Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива
Основной альтернативой традиционному бензину или дизелю, является газомоторное топливо (ГМТ). Каким газом заправляют автомобили с ГБО, а также в чём отличие между ними вы узнаете из этой статьи.
Виды газового топлива
Условно ГМТ можно разделить по способу производства, агрегатному состоянию при использовании, хранении и транспортировке.
Менее распространённые варианты:
Природный газ
После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.
Перевозку и хранение жидкого топлива осуществляют в специальных криогенных ёмкостях, которые, по сути, являются термосами. Цистерна объёмом 25 кубометров вмещает 10 тонн СПГ/LNG.
Затем у сжиженного природного газа может быть два пути:
Последний пункт является очень перспективным для автомобильного транспорта преимущественно коммерческого направления, из-за скопления в жидком метане огромного количества тепловой энергии при относительно низком давлении в криоёмкости (от 5-16 атм.).
Основные преимущества сжатого метана, как и СПГ – это их экономические и экологические показатели. К тому же природный газ легче воздуха, в этом смысле он менее опасен при утечке чем, например пропан. Однако газы метана являются токсичными (4 класс опасности).
Главным фактором медленного распространения CNG, является отсутствие достаточного количества автозаправочных станций. В настоящее время на территории России насчитывается, порядка 330 АГНКС не считая передвижных заправщиков (ПАГЗ), которые в основном применяются для нужд предприятий.
Техника и инфраструктура под LNG только начинают появляться, поэтому более широкое применение на авто пока имеет КПГ.
Сжиженный нефтяной газ
Ввиду доступности и пониженных требований к конструкции баллонов, ещё большее распространение в качестве газомоторного топлива получил состав пропана (C3H8) с бутаном (C4H10).
Пропан-бутановую смесь выделяют из добытого газоконденсата, а также при извлечении и глубокой переработке нефти. При нефтеперегонке образуется так называемый попутный нефтяной газ (ПНГ), из него отделяют сжиженный углеводородный. Затем происходит разделение СУГ на составляющие компоненты, один из которых — это сжиженный нефтяной газ. Для разных сфер применения СНГ бывает:
Пропан тяжелее воздуха, поэтому при утечке может скапливаться в нишах и закрытых помещениях (смотровая яма, гараж). Взрывоопасность паров ПБ в воздухе 2,3-9,5 % при нормальном давлении и температуре 20°C, метана 5-15%. СНГ малотоксичен.
Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.
Биотопливо
Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.
Сжиженный природный газ (LNG) как автомобильное топливо
Сжиженный природный газ (СПГ) (англ. Liquefied Natural Gas) – это природный газ, охлажденный до температуры сжижения. СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, которая не токсична и не вызывает коррозии. Кроме того, это не самовозгорающийся газ, что выгодно отличает его в плане безопасности. В жидком состоянии газ занимает гораздо меньший объем. Одинаковое количество СПГ и природного газа отличаются по объему в 600 раз. Чтобы наглядно представить себе это различие, сравните надувной пляжный мяч и шарик для пинг-понга.
Энергетический рынок огромен и добыча природного газа увеличивается с каждым годом. Поэтому роль СПГ, наряду со сжатым природным газом, газоконденсатными жидкостями (NGL) и GTL (газ в жидкость) в обозримом будущем будет возрастать.
Получение и хранение сжиженного природного газа
Сжижение природного газа – не новая технология, ей уже более ста лет. Она была запатентована в США в 1914 году, а через три года был построен первый завод. С тех пор производство СПГ прочно вошло в нефтегазовый сектор, однако повышенный интерес к нему стал проявляться только в последние годы в связи с ростом экологических требований к источникам энергии.
В настоящее время существует несколько промышленных технологий сжижения природного газа, в основе которых лежит один из двух способов: каскадный процесс или процесс Линде (разновидностью его является процесс Клода).
В каскадном процессе газ, сжижающийся при более высокой температуре, используется в жидком виде для охлаждения и сжижения второго газа, находящегося под избыточным давлением, температура сжижения которого ниже. Второй сжиженный газ, в свою очередь, используется в третьем каскаде для охлаждения и сжижения еще более трудно конденсируемого газа и т.д. Для сжижения природного газа достаточны три цикла с использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана.
