Rocket stove biomass charcoal/de

Projektdaten

Typ	Raketenofen
Autoren	Hoon Peerless Mitch Girard
Standort	Arcata , Kalifornien, Haiti
Status	Prototyp
Gemacht	Ja
Kosten	150 USD
Anwendung	Herstellung von Holzkohle
OKH-Manifest	Herunterladen

Mitch Girard und Hoon Peerless werden im Frühjahrssemester 2010 im Kurs ENGR305 an der Cal Poly Humboldt zusammenarbeiten, um die Verwendung von Holzkohlebriketts aus Biomasseabfällen für Raketenöfen zu erforschen, zu entwerfen, zu testen und darüber zu berichten. Wir werden uns Wissen über die Materialarten der Biomasse, Bindemittel und Mechanismen von Holzkohlepressen aneignen.

Zu den externen Ressourcen zählen wahrscheinlich Fakultätsmitglieder der HSU, kürzliche Absolventen des Ingenieurwesens der HSU, das Aprovecho Research Center und Partner, die derzeit in Haiti an geeigneten Technologien für die lokale Bevölkerung arbeiten. Ziel des Projekts ist die Herstellung von Biomasse-Holzkohlebriketts und einer Presse sowie das Testen der Briketts mit dem Stovetec-Raketenofen.

Problemstellung

Holz, Holzkohle, Kohle und andere Biomasse werden von etwa 2,4 Milliarden Menschen weltweit als primärer Brennstoff zum Kochen verwendet. ^{[ 1 ]} In „Entwicklungsländern“ werden diese Brennstoffe oft in offenen Feuern oder schlecht funktionierenden Öfen verbrannt. ^{[ 2 ]} Mehrere Faktoren dieser Kochprozesse haben sich als gesundheitsschädlich erwiesen, insbesondere im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen. Der von diesen Brennstoffen abgegebene Rauch in Innenräumen enthält Bestandteile wie kleine Ruß- oder Staubpartikel, die tief in die Lunge eindringen können. Jedes Jahr sterben 1,6 Millionen Menschen aufgrund der Luftverschmutzung in Innenräumen – das ist ein Todesfall alle 20 Sekunden. ^{[ 3 ]} Frauen und Kinder sind am stärksten betroffen, da sie dieser Umwelt am meisten ausgesetzt sind. ^{[ 1 ]}

Die Holzkohleproduktion wird mit Umweltproblemen wie Abholzung in Verbindung gebracht , was andere ökologische und soziale Gefahren noch weiter erhöht. Die Bäume, die am langsamsten wachsen, also Hartholzbäume, ergeben die hochwertigste Holzkohle, was die Auswirkungen noch verstärkt. ^{[ 1 ]} Holz bzw. Holzkohle ist in Haiti der wichtigste Brennstoff zum Kochen, und diese Abhängigkeit hat dazu geführt, dass nur noch 2 % der Wälder Haitis übrig sind. ^{[ 4 ]} In Gegenden wie Haiti bedeutet die begrenzte Verfügbarkeit von Holz, dass die Suche nach Brennstoff zum Sammeln Zeit und Energie kostet, zu Unwettern führt, die Anfälligkeit erhöht, die Kapazität verringert, Geld kostet und eine bereits erschöpfte Ressource noch weiter belastet. In manchen Gegenden, wie etwa in Mali, findet aufgrund von Veränderungen im Energie- und Wirtschaftssektor eine deutliche Verlagerung von Brennholz zu Holzkohle statt, was Besorgnis über die lokalen Ressourcen aufkommen lässt ^{[ 5 ].}

Es gibt Alternativen zur Holzkohleproduktion; sie kann aus jedem geeigneten landwirtschaftlichen Abfall hergestellt werden. Es können verschiedene Nutzpflanzen verwendet werden, wobei die Verfügbarkeit vor Ort bestimmt, was verwendet wird. In Haiti wird getrocknetes Zuckerrohr oder Bagasse verwendet, da es ein leicht verfügbares Nebenprodukt der Zuckerproduktion ist. Die Holzkohlebriketts werden hergestellt, indem die karbonisierte Biomasse mit einem ebenfalls vor Ort geeigneten Bindemittel vermischt wird; in Haiti wird Maniokmehl verwendet. Die Mischung wird dann mithilfe einer Art Presse zu Briketts verarbeitet und getrocknet.

