Природный газ как топливо для автомобиля

Как работает автомобиль на природном газе и лучше ли он чем электромобиль

Электрические автомобили вытесняют машины работающие на метане

• Отличия метана от пропана
• Как зарождался бум автомобилей на природном газе?
• Преимущества природного газа над бензином и дизельным топливом
• Почему у метана нет будущего
• Вывод

Самый популярный альтернативный источник топлива в России это природный газ (ПГ) – метан и пропан. Пропан получают при добыче и переработке нефти. Метан – парниковый газ, состоящий на 77-99 % из природного газа и на 31–90% из попутных нефтяных газов. Его можно получить как в лаборатории, так и при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10–57% по объему), коксовании и гидрировании каменного угля (24–34%).

90 % газобаллонного оборудования (ГБО) в РФ устанавливают в автомастерских. Официально в России только недавно начали выпускать автомобили с ГБО, например Газель NEXT, LADA Largus CNG. Популярные фирмы выпускающие ГБО – BRC и итальянская Lovato. Установка ГБО не требует переделки автомобиля. Принцип работы смотрите на картинке. Пример установки ГБО на BMW 5 серии здесь.

Отличия метана от пропана [коротко]

Пропан может сжижаться, а метан нет, поэтому пропана в газовый баллон автомобиля входит больше. Метан сжижается только при хранении в жидком виде при криогенных температурах или под давлением 200–250 атм. Цена пропана в Москве в 2021 году примерно 25 рублей. Метан стоит примерно 19 рублей. Установка метанового оборудования дороже, чем установка пропанового из-за сложности с закачкой метана в баллон и хранения. Метан расходуется автомобилем экономнее, чем пропан.

Как зарождался бум автомобилей на природном газе?

В 2012 году техасский нефтяной магнат Т. Бун Пикенс сделал ставку на природный газ как альтернативный источник топлива. На выступлении в сообществе TED он сетовал, что США тратит миллиард долларов в день за нефть, когда страна могла бы экономить переведя транспорт на метан. Добывать гидрат метана можно из океана, запасы которого в изобилии содержаться вдоль побережья каждого континента.

В том же году президент Барак Обама, атакованный кандидатом от Республиканской партии по поводу энергетической политики, присоединился к «песнопению», предложив законодательно стимулировать инициативу этого альтернативного вида топлива. Почтово-курьерские компании FedEx и UPS перевели часть автопарка на метан.

C 1998 Honda выпускала газифицированный Civic GX Natural Gas. Вот к примеру модель IX поколения в кузове FB5. Также на рынок выходил газифицированный пикап Ford, Chevrolet, GMC и Ram.

Преимущества природного газа над бензином и дизельным топливом (ДТ)

ПГ как альтернативный источник топлива кладет на лопатки бензин и дизель. Газ дешевле и чище в плане экологии. 10 лет назад, при установке газового оборудования на автомобиль, мощность двигателя на пропане терялась на 3-5 %, а на метане на 15-20 %. Причина в том, что в камере газ сгорает медленнее, и у него меньшее октановое число из-за меньшей плотности в сравнении с бензином и ДТ. В IV и V поколении газового оборудования эти недостатки устранены. На пропане снижение мощности можно почувствовать только на скорости выше 140 км/ч, а на метане, если использовать газовое оборудование IV поколения, снижение ощущается на 5 %, а не 20 % как ранее.

Запасов ПГ в мире, по прогнозам ученых, хватит на 90 лет, при этом, чем больше мы исследуем наши сланцевые пласты, тем больше газа находим, так что срок в 90 лет приблизителен и может быть намного больше.

Газообразная форма упрощает воспламенение при комнатной температуре, но, по сравнению с бензином и дизелем, газ сложнее перемещать в машине – для этого нужен специальный баллон. Пропан сжимается легко, но метан приходится сжимать до 253 кгс см2 (килограмм-силы на квадратный сантиметр), чтобы перевозить в специальном баллоне автомобиля. Полученный после сжатия продукт называют «Компилированный природный газ» (КПГ). Даже под давлением 253 кгс см2, газу нужно в 3,8 раз больший объем топливного бака, чтобы заменить бензиновый эквивалент. Поэтому длинные грузовые автомобили (фуры) компании UPS перешли со сжатого природного газа на сжиженный (СПГ или LNG). Охлаждение природного газа до температуры -160 градусов по Цельсию для разжижения увеличивают плотность газа в 2,5 раза.

Океанские корабли безопасно перевозят сжиженный ПГ более 50 лет. Однако сжатие и охлаждение ПГ требуют много энергии – очень хлопотный процесс. По сложности и максимальному объему возможного размещения в автомобиле природный газ находится на шкале между бензином и электричеством. Бензин практически не приносит никаких хлопот, электричество хранится в тяжелых и дорогих аккумуляторных батареях.

Конкуренты природному газу как альтернативному источнику топлива:

• водородное топливо;
• биодизель;
• электрокары.

Пока в России побеждает газобаллонное оборудование из-за большого количества заправок и наличия больших запасов ПГ в стране, добываемого Газпромом, Роснефтью, НОВАТЭКом.

Почему у метана нет будущего

В 2021 году автокомпании ориентированы на развитие электрокаров. Volkswagen в 2019 году отказались от выпуска автомобилей на КПГ из-за снижения интереса к таким автомобилям в Европе и снижения числа заправок с Германии – с 867 в 2018 году до 837 в 2019 г. В VW заявили, что будут развивать электромобили, а двигатели на природном газе усовершенствовