Легковые автомобили на метане: Каталог метановых автомобилей | Моторное топливо

Ключевые компоненты автомобиля, работающего на природном газе

Батарея: Батарея обеспечивает электричеством для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ контролирует топливную смесь, угол опережения зажигания и систему выбросов; следит за работой автомобиля; предохраняет двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы из двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, понижая его до приемлемого уровня, требуемого системой впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключать подачу топлива.

Топливный фильтр природного газа: Улавливает загрязняющие вещества и другие побочные продукты, чтобы предотвратить их засорение критически важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

AMF

Природный газ используется для различных целей, таких как производство электроэнергии, бытовое использование, транспорт, а также в качестве сырья для производства аммиачных удобрений. Это преобладающее альтернативное топливо для автомобильного транспорта в дополнение к этанолу. Поскольку природный газ содержит в основном метан, вместо него можно использовать биометан.

В автотранспортных средствах метан в основном используется в сжатом виде (сжатый природный газ, CNG или сжатый биогаз, CBG), но есть также определенный интерес к сжиженной форме (сжиженный природный газ, LNG или сжиженный биогаз, LBG). При поездках на большие расстояния природный газ обычно отправляется в виде СПГ, а затем повторно газифицируется на прибрежных терминалах для закачки в сеть природного газа. Во всех направлениях состав природного газа сильно варьируется. Биометан можно производить на месте.Следовательно, он не так зависит от газовой сети или транспортировки, как природный газ.

Метан традиционно используется в двигателе Отто либо в стехиометрических условиях, либо в условиях сжигания обедненной смеси. В последние годы были разработаны и другие технологии двигателей, например двухтопливные двигатели с воспламенением от сжатия. Энергоэффективность выше для обедненного сжигания, чем для стехиометрического газового двигателя, но стехиометрический двигатель может эффективно контролировать выбросы с помощью трехкомпонентного катализатора; также NO _x выбросов, которые проблематичны для двигателей, работающих на обедненном природном газе.Двухтопливные двигатели необходимо оборудовать технологией последующей обработки, аналогичной дизельным двигателям, чтобы соответствовать законодательству по выбросам во многих регионах. Все двигатели, работающие на природном газе, обеспечивают низкий уровень выбросов твердых частиц. Выбросы метана от транспортных средств, работающих на природном газе, значительны, но многие другие нерегулируемые выбросы, как сообщается, для транспортных средств, работающих на природном газе, ниже, чем для автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем.

Недавно в основных сообщениях Приложения 51 AMF указано, что «Ожидается, что использование метана на транспорте будет увеличиваться, особенно в жидкой форме, на большегрузном автомобильном транспорте и в морском секторе.Метан снижает, например, выбросы твердых частиц и обещает сократить выбросы CO2 до 20… 25%. Однако почти все двигатели, работающие на метане, имеют проскок метана, который может свести на нет выгоду от выбросов CO2. Приложение 51 AMF показывает, что существуют технологии, позволяющие смягчить эту проблему ».

Общие

Природный газ используется в качестве источника энергии и автомобильного топлива, чтобы удовлетворить потребность в снижении зависимости от нефти и, таким образом, повысить надежность энергоснабжения.Природный газ — это бесцветное топливо без запаха, способствующее чистому сгоранию, которое использовалось и используется в настоящее время для многих различных применений, таких как выработка электроэнергии, бытовое использование, транспорт, а также в качестве сырья для производства удобрений на основе аммиака. Помимо этанола, основным альтернативным топливом для автомобильного транспорта является природный газ. По данным журнала NGV Journal (http://www.ngvjournal.com/worldwide-ngv-statistics/, номер 17.7.2016). С учетом количества автомобилей малой и большой грузоподъемности, их пробега и расхода топлива глобальное потребление природного газа на автомобильном транспорте составит не более 60 Мтнэ. Синтетическое дизельное топливо производится из природного газа путем сжижения (Gas-to-Liquid, GTL). Согласно сводным данным МЭА по энергетике за 2015 год, глобальное использование природного газа в транспортном секторе в 2013 году составило 96,2 Мтнэ, что указывает на потенциальное использование природного газа в качестве GTL в диапазоне 30 Мтнэ.

Как уже упоминалось, часть природного газа конвертируется в GTL для использования в автомобильном транспорте.Однако существуют и другие пути конверсии природного газа. Природный газ может быть преобразован в метанол или синтетический бензин, которые являются жидким топливом, или он может быть преобразован в газообразное топливо другого типа, такое как DME или LPG. Водород можно производить из природного газа посредством риформинга метана, а электричество можно вырабатывать на установке, работающей на природном газе, для дорожных транспортных средств. Чтобы топливо, полученное из природного газа, было выбрано для реализации, его необходимо производить, доставлять и использовать в транспортных средствах по ценам, конкурентоспособным с традиционными видами топлива.Помимо стоимости, акцент должен быть сделан на экологических преимуществах, использовании энергии и энергетической безопасности, которые каждый вид топлива может предложить конкретной стране. В Приложении 48 AMF была оценена возможность использования различных путей природного газа в автотранспортных средствах для определения преимуществ и недостатков каждого варианта. Чтобы продемонстрировать, насколько по-разному влияет каждый фактор, были проведены тематические исследования в шести разных странах на трех континентах. (Приложение 48 AMF: Sikes et al.2015).

Термин биометан относится к метану возобновляемого происхождения. Он производится путем анаэробного переваривания органических веществ (мертвые животные и растительный материал, навоз, ил сточных вод, органические отходы и т. Д.), Которые хранятся в герметичных резервуарах, чтобы создать наилучшие условия для образования анаэробных микробов. газ в процессе пищеварения. Он также может образовываться в результате анаэробного разложения органических веществ на свалках, и это называется свалочным газом.Неочищенный газ известен как биогаз, в основном состоящий из метана и CO ₂ плюс некоторые второстепенные следовые компоненты, которые в значительной степени зависят от исходного сырья. Биометан известен как усовершенствованная форма биогаза, и его окончательное качество / состав зависит от эксплуатационных параметров конечного использования и от используемой технологии модернизации. Т.е. биометан — это богатый метаном газ, получаемый из биогаза. Третий путь получения биометана — это газификация биомассы. Большим преимуществом биогаза / биометана является то, что его можно производить из самых разных источников: в основном, для этой цели можно использовать все типы биоматериала, например, отходы.Однако не все субстраты ведут себя одинаково в отношении эффективности производства биогаза или имеют одинаковый потенциал экономии выбросов. Поскольку метан является основным компонентом природного газа, биометан можно использовать в транспортных средствах, работающих на природном газе, без каких-либо модификаций.

Ископаемый метан — это традиционно природный газ, улавливаемый под поверхностью земли. При образовании ископаемый природный газ пытается достичь поверхности, поскольку это жидкость с низкой плотностью. Затем газ задерживается в различных геологических формациях, состоящих из слоев осадочной пористой породы, покрытых непроницаемой формацией, которая действует как кровля.Газ извлекается путем бурения через непроницаемую породу, и выделяемый газ обычно находится под давлением. После экстракции ПГ должен пройти некоторые процессы, в основном, для удаления нефти, воды и некоторых других микрокомпонентов из неочищенного добытого газа.