Die StoveTec-Raketenöfen, die im Forschungszentrum Aprovecho entwickelt wurden, sind optimiert, um kostengünstige, emissionsarme und kraftstoffsparende Lösungen zu bieten. Sie erhöhen die Wärmeübertragung und die Verbrennungseffizienz für saubereres und effizienteres Kochen. ^{[ 6 ]} Der Ofen kann Holz, Holzkohle oder andere Biomasse verbrennen. Die Raketenöfen, die derzeit in Haiti im Einsatz sind, reduzieren die zum Kochen benötigte Holzkohlemenge um bis zu 70 %. ^{[ 7 ]}

Unsere Ziele sind die Entwicklung einer effizienten und produktionstauglichen Brikettiermaschine aus lokal verfügbaren Materialien, die Erprobung unterschiedlicher landwirtschaftlicher Abfallstoffe, die Prüfung der Leistung der Maschine hinsichtlich des Verdichtungsgrads, die Bewertung der Festigkeit der Briketts und die Berechnung ihres Heizwertes. ^{[ 8 ]}

Kriterien

Die Kriterien helfen uns dabei, das Projektergebnis und die Prioritäten für das Projekt bestmöglich zu beurteilen.

Literaturübersicht

Dies ist ein Überblick über die verfügbare Literatur zum Rocket Stove Biomasse-Holzkohleprojekt.

Theorie des Ofendesigns

Die wichtigsten technischen Ziele der Ofenkonstruktion sind: 

1. Maximieren Sie die Effizienz des Kraftstoffverbrennungsprozesses
2. Übertragen Sie die Wärme so effizient wie möglich von der Quelle zum Lebensmittel, und zwar mit der erforderlichen Geschwindigkeit. ^{[ 9 ]} 

Einführung in Holzkohleöfen

• Obwohl traditionelle Holzkohleöfen normalerweise effizienter sind als traditionelle Holzöfen, gehen bei der Umwandlung von Holz in Holzkohle 60 bis 80 Prozent der Energie verloren. Aufgrund der geringeren Transport-, Handhabungs- und Lagerkosten pro Energieeinheit hat Holzkohle viele wirtschaftliche Vorteile gegenüber Holz. Sie verbrennt sauberer, erzeugt weniger Rauch und erfordert weniger Energie, um eine konstante Wärmeabgabe aufrechtzuerhalten. ^{[ 9 ]}
• Die Konstruktionsrichtlinien für Holzkohleöfen unterscheiden sich von denen für Holzöfen aus folgenden Gründen:
  • Der Brennstoff enthält mehr Energie pro Volumeneinheit und kann dicht gepackt werden
  • Der größte Teil der Wärmeübertragung erfolgt durch das Holzkohlebett und nicht durch bewegte Flammen
  • Der Brennstoff muss nur jede halbe Stunde oder öfter nachgefüllt werden, statt alle 3-10 Minuten bei Holzöfen
  • Bei einem Holzkohlefeuer entsteht in der Regel kein oder nur wenig Rauch, so dass kein Schornstein erforderlich ist ^{[ 9 ]}
• Holzkohleöfen sind leicht, tragbar, haben eine Feuerstelle pro Topf und keinen Schornstein. Designverbesserungen zur Verbesserung der Kochleistung konzentrieren sich auf Änderungen am Ofenkörper rund um die Feuerkammer. ^{[ 9 ]}

Grundlegende Entwurfskomponenten ^{[ 9 ]}

• Primärlufteintritt
• Gitter
• Brennkammer
• Topfsitz
• Topfschilde
• Ofenkörper 

Ofenprüfung ^{[ 9 ]}

• Tests zur Gewinnung quantitativer und qualitativer Informationen über die Leistung des Ofens und/oder Brennstoffs umfassen Folgendes:
  • Die zum Kochen einer bestimmten Menge an Lebensmitteln erforderliche Brennstoffmenge
  • Der thermische Wirkungsgrad (oder prozentuale Wärmenutzung -PHU) für verschiedene Kochgeschwindigkeiten von Wasser
  • Der Bereich der Leistungsabgabe (auch als „Turn-Down-Ratio“ bezeichnet)
  • Die einfache Bedienung
  • Verschmutzungsgrad
  • Wartungsanforderungen
  • Diese Eigenschaften werden durch mehrere Wasserkoch- und Kochtests getestet

