Piec opalany wodą i samochód na wodę

Co jakiś czas pojawiają się na świecie artykuły o samochodach jeżdżących na wodę i innych tego typu pomysłach, dziś pracuje nad tym zagadnieniem kilka zespołów naukowych na świecie, a nawet niektóre urządzenia weszły do produkcji. Jest kilka fałszywych pomysłów na tego typu urządzenia, zupełnie nierealnych, być może celowo puszczonych w obieg, dla medialnej popularności lub głupiego żartu. Tego typu wynalazki zaczęły być stosowane w Polsce w praktyce. Przy czym w większości są to urządzenia wykorzystujące mieszankę paliw (zwykłych lub biopaliw) z wodą lub z parą wodną. Para wodna pomieszana z powietrzem i paliwem daje zwiększony stopień sprężania - w rezultacie większa moc. Woda też w pewnych warunkach daje się rozdzielić na tlen i wodór tworząc mieszankę wybuchową. Zjawisko to jest znane już od dawna, zresztą w pożarnictwie wiadomo, że nie wolno gasić wodą niektórych gorących, palących się czy rozżarzonych substancji, bo zamiast ugasić pożar woda ulegnie odparowaniu, a para rozłoży się na wodór i tlen doprowadzając do silnego wybuchu.

Ekologiczne piece wykorzystujące do spalania wodę.
(źródło m.in. www.ppr.pl, www.ekogenerator.pl)

Inżynier Jerzy Majchrzak, właściciel Jednostki Innowacyjno-Wdrożeniowej w Kicinie pod Poznaniem oraz lider „Grupa Majchrzaka” – produkującej urządzenia wg. jego pomysłu, po wielu latach pracy skonstruował piec do spalania mas organicznych o niezwykle oryginalnym przebiegu procesu spalania.

Piece – ekogeneratory produkowane w zakładach Grupy Majchrzaka w celu wytworzenia energii cieplnej opalane są mokrymi roślinami (słoma, drewno) – mokrymi dlatego, że główna energia powstaje ze spalania wodoru i tlenku węgla, które powstają w procesie pirolizy w tychże generatorach. Nowością jest to, że reakcji zgazowania podlega mokra biomasa o wilgotności ok. 70 %, która jest niepalna lub trudnopalna w dotychczas stosowanych urządzeniach energetycznych. Popiół z takiego roślinnego paliwa jest też znakomitym nawozem.

Powszechnie uważa się, że paliwo spalane w piecach, niezależnie od jego rodzaju, powinno być suche. Tymczasem w piecach skonstruowanych przez Jerzego Majchrzaka jest na odwrót: im paliwo bardziej nawilżone, tym lepiej. Dzięki temu można w nich spalać różnego rodzaju paliwo organiczne o wysokiej zawartości wody. Oprócz odpadów drewna, sprasowanej słomy z różnych roślin i innych paliw celulozowych, można w nich spalać także zużyte opony, tworzywa sztuczne, odpady mięsno - kostne, przeterminowane pestycydy i inne groźne chemikalia, i to bez zagrożenia dla środowiska.

Proces spalania przebiega w trzech etapach. W pierwszym z masy organicznej powstaje tlenek węgla (C + 1/2 O₂ = CO), który w drugim etapie jest spalany do dwutlenku węgla (CO + 1/2 O₂ = CO₂). Na tym etapie zachodzi najważniejsza reakcja rozkład wody zawartej w paliwie (a właściwie już pary wodnej) na wodór i tlen. Powstały wodór spala się w trzecim etapie, wytwarzając bardzo wysoką temperaturę – do 1600°C. Ważny element całego procesu, rozkład wody na wodór i tlen (etap drugi), w normalnych warunkach, czyli pod ciśnieniem atmosferycznym, wymaga wysokiej temperatury – rzędu 1400°C. Jeśli jednak obniży się ciśnienie, wówczas temperatura może być znacznie niższa. W piecu pana Majchrzaka zainstalowany jest wentylator osiowy, wytwarzający podciśnienie około 1000 hPa (poniżej 1 atm), co znacznie ułatwia rozkład pary wodnej. Oczywiście do rozkładu pary wodnej na wodór i tlen trzeba było zużyć energię zawartą w paliwie, którą odzyskujemy podczas spalenia wodoru - uzyskując wysoką temp. spalania, co przyczynia się do dokładnego spalenia i nie zanieczyszczania powietrza w takim stopniu, jak z normalnych pieców, jak również nie trzeba suszyć paliwa - np. wilgotnego drewna, słomy itp.