Помимо традиционного ископаемого метана, сегодня важны нетрадиционные источники ископаемого метана. Ископаемый нетрадиционный метан может происходить из нескольких источников. 1) Сланцевый газ — это форма природного газа, заключенного в сланцы, которые представляют собой мелкозернистые и богатые органическими веществами горные образования.Оценка его потенциала и существующих запасов существенно изменилась за последние годы, что привело к увеличению мирового рынка природного газа. Это можно объяснить прогрессом в технологии добычи, гидроразрыва пласта и технологий горизонтального бурения. 2) Угольный газ — это форма природного газа, который в почти жидком состоянии может быть адсорбирован твердой матрицей угля. Газ угольных пластов, не содержащий H ₂ S, содержит меньшее количество более тяжелых углеводородов, таких как этан, пропан и бутан, чем обычный природный газ.3) Плотный газ (или газ из плотного песчаника) — это природный газ, обнаруженный в водонепроницаемых породах и непористых пластах песчаника или известняка. Таким образом, его добыча более сложна и обычно выполняется гидроразрывом или кислотной обработкой. Классификация плотного газа как обычного или нетрадиционного природного газа может варьироваться, поэтому часто считается, что он попадает между двумя классами. 4) Гидраты метана представляют собой твердые соединения, в которых метан удерживается внутри кристаллической структуры воды, образуя твердую структуру, подобную льду.Значительные запасы гидратов метана были обнаружены под отложениями под дном океана. Промышленная добыча газа из этих пластов никогда не производилась, но за последние годы было проведено несколько пробных и полевых испытаний. Один из недавних методов был основан на закачке CO ₂ в гидраты, который затем заменяет и высвобождает молекулы метана, заблокированные во «льду».

Законодательство, стандарты и свойства

актуальны, поскольку конструкция двигателей должна основываться на известной топливной композиции и ее потенциальной изменчивости.

ISO 15403: 2006 определяет природный газ как газ с

• более 70% об. / Моль метана и
• более высокая теплотворная способность 30–45 МДж / Нм ³ .

Также рекомендуются пределы для

• влажность и пыль, 3 об.% Для обоих, и
• для CO ₂ , O ₂ и H ₂ S предел <5 мг / м ³ .

В 2016/2017 были опубликованы следующие европейские спецификации для автомобильного топлива на основе природного газа и биометана:

• EN 16723-1 Природный газ и биометан для использования на транспорте и биометан для закачки в сеть природного газа — Часть 1: Технические условия на биометан для закачки в сеть природного газа (в стадии утверждения)
• EN 16723-2 Природный газ и биометан для использования на транспорте и биометан для закачки в сеть природного газа — Часть 2: Характеристики автомобильного топлива (в стадии утверждения)

Требования стандарта EN 16723-2: 2017 , например:

• Метановое число более 65
• Общий летучий кремний ≤ 0.3 мгSi / м ³
• Водород ≤ 2 мас.%
• Сера общая ≤ 30 мг / м ³

Метановое число также является важным свойством природного газа. Это значение, рассчитанное с использованием подхода Юго-Западного научно-исследовательского института, указывает на детонационную стойкость топлива; метановое число 80 дает такое же детонационное поведение, что и смесь 20% водорода и 80% метана. В стандарте EN 437: 2003 «Контрольные газы • Испытательные давления • Категории устройств» представлены диапазоны индекса Воббе для «Контрольных эталонных газов».Индекс Воббе является показателем взаимозаменяемости топливных газов (высшая теплота сгорания, деленная на квадратный корень из удельного веса). Однако оба стандарта имеют ограниченное применение при рассмотрении характеристик автомобилей, работающих на природном газе (NGV), экономии топлива, выбросов и защиты потребительских цен.

Правила № 83 ЕЭК ООН определяют стандарты выбросов для легковых автомобилей, включая газомоторные автомобили. Регламент определяет технические характеристики эталонного газа (G20 и G25), которые будут использоваться во время испытаний, и они должны быть репрезентативными для различных существующих рыночных качеств.Правила № 49 ЕЭК ООН определяют процедуру официального утверждения типа двигателей большой мощности, а Правило 83 содержит технические требования к эталонному топливу для тяжелых газомоторных транспортных средств. Чтобы покрыть ожидаемую изменчивость качества природного газа в Европе, в нормативных актах представлены соответствующие различия / характеристики для газов, отличающихся от чистого метана (G20) до указанного GR-G23 (для диапазона H-газов) и G23-G25 (для L- диапазон).

Существенной проблемой является степень, в которой эталонное топливо, используемое в испытаниях на выбросы, имеет свойства, аналогичные свойствам топлива в реальной ситуации.Следующая сводка и таблица 1 суммируют некоторую важную информацию и предоставляют соответствующие корреляции:

• Биометан, особенно в его жидкой форме (LBM), является ближайшим к эталонному испытательному газу G20 (чистый метан). Сжижение удаляет CO ₂ , серу и металлы, которые присутствуют в сыром биогазе.
• Более 95% СПГ обычно имеет более высокое содержание, чем испытательный газ G23 и трубопроводный газ высокого качества. СПГ содержит очень мало азота, а G23 образуется при разбавлении метана ~ 7.5% азота.
• Трубопроводный газ низкого качества моделируется тестовым газом G25, который генерируется добавлением ~ 14% азота к метану. Однако L-газ имеет более высокое содержание C2, что дает более высокий индекс Воббе и более низкое метановое число, чем G25.
• Высокое содержание C2 в Rich-LNG моделируется тестовым газом GR путем добавления 13% этана к метану. Однако Rich-LNG имеет более высокое содержание C3 +, что дает более высокий индекс Воббе и более низкое метановое число, чем GR
.

Общий вывод состоит в том, что составы эталонных тестовых газов G23, G25 и GR не совсем репрезентативны для фактического состава, доступного на рынках газопроводов и СПГ.В тестовых газах метан разбавляется азотом или этаном, тогда как метан в реальном газе «разбавляется» этаном (и C3 +) и / или инертными газами (N ₂ и CO ₂ ), в зависимости от источника.

Таблица 1. Контрольный образец NG в сравнении с типичными композициями NG / биометана (NGVA Europe’s LNG Position Paper. A. Nicotra — 2012.).

^a Относится к неочищенному биогазу с содержанием H менее 500 мг / м ³ H ₂ S.
^b Потери метана зависят от условий эксплуатации. Эти цифры гарантируются производителями или предоставляются операторами.
^c Качество биометана зависит от рабочих параметров.
^d Сырой газ, сжатый до 7 бар.
^e Количество проверенных ссылок.
^f CarboTech./Quest Air.
^г Мальмберг / Флотек.

Таблица 2 отражает различия, которые могут быть обнаружены для некоторых соответствующих компонентов между различными спецификациями трубопроводного газа (для некоторых стран это типичные значения, найденные в системе транспортировки природного газа) в Европе.

Таблица 2. Краткое изложение технических характеристик европейского газопровода (обязательные и типовые значения смешаны) для некоторых соответствующих компонентов. (Источник: проект GASQUAL).

Природный газ представляет собой смесь различных углеводородов, основной составляющей которой является метан (обычно 87–97%). Он также может содержать некоторые примеси, такие как азот или CO ₂ . Для природного газа основные варианты включают:

• теплотворная способность
• метановое число
• содержание серы
• содержание инертных веществ (азота и углекислого газа)
• содержание высших углеводородов

Биометан является улучшенным из биогаза, который в основном состоит из метана и CO ₂ плюс некоторые второстепенные / следовые компоненты, которые в значительной степени зависят от исходного сырья (Таблица 3).

Таблица 3. Примеры составов биогаза из разных источников (Kajolinna et al. 2015).

Конечное качество / состав биометана зависит от эксплуатационных параметров конечного использования и от используемой технологии модернизации (Таблица 4). В зависимости от источника при использовании биометана в качестве автомобильного топлива необходимо тщательно контролировать некоторые следовые компоненты, в том числе:

• Силоксаны (опасность истирания и повышенная вероятность детонации)
• Водород (риск охрупчивания металлических материалов)
• Вода (опасность коррозии и проблемы с управляемостью)
• Сероводород, h3S (вызывает коррозию в присутствии воды, может повлиять на устройства доочистки, а продукты сгорания могут создать проблемы из-за заедания клапанов двигателя)

Таблица 4.Сравнение выбранных параметров для общих процессов модернизации (Urban et al. 2008).

СПГ страдает от большого разнообразия источников импорта и конечного использования. На рисунке 1 показано, как меняются метановое число и индекс Воббе для импортируемого СПГ в Европу:

Рис. 1. Сравнение метанового числа с индексом Воббе для импортируемого СПГ в Европу. (GIIGNL 2010 / E.ON Ruhrgas).