Landwirtschaftliche Abfallstoffe

Gemessen an ihrem Gewicht, Energiegehalt oder Nährwert sind landwirtschaftliche Abfälle/Rückstände ein wesentlicher Bestandteil des ländlichen Agrarsystems. Sie sind eine wichtige Ressource, obwohl sich Produktions- und Verwendungsmuster in verschiedenen Ländern und Agrarsystemen stark unterscheiden. ^{[ 10 ]} Mögliche landwirtschaftliche Abfallstoffe zur Herstellung von Holzkohle:

• Zuckerrohrbagasse
• Maiskolben
• Sägemehl
• Kaffeeschale
• Kokosnussschale
• Bambus
• Erdnussschale
• Reishülsen

Zugang und Verfügbarkeit

• Die Verfügbarkeit landwirtschaftlicher Abfälle hängt von der Produktion sowie sozialen und wirtschaftlichen Faktoren ab
• Der Zugang wird durch Landbesitz und Status beeinflusst
• Die Saisonalität des Angebots ist ein wichtiger ^{[ 11 ]}
• Um einen ganzjährigen Betrieb/eine ganzjährige Versorgung zu ermöglichen, müssen einige Speichermöglichkeiten in Betracht gezogen werden. ^{[ 10 ]}

Umweltbedenken

• Die beiden Hauptprobleme bei der Holzkohleproduktion sind die Abholzung von Wäldern und der intensive Anbau von Monokulturen sowie Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Karbonisierung (d. h. Rauch, Hitze und Nebenprodukte) ^{[ 8 ]}

Brikettherstellung mit Holzkohle

Vier große Schritte: ^{[ 11 ]}

1. Herstellung von Holzkohlefeinstoffen
2. Mischen der Holzkohlefeinstoffe mit einem Bindemittel
3. Brikettieren der Mischung
4. Trocknen der Briketts

Ordner

• Bindemittel werden benötigt, wenn der von der Verdichtungsanlage erzeugte Druck für eine "Selbstbindung" zu gering ist oder wenn Materialien verdichtet werden, die keine Selbstbindung aufweisen, wie Stroh, Reis, Spelzen und Holzkohle. Häufig verwendete Bindemittel sind Stärke aus Mais, Weizen, Cassava (Maniok), Zuckerrohrmelasse, Teer, Pech, Harze, Leime, Fasern, Fischabfälle und bestimmte Pflanzen wie Algen ^{[ 11 ]}
• Die Zugabe eines Bindemittels bewirkt eine Verbesserung der Kohäsion und eine Verringerung des Druckbedarfs. Bindemittel halten Komponenten sowohl durch mechanische als auch durch chemische Adhäsion zusammen. Dies geschieht, wenn die Bindemittelmoleküle an bestimmten Punkten in der Molekülstruktur des Haftmittels haften ^{[ 8 ]}
• Maniok, ein tropisches Wurzelgemüse, das oft als Bindemittel verwendet wird, ist recht robust und kann auf unfruchtbarem Boden angebaut werden. Es hat außerdem einzigartige Eigenschaften wie seine hohe Viskosität und Frostbeständigkeit ^{[ 8 ]}

Daten

Nützliche zu erfassende Daten

• Verdichtungsgrad
• Festigkeit der Briketts
• Nutzwärme ^{[ 8 ]}
• Brenndauer

Zeitleiste

Während des gesamten Frühjahrssemesters 2010 haben die Gruppenmitglieder dieses Projekt erforscht, entworfen, getestet und darüber berichtet. Unten sind die abgeschlossenen Aufgaben mit den repräsentativen Abschlussdaten aufgeführt. Die Wetterbedingungen erwiesen sich zeitweise als schwierig, was die Arbeitsdichte zu bestimmten Terminen erklärt.