Wysoka temperatura panująca w piecu powoduje całkowity rozpad spalanych mas organicznych na substancje proste. Sprawia również, że unieszkodliwiane są substancje toksyczne. Dzięki temu w piecach inż. Majchrzaka mogą być spalane również różne trujące odpady przemysłowe, komunalne i inne materiały zagrażające środowisku. Badania wykazały, że podczas spalania suchych odpadów zawierających chlor, wydzielał się on również w spalinach. Gdy odpady zostały nasączone wodą, wydzielanie chloru całkowicie zanikło.

Podczas spalania do popielnika wpadają niepalne pozostałości (często stopione wskutek wysokiej temperatury), a w powietrze ulatują czyste gazy, głównie dwutlenek węgla i para wodna, która powstaje w wyniku spalania wodoru (H₂ + 1/2 O₂ = H₂0). Nawet gdy pali się opony czy plastik z komina wylatuje przejrzysty gaz, którego obecność można wychwycić jedynie pomiarem temperatury. Nie ma ani śladu czarnego dymu nad kominem, typowego dla palącej się gumy.

Aby jednak proces spalania przebiegał prawidłowo, w spalanej masie musi być dostateczna ilość wody. Piec z pełnym wyposażeniem, z dodatkowym nadciśnieniowym wymiennikiem ciepła, umożliwia skraplanie wody zawartej w spalinach, która może być następnie wykorzystana do nawilżania kolejnej partii paliwa organicznego.

Te oryginalne piece stwarzają wielką szansę na oczyszczenie środowiska z „chemicznej padliny", czyli wszelkich pozostałości chemikaliów, a zwłaszcza pozostałości przeterminowanych pestycydów, zalegających w mogielnikach w całym kraju. Proces unieszkodliwiania niepotrzebnych środków ochrony roślin wymaga bowiem, aby były one poddane temperaturze 1200°C przez co najmniej kilka sekund. Korzystając z tradycyjnych metod spalania, bardzo trudno jest uzyskać takie warunki. Zapewniający je piec inż. Majchrzaka może być więc doskonałym rozwiązaniem tego problemu.

Mimo takich zalet piece te nie zyskały rozgłosu, choć sporo już ich pracuje. Ponad 100 pieców tego typu znalazło zastosowanie w suszarniach do drzewa, również pomysłu pana Majchrzaka, który konstruował swój piec z myślą o spalaniu mokrych trocin tartacznych.

Na nowe źródło energii zdecydował się właściciel dużego gospodarstwa koło Augustowa. Zagregatował on piec o mocy 2000 kW, kupiony od inż. Majchrzaka, ze starą suszarnią produkcji Rofamy Rogoźno. Paliwem były baloty słomy (o masie ok. 200 kg) i karpy drzewa nagromadzone z czyszczenia pól, wrzucane do pieca bez żadnej obróbki. Pan Radziński wysuszył tym agregatem 950 ton kukurydzy, 700 ton pszenicy i 400 ton rzepaku. Spalał przy tym na godzinę jeden balot słomy (ok. 200 kg) zamiast węgla lub oleju opałowego. Pieniądze, które wydałby na konwencjonalne paliwa, pozostały więc w gospodarstwie. Fakt, że piec pracuje na materiale zawilgoconym, powoduje, że do suszenia kukurydzy można również używać słomy kukurydzianej, jeśli się ma możliwości jej sprasowania. Tanie, w gospodarstwach niemal bezpłatne paliwo (słoma, odpadki drzewne) może sprawić, że w najbliższych latach tego typu piece zastosują inne suszarnie ziarna.

Wieloletnie badania nad ekogeneratorami były i są prowadzone przy udziale konsultacyjnym naukowców politechnik: Poznańskiej, Warszawskiej, Gliwickiej, Akademii Górniczo - Hutniczej, Akademii Rolniczej i wielu instytutów naukowych.

Ekogeneratory produkowane są o mocach od 500 do 1000 kW (1MW) lub więcej. Czyli nie nadają się do zasilania jednego domku jednorodzinnego, ale raczej całej np. kilkudziesięciu domów czy kompleksu budynków zakładów produkcyjnych. Ceny zależnie od wielkości i wyposażenia wahają się od 90 do 250 tys. zł.

Kontakt z wynalazcą, jak i więcej szczegółów co do wymiarów, zdjęcia itp. można znaleźć na stronie producenta: www.ekogenerator.pl.

W sumie ekogenerator pana Majchrzaka przypomina zasadą działania inne urządzenie - pirolityczną zgazowarkę biomasy, odpadów drewna, gumy, tworzyw sztucznych, odpadów wysypiskowych itp. produkowanej przez Zakład Mechaniczny "ZAMER" w Kraszewie. Wspominam o tym, bo na stronie tego zakładu jest dość fajny opis urządzenia i zasady jego działania: www.zamer.com.pl/zgaz.htm . Tego typu urządzenia, tyle że uproszczone i znacznie mniejsze stosowano do napędu samochodów, ciągników - generator zasilany drewnem wytwarzał gaz spalany w silniku, opis po angielsku urządzenia: www.gengas.nu/byggbes/index.shtml .