Соотношение между температурой и давлением для насыщенного СПГ показано на Рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость давления от температуры насыщенного СПГ (в виде чистого Ch5) (NGVA Europe. Данные NIST).

В целом, как следствие многоцелевого использования природного газа в качестве энергоносителя вместе с различными источниками импорта, рынок природного газа характеризуется значительными вариациями в составе газа. Это важный фактор, когда речь идет об автомобильном топливе.

Распределение

Биометан можно производить на месте, поэтому его распределение во многих отношениях отличается от природного газа.Однако метан биологического происхождения и ископаемый метан используется в сжатом или сжиженном состоянии для хранения и для целей транспортировки.

• Сжатый метан (CNG, CBG): природный газ или биометан подверглись сжатию после обработки; в основном используется для автомобилей и обычно сжимается до 200 бар.
• Сжиженный метан (LNG, LBG): природный газ или биометан были сжижены после обработки. Температура составляет около -161,7 ° C при атмосферном давлении, и при использовании в качестве автомобильного топлива его можно хранить в бортовых криогенных резервуарах (резервуарах из нержавеющей стали с вакуумной изоляцией), которые имеют различные диапазоны рабочего давления.

Природный газ транспортируется на большие расстояния в сжатом по трубопроводу или в сжиженном виде на судах. Давление в трубопроводе природного газа в Европе обычно составляет от 2 до 80 бар. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению давления в международных соединительных трубопроводах с целью снижения транспортных расходов. Давление в трубопроводах, проложенных на дне моря, должно быть достаточным, поскольку невозможно установить промежуточные компрессорные станции. Природный газ транспортируется в сжиженном виде морским транспортом, например, при больших расстояниях до точки потребления (более 4.000 км), например, при транспортировке больших объемов по морю. Обычно большая часть СПГ газифицируется и закачивается в сеть природного газа. Однако часть его можно напрямую использовать в качестве СПГ, а затем, как правило, транспортировать автоцистернами для СПГ.

Пути газообразного и сжиженного природного газа нельзя четко отделить друг от друга, поскольку многие из импортируемого СПГ повторно газифицируются на прибрежных терминалах СПГ, чтобы его можно было закачать в сеть природного газа. Следует подчеркнуть, что оба пути зависят от того факта, что состав транспортируемого природного газа очень изменчив.

На рис. 3 показано визуальное сравнение объемного эквивалента дизельного топлива, КПГ и СПГ для заданного энергосодержания.

Рис. 3. Энергия КПГ / СПГ / дизельное топливо и эквивалент по объему (АГНКС в Европе).

Одоризация

Хорошо известной практикой в ​​секторе природного газа является добавление одорантов, чтобы помочь идентифицировать ПГ в случае утечки. Исторически это делалось по-разному, поскольку практически каждая европейская страна следовала своим собственным национальным кодексам / стандартам по этому вопросу.В течение многих лет наиболее используемыми одорантами были тетрагидротиофен (THT) и меркаптан, оба отдушки на основе серы. В течение последних 10-15 лет несколько европейских стран начали реализацию технических программ по замене THT и меркаптанов на одоранты, не содержащие серы. Такие страны, как Германия, в которых практика одоризации регулируется стандартом DVGW G 280-1 «Одоризация газа», начали в 1995 году разработку одоранта, не содержащего серы, для газораспределительных сетей, и уже в 2007 году более 40 газораспределителей в Германии, Австрия и Швейцария изменили свои методы одоризации с THT или меркаптанов на одоранты, не содержащие серы, такие как Gasodor ™ S-Free ™.Однако ситуация в Европе все еще не сбалансирована, поскольку все еще есть страны, использующие THT и меркаптаны при проведении одоризации. Уровень серы, полученный при добавлении THT и меркаптана, связан с точным расположением измерительного оборудования, поскольку концентрация серы тем выше, чем ближе измерение выполняется к точке одоризации. Согласно E.ON Ruhrgas AG (и хотя в разных странах используются разные суммы), это могут быть ориентировочные значения:

• Среднее содержание серы до одоризации: 3.5–6 мг / м ³
• THT обычно добавляет 5–10 мг / м ³ (измеряется как S)
• Меркаптан обычно добавляют 1–3 мг / м ³ (измеряется как S)

Использование одорантов, не содержащих серы, будет означать дальнейшее снижение и без того низкого содержания серы в природном газе. Сера известна своим отрицательным влиянием на правильное функционирование систем последующей обработки выхлопных газов двигателя, что со временем приводит к снижению эффективности преобразования.

Контроль выноса масла и воды / влажности на автозаправочных станциях

Заправочные станции природного газа могут быть станциями КПГ, СПГ или СПГ, которые могут предлагать сжатый, сжиженный или оба типа природного газа.На станции СПГ подается СПГ, а КПГ производится с испарителем. Помимо этого, станции КПГ могут питаться либо напрямую от сети природного газа, либо от СПГ, который затем испаряется и подвергается давлению, чтобы давление достигло 200 бар. Во время фазы сжатия на станции заправки природным газом некоторые загрязнители, такие как вода и масло, могут попасть в конечный сжатый газ, что будет мешать правильному функционированию газомоторного автомобиля. Некоторые из загрязняющих веществ могут поступать из газа, распределенного по сети, а некоторые другие, например, масла, могут поступать из самих смазочных материалов компрессора.Для станций, питающихся напрямую от сети, а также для станций, питающихся от мобильных хранилищ природного газа, типично, что газ обрабатывается на площадке заправки, чтобы сделать две основные адаптации для использования в транспортных средствах:

• Сушка: NG должен быть достаточно сухим, чтобы не вызвать коррозию и проблемы с управляемостью при воздействии высокого давления. Значения содержания воды 5 мг / кг достижимы и в настоящее время достаточно хороши, чтобы гарантировать надлежащую работу транспортных средств и их систем.
• Фильтрация: не существует подходящего метода для измерения частиц в газе, но для защиты газомоторных систем (двигателей и связанных компонентов) он необходим для обеспечения надлежащего и надежного функционирования. Сегодня существует несколько поставщиков коалесцирующих фильтров для КПГ. По заявлению поставщиков, их продукты способны удалять 99,995% аэрозолей размером от 0,3 до 0,6 микрон при последовательной установке с другими фильтрами предварительной очистки. Обычно рекомендуется использовать два фильтра после компрессора (и перед системой хранения) и еще один мелкоячеистый фильтр перед колонкой СПГ.

Некоторые другие факторы, которые следует учитывать: насколько хороши фильтры для удаления аэрозолей и какова необходимость в надлежащей программе обслуживания систем фильтрации. Опыт показал, что, если их не контролировать, эти два аспекта могут иметь серьезные негативные последствия для транспортных средств, например: в виде коррозии металлических резервуаров КПГ. Это может повлиять на безопасность в долгосрочной перспективе, проблемы с управляемостью из-за осаждения воды в связи с охлаждением за счет расширения, которое происходит, когда газ течет из резервуара для хранения к впускному отверстию двигателя, и может создавать ледяные пробки, истирание механических частей из-за твердых частиц попадание в систему, отложение масла в системе распределения двигателя и т. д.

Двигатели на метане

Если говорить об использовании метана в качестве топлива для автомобилей, то на сегодняшний день основной технологией двигателей является двигатель Отто, работающий либо в условиях стехиометрического, либо в обедненном режиме топливовоздушной смеси. Тем не менее, были разработаны и другие технологии двигателей, например двухтопливные двигатели, которые представляют собой двигатели с воспламенением от сжатия.

