목탄 가스
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1. 개요
목탄 가스는 나무 조각, 톱밥, 숯, 석탄 등을 불완전 연소시켜 생성되는 가스로, 1839년 구스타프 비쇼프에 의해 최초로 제작되었다. 제2차 세계 대전 중 화석 연료 배급으로 인해 널리 사용되었으며, 전쟁 후에도 일부 국가에서 자동차 및 산업용 발전기로 사용되었다. 목탄 가스는 질소, 일산화탄소, 수소, 이산화탄소, 메탄 등으로 구성되며, 가스화 과정과 연료에 따라 성분 구성이 달라진다.
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| 목탄 가스 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 다른 이름 | 나무 가스 수성 가스 생성로 가스 |
| 주성분 | 일산화탄소 수소 이산화탄소 메탄 질소 수증기 기타 |
| 생성 방법 | 목재 또는 기타 탄소 기반 물질의 가스화 |
| 용도 | |
| 용도 | 연료 합성 가스 생산 |
| 물리적, 화학적 특성 | |
| 열량 | 5.7 MJ/Nm³ |
| 자연 발화 온도 | 750°C (1,380°F; 1,020 K) |
| 폭발 한계 | 6 - 55% |
| 안전성 | |
| 관련 위험 | 일산화탄소 폭발 |
| 관련 화합물 | |
| 관련 화합물 | 목탄 목초액 타르 |
| 개요 | |
| 정의 | 나무 또는 목탄과 같은 고체 연료의 불완전 연소로 생성된 가연성 가스 혼합물 |
| 주요 성분 | 일산화탄소 수소 이산화탄소 메탄 기타 탄화수소 |
| 생성 방법 | 목재 또는 목탄의 가스화 |
| 역사 | |
| 역사 | 1800년대 초부터 내연 기관 연료로 사용 제2차 세계 대전 중 연료 부족으로 인해 널리 사용 |
| 용도 | |
| 용도 | 내연 기관 연료 발전기 구동 난방 요리 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 재생 가능한 연료 사용 가능 상대적으로 저렴한 비용 |
| 단점 | 낮은 에너지 밀도 일산화탄소 중독 위험 타르 생성으로 인한 문제 발생 가능 |
2. 역사
최초의 목탄 가스 발생기는 1839년 구스타프 비쇼프에 의해 제작된 것으로 보인다. 목탄 가스로 구동되는 최초의 차량은 1901년 토마스 휴 파커에 의해 제작되었다.[2] 1900년경, 많은 도시에서 연료 가스(중앙에서 생산, 일반적으로 석탄에서 생산)를 주택에 공급했다. 천연 가스는 1930년대에 들어서야 사용되기 시작했다.
제2차 세계 대전 중에는 화석 연료 배급으로 인해 목탄 가스 차량이 널리 사용되었다.[3][4] 독일에서만 전쟁이 끝날 무렵 약 50만 대의 "생산 가스" 차량이 사용되었으며, 트럭, 버스, 트랙터, 오토바이, 선박 및 기차에 목탄 가스화 장치가 장착되었다.[2] 1942년, 스웨덴에는 약 73,000대,[3] 프랑스에는 65,000대, 덴마크에는 10,000대, 스위스에는 거의 8,000대의 목탄 가스 차량이 있었다. 1944년 핀란드에는 43,000대의 "우드모빌"이 있었으며, 이 중 30,000대가 버스와 트럭, 7,000대가 자가용, 4,000대가 트랙터, 600대가 보트였다.[4]
전쟁 이후에도 목탄 가스 발생기는 중국과 러시아에서 자동차용 및 산업용 발전기로 생산되고 있다. 조선민주주의인민공화국[5]의 시골 지역, 특히 동해안 도로에서는 목탄 가스 발생기가 개조된 트럭이 사용되고 있다.
2. 1. 초기 역사
최초의 목탄 가스 발생기는 1839년 구스타프 비쇼프에 의해 제작된 것으로 보인다. 목탄 가스로 구동되는 최초의 차량은 1901년 토마스 휴 파커에 의해 제작되었다.[2] 1900년경, 많은 도시에서 연료 가스(중앙에서 생산, 일반적으로 석탄에서 생산)를 주택에 공급했다. 천연 가스는 1930년대에 들어서야 사용되기 시작했다.2. 2. 제2차 세계 대전과 그 이후
제2차 세계 대전 중에는 화석 연료 배급으로 인해 목탄 가스 차량이 널리 사용되었다.[3][4] 독일에서만 전쟁이 끝날 무렵 약 50만 대의 "생산 가스" 차량이 사용되었으며, 트럭, 버스, 트랙터, 오토바이, 선박 및 기차에 목탄 가스화 장치가 장착되었다.[2] 1942년, 스웨덴에는 약 73,000대,[3] 프랑스에는 65,000대, 덴마크에는 10,000대, 스위스에는 거의 8,000대의 목탄 가스 차량이 있었다. 1944년 핀란드에는 43,000대의 "우드모빌"이 있었으며, 이 중 30,000대가 버스와 트럭, 7,000대가 자가용, 4,000대가 트랙터, 600대가 보트였다.[4]전쟁 이후에도 목탄 가스 발생기는 중국과 러시아에서 자동차용 및 산업용 발전기로 생산되고 있다. 조선민주주의인민공화국[5]의 시골 지역, 특히 동해안 도로에서는 목탄 가스 발생기가 개조된 트럭이 사용되고 있다.
