprobleem tijdens de Duitse bezetting en de “oplossing” die er via gasgeneratorauto’s werd gevonden leken te wijzen op een in wezen volkomen gemankeerd vervoermiddel dat je alleen in de uiterste nood zou gebruiken. Maar is dat terecht, deze indruk? We hebben hier toch wel een duurzame, groene, energie!
In het nu volgende artikel gaan we de gasgenerator en zijn toepassingen wat nader bekijken.

De gasgenerator
In de gasgenerator “verbranden” we een brandstof als houtsnippers, houtskool of wat voor koolstof bevattende stof dan ook (steenkool kan dus ook, maar dan is het niet meer duurzaam) met lucht, waarbij dan, naast andere verbindingen, het brandbare gas koolmonoxide (CO) ontstaat.
De verbranding mag vooral niet “te goed” zijn – deftig gezegd: dient zuurstofarm te geschieden – want anders ontstaat uit de brandstof het – niet nuttige, want niet brandbare – gas kooldioxide.
Met het aldus geproduceerde brandbare gas kunnen we vervolgens een verbrandingsmotor laten werken.

We zouden het kunnen samenpersen tot een vloeistof en het dan net als LPG kunnen tanken. Maar dat vereist een min of meer industriële omgeving, met grote generatoren, koelers en compressoren.
We zouden het ook rechtstreeks in de motor kunnen blazen.
In dat geval volstaat een kleine generator die aan boord van auto of vrachtwagen aanwezig is, en kunnen we houtsnippers “tanken”.
Dat is dus waar Panhard zich op wierp in de jaren 1930-1950

Even een beetje scheikunde:
Lucht bestaat grofweg uit 4 delen stikstof (N2) en 1 deel zuurstof (O2): 1 O2 + 4 N2
Houtskool bestaat uit vrijwel alleen koolstof (C), maar hout bevat ook als hoofdbestanddeel koolstof.
Het proces in de gasgenerator kunnen we dan als volgt beschrijven:

1 C + ½ (O2 + 4 N2) >>>>> 1 CO + 2 N2 ……………………………………………….proces 1

In woorden: 1 deel koolstof reageert met ½ deel lucht tot een gasmengsel van 1 deel koolmonoxide en 2 delen stikstof.
En stikstof is helaas niet brandbaar, dus niet te gebruiken als brandstof. Koolmonoxide daarentegen kan wél verbranden.
Essentieel is de verhouding van 1 koolstof op ½ lucht (λ = ½)! We noemen dat een partiële (= onvolledige) verbranding.
Als we de koolstof totaal zouden verbranden, zoals in de barbecue of open haard, dan werd het:

1 C + 1 (O2 + 4 N2) >>>>>1 CO2 + 4 N2 (λ = 1)

We laten nu dus 1 deel koolstof reageren met 1 deel lucht
Het gas mengsel bevat dan alleen 1 deel kooldioxide (CO2) en 4 delen stikstof, en die zijn allebei onbrandbaar. Daar kan je een motor niet mee aan de praat krijgen.
Voor de gezondheid van de omstanders is het overigens wel beter dat we bij de barbecue (en in de kachel, of de geiser) een λ van 1 of meer aanhouden. Ten eerste levert het meer warmte op dan proces 1, en ten tweede is koolmonoxide zeer giftig!

Maar ook de partiële verbranding levert warmte. Een (te) goed geïsoleerde gasgenerator zal oververhit raken!
Een aardige oplossing voor dit probleem is het bijmengen van waterdamp (H2O) in het proces. En dat levert nog meer brandbaar gas op ook, want nu ontstaat ook het brandbare gas waterstof (H2).

1 C +1 H2O >>>>> 1 CO + 1 H2 …………………………………………………………….proces 2

In woorden: 1 deel koolstof met 1 deel waterdamp levert een gasmengsel van 1 deel koolmonoxide en 1 deel waterstof.
In het geval dat de generator met hout werkt komt de waterdamp vanzelf vrij uit het hout. Dat bevat altijd water. Bij andere brandstoffen (houtskool) zal het bijgemengd moeten worden.

Het nadeel van dit tweede proces is dat het warmte kost, ofwel het loopt niet vanzelf, zoals de (partiële) verbranding.
Het koelt de generator dus af, en zou hem kunnen uitdoven. Daarom mag het hout, als we dat gebruiken, niet te nat zijn.
En verder lopen en nog een paar bijprocessen die troep produceren (teer, alcohol, azijnzuur e.d.).
Het gas zal daarom altijd een nazuivering nodig hebben.