Различие в принципе действия вызывает также существенные различия в выбросах загрязняющих веществ, производимых этими двигателями, и, таким образом, также значительные различия в стратегиях последующей обработки.Некоторые из основных отличий:

• Двигатели, работающие на природном газе со стехиометрическим искровым зажиганием (SI): характеризуются гомогенной топливовоздушной смесью, причем соотношение воздух-топливо регулируется с помощью датчика кислорода (или лямбда-датчика), установленного в потоке выхлопных газов.
• Двигатели NG с искровым зажиганием и обедненной смесью: характеризуются расслоением топливовоздушной смеси. Эти двигатели обычно требуют непрямого впрыска топлива или прямого впрыска топлива с индуцированной турбулентностью. Непрямой впрыск топлива требует, чтобы топливо впрыскивалось в предварительную камеру, сконструированную таким образом, чтобы поддерживать топливно-воздушную смесь в стехиометрических условиях до тех пор, пока она не всасывается в камеру сгорания.Превышение концентрации кислорода в выхлопе контролируется линейным датчиком кислорода.
• Двухтопливные газовые / дизельные двигатели с воспламенением от сжатия: двухтопливные двигатели отличаются от специализированных двигателей своей способностью сжигать два топлива одновременно. В двухтопливных двигателях в качестве основного источника воспламенения смеси природного газа и воздуха используется дизельное топливо. Коэффициенты замещения дизельного топлива могут варьироваться в зависимости от технологии двухтопливного двигателя, а также в зависимости от работы самого двигателя.

Теоретически энергоэффективность выше, а выбросы выхлопных газов ниже для двигателей с обедненной смесью, чем для стехиометрических двигателей.Однако стехиометрический двигатель способен эффективно контролировать выбросы с помощью трехкомпонентного катализатора (TWC), который окисляет CO и HC, уменьшая при этом NO _x . Из-за избытка кислорода TWC нельзя использовать для двигателей с обедненной смесью. Вместо этого для окисления CO и HC используются катализаторы окисления, но без воздействия на NO _x . Для двухтопливного двигателя действующие и будущие законы о выбросах (EURO V и EURO VI) требуют, чтобы двигатель был оборудован такой же технологией последующей обработки, что и дизельные двигатели, что означает установку селективного каталитического восстановления (SCR), окисления. катализатор и сажевый фильтр (DPF).Газомоторные автомобили, оборудованные TWC, соответствуют даже требованиям EURO VI NO _x по выбросам.

Выбросы выхлопных газов и эффективность (исследование автобусов)

Регулируемые выбросы, а именно CO, HC, NO _x и PM, зависят от сложности двигателя и системы управления выхлопом. Метан в качестве моторного топлива может обеспечить преимущества в отношении выбросов выхлопных газов по сравнению с дизельным топливом, особенно для транспортных средств, работающих на сжатом природном газе, оснащенных двигателями со стехиометрическими SI и TWC. Недостатком является то, что газовые двигатели с искровым зажиганием обладают меньшей энергоэффективностью, чем дизельные.Поэтому автомобили, работающие на КПГ, потребляют больше энергии (МДж / км), чем автомобили с дизельным двигателем. Однако потребление энергии автомобилями, работающими на метане, ниже, чем у автомобилей, работающих на бензине (Karlsson et al. 2008).

Углеродистость метана лучше, чем у дизельного топлива из-за более высокого водородно-углеродного отношения метана (CH ₄ ) по сравнению с дизельным топливом (C ₁₅ H ₂₈ ) или бензином (C ₇ H ₁₅ ). Это обычно приводит к меньшим или сопоставимым выбросам CO ₂ в выхлопной трубе с СПГ, как для дизельных, так и для бензиновых двигателей, в зависимости от двигателя.

В Приложении 37 AMF были изучены топливные и технологические альтернативы для автобусов, и сравнение одного автобуса показано на Рисунке 4. Здесь отмечается, что выбросы углекислого газа из выхлопной трубы являются лишь частью выбросов парниковых газов в течение всего жизненного цикла.

Рисунок 4. Выхлопная труба CO _{2 e} Результаты выбросов для европейских автомобилей большой грузоподъемности. Выбросы метана учитываются с коэффициентом 21. (Nylund, Koponen 2012).

Hesterberg et al.(2008) проанализировали 25 исследований выбросов от тяжелых и легковых автомобилей, работающих на КПГ и дизельном топливе. При оснащении системами нейтрализации выхлопных газов большинство выбросов было на том же уровне, что и автобусы с дизельным двигателем и сжатым природным газом. Однако выбросы NO _x были значительно ниже с автобусами, оснащенными TWC, чем с дизельными автобусами. Поскольку газомоторные автомобили оснащены двигателями с искровым зажиганием, выхлопные газы NO _x и выбросы твердых частиц обычно ниже, чем у дизельных двигателей.

Исследование автобусов, приложение 37 AMF, представленное Нюлундом и Копоненом (2012), показало, что природный газ в сочетании со стехиометрическим сгоранием и TWC обеспечивает низкие регулируемые выбросы, тогда как двигатели на обедненном природном газе характеризуются высокими выбросами NO _x . (Рисунок 5).Все двигатели, работающие на природном газе, независимо от системы сгорания, обеспечивают низкий уровень выбросов твердых частиц, т. Е. Эквивалентны дизельным двигателям с сажевым фильтром.

Для дизельных двигателей определенные устройства последующей обработки увеличивают выбросы NO ₂ из выхлопной трубы, что также относится к двигателям на обедненном газе, работающим на обедненной смеси, тогда как стехиометрические двигатели на сжатом природном газе имеют низкий уровень выбросов NO ₂ . Доля NO ₂ ^{из NO _x составляла 35–70%, когда двигатели были оборудованы устройствами для последующей обработки NO ₂ , но в других случаях менее 5% в Nylund and Koponen (2012).Например, среднее отношение NO ₂ / NO _x для типичных дизельных двигателей большой мощности (классифицированных EEV) находится в диапазоне от 0,4 до 0,6, в то время как типичные значения для соответствующих двигателей, работающих на природном газе, находятся в диапазоне 0,01. до 0,05 (Kytö et al. 2009).}

Рис. 5. Результаты выбросов NO _x и PM для европейских автомобилей (Nylund and Koponen 2012).

Приложение 39 AMF (Повышение эффективности выбросов и топливной эффективности для двигателей, работающих на метане высокого давления), опубликованное Olofssen et al.(2014) были направлены на изучение уровня развития двигателей, работающих на метане, для большегрузных транспортных средств и возможности достижения высоких показателей энергоэффективности, устойчивости и выбросов. Приложение 39 включало исследование литературы (Broman et al. 2010) и тестирование в Швеции, Финляндии и Канаде. Испытываемые автомобили представляли собой специальные газовые двигатели с искровым зажиганием (SI) и автомобили, оснащенные двухтопливными двигателями, работающими на ПГ / Дизель. Используемый метан представлял собой КПГ и иногда смешивался с биометаном.

Испытания в Канаде с двухтопливной концепцией прямого впрыска под высоким давлением (HPDI), где дизельное топливо — это небольшое количество дизельного топлива, которое впрыскивается только для воспламенения смеси газообразного метана и дизельного топлива.В качестве топлива использовался метан — сжиженный природный газ (СПГ). Испытанные специализированные газовые автобусы SI работают только на газе, в то время как концепции природного газа / метана могут использовать только дизельное топливо или переменную смесь дизельного топлива и метана. Однако грузовик, использующий технологию HPDI, мог нормально работать только при наличии метана и дизельного топлива.

Результат испытаний транспортных средств большой грузоподъемности, оснащенных специальными двигателями, работающими на метане SI, показывает низкий уровень выбросов. В Швеции энергоэффективность этих двигателей не находится в том же диапазоне, что и у большегрузных автомобилей (~ 18% vs.~ 33%). В Финляндии испытанный автобус с двигателем SI полностью соответствовал требованиям выбросов Евро VI и был признан «лучшим в своем классе».