Samochód na wodę.
(źródło: artykuły prasowe - gazety Echo Dnia, Giełda Samochodowa - i internetowe)

Instalację do zasilania silnika wodą podobno zbudował Jan Marian Gulak, o którym pisano w gazetach i mówiono w telewizji. W 1997 roku na kieleckiej giełdzie samochodowej zaobserwował dziwne zjawisko. Zauważył, jak w jednym z samochodów pękła gumowa rurka doprowadzająca do silnika wodę z chłodnicy. Woda wylała się na kolektor wydechowy i błyskawicznie zamieniła w parę. Zauważył, że silnik pracował bardzo intensywnie, na wysokich obrotach, bez dodawania gazu. Właściciel auta nie potrafił mu powiedzieć, dlaczego silnik tak pracuje. Także gdy pod koniec lat 90 odwoził żonę na wczasy nad morze, jadąc w bardzo gęstej mgle zauważył, że silnik ma wyjątkowo dużą moc i jest bardzo elastyczny, chociaż wlał jak zwykle to samo paliwo. Doszedł do wniosku, że to musi być zasługa mgły. Mężczyznę zaciekawiło to do takiego stopnia, że zaczął w domu robić doświadczenia. Jak się okazało, silnik dobrze pracował na mieszance powietrza, ropy i gorącej pary wodnej.

Najpierw eksperymentował ze starą Lancią, później z Mercedesem z silnikiem diesla. Przystosował silnik do nietypowego paliwa, uzyskując oszczędności rzędu ok. 20-30% - tyle miała stanowić woda zużywana zamiast paliwa. Woda miedzianymi rurkami (dobrze przewodzącymi ciepło) docierała do kolektora wydechowego. Kolektor ogrzewał przepływającą wodę i zamieniał w parę wodną. Potem docierała do kolekta ssącego i była zasysana do cylindra.

Wg kilku artykułów  prasowych jak i domysłów samego eksperymentatora w cylindrze niby miał następować proces rozbicia pary wodnej na tlen i wodór, podawano też mocno zawyżone procentowe wartości wody w stosunku do paliwa. Jednak eksperymenty z użyciem wody w silnikach spalinowych był robione już znacznie wcześniej i nie jest to nowy pomysł. Nie ma tu rozkładu wody na wodór i tlen, ale mimo to istnieje możliwość oszczędzenia paliwa i zastąpienie go w części wodą.

Rozwiązanie z podawaniem wody było stosowane m.in. w niektórych niemieckich i amerykańskich samolotach z II WŚ. Instalacja wtrysku wody w samolotach (silniki benzynowe) była stosowana w celu gwałtownego, chwilowego podniesienia mocy silnika np. podczas walki, gdy trzeba było "pójść pionowo w górę". Działało to jak dzisiejsze instalacje NITRO lub NOS, jednak stała praca silnika w taki sposób doprowadzała do jego szybkiego zużycia ze względu na zbyt wysoki stopień sprężania. Woda pełni tu rolę jakby "wypełniacza", coś jakby połączyć silnik spalinowy i parowy - woda zmieniając swój stan na parę absorbowała energię oddając ją podczas suwu pracy, co pozwalało na zwiększenie stopnia sprężania bez wzrostu strat i bez spalania stukowego - większa kompresja, większe ciśnienie i w rezultacie większa moc. Podtlenek azotu w instalacjach NITRO NOS rozkłada się na tlen i azot, z tym, że następuje to przy udziale bardzo małej porcji energii, woda natomiast wiąże ogromną jej ilość i "trudno" ją rozłożyć, podobnie jak dwutlenek węgla, tak więc nie ma tu rozkładu pary na wodór i tlen.

Jednak zamiast zwiększać do maksimum moc, można ją utrzymać na normalnym poziomie, a zmniejszyć ilość podawanego paliwa jednocześnie wtryskując wodę celem uzyskania tej samej mocy, co przy większych dawkach paliwa. Do tego można zamienić wodę w parę wykorzystując ciepło spalin z kolektora wydechowego, które i tak by uleciały w powietrze. Ponadto silniki diesla lepiej znoszą zwiększanie sprężania, technologia posunęła się naprzód od czasów II WŚ, w której to tłokowe silniki lotnicze były przecież projektowane, by uzyskać maksimum mocy przy najlżejszej wadze, tak więc jeszcze większe sprężanie "wyżyłowanych" już silników odbijało się zmniejszaniem ich trwałości.