Die “goede verbranding”, die dus veel warmte en kooldioxide oplevert, treedt ook altijd op. Dat moet wel om alle processen aan de gang te krijgen. Maar het gevormde kooldioxide kan weer met koolstof reageren tot koolmonoxide, wat overigens ook weer warmte kost, en koeling oplevert.

1 CO2 + 1 C >>>>>>>> 2 CO …………………………………………………………………..proces 3

In een goed afgestelde gasgenerator leiden al deze processen uiteindelijk tot een brandbaar mengsel van koolmonoxide, waterstof en helaas die vermaledijde stikstof, zonder dat de temperatuur teveel oploopt, of de generator uitdooft.

Gebruik van zuivere zuurstof bij de partiële verbranding in plaats van lucht zou het stikstofprobleem elimineren, maar dat gaat dan weer ten koste van de relatieve eenvoud van het proces. Dan heb je inmiddels niet meer een “keuken” in je auto, maar een fabriek.

In de tijd van de houtgasgeneratoren lag het octaangetal van benzine laag, en was de compressieverhouding van de motoren navenant laag. Dat betekende dat een motor die normaal gesproken op benzine liep bij overschakelen op houtgas flink wat vermogen kwijtraakte, want houtgas heeft een lagere calorische waarde dan een benzine-luchtmengsel.
Je moest dus een behoorlijk overbemeten motor in de auto hebben zitten om nog acceptabel vooruit te komen.
Eventjes de compressieverhouding flink verhogen zou geholpen hebben, maar dat is helaas niet mogelijk bij een bestaande motor.

En wat historie:
Het idee voor het gebruik van houtgas stamt al uit het begin van de 19e eeuw, wanneer de Zwitserse majoor Isaac de Rivaz een “explosiemotor” ontwerpt die op verschillende gassen loopt, waaronder: waterstofgas, onttrokken aan steenkool, moerasgas (ofwel methaan – OttHW), waterstofgas uit droge destillatie van houtsnippers en ander plantaardig materiaal, etc. Maar dit idee werd, ondanks een octrooi, vergeten, omdat het zijn tijd te ver vooruit was. 110 jaar later voert de technische dienst van het Franse leger een studie uit naar alternatieve brandstoffen voor voertuigen, uitgaande van hout of houtskool (ze doen in het leger dus nog wel iets meer dan marcheren). De Duitse onderzeeërs joegen wel erg veel tankers naar de kelder, en men voorzag moeilijkheden voor de olievoorziening. Tegen het eind van de eerste wereldoorlog gebruikte het Franse leger zo’n 300 miljoen liter benzine per maand, waarvan binnen de hexagoon (omschrijving van Europees Frankrijk, de zeshoek – zie de kaart van Frankrijk! – OttHW)) nog geen druppel werd geproduceerd. En de Noord-Afrikaanse olievelden waren nog niet ontdekt. Vandaar de – wat aarzelende – experimenten met een vrachtwagen, een buitgemaakte Mercedes met gasgenerator, op de lijn Parijs/Rouen. Maar het eind van de oorlog betekende ruime aanvoer uit Amerika en einde experimenten. Toch vond de legerleiding dat er een “nationale” brandstof diende te komen, en de ontwikkelingen startten opnieuw. Zodat er, op het moment dat de Traction Avant verscheen (1935), al drie typen vergassers voor auto’s beschikbaar waren:

– de Imbert-Berliet, afgeleid van de Imbert-vergasser, op hout;

– de Panhard-et-Levassor, op houtskool;

– de Gohin-Poulenc, op minerale olie, eventueel houtskool.

Marius Berliet gebruikte in 1926 al houtgas voor een bus die 5000 km door Frankrijk reed voor ¼ van de kosten die het met benzine gekost zou hebben.
Maar de echte interesse begon, overigens ook in Nederland, pas met de bezetting van 1940. Het was gedaan met de grappen over de rijdende keukens.
Overigens kon niet elke auto ermee uitgerust worden. Aftandse wagens, die al op benzine slecht liepen, moest je er niet van voorzien. De calorische waarde van houtgas is nogal laag, en de motor verliest 35-45 % van zijn vermogen!
En waar monteerde je de vergasser? De treeplank, de bagageruimte of een aanhangertje bleken geschikt.

Gohin-Poulenc, aan weerszijden naast de motorkap. De “11” haalde hier 90-100 km/u mee, met een verbruik van 12,7 kg hout /100 km

De generator van Panhard. In de achterbak, met gasreservoir op het dak.

Eénwielige aanhanger, ook van Gohin-Poulenc

Panhard had ook een aanhangerversie, maar de systemen van Gohin-Poulenc waren toch de meest verkochte.