Результаты испытаний автомобилей большой грузоподъемности, оснащенных технологией газового / дизельного топлива, показали, что теоретическая мощность замены дизельного топлива 75-80% была труднодостижимой, особенно при низких нагрузках на двигатель. Кроме того, для достижения уровней выбросов Euro V / EEV и Euro VI, очевидно, необходимы усовершенствованные системы контроля горения и управления температурой.

Новая двухтопливная технология (HPDI 2.0) находится в стадии разработки и, как ожидается, будет соответствовать требованиям Euro VI, и EPA 2014 находится в стадии разработки. Кроме того, в феврале 2014 года была представлена ​​недавно разработанная двухтопливная система с использованием технологии «фумигации», отвечающая требованиям выбросов Евро IV и V (газовое дизельное топливо с улучшенным содержанием метана, GEMDi). По оценкам, средний коэффициент замены дизельного топлива составит около 60%.

Приложение 39 AMF также включало ограниченные испытания модернизированных систем, в которых старые автомобили HD Euro III были переоборудованы для использования технологии газового / дизельного топлива.Это сильно отрицательно скажется на показателях выбросов, за исключением выбросов ТЧ. Однако возможное преимущество может заключаться в снижении эксплуатационных расходов на автомобиль.

В США правила выбросов регулируют двухтопливную технологию, основанную на соотношении дизельное топливо / газ (без учета выбросов метана). В Европе была начата работа по изменению нынешних правил с целью включения процедуры утверждения двухтопливной технологии, работающей на газе / дизельном топливе.

Приложение 39 AMF выделило следующие результаты:

• Двухтопливные концепции NG / Diesel:

o Трудно обеспечить соответствие нормам выбросов Евро V / VI с технологией, доступной к 2014 г.

o Подходит только для OEM-приложений (не для дооснащения)

o Замена дизельного топлива зависит от нагрузки и ниже ожидаемой

o Суммарные выбросы ПГ могут быть выше для ПГ / дизеля, чем для автомобилей с дизельным двигателем

• Специальные двигатели с искровым зажиганием (SI)

o Нет проблем с соблюдением требований Euro V / EEV по выбросам

o Более низкий КПД двигателя по сравнению с дизельным двигателем, особенно для работы на обедненной смеси (18% по сравнению с33%)

o Концепция Lean-Mix, работающая в основном на Æ ›1

Выбросы метана

Как и в случае регулируемых выбросов (Таблица 5), устройства последующей обработки выхлопных газов снижают большинство нерегулируемых выбросов до чрезвычайно низкого уровня (Таблица 6), однако выбросы метана от транспортных средств, работающих на КПГ, являются значительными. В более ранних исследованиях выбросы метана из автобуса, работающего на КПГ, составляли около 150 мг / км (Murtonen and Aakko-Saksa, 2009) и даже доходили до 2750 мг / км (обзор, Hesterberg et al.2008 г.). Karlsson et al. (2008) заметили, что при использовании биометана метан составляет 74% выбросов углеводородов при нормальной температуре.

Недавно в Приложении 51 AMF были опубликованы следующие выводы:

• Ключевые механизмы, лежащие в основе выбросов несгоревшего метана, были определены как: пропуски зажигания / гашение в объеме, гашение стенки, объемы щелей, постокисление и синхронизация / перекрытие клапанов. Все эти механизмы являются важными факторами, но закалка стенок становится более важной по мере того, как двигатель становится менее экономичным.
• Основные проблемы с образованием несгоревшего метана связаны со среднеоборотными 4-тактными двухтопливными двигателями.
• Поскольку несгоревшие выбросы метана происходят из областей вблизи стенок камеры сгорания, разумным шагом вперед является прямой впрыск природного газа / биометана с целью сокращения выбросов.
• Добавление водорода к природному газу в испытании на автомобиле, работающем на КПГ со стехиометрическим приводом, соответствует стандарту Euro 4, что показало значительное снижение выбросов THC и NOx.Смешивание водорода может быть интересным вариантом для процессов с образованием разбавленной смеси (режим обедненной смеси или рециркуляции отработавших газов).
• Был испытан ряд конструкций катализаторов Rh / цеолит для окисления выхлопных газов Ch5. Катализатор 1 мас.% Rh / цеолит имел более высокую активность по сравнению с коммерческим катализатором при тех же условиях эксплуатации. Поиск более эффективных методов регенерации продолжается.
• Другой случай исследовал характеристики катализатора на основе Pd. В этом исследовании были обнаружены некоторые ключевые факторы, которые увеличили активность и долговечность существующих катализаторов СПГ на основе Pd.
• Регенерация используемых катализаторов является важным вопросом, и был изучен метод регенерации водородом. С катализатором, выдержанным до эффективности преобразования 37%, можно было поддерживать этот уровень и даже повышать эффективность после регенерации и повторного старения, применяя регенерационные газы, содержащие 2,5% водорода.
• Ряд автомобилей был испытан на выбросы метана из выхлопной трубы, а также другие выбросы метана. Результат этого исследования показывает, что основной вклад метана происходит из-за скольжения во время движения, т.е.е. выхлопные газы.

Нерегулируемые выбросы

Сообщается, что выбросы формальдегида, ацетальдегида, 1,3-бутадиена и бензола ниже для транспортных средств, работающих на КПГ, особенно для автомобилей, предназначенных для КПГ, чем для автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем. Karlsson et al. (2008) исследовали двухтопливный биометановый автомобиль в сравнении с бензиновым автомобилем и обнаружили довольно небольшие различия в выбросах при -7 ° C.

Выбросы аммиака имеют тенденцию быть высокими при использовании бензиновых автомобилей, оборудованных трехкомпонентными катализаторами (Aakko-Saksa et al.2012). То же самое было и с автобусом для КПГ, оборудованным TWC, показанным в Таблице 6.

Низкие выбросы канцерогенных выбросов, таких как полициклические ароматические углеводороды с 4 кольцами, наблюдались при использовании транспортных средств, работающих на КПГ. Кроме того, мутагенность твердых частиц по Эймсу была ниже для транспортных средств, работающих на КПГ, по сравнению с автомобилями с дизельным двигателем в исследовании Муртонена и Аакко-Сакса (2009).

Средние численные результаты для транзитных автобусов, грузовиков и автомобилей, работающих на дизельном топливе с уловителем или СПГ с TWC, из обзора Hesterberg et al.(2008) показаны в Таблице 5. Резюме выбранных исследований по нерегулируемым выбросам СПГ, дизельного топлива и бензина представлено в Таблице 6.

Таблица 5. Обзор регулируемых выбросов (Hesterberg et al. 2008).

Таблица 6. Краткое изложение отдельных исследований по нерегулируемым выбросам КПГ, дизельного топлива и бензина.

Неоптимизированные автомобили, работающие на сжигании обедненного природного газа, могут выделять высокие выбросы выхлопных газов, в то время как выбросы выхлопных газов оптимизированных транспортных средств, работающих на сжатом природном газе, низкие (Таблица 6, Nylund et al.2004 г.).

Таблица 6. Выбросы выхлопных газов по результатам трех исследований (Nylund et al. 2004).

CNG обеспечивает очень низкий уровень выбросов твердых частиц, почти на два порядка меньше, чем у дизельных технологий (Рисунок 6). Однако дизельные автомобили, оснащенные сажевым фильтром, производят частицы, сопоставимые с количеством частиц СПГ. В исследовании Nylund и Koponen (2012) наивысшее количество частиц четко наблюдалось в автобусах с дизельным двигателем без сажевого фильтра. Karlsson et al. (2008) наблюдали более низкую массу и количество твердых частиц в выбросах для автомобилей, работающих на биометане, чем для автомобилей с бензиновым двигателем.

Рис. 6. Распределение частиц по размерам для ряда альтернативных технологий (ориентировочно). (Нюлунд и Копонен 2012).