3. 생산
목탄 가스 발생기는 나무 조각, 톱밥, 숯, 석탄, 고무 또는 이와 유사한 재료를 연료로 사용하여 화실에서 불완전 연소를 시켜 목탄 가스, 고체 재, 그을음을 생성하며, 이 중 고체 재와 그을음은 가스 발생기에서 주기적으로 제거해야 한다.[6] 목탄 가스는 타르와 그을음/재 입자에 대해 여과 및 냉각 과정을 거친후 엔진이나 연료 전지로 보내진다.[6]
이러한 엔진의 대부분은 목탄 가스에 대한 엄격한 순도 요구 사항을 가지고 있으므로 가스는 종종 타르와 입자를 제거하거나 변환하기 위해 광범위한 가스 정화를 거쳐야 한다.[6] 타르 제거는 종종 물 스크러버를 사용하여 수행된다.[6] 개조되지 않은 가솔린 연소 내연 기관에서 목탄 가스를 사용하면 연소되지 않은 화합물이 문제가 될 수 있다.
다른 "가스 발생기"에서 나오는 가스의 품질은 매우 다양하다. 단계별 가스 발생기는 본질적으로 타르가 없는 가스(1 mg/m3 미만)를 생성하도록 설계할 수 있는 반면, 단일 반응기 유동층 가스 발생기는 50,000 mg/m³ 타르를 초과할 수 있다.[6] 유동층 반응기는 단위 부피 및 가격당 용량이 더 커서 훨씬 더 컴팩트하다는 장점이 있다.[6] 가스의 의도된 용도에 따라 타르는 가스의 연소열을 증가시켜 유익할 수도 있다.
"생산자 가스"의 연소열은 다른 연료에 비해 다소 낮다. Taylor (1985)[7]에 따르면 생산자 가스는 천연 가스 55.9 MJ/kg 및 가솔린 44.1 MJ/kg에 비해 5.7 MJ/kg의 낮은 연소열을 갖는다. 목재의 연소열은 일반적으로 15–18 MJ/kg이다.
Taylor (1985)에 따른 "생산자 가스" 조성은 다음과 같다:[7]
가스의 조성은 가스화 과정, 가스화 매체(공기, 산소 또는 증기) 및 연료 수분에 따라 크게 달라진다.[6][8] 증기 가스화 공정은 일반적으로 높은 수소 함량을 생성하고, 하향 기류 고정층 가스 발생기는 높은 질소 농도와 낮은 타르 부하를 생성하는 반면, 상향 기류 고정층 가스 발생기는 높은 타르 부하를 생성한다.[6][8]
흑색 화약에 사용할 숯을 생산하는 동안 휘발성 목탄 가스가 배출된다.
4. 성분
목탄 가스는 질소(N2), 일산화 탄소(CO), 수소(H2), 이산화 탄소(CO2), 메탄(CH4) 등으로 구성된다.[7] 일반적인 조성은 다음과 같다.[7]
가스 조성은 가스화 과정, 가스화 매체(공기, 산소 또는 증기), 연료 수분에 따라 크게 달라진다.[6][8] 증기 가스화 공정은 일반적으로 높은 수소 함량을 생성하고, 하향 기류 고정층 가스 발생기는 높은 질소 농도와 낮은 타르 부하를 생성한다.[6][8] 목탄 가스 발생기는 나무 조각, 톱밥, 숯, 석탄, 고무 또는 이와 유사한 재료를 연료로 사용한다.[6]
5. 기타
5. 1. 흑색 화약
참조
[1]
서적
From My Old Boatshop
International Marine Publishing
[2]
웹사이트
Thomas Hugh Parker
http://www.localhist[...]
2008-02-05
[3]
서적
Past and Present Energy Societies: How energy connects politics, technologies, and cultures
Transcript Verlag
[4]
잡지
Wood gas vehicles: Firewood in the fuel tank
http://www.lowtechma[...]
2023-10-08
[5]
블로그
How North Korea fuels its military trucks with trees
http://blogs.scienti[...]
2016-06-22
[6]
논문
Electricity from wood through the combination of gasification and solid oxide fuel cells
http://e-collection.[...]
Swiss Federal Institute of Technology
2023-10-08
[7]
서적
Internal-Combustion Engine in Theory and Practice
The MIT Press
[8]
보고서
Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems
http://www.nrel.gov/[...]
U.S. Department of Energy
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