Houtsnipperstroom voor the middle of nowhere

Tijdens de olieschaarse jaren van de Tweede Wereldoorlog waren ze een bekend straatbeeld in Europa: houtvergassers. Grote tanks op het dak van auto’s of op aanhangkarretjes, die de wagens in staat stelden om op hout te rijden in plaats van benzine of diesel. Na de bevrijding verdwenen ze als sneeuw voor de zon.

Maar volgens onderzoekers van de afdeling proces en energie van Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE) zijn houtvergassers bezig aan een opmars. Niet als energieopwekkers voor voertuigen, maar als kleine, autonome energiecentrales in landelijke gebieden.

Samen met wetenschappers van Energieonderzoek Centrale Nederland (ECN), de TU Graz, de TU Múnchen en de National Technical University of Athens, proberen Delftse onderzoekers de vergassers efficiënter te maken en er elektriciteit mee op te wekken.

“De apparaten zijn veelbelovend omdat ze gebruik maken van gratis of goedkoop plantaardig afval, zoals houtsnippers, palmbladeren of maïsstengels”, zegt ir. Pivi Aravind (3mE), die begin volgend jaar promoveert op zijn bijdrage aan het Europese project. “Daarnaast zijn ze milieuvriendelijk doordat de CO2-kringloop klimaatneutraal is. En ze bieden uitkomst op afgelegen plekken waar geen gas- of elektriciteitsleidingen lopen.”

Het principe van vergassing is simpel. Bij een temperatuur van vijfhonderd â duizend graden Celsius wordt een mengsel van lucht en stoom langs vezelrijke biomassa geblazen. De vezels krijgen niet genoeg zuurstof om volledig te verbranden. Er ontstaat hierdoor een brandbaar gasmengsel van waterstofgas, methaan, koolmonoxide en kooldioxide. Eten koken op dit gasmengsel is efficiënter dan op een houtvuurtje.

“Hoewel de apparaten nog erg kostbaar zijn, lopen veel ontwikkelingsorganisaties te koop met de vergassers”, zegt Aravind. “Via private en publieke investeringen moeten de vergassers terrein winnen. In India en China staan er nu hoogstens een paar duizend van”, zegt hij, “maar het worden er snel meer.”
Wervelbed

De afgelopen vier jaar onderzocht Aravind onder meer hoe je efficiënt elektriciteit kunt opwekken uit biomassa met een combinatie van vergassers en brandstofcellen. Een goed werkend systeem zou een nog grotere impuls zijn voor biomassavergassing, denkt de ingenieur. Elektriciteit uit houtgas wordt in sommige landen al opgewekt met een omgebouwde dieselmotor. Maar deze motor slaagt er maar in zo’n 30 â 35 procent van de energie in het gas om te zetten in stroom.

Samen met onderzoekers van ECN experimenteerde de Delftenaar onlangs met een zogenaamde wervelbedvergasser. Hij sloot deze installatie, die bij acht- tot negenhonderd graden Celsius werkt, direct aan op een kleine hoge-temperatuurbrandstofcel. Door de directe koppeling gaat er nauwelijks warmte-energie verloren.

“We haalden een energie-efficiëntie van 50 â 60 procent”, aldus Aravind. “Jammer genoeg werd niet al het gas verbruikt in de brandstofcel. We willen daarom ook nog een microturbine aansluiten op het systeem, die elektriciteit opwekt uit het resterende gasdeel. Dan halen we waarschijnlijk een energie-efficiënte van 70 â 80 procent”, zegt hij hoopvol.

Aravind rekent uit dat zijn vergasser-brandstofcelcombinatie met microturbine, afhankelijk van de brandstoffen die je gebruikt, 50 tot 250 kilowatt kan opwekken. “Dat is goed voor bijna 2000 megawatt-uur op jaarbasis, als het systeem op volle toeren draait. Ter vergelijking: een gemiddelde Nederlander verbruikt ongeveer 6500 kilowatt-uur. De vergasser kan dus een heel dorp voorzien van elektriciteit. Een paar honderd hectaren landbouwgebied leveren bovendien meestal voldoende plantenresten op.”

Zijn collega-onderzoeker van de ECN, Jan Pieter Ouweltjes, wil nog wel een kantekening plaatsen. “Er ligt nog een grote uitdaging in het filteren van het gas”, zegt hij. “Net als bij de verbranding van tabak ontstaan bij de vergassing van hout grote hoeveelheden teer. Dit mengsel van aromatische koolwaterstoffen, koekt aan op de elektrodes in de brandstofcel, waardoor het proces op een gegeven moment stokt.” Hoelang het duurt voordat de brandstofcel er hierdoor mee uitscheidt, weet hij niet. “Dat is een van de dingen die we verder willen onderzoeken.”