Выбросы автомобилей при низких температурах

От автомобилей, работающих на природном газе, выбросы CO, HC и NO _x являются низкими, что также наблюдалось в Приложении 22 к AMF, о котором сообщают Aakko и Nylund (2003) (Рисунок 7). Кроме того, этот специальный монотопливный автомобиль, работающий на КПГ, совершенно нечувствителен к температуре окружающей среды, в то время как выбросы CO и HC от бензиновых автомобилей увеличиваются при снижении температуры окружающей среды до -7 ° C.Karlsson et al. (2008) сообщили о трудностях переключения топлива с бензина на биометан (CBG) для двухтопливного газомоторного автомобиля после холодного пуска при -7 ° C. В этом случае автомобиль, работающий на сжатом биометане, показал более высокие выбросы CO, но более низкие выбросы NO _x и твердых частиц, чем бензиновый автомобиль при -7 ° C.

Рис. 7. Регулируемые выбросы от автомобилей с дизельным двигателем (TDI и IDI), автомобилей с бензиновым двигателем (MPI и G-DI), автомобилей E85, CNG и LPG (Aakko and Nylund 2003).

Список литературы

Аакко-Сакса, П., Рантанен-Колехмайнен, Л., Копонен, П., Энгман, А. и Кихлман, Дж. (2011) Варианты биогазолина — возможности для достижения высокой доли биогазолина и совместимости с обычными автомобилями. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 4: 298–317 (также SAE Technical Paper 2011-24-0111). Полный технический отчет: отчет VTT W187.

Аакко П. и Нюлунд Н. О.. (2003) Выбросы твердых частиц при умеренных и низких температурах с использованием различных видов топлива. Приложение 22 к АИФ . Отчет по проекту PRO3 / P5057 / 03. (скачать отчет).

Броман, Р., Столхаммар, П. и Эрландссон, Л. (2010) Улучшенные показатели выбросов и топливная эффективность для двигателей с высоким содержанием метана. Литературоведение. Приложение 39 AMF, Заключительный отчет. AVL MTC 9913. Май 2010 г.

Хестерберг Т., Лапин К. и Банн В. (2008) Сравнение выбросов от транспортных средств, работающих на дизельном топливе или сжатом природном газе. Экологическая наука и технологии. Vol. 42, № 17, 2008. 6437-6445.

Kajolinna, T., Aakko-Saksa, P., Roine, J., and Kåll. L. «Проверка эффективности трех систем удаления силоксана из биогаза в присутствии D5, D6, лимонена и толуола», Fuel Processing Technology, 139, 2015, pp. 242-247.

Карлссон, Х., Госсте, Дж. И Осман, П. (2008) Регулируемые и нерегулируемые выбросы от транспортных средств, работающих на альтернативном топливе Евро 4. Общество Автомобильных Инженеров. Технический документ SAE 2008-01-1770.

Китё, М., Эрккиля, К. и Нюлунд, Н.О. (2009) Тяжелые автомобили: безопасность, воздействие на окружающую среду и новые технологии.Сводный отчет за 2006–2008 гг. VTT-R-04084-09. Июнь 2009.

Муртонен Т. и Аакко-Сакса П. (2009) Альтернативные виды топлива для двигателей и транспортных средств большой мощности. Вклад VTT. Рабочие документы VTT: 128.

Nylund, N-O., Erkkilä, K., Lappi, M. и Ikonen, M. (2004) Исследование выбросов от автобусов, работающих на транзитном автобусе: Сравнение выбросов от автобусов, работающих на дизельном топливе и природном газе. Отчет об исследовании VTT PRO3 / P5150 / 04.

Nylund, N-O. и Koponen, K. (2012) Альтернативы топлива и технологий для автобусов. Общая энергоэффективность и показатели выбросов. Приложение № 37 к АИФ . Основные результаты исследований VTT 46.

Олофссон, М., Эрландссон, Л. и Виллнер, К. (2014) Улучшенные показатели выбросов и топливная эффективность для двигателей с высоким содержанием метана. Приложение 39 к АИФ , Заключительный отчет. AVL MTC Report OMT 1032, 2014. (скачать отчет, ключевые сообщения).

Шрамм, Дж. Контроль выбросов метана. Приложение 51 АИФ , Заключительный отчет.

Сайкс, К., Форд, Дж., Блэкберн, Дж. И МакГилл, Р. Возможность использования транспортных средств для транспортировки природного газа — международное сравнение. Приложение 48 к АИФ , Заключительный отчет, август 2015 г. (скачать отчет)

Как природный газ используется в качестве автомобильного топлива

Природный газ нужен не только для приготовления пищи, отопления и выработки электроэнергии. Также можно заправлять им автомобили. Природный газ в качестве автомобильного топлива намного дешевле и экологически чище, чем нефтепродукты.

Филипп Лебон одним из первых предложил использовать газовое топливо. В 1801 году он получил патент на изобретение, позволяющее сжимать газ и воздух отдельными компрессорами и затем смешивать их в специальной камере.В 1860 году французский изобретатель Этьен Ленуар разработал первый действующий газовый двигатель внутреннего сгорания. Он изобрел зажигание газовоздушной смеси в двигателе с помощью электрической искры.

Прототип современного газомоторного автомобиля — самоходной машины с двигателем внутреннего сгорания — работал на осветительном газе (получаемом путем перегонки определенных марок угля). В 1894 году природный газ использовался в качестве топлива для железнодорожного транспорта в Дессау, Германия. Однако в XIX веке газомоторные автомобили не получили широкого распространения.

В конце 1940-х — начале 1950-х годов в СССР производились газомоторные автомобили и развивалась сеть АГНКС. Но низкий уровень газоснабжения и относительно небольшой объем добычи газа в те времена препятствовали расширению газомоторного транспорта.

Какой газ используется для заправки автомобилей

Сегодняшние автомобили заправлены различными видами сжиженного газа: метаном (природным газом), пропаном, бутаном и их смесями (так называемые углеводородные газы). Кроме того, можно использовать метан в сжатом состоянии.Эта статья особенно касается использования природного газа в качестве автомобильного топлива.
Для производства сжатого природного газа (КПГ) метан сжимают в метановом компрессоре. Его объем уменьшен в 200–250 раз.
Сжиженный природный газ (СПГ) получают путем охлаждения газа до минус 161,5 ° C. Объем газа уменьшен в 600 раз.

Почему природный газ считается экологически чистым топливом

Выбросы автомобиля, работающего на «голубом топливе», в пять раз менее вредны, чем выбросы автомобиля с бензиновым двигателем.Это серьезное преимущество природного газа, потому что автомобили являются основным загрязнителем воздуха, особенно в больших городах. Перевод автомобилей и автобусов на природный газ может сделать воздух чище и улучшить экологическую ситуацию в городах.

Экономия за счет заправки вагона метаном

На сегодняшний день метан в России стоит около 12 рублей за кубометр (эквивалент одного литра бензина). Это в три раза дешевле и обеспечивает меньший расход, чем бензин.Намного выгоднее использовать газомоторное топливо в общественном транспорте, который ежедневно преодолевает большие расстояния. Например, переведя 100 автобусов с обычного топлива на метан, вы можете сэкономить 34 миллиона рублей в год из-за разницы в ценах.
Кроме того, метан не содержит примесей и, следовательно, не образует отложений в топливной системе при горении. Газовый двигатель работает дольше и эффективнее.

Безопасный газ

Природный газ — самое безопасное из всех доступных сегодня видов топлива.В случае аварии метан не скапливается в углублениях и не образует легковоспламеняющуюся смесь паров и воздуха. Поскольку газ легче воздуха, он сразу испаряется, поэтому его утечка не представляет опасности.

Баллоны, содержащие метан, имеют очень толстые и прочные стенки. В процессе производства они многократно проверяются на устойчивость емкостей к давлению.

Природный газ — к двигателям

В настоящее время почти все крупные автопроизводители производят автомобили, работающие на метане.Мировые лидеры автопрома — Volvo, Audi, Chevrolet, Daimler-Benz, Iveco, MAN, Opel, Peugeot, Citroen, Scania, Fiat, Volkswagen, Ford, Honda, Toyota — все они предлагают сегодня серийные автомобили с двигателями под управлением СПГ. Эти автомобили ничем не уступают обычным бензиновым аналогам и пользуются большой популярностью у автовладельцев. Сегодня во всем мире насчитывается более 17 миллионов автомобилей, работающих на метане, и их число продолжает расти.