Процесс Линде основан на эффекте Джоуля-Томсона. Предварительно охлажденный и находящийся под давлением газ пропускается через теплоизолированный трубопровод, в котором имеется сужение (дроссель) или пористая перегородка. За дросселем газ расширяется, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение. После нескольких таких циклов газ достигает температуры сжижения.
Сжиженный природный газ как автомобильное топливо
Сжиженный природный газ (как и сжатый газ) существенно снижает коррозию и износ частей двигателя по сравнению с бензином. Это связано с тем, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндра при холодном пуске. Дизельные моторы, работающие на природном газе, зачастую проходят свыше 800 000 км без капремонта.
Молекула метана обладает высокой стойкостью, поэтому октановое число природного газа составляет от 105 до 120 единиц, что является причиной его высокой антидетонационной стойкости. Выбросы двигателей, работающих на газе, чище, с меньшим содержанием углерода и твердых частиц (сажи).Объемная плотность энергии СПГ примерно в 2,4 раза выше, чем у сжатого природного газа. Плотность энергии сжиженного природного газа сравнима с пропаном и этанолом, но составляет лишь 60% плотности энергии дизтоплива, и 70% бензина.
Широкому коммерческому использованию СПГ препятствует более высокая стоимость производства и необходимость хранения в дорогостоящих криогенных резервуарах. Однако с учетом истощения запасов нефти, повышения экологических требований, газификация автомобильного транспорта, особенно тяжелых грузовиков и автобусов будет возрастать.
Устройство топливной системы автомобиля на СПГ
В качестве примера рассмотрим топливную систему HPDI 2.0 (High Pressure Direct Injection) канадской компании Westport – ведущего производителя оборудования для сжиженного природного газа. Система HPDI 2.0 заменяет приблизительно 95% дизельного топлива природным газом. Технология Westport HPDI является единственной, которая максимально использует природный газ, сохраняя при этом мощность, крутящий момент, КПД и топливную эффективность, достигаемые при работе на дизтопливе. При этом значительно сокращаются эксплуатационные расходы, так как природный газ намного дешевле. Установка HPDI 2.0 не требует никакой переделки основных компонентов стандартного дизельного мотора. Ее также можно легко приспособить для работы на сжатом природном газе.
Основой топливной системы двигателя является инновационная форсунка с двойной концентрической иглой, разработанная в сотрудничестве с Delphi. Она позволяет впрыскивать под высоким давлением в камеру сгорания небольшое количество дизельного топлива и большие объемы природного газа. Природный газ подается в конце такта сжатия. Однако для его воспламенения при давлении, которое обеспечивает обычный дизельный двигатель, требуется более высокая температура. Поэтому для облегчения воспламенения в цилиндр предварительно впрыскивается небольшое количество дизельного топлива с последующим основным впрыском природного газа. Горящее дизтопливо мгновенно поджигает горячие продукты сгорания в цилиндре, а те, в свою очередь, впрыскиваемую следом порцию природного газа.
Сжиженный природный газ хранится в специальном баке, в котором смонтирован оригинальный криогенный насос. Из бака газ подается в испаритель, использующий тепло охлаждающей жидкости двигателя. На выходе из испарителя газ имеет температуру около 40° C при давлении 30 МПа. Далее газ фильтруется и направляется в модуль топливоподготовки, а затем подается к форсункам.
Что такое СПГ. Объясняем простыми словами
СПГ (или LNG, Liquefied Natural Gas) — сжиженный природный газ. Природный газ после очистки от примесей охлаждают до температуры конденсации (-161,5 °С), при этом газ превращается в жидкость, а его объём уменьшается в 600 раз.
Природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана и бутана с небольшим количеством более тяжёлых углеводородов и примесей. Точный состав газа зависит от места и способа его добычи. Чтобы получить СПГ, следует удалить некоторые примеси, сжать газ и охладить. Этот процесс проходит на так называемых ожижительных установках (заводах по производству СПГ).
После сжижения газ загружают в специальное судно-газовоз, которое отправляется к покупателю. Там на приёмном терминале проходит регазификация, при которой из 1 куб. м СПГ получается более 600 куб. м обычного газа. В процессе регазификации выделяются этан, пропан, бутан и пентаны. Их используют в качестве топлива и нефтехимического сырья.
В качестве топлива СПГ используют для пассажирского и грузового авто-, ж/д и водного транспорта, энергоустановок и автономной газификации потребителей. Сжиженный природный газ в качестве топлива называют выгодной и экологически безопасной альтернативой дизелю и бензину, потому что СПГ снижает износ деталей газового двигателя и уменьшает расход масла.