• Woche vom 7. März – Bestellung von Bioabfällen aus Zuckerrohr erhalten, Bindemittel kaufen, Brennkammer aus 55-Gallonen-Fass bauen.
• Woche vom 7. März – Ernten Sie in der Gemeinde das lokal invasive Pampasgras.
• Wochenende vom 13. März – Erste Versuche zur Holzkohleherstellung.
• 25. März – Holzkohlepresse aus Altmetall entwerfen und herstellen und etwas schweißen.
• 15.–31. März – Weitere Durchläufe der Holzkohleproduktion mit verschiedenen Materialien, Bindemitteln und Presstechniken.
• Anfang April – Vergleichende Datenanalyse aus früheren Holzkohleproduktionsläufen, um die beste Technik/die besten Materialien zu bestimmen.
• Ende April – Projektergebnisse besprochen und Informationen über Appropedia bereitgestellt.

Budget

Design einer Brikettpresse

Der Prozess

Zubereitung (variiert)

Schritte

1

Schneiden Sie Löcher in den Boden der Trommel, damit beim Brennen die Luft zirkulieren kann.

2

Löcher mit Biomasse auffüllen.

3

Bei stehendem Fass mit ca. 75 % Biomasse auffüllen.

4

Wenn Sie verschiedene Pflanzen oder Pflanzenteile verwenden, schichten Sie diese. Stecken Sie einen großen Stock in die Mitte, um die Luftzirkulation zu verbessern.

5

Stellen Sie die Trommel auf drei Steine, sodass die Luft durch den Boden strömt und das Licht von unten kommt.

6

5–10 Minuten brennen lassen, bis sich der Rauch verzieht oder die Farbe ändert.

7

Immer noch undurchsichtiger Rauch...

8

Es wird klar...

9

Mit dem Deckel abdecken und Steine ​​vom Boden entfernen, während Sie die Trommel mit dem großen Stock stützen. Den Boden mit Sand oder Erde versiegeln.

10

Warten Sie mindestens zwei Stunden.

11

Holzkohle zerkleinern. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten. Wir haben sie in eine Plastiktüte gesteckt und darauf getreten.

12

Warten Sie mindestens zwei Stunden.

Briketts herstellen

1

Sieben Sie die zerkleinerte Holzkohle, um größere und/oder nicht verkohlte Stücke zu trennen.

2

Bindemittel mischen. Wir haben Weizenmehl mit Wasser vermischt. Das Bindemittel sollte eine dicke, klebrige, breiartige Konsistenz haben.

3

Kombinieren Sie Bindemittel und Holzkohle. Je weniger Bindemittel benötigt wird, desto besser. Ein Verhältnis von 10 % bis 90 % wäre ideal und 50 % bis 50 % wäre zu viel.

4

Mit der Presse Briketts herstellen.

Ergebnisse

Brikettprozess

Herdtests

Testen

Verwendungszweck

This process and press is intended for small families and/or communities. There are presses and grinders that have been made for higher production rates and industrial uses. For best maintenance of the press, it is ideal to clean it out when each session is finished. There can be a main entity who produces the charcoal and one who produces briquettes as well. The briquettes can be for personal use or made to be sold. Because local knowledge and processes of producing the charcoal and the appearance(minus the shape) are altered little, the briquettes have a better chance of being adopted in place of regular wood charcoal.

Conclusion

Our tests produced about 12 briquettes per barrel of biomass.

It takes about 3 hours to make the charcoal itself, and about 1 hour to make the 12 briquettes -including preparing and sifting. The whole process is about 5-6 hours including preparation and clean up.

Number of briquettes that could be made in a day with one barrel, are about 24-30

Our tests resulted in about an average of 6 briquettes per meal. With 3 meals a day, that is about 18 briquettes from one days use of fuel.

These results will vary with biomass used and how efficient the carbonizing process is.