• Что можно произвести из природного газа

  Природный газ горит очень хорошо.Поэтому он в основном используется для выработки электрической или тепловой энергии. Однако его также можно использовать для производства удобрений, топлива, краски и многих других предметов.

• Как газ поставляется потребителям

  Наличие магистральных газопроводов едва ли позволяет доставить газ конечным потребителям. Для того, чтобы вы наблюдали, как на горелке плиты танцует голубое пламя, газ должен течь из магистрального газопровода в газораспределительный трубопровод, а затем — по бытовому трубопроводу.

Что, если бы от выхлопных газов питалось больше наших автомобилей, грузовиков и автобусов? | Руководство по зеленому транспортному средству

В США более 1000 крупных свалок ¹ . Если вы когда-нибудь проезжали мимо, ваш нос скажет вам, что эти груды мусора выделяют газ. Свалочный газ, представляющий собой биогаз, состоящий в основном из метана и двуокиси углерода, не только воняет, но и способствует глобальному изменению климата. Большие свалки необходимы для сбора и сжигания биогаза, чтобы уменьшить количество вредных для здоровья паров, которые они выделяют.Но биогаз имеет более полезное применение. Его можно преобразовать в сжатый природный газ или водород или использовать для выработки электроэнергии. Поскольку все больше и больше автомобилей, грузовиков и автобусов начинают работать на этих альтернативных видах топлива, кажется бесполезным выбросить любой из наших биогазов в дым. Что, если мы превратим весь доступный в США пары мусора с крупных свалок в транспортное топливо?

Что в итоге?

Некоторые свалки в США уже собирают биогаз для использования в энергетических проектах ² .По оценкам Агентства по охране окружающей среды, существует около 450 свалок с неиспользованным потенциалом использования их выхлопных газов. Эти свалки могут собирать примерно 475 миллионов кубических футов биогаза в день — этого достаточно, чтобы заполнить почти миллиард праздничных шаров.

Если мы превратим весь этот биогаз в транспортное топливо, мы сможем предотвратить ежегодный выброс около 40 миллионов метрических тонн прямых выбросов парниковых газов (CO ₂ e), что эквивалентно снятию с дороги 8 миллионов автомобилей. ³

Кроме того, поскольку мы заменяем бензин или дизельное топливо, мы также сократим выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла, связанные с производством и распределением топлива, используемого этими транспортными средствами.

На что это было бы похоже?

Если ваша местная свалка большая, она может выделять достаточно газа для производства до 3200 галлонов бензинового эквивалента (GGE) транспортного топлива каждый день. (Один GGE — это количество топлива, которое содержит ту же энергию, что и один галлон бензина.) Сколько транспортных средств будет иметь эту мощность?

* Более высокое количество электромобилей (электромобилей) отражает как то, что автомобили потребляют меньше топлива на милю, чем мусоровозы или автобусы, так и то, что у электромобилей сегодня ограниченный запас хода на один заряд аккумулятора.Мы предположили, что полностью заряженная аккумуляторная батарея электромобиля сможет проехать около 100 миль.

Вот несколько реальных примеров того, как это может работать.

• Заполнение мусоровозов КПГ: Мусоровозы могут уже ездить по вашему району, собирая то, что в конечном итоге станет их собственным топливом. После того, как свалка запустит процесс превращения свалочного газа в СПГ, типичная большая свалка может заправить 40 мусоровозов, работающих на природном газе, или продать КПГ в соседний город, чтобы получить прибыль.
• Электроэнергия для городского такси : Свалка собирает дым, который затем сжигается для производства электроэнергии на месте. Этим электричеством можно заряжать более тысячи электрических такси или других полностью электрических транспортных средств (за один заряд аккумулятора каждый день). Поскольку электромобили значительно более экономичны, чем автомобили с бензиновым двигателем, и не имеют выхлопных газов, городские власти сократят еще больше парниковых газов.
• Электропитание городских автобусов водородом: На типичной свалке можно установить установку риформинга или газогенератор для производства водорода, достаточного для заполнения 45 городских автобусов на топливных элементах.Эти автобусы не имеют вредных выбросов из выхлопной трубы, а это означает, что ваш мусор действительно поможет вашей семье и соседям дышать более чистым воздухом.

Еще больше возможностей откроется по мере выхода на рынок дополнительных легковых, грузовых автомобилей и автобусов, использующих современные виды топлива. Итак, в следующий раз, когда вы будете проезжать мимо свалки, не думайте просто: «Фу!» думаю, «пахнет возможностью заправиться!»

1. Агентство по охране окружающей среды США, Программа по изучению метана на свалках (LMOP), база данных за март 2015 г., доступно на epa.gov / lmop /
2. Проекты включают производство электроэнергии для электростанций и производственных предприятий, а также производство различных видов топлива для транспорта, включая биотопливо.
3. Транспортные средства, которые могут работать на топливе, произведенном из биогаза со свалок, в настоящее время производятся в ограниченном количестве. Для использования всего этого биогаза потребуются дополнительные автомобили и специализированная заправочная инфраструктура.
4. Мы предположили, что на стандартный кубический фут свалочного газа производится 0,0030 ГГЭ СПГ, см. Калькулятор LMOP LFGcost-Web V3.0, доступный по адресу epa.gov/lmop/lfgcost-web-landfill-gas-energy-cost-model. Мы предположили, что эффективность преобразования природного газа в водород составляет 70%, и что 113 400 БТЕ = 1 кг водорода. Мы не учли потери топлива при сжатии газообразного водорода. Наша оценка электроэнергии взята из LMOP Interactive Conversion Tool и базы данных LMOP за март 2015 года, которые доступны на epa.gov/lmop/. Мы также предполагаем, что 1 галлон бензинового эквивалента = 33,7 кВт-ч, и что экономия топлива электромобиля составляет 100 миль на галлон или 34 кВт-ч на 100 миль.
5. Мы предположили, что емкость топливных баков следующая: мусоровоз, работающий на КПГ, = 70 галлонов дизельного топлива и автобус на водородных топливных элементах = 50 кг. Мы предположили, что электромобилю требуется 34 кВт-ч электроэнергии для полной зарядки аккумулятора.

Преимущества автомобилей, работающих на природном газе

Транспортные средства, работающие на природном газе (NGV), могут предложить жителям Калифорнии ряд экономических и экологических преимуществ. Сюда могут входить экономические выгоды от недорогого внутреннего топлива, развитие рынка зеленых рабочих мест, улучшение качества воздуха в регионе, сокращение выбросов парниковых газов, уменьшение нашей зависимости от нефти и обеспечение пути к водородной экономике.

Экологические преимущества

Автомобили, работающие на природном газе, могут оказать немедленное и положительное влияние на проблемы качества воздуха, энергетической безопасности США и здоровья населения. Вот некоторые ключевые преимущества использования природного газа в качестве транспортного топлива.

Газомоторные автомобили чистые

являются одними из самых экологически чистых транспортных средств в коммерческом производстве на сегодняшний день и производят лишь 5–10 процентов выбросов, допустимых даже по самым строгим современным стандартам. Газомоторные автомобили производят на 20-30 процентов меньше парниковых газов, чем автомобили с бензиновым или дизельным двигателем.

В целом, природный газ является одним из наиболее экологически чистых альтернативных видов топлива на сегодняшний день. Газомоторные автомобили могут снизить выбросы оксидов азота (NOx) и химически активных углеводородов, которые образуют приземный озон, основной компонент смога, на целых 95 процентов. Газомоторные автомобили также могут сократить выбросы углекислого газа на 30 процентов, окиси углерода (CO) на 85 процентов и выбросов канцерогенных твердых частиц на 99 процентов.