СПГ не имеет цвета и запаха. Он не горит, не вызывает коррозии, нетоксичен, а также не способен загрязнить почву или воду, потому что при контакте с ними быстро испаряется. Сам по себе СПГ не взрывоопасен (может сдетонировать только при испарении и контакте с огнём) и способен долго храниться.
Пример употребления на «Секрете»
«Из-за высоких цен на газ в Европе страны увеличили закупки сжиженного природного газа (СПГ). Это увеличило его стоимость для стран Азии, а после подняло цены на газ в США, импортёре СПГ».
(Из новости о рекордных ценах на газ, которые могут стать помехой для глобального восстановления экономики.)
Нюансы
В последние годы СПГ наращивает популярность в Европе, его потребление в странах Евросоюза растёт. Рынок СПГ развился настолько, что морские суда-газовозы способны конкурировать с газопроводами. Из-за экспансии СПГ в Европу до пандемии у «Газпрома» в этом направлении падали объёмы продаж и цены. Однако Россия тоже осваивает рынок СПГ, и ключевой отечественный игрок на нём — компания НОВАТЭК.
Ключевая особенность рынка СПГ — циклическое развитие. Стоимость СПГ может серьёзно меняться за короткие промежутки времени. Она зависит в том числе от ввода в эксплуатацию крупных заводов СПГ. По оценкам аналитиков, в последние годы рынок СПГ всё больше напоминает нефтяной, которому тоже свойственны волатильность и цикличность.
История
Превращать природный газ в жидкость начали пробовать ещё в начале XX века. Первый СПГ получили в США в 1917 году. Однако совершенствовать технологию стали гораздо позже. Только с середины 1960-х годов в мире началось промышленное производство СПГ.
В России первый СПГ-завод «Сахалин-2» начали строить по соглашению о разделе продукции при участии «Газпрома» в 2006 году. Он заработал в 2009-м. Вначале его мощность составляла 9,6 млн т в год, но к 2020 году увеличилась до 11 млн. На 2024–2026 годы запланирован запуск третьей линии, мощность которой составит 5,4 млн т. Вторым проектом стал построенный в 2017–2018 годах НОВАТЭКом «Ямал СПГ».
В России в настоящее время строят сразу два грандиозных по масштабу завода СПГ.
Сжатый или сжиженный? Каким газом лучше заправлять машину и когда
На седельном тягаче Iveco Stralis NP, двигатель которого работает на сжиженном природном газе, показан результат, занесенный в Книгу рекордов России: на одной заправке автомобиль преодолел 2008 километров от Санкт-Петербурга до Перми. Это при запасе хода «по паспорту» в 1600 км.
В том, что использование компримированного, то есть сжатого природного газа (CNG) или сжиженного природного газа (LNG) экономически выгодно, сомнений нет. Во всяком случае, исходя из цены на само топливо. Так, при розничной стоимости солярки чуть меньше 50 рублей за литр и при расходе 26 л/100 км за пробег на те же 100 км придется заплатить почти 1300 рублей. А при использовании LNG ценой 29 рублей за литр на тот же маршрут потребуется 24 кг сжиженного газа общей стоимостью менее 700 рублей. Почти в два раза выгоднее! А установленный рекорд доказывает, что экономичное вождение на грузовике с двигателем, работающим на газовом топливе, штука вполне реальная. Особенно на таком автомобиле, как Iveco Stralis, и при соответствующем опыте водителя. Неслучайно в Европе процент использования в коммерческом транспорте природного газа, как CNG, так и LNG, весьма высок. У нас в стране тоже есть примеры перспективного партнерства, например «Ивеко Руссия» и «Газпром СПГ технологии». Значит, тема весьма и весьма перспективна. Но все ли в этом вопросе так просто?
Обязательная для регистрации рекорда процедура: представитель Книги рекордов России опломбирует бак перед стартом.
ГАЗ, КОТОРЫЙ МЫ ВЫБИРАЕМ
В России Iveco предлагает с двигателями, работающими на сжиженном газе, две модели — Stralis и Daily, причем в качестве топлива для последней используется только CNG. Что касается тяжелых грузовиков, то вот что о выборе газа говорит бизнес-директор «Ивеко Руссия» Роберто Каматта: «Все зависит от плеча перевозок. Если маршрут грузовика регулярно превышает 1000 километров, то эффективней двигатели, работающие на LNG. Если плечо значительно короче, то предпочтительнее использование CNG. Кроме того, нужно учитывать маршруты перевозок в плане наличия на них заправок». Возможно, в этом случае наиболее перспективными будут автомобили с комбинированной топливной системой?