Al bekend in de Tweede Wereldoorlog: tijdens de olieschaarste reden auto’s en bussen met aanhangwagens met houtvergassers. Ze waren een bruikbaar alternatief voor de benzine- of dieseltank. (Foto: ANP)

Tijdens de olieschaarse jaren van de Tweede Wereldoorlog waren ze een bekend straatbeeld in Europa: houtvergassers. Grote tanks op het dak van auto’s of op aanhangkarretjes, die de wagens in staat stelden om op hout te rijden in plaats van benzine of diesel. Na de bevrijding verdwenen ze als sneeuw voor de zon.

Maar volgens onderzoekers van de afdeling proces en energie van Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE) zijn houtvergassers bezig aan een opmars. Niet als energieopwekkers voor voertuigen, maar als kleine, autonome energiecentrales in landelijke gebieden.

Samen met wetenschappers van Energieonderzoek Centrale Nederland (ECN), de TU Graz, de TU Múnchen en de National Technical University of Athens, proberen Delftse onderzoekers de vergassers efficiënter te maken en er elektriciteit mee op te wekken.

“De apparaten zijn veelbelovend omdat ze gebruik maken van gratis of goedkoop plantaardig afval, zoals houtsnippers, palmbladeren of maïsstengels”, zegt ir. Pivi Aravind (3mE), die begin volgend jaar promoveert op zijn bijdrage aan het Europese project. “Daarnaast zijn ze milieuvriendelijk doordat de CO2-kringloop klimaatneutraal is. En ze bieden uitkomst op afgelegen plekken waar geen gas- of elektriciteitsleidingen lopen.”

Het principe van vergassing is simpel. Bij een temperatuur van vijfhonderd â duizend graden Celsius wordt een mengsel van lucht en stoom langs vezelrijke biomassa geblazen. De vezels krijgen niet genoeg zuurstof om volledig te verbranden. Er ontstaat hierdoor een brandbaar gasmengsel van waterstofgas, methaan, koolmonoxide en kooldioxide. Eten koken op dit gasmengsel is efficiënter dan op een houtvuurtje.

“Hoewel de apparaten nog erg kostbaar zijn, lopen veel ontwikkelingsorganisaties te koop met de vergassers”, zegt Aravind. “Via private en publieke investeringen moeten de vergassers terrein winnen. In India en China staan er nu hoogstens een paar duizend van”, zegt hij, “maar het worden er snel meer.”
Wervelbed

De afgelopen vier jaar onderzocht Aravind onder meer hoe je efficiënt elektriciteit kunt opwekken uit biomassa met een combinatie van vergassers en brandstofcellen. Een goed werkend systeem zou een nog grotere impuls zijn voor biomassavergassing, denkt de ingenieur. Elektriciteit uit houtgas wordt in sommige landen al opgewekt met een omgebouwde dieselmotor. Maar deze motor slaagt er maar in zo’n 30 â 35 procent van de energie in het gas om te zetten in stroom.

Samen met onderzoekers van ECN experimenteerde de Delftenaar onlangs met een zogenaamde wervelbedvergasser. Hij sloot deze installatie, die bij acht- tot negenhonderd graden Celsius werkt, direct aan op een kleine hoge-temperatuurbrandstofcel. Door de directe koppeling gaat er nauwelijks warmte-energie verloren.

“We haalden een energie-efficiëntie van 50 â 60 procent”, aldus Aravind. “Jammer genoeg werd niet al het gas verbruikt in de brandstofcel. We willen daarom ook nog een microturbine aansluiten op het systeem, die elektriciteit opwekt uit het resterende gasdeel. Dan halen we waarschijnlijk een energie-efficiënte van 70 â 80 procent”, zegt hij hoopvol.

Aravind rekent uit dat zijn vergasser-brandstofcelcombinatie met microturbine, afhankelijk van de brandstoffen die je gebruikt, 50 tot 250 kilowatt kan opwekken. “Dat is goed voor bijna 2000 megawatt-uur op jaarbasis, als het systeem op volle toeren draait. Ter vergelijking: een gemiddelde Nederlander verbruikt ongeveer 6500 kilowatt-uur. De vergasser kan dus een heel dorp voorzien van elektriciteit. Een paar honderd hectaren landbouwgebied leveren bovendien meestal voldoende plantenresten op.”

Zijn collega-onderzoeker van de ECN, Jan Pieter Ouweltjes, wil nog wel een kantekening plaatsen. “Er ligt nog een grote uitdaging in het filteren van het gas”, zegt hij. “Net als bij de verbranding van tabak ontstaan bij de vergassing van hout grote hoeveelheden teer. Dit mengsel van aromatische koolwaterstoffen, koekt aan op de elektrodes in de brandstofcel, waardoor het proces op een gegeven moment stokt.” Hoelang het duurt voordat de brandstofcel er hierdoor mee uitscheidt, weet hij niet. “Dat is een van de dingen die we verder willen onderzoeken.”

Al bekend in de Tweede Wereldoorlog: tijdens de olieschaarste reden auto’s en bussen met aanhangwagens met houtvergassers. Ze waren een bruikbaar alternatief voor de benzine- of dieseltank. (Foto: ANP)