Parę lat temu pomysł powrócił na nowo. Obecnie (2007 r.) w Polsce można założyć tego typu instalacje do samochodu. Otóż w wyniku podpisanej umowy o wzajemnej współpracy z firmą Nowe Technologie Ekologiczne Sp. z o.o. (NTE) firma EMCCO Research pozyskała na zasadzie wyłączności prawa do dystrybucji systemów ONsteam (produkcji NTE) do konwersji silników Diesla. Te systemy przez wprowadzenie do komory spalania pary wodnej  pozwalają na uzyskanie oszczędności w zużyciu paliwa do 20-30%, przedłużenie czasu eksploatacji silnika, redukcję emisji szkodliwych substancji do atmosfery oraz wzrost mocy silnika. Systemy te przeznaczone do samochodów osobowych, ciężarowych, autobusów, traktorów, lokomotyw i innych pojazdów lub maszyn napędzanych silnikami Diesla, są instalowane przez specjalnie przeszkolonych mechaników w autoryzowanych warsztatach montażowych w kraju. Stosując sterowaną elektronicznie instalację kierowca panuje cały czas nad silnikiem diesla, który pracuje pod względem wibracji podobnie do silnika benzynowego o podobnej mocy. Efektem tego rozwiązania jest też większa kultura pracy silnika, ale także intensywne ograniczenie emisji CO₂, minimum o 30% w stosunku do innych metod spalania paliwa. Jednocześnie, następuje redukcja innych pierwiastków i związków szkodliwych dla środowiska w emisji spalin.

EMCCO Research prowadzi obecnie (2007 r.) rekrutację warsztatów montażowych do ogólnopolskiej sieci dystrybucyjno-montażowej NTE ONsteam, które po odpowiednim przeszkoleniu i certyfikacji w Centralnej Stacji Wzorcowej NTE we Wrocławiu, rozpoczną instalowanie systemów ONsteam. Więcej informacji na stronach:  www.on-steam.com oraz www.nte.biz.pl. Oczywiście, nie powinno być problemu z połączeniem wyżej opisanego zasilania silnika na parę z instalacją zasilania silnika Diesla na olej roślinny.

W pewnym sensie podobne rozwiązanie do opisanego powyżej, jednak bardziej nowoczesne, zastosowali japończycy – oczywiście mieli nieporównanie większe środki finansowe na swój pomysł. W ich samochodzie nie ma mieszanki wody z klasycznym paliwem, ale jest woda z wodorem. H.A.W. System (H.A.W. = Hydrogen + Air + Water = Wodór + Powietrze + Woda) - tu wyeliminowano konwencjonalne paliwo. Najpierw dostarczany jest do cylindra wodór, w chwilę potem wtryskiwana jest woda i następuje zapłon - pod wpływem spalania wodoru woda zamienia się w parę pod wysokim ciśnieniem. Jest to swego rodzaju hybryda silnika spalinowego na wodór z silnikiem parowym. Próby są bardzo zaawansowane, a krótki reportaż z japońskiej telewizji możecie obejrzeć na poniższych filmach. Samochód tam prezentowany rozwija prędkość 180 km/godz.

Film 1 i strona angielskojęzyczna projektu: http://www.haw-system.jp/English/indexE.html

Film 2 z napisami po angielsku: http://www.haw-system.jp/e-kibun.html

Oczywiście są jeszcze inne rozwiązania próbujące zastosować wodę do zasilania silników spalinowych. Np. firma Hydrogen Technology Applications http://hytechapps.com/company/contact także pracuje nad samochodem na wodę - prototyp już jeździ. Film na temat ich prac można znaleźć tutaj:

Urządzenia produkowane przez Hydrogen Technology Applications do wytwarzania specyficznego gazu z wody można kupić lub wypożyczyć za odpowiednią opłatą. Patenty dotyczące urządzeń Hydrogen Technology Applications znajdziecie tutaj. Klikając na ich nazwy tytułowe znaleźć można rysunki i opisy po angielsku.

Innym ciekawym urządzeniem, lecz nie wiadomo czy realnym, budowanym przez hobbystów w wielu krajach do zasilania kosiarek, spalinowych generatorów elektrycznych, ciągników, samochodów jest wielopaliwowy generator mogący podobno zasilać silniki czterosuwowe na mieszance nawet 20% węglowodorów (np. benzyna, olej napędowy, nafta itp.) i 80% wody. Bardzo wiele filmów, schematów tego urządzenia i linków do innych stron związanych z tym reaktorem znajdziecie na stronie http://jlnlabs.imars.com/bingofuel/index.htm, a patent tego urządzenia jest tutaj (aby otworzył się należy mieć zainstalowaną przeglądarkę plików *.pdf).

 http://darmowa-energia.eko.org.pl