«Первые 25 проданных Iveco как раз и имели комбинированные моторы с индексом CLNG, — поясняет Каматта. — Но сейчас мы стараемся разграничить использование различных видов природного газа». Тему продолжил председатель совета директоров ООО «Газпром СПГ технологии» Алексей Кахидзе: «Что касается комбинированных двигателей, то в них есть и плюсы, и минусы. Во-первых, маленький 8‑литровый двигатель, стоящий на Iveco, не слишком дружелюбен к повышенному тоннажу, а езда с перегрузом у нас часто практикуется. Во-вторых, нужно обеспечить достаточное количество заправочных комплексов. Сейчас этот вопрос решается конкретными маршрутами, используемыми корпоративными клиентами. В основном эти комплексы размещаются на трассах. Главный плюс состоит в том, что, например, в черте города, где есть достаточное число заправок, можно двигаться на компримированном газе, а уже за городом, при перевозках на небольшие расстояния, использовать LNG». Правда, наша любовь к перегрузам, о которой говорилось выше, и в этом случае сделает плюс не столь очевидным. «Если Iveco предложит 13‑литровый двигатель, работающий на комбинации сжиженного и компримированного газа, то такой автомобиль наверняка будет востребован на городских и ближайших загородных перевозках», — считает Алексей Кахидзе.
И СНОВА О ДЕНЬГАХ
Разумеется, любой руководитель, приобретающий грузовик, в первую очередь думает о его рентабельности. Все начинается с цены самого автомобиля, которая у машины с двигателем, работающим на природном газе, выше, чем у аналога с дизельным мотором. Но только в этом грузовики Iveco, использующие CNG и LNG, экономически проигрывают собратьям с дизельными моторами. Во всяком случае, именно так считают и Алексей Кахидзе, и Роберто Каматта. Вот цифры и факты, которые они привели. Экономия по топливу достигает 40 %. Межсервисные интервалы и стоимость обслуживания газовой аппаратуры практически ничем не отличаются. Но тут нужно привести пару ремарок, сделанных Кахидзе: «При расчетах стоимости владения не стоит забывать о человеческом факторе. Например, экономичность во многом зависит от манеры вождения. Что касается технического обслуживания, то большое значение имеет качество топлива, которое заводы поставляют на заправочные комплексы. Качество, в свою очередь, зависит от состояния оборудования, мощностей производства и технологий, которыми располагают предприятия». Действительно, без учета всего вышесказанного сложно рассчитать время до очередного технического обслуживания. С другой стороны, все то же самое относится к обслуживанию и дизельных, и бензиновых двигателей. Так что в этих пунктах паритет. «Если говорить о совокупной стоимости владения относительно наших моделей, то мы закладываем 10–15 % прибыли», — дополняет Роберто Каматта.
Криогенная АЗС в деревне Карагай.
В разговоре о двигателях, работающих на природном газе, вскользь прозвучала тема экологии. А ведь это, как бы ни пафосно это звучало, наше будущее. В принципе, спрос на автомобили, работающие на природном газе, в России есть: с 2019 года только Iveco продала здесь около двух сотен автомобилей (в основном Stralis), двигатели которых работают на CNG и LNG. И это лучший результат среди европейских производителей. Вот только водители не очень-то рвутся за руль этих прекрасных во всех отношениях грузовиков. Все тот же человеческий фактор. Во-первых, для заправки 250 кг сжиженного газа в бак грузовика сегодня требуется минимум 15 минут, а у водителя время — это деньги. Кроме того, персонал, работающий на таких заправках, не всегда имеет должный уровень профессионализма, а значит, в процесс приходится включаться самому водителю. Во-вторых, у него, водителя, исключается возможность дополнительного заработка за счет сэкономленной солярки. Да и самих заправок пока еще не так много, как хотелось бы. Правда, новые криогенные заправочные комплексы все-таки открываются с завидным постоянством. «Сейчас, заправляясь на КриоАЗС, можно проехать по маршруту КНР — Москва. Правда, через Казахстан. Да и по основным трассам можно проложить подходящий маршрут», — говорит Алексей Кахидзе. Но есть и еще одна проблема: сжиженный газ без потерь не может храниться в резервуаре более 120 дней, а оптимальный срок хранения в среднем и вовсе составляет 30 дней. Поэтому на станциях вынуждены размещать еще и установки, делающие из сжиженного газа компримированный, который можно использовать для заправки городского транспорта. Но с увеличением числа грузовиков, работающих на LNG, и эта проблема перестанет быть актуальной. Таким образом, перспективы «газового будущего» выглядят вполне оптимистично. А очередной рекорд, установленный на Iveco, может быть этому подтверждением.