Throughout the project we ran into many constraints including time, local culture, and most importantly climate. The collecting of biomass to burn was fairly simple, but the drying process was made significantly more difficult by the constant occurrence of rain and heavy local moisture. The rain not only made for difficult drying, but also for difficultly burning and drying of the briquettes. The results of our charcoal production in the majority of our trials were either inefficient or were unsuccessful due to wet biomass. The local culture of Humboldt County is committed to environmentally sound thought, but the lack of knowledge and irregular use of charcoal made collecting information much more difficult. Without local resources, we were forced to rely on information pertaining to different culture's approaches to charcoal making, and not our own. Because there is not a local demand for this project, the use of local materials and methods can now be used as a template for cultures with similar constraints to expand the sphere of knowledge surrounding the process. Our analysis from the data gathered leads us to believe that the single family production of briquettes for personal use would not likely be efficient, because of the amount of materials needed and labor required for the output. It would take approximately ten 55 gallon oil drums of unburnt biomass to produce briquettes for a small family to cook with for a week (see calculations above). If the labor was instead preformed by a group of laborers with access to numerous oil drums and large quantities of biomass, the time spent with production could be far more efficient. The laborers could then focus solely on the task, and distribution within the community could be focused to make the entire process as efficient as possible both socially and economically. The entire process was very informative and fun, with challenging aspects that needed to be overcome or worked around. The designing and building of the charcoal press was a particularly fun aspect, as well as burning the product that we spent so much time creating! This was a great project that looks at an issue of vast importance all over the world, with many areas that could be affected in the near future.

References

Bücher

• Barnard, Geoffrey und Lars Kristoferson. Landwirtschaftliche Rückstände als Brennstoff in der Dritten Welt. Technischer Bericht Nr. 4. London: IIED, 1985.
• Barnes, Douglas F. 1994. Warum kochen Menschen mit verbesserten Biomasseöfen?

eine vergleichende internationale Überprüfung von Herdprogrammen. Washington DC: Weltbank.

• Foley, Gerald. 1986 Holzkohleherstellung in Entwicklungsländern.

London: Earthscan, Internationales Institut für Umwelt und Entwicklung.

• Kristoferson, LA und V. Bokalders. Technologien für erneuerbare Energien. Oxford: Pergamon, 1986.
• Stewart, Bill. Verbesserte Öfen zum Verbrennen von Holz, Abfall und Holzkohle. London: IT Publications, 1987.

London: Zwischentechnologie-Publikationen.

Zeitschriften

• Antal, Michael J., Eric Croiset, Xiangfeng Dai. Hochertragreiche Biomasse-Holzkohle.

Energy Fuels 10(3). 652-658 Fortschritte im Bereich der Produktion von hocheffizienter Biomasse-Holzkohle, einschließlich kürzerer Reaktionszeiten und schnellerer Produktion.

• Bhattacharya, SC, DO Albina, Aung Myint Khaing.
• Auswirkungen ausgewählter Parameter auf Leistung und Emissionen von mit Biomasse befeuerten Kochherden. Biomasse und Bioenergie 23(5). 387-395 Feuchtigkeitsgehalt, Brennstoffgröße, Topfgröße und Zündmethode werden bei der Verwendung von drei verschiedenen Herdarten verglichen, um die Effizienz zu bestimmen.
• Martin, Jorelyn, Razel Mae Pineda, Johnyver Manaay, Sugar Ray Handa und Arnulfo Ocreto. „Design und Entwicklung einer Brikettiermaschine für Holzkohle.“ USM R&D 16 Nr. 2 (2008): 85-90.

Webquellen

• http://www.bioenergylists.org/
• CCAT Raketenofen
• http://www.biomasscenter.org/

Seitendaten

Teil von	Engr305 Angemessene Technologie
Schlagwörter	Raketenofen , Biomasse , Holzkohle , Kocher , Biokraftstoff
SDG	SDG07 Bezahlbare und saubere Energie
Autoren	Hoon Peerless , Mitch Girard , Lonny Grafman
Lizenz	CC BY-SA 3.0
Organisationen	Cal Poly Humboldt
Sprache	Deutsch (de)
Übersetzungen	Polnisch , Niederländisch , Türkisch , Thailändisch , Deutsch , Indonesisch , Spanisch
Verwandt	7 Unterseiten , 18 Seiten verlinken hierher
Auswirkungen	3.037 Seitenaufrufe ( mehr )
Erstellt	8. Februar 2010 von Mitch Girard
Zuletzt geändert	18. Juni 2024 von Felipe Schenone
Zitieren als	Hoon Peerless , Mitch Girard , Lonny Grafman (2010–2024). „Raketenofen aus Biomasse-Holzkohle“ . Appropedia . Abgerufen am 17. Februar 2025 .
API-Abfragen	grundlegende , semantische , html , Dateien , mehr