Снижение выбросов парниковых газов

Использование сжатого природного газа (КПГ) вместо бензина или дизельного топлива может помочь сократить выбросы парниковых газов.

Анализ «от скважины к колесам» в 2008 году, проведенный TIAX, LLC, показывает, что природный газ обеспечивает снижение выбросов парниковых газов (ПГ) на 30% для легковых автомобилей и на 23% для автомобилей средней и средней грузоподъемности. большегрузные автомобили по сравнению с бензиновыми и дизельными двигателями. На диаграмме ниже показано количество CO2, которое было вытеснено с 1999 года клиентами SoCalGas®, использующими автомобили, работающие на КПГ вместо дизельного топлива. Только в 2008 году это число составило почти 229 000 метрических тонн CO ₂ !

Очевидно, что газомоторные автомобили представляют собой один из самых экологически чистых вариантов сегодня и завтра.

Биогаз: возобновляемый редуктор выбросов

Биогаз — это доступная возобновляемая энергия, которая также может помочь сократить выбросы парниковых газов. Он уже успешно используется в некоторых частях Европы и даже ограниченно используется в газомоторном топливе здесь, в Калифорнии. * В настоящее время мы изучаем, как биогаз можно использовать и распространять среди наших клиентов.

Получите более подробную информацию от NGVAmerica * об улавливании парниковых газов со свалок, отходов животноводства, сточных вод и других источников посредством производства биометана.Центр данных по альтернативным видам топлива Министерства энергетики США также предоставляет обзор преимуществ биогаза. *

Меньше шума и запаха

Уровень звукового давления двигателя, работающего на сжатом природном газе, ниже, чем у дизельного двигателя, что снижает уровень шума на ¹ . Это делает газомоторные автомобили особенно хорошим выбором в густонаселенных районах или для транспортных средств, которые работают в ночное время. Кроме того, заправка сжатым природным газом по сравнению с бензином или дизельным топливом снижает выбросы одорантов и испарений.

Низкий риск загрязнения

КПГ не загрязняет грунтовые воды. Владельцам заправочных станций КПГ не нужно сталкиваться с угрозой утечки из подземных резервуаров, что является серьезной проблемой при использовании жидкого топлива.

Путь к водороду

NGV представляют собой проверенную технологию, доступную прямо сейчас. Существующая общественная инфраструктура заправки топливом в Южной Калифорнии стабильна и постоянно растет.

Не исключено, что водород может стать основным топливом для транспорта в США.S. в какой-то момент в будущем, но использование СПГ для транспортировки сейчас помогает создать мост в водородное будущее. По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США *, «… развитие технологий газового топлива сегодня может способствовать переходу к будущей транспортной сети, основанной на водородных топливных элементах». Природный газ из существующих трубопроводов уже является ведущим топливным сырьем для производства водорода.

Экономическая выгода

Сравнение природного газа и бензина и дизельного топлива

Автомобили, работающие на КПГ, обладают существенными преимуществами по сравнению с автомобилями, работающими на бензине.Исторически сложилось так, что КПГ стоил значительно меньше, чем бензиновый или дизельный галлон в насосе в зоне обслуживания SoCalGas. Управление энергетической информации * Министерства энергетики США отслеживает исторические цены на бензин и дизельное топливо.

Источники: цены на бензин получены из среднегодовых значений еженедельных пересмотренных розничных цен на бензин в Калифорнии Управления правительственной информации по энергетике США. Цены на дизельное топливо получены из среднегодового показателя США.Ежемесячный отчет о розничных продажах дизельного топлива в Калифорнии № 2 Государственного управления энергетической информации. Цены на КПГ получены из среднегодовых цен на коммунальные станции СПГ SoCalGas.

Более низкая годовая стоимость топлива, чем у бензинового гибрида

Давайте возьмем разницу в 1 доллар за галлон и сравним гибрид с газомоторным двигателем, оба проезжают 15 000 миль в год. При среднем расходе 41 миль на галлон гибридный автомобиль будет сжигать почти 366 галлонов бензина в год. Если умножить на 3 доллара за галлон, общая годовая стоимость топлива составит 1097 долларов.Исходя из среднего показателя 28 миль на галлон, газомоторный двигатель будет сжигать почти 536 галлонов бензина, эквивалентных галлонам СПГ в год. Если умножить на 2 доллара за галлон, общая годовая стоимость топлива составит всего 1071 доллар. Если вы проезжаете более 15 000 миль в год или если разница в ценах на бензин и КПГ продолжает увеличиваться, экономия от КПГ будет больше.

Рентабельность

SoCalGas вместе с Округом управления качеством воздуха Южного побережья и California Natural Gas Vehicle Partnership поручили TIAX LLC разработать исследование «Сравнительные затраты на технологии дизельного топлива и природного газа для тяжелых условий эксплуатации в 2010 году», в котором сравнивались автомобили 2010 года. коммерческие автомобили с дизельным и природным газом.Финансовая модель предсказывает, что точки безубыточности для КПГ для мусоровоза, транзитного автобуса и ближнемагистрального большегрузного автомобиля составляют 22 доллара за баррель, 31 доллар за баррель и 28 долларов за баррель сырой нефти, соответственно, по мировым ценам на нефть 2010 года. С начала 2005 года мировая цена на нефть за баррель * в большинстве недель превышала 40 долларов.

Значительные гранты и льготы могут быть доступны из различных источников, чтобы помочь с покупкой газомоторных автомобилей или строительством заправочных станций КПГ.

Высокая производительность

NGV часто имеют такую ​​же мощность в лошадиных силах, что и их дизельные и бензиновые аналоги.Бензин премиум-класса с октановым числом 91. Природный газ имеет октановое число около 130. Это более высокое октановое число позволяет повысить компрессию двигателя и эффективность сгорания. Из-за свойств природного газа, обеспечивающих чистое сгорание, газомоторные автомобили обычно имеют более длительный срок службы двигателя по сравнению с большинством автомобилей с бензиновым двигателем.

Безопасность, внутреннее снабжение топливом

Поскольку почти весь природный газ, потребляемый в настоящее время в США, производится в Северной Америке, газомоторные автомобили помогают снизить нашу зависимость от иностранной нефти.Один видный защитник природного газа подробно рассказывает о влиянии иностранной нефти в этом интервью 2009 г. * изданию Fortune .

В 2008 году газомоторные автомобили на территории обслуживания SoCalGas вытеснили более 70 миллионов галлонов бензина. Благодаря новым технологиям разведки и добычи запасы природного газа в США за последние годы значительно увеличились. В статье за ​​2009 год * в The Wall Street Journal обсуждалось наличие 100-летнего запаса в Соединенных Штатах.

Американский газовый альянс (ANGA) выпустил это новое динамичное видео, в котором объясняется, как такие компании, как AT&T, Verizon и UPS, используют КПГ для снижения нашей зависимости от иностранной нефти.*

Рост рынка сжатого природного газа (КПГ)

В мировом масштабе рынок газомоторных автомобилей огромен. В настоящее время в мире эксплуатируется 15 миллионов автомобилей. Здесь, в США, рынок газомоторного топлива все еще находится на начальной стадии кривой роста.

Дополнительные ресурсы

CNG сейчас

CNG Now! * — это отраслевая правозащитная организация, которая предоставляет самые свежие новости о рынке КПГ, информацию о финансовых стимулах, законодательстве и многое другое.

NGV Америка

NGVAmerica — национальная организация, представляющая более 100 компаний, заинтересованных в продвижении развития газомоторного транспорта и вспомогательной инфраструктуры. NGVAmerica.org * содержит обширный объем полезной информации для политиков * в одном удобном месте.

NGVAmerica опубликовала значительный объем информации, которая может быть полезна политикам по таким темам, как:

Источники

¹ Отчет ИНФОРМ: Озеленение мусоровозов: тенденции в использовании альтернативных видов топлива, 2002-2005 гг.