Что такое LNG (СПГ) 56
Сжиженный природный газ (СПГ, анг. LNG — Liquefied natural gas) — это природный газ, искусственно сжиженный путем его охлаждения до температуры минус 162 °С. При этом объем газа уменьшается в 600 раз.
На практике это означает, что LNG занимает объем в 3 раза меньший, чем такой же объем природного газа в сжатом состоянии (обычно при давлении 20 МПа). Это ощутимо сокращает затраты на хранение и транспортировку LNG, представляющего собой криогенную жидкость с температурой кипения минус 162…167 °С при атмосферном давлении 106…110 КПа и плотностью 420…440 кг/м3 в зависимости от давления хранения и состава.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА (LNG)
Прогрессивное, перспективное направление
Универсальность
Финансовая выгода, энергоэффективность
Безопасность
Производство и сбыт сжиженного природного газа (СПГ) LNG.
Сжиженный природный газ производится на специальных установках по сжижению, после чего возможна его транспортировка в криогенных емкостях — морскими танкерами или цистернах для сухопутного транспорта. Это позволяет газифицировать районы, удаленные от магистральных, распределительных газопроводов. Поэтому, автономное газообеспечение с использованием LNG является прогрессивным направлением и имеет широкие перспективы применения, особенно в горных районах.
LNG — может быть, как самостоятельный промышленный продукт, так и форма транспортировки природного газа. Добытый в месторождениях газ на специальных предприятиях или установках сжижается путем охлаждения до экстремальных температур, а затем транспортируется к терминалам по регазификации LNG, где вновь преобразуется в газообразную форму для поставки конечному потребителю по трубопроводам.
В мире широко применяются данные технологии в связи с трудностями создания межконтинентальных магистральных трубопроводов для транспортировки газа.
Особенности LNG
Из всех углеводородных источников энергии природный газ чище практически всех видов топлива, что немаловажно при сложившейся экологической обстановке в мире. Если сравнивать его с углем, то при получении одной единицы энергии из угля в атмосферу выделяется на 67% больше CO2, чем при сжигании эквивалентного количества природного газа.
Отсутствует образование золы и сажи, поэтому, к примеру, в отличие от угольной генерации, перед электростанциями на природном газе не стоит проблема утилизации отходов, оставшихся после сжигания топлива.
В продуктах сгорания регазифицированного LNG содержится меньше окиси углерода и окиси азота, чем в природном газе. Это происходит из-за лучшей очистки при производстве. Так, в сжиженном природном газе отсутствует сера (она удаляется перед процедурой сжижения), что также является важнейшим позитивным фактором при оценке экологических свойств LNG. Низкое содержание вредных веществ в продуктах сгорания позволяет резко снизить вред, наносимый окружающей среде.
Прогнозы рынка LNG
По мнению экспертов мирового энергетического гиганта Shell доля экологическ и чистых источников энергии в обеспечении глобального спроса на энергоносители будет только расти, в частности и потому, что будет крепнуть и расширяться движение за принятие мер против изменений климата. Специалисты компании уверены, что к середине нынешнего века до 30% потребляемой в мире энергии может производиться за счет возобновляемых источников — ветра, солнца, т.д. (на сегодня это лишь 12%).
В абсолютных значениях это означает, что производство энергии из возобновляемых источников вырастет более чем на 300%. Однако и тогда на долю ископаемых видов топлива будет приходиться примерно две трети потребляемой в мире энергии.
Природный газ будет играть важную роль в решении проблем энергообеспечения в будущем, так как является экологически чистым и доступным потребителю топливом, а запасы его в мире поистине огромные.
Особое место в решении проблем растущего глобального спроса на энергоносители отводится именно сжиженному природному газу.