De heer Poulenc maakte al sinds 1918 vergassers voor de fabrieken van Poulenc, en vanaf 1927 systemen voor auto’s.

Van 1930 tot 1940 nam de productie toe van 100 tot 1500 apparaten per jaar, en vanaf 1935 werd de vergasser onder licentie door Mercedes gemaakt. De Duitsers voorzagen al een oliegebrek.

Nog wat meer historie:
In het begin van de 20e eeuw ging veler aandacht uit naar het omzetten van houtsnippers, uit de bossen en bosjes, via houtvergassers, naar een bruikbaar alternatief voor vloeibare brandstoffen in vast opgestelde dan wel mobiele motoren. In de jaren 1908-1910 liep er bijvoorbeeld een autobus op de lijn Montmartre-Place Saint-Michel in Parijs op houtgas. Maar vooral na de eerste wereldoorlog, met de groei van het gemotoriseerd transport, en het besef van de afhankelijkheid van olieproducten, nam de belangstelling voor houtgas toe.
Van 1921 tot 1939 waren er elk jaar wedstrijden, onder auspiciën van de Automobile Club de France en het Franse bureau voor R&D, voor voertuigen die op houtgas liepen. In 1929 organiseerde de firma Panhard een demonstratie in Afrika: op het parcours Dakar-Bamaco-Abidjan en vervolgens Douala-Bangui met een houtskoolvergasserwagen die naar behoefte zijn eigen houtskool in metalen haarden aanmaakte.

In Duitsland ging men nog een stapje verder. Uit het gasmengsel van CO en H2, verkregen uit een Lurgi gasgenerator, werd in de 20er jaren door de chemici Fischer en Tropsch via een katalysatorproces een soort diesel en een soort benzine gemaakt, waardoor Duitsland, met zijn kolenvoorraden, onafhankelijk kon zijn van olietoevoer als de nood aan de man kwam.

De Messerschmidt waarmee Rudolf Hess in de tweede wereldoorlog naar Engeland vloog liep op dit soort brandstof, getuige het spotliedje:

Want Hessje is verdwenen, verdwenen, verdwenen
Hij nam opeens de benen
En Hitler wist het niet
Hij nam een Messerschmidtje mee op kunstbenzine
En nu zitten ze in Mofrika te grienen

Dat het toch wel om een grootschalige productie ging moge blijken uit het feit dat Duitsland in 1944 6,5 miljoen ton Fischr-Tropsch producten als diesel en benzine maakte

In Frankrijk groeide het aantal houtgasaangedreven wagens (vooral vrachtwagens) van 700 in 1927 tot 6000 in 1938. Bij de spoorwegen waren er 19 houtgasaangedreven draisine-lijnen. Het Franse verkeersministerie telde in 1939 19 auto’s, 26 vrachtauto’s, 2 verhuiswagens en 3 bussen op houtgas. In het jaar 1939 ging bij de firma Berliet op elke 2 dieselvrachtwagens 1 houtgaswagen de deur uit, en een enthousiaste fan schrijft dan zelfs: ook een vliegtuig op houtgas is niet onmogelijk!

Een liter benzine van 3 ff kon vervangen worden door 1,3 kg houtskool van 0,80 ff per kilo, of 2 kg hout, van 0,40 – 0,80 ff/kg. Tel uit je winst, maar trek er wel een hogere aanschafprijs en een verminderd laadvermogen van af: een houtgasgenerator neemt nogal wat plaats in en weegt wat.

Maar de tweede wereldoorlog gaf pas echt een boost aan de gazo, zoals men hem intussen noemde. Het volgende staatje moge dit duidelijk maken voor Frankrijk, maar naar verhouding gold het net zo goed voor bijvoorbeeld Nederland, waar in de oorlog ook heel wat van dit spul rondreed:

Zodra echter benzine en diesel weer op de markt verschenen was het afgelopen voor het houtgas: toch te onhandig, en het kostte teveel motorvermogen.

Tot 1973! De oliecrisis. Opeens werden er weer oude plannen afgestoft. Maar de oliecrisis duurde te kort om een serieuze opleving te zien.

Ook heden ten dage bestaat er weer belangstelling voor houtgas om via het Fischer-Tropsch proces uit biomassa vloeibare brandstoffen te maken (BTL, biomass to liquid). Maar echt grootschalig gaat dit nog niet.

Als we dus een lang verhaal kort moeten weergeven kunnen we zeggen:
Van 1940 – 1945 bloeide de vergasser, om daarna heel snel te verwelken. Maar de (groene) hoop blijft
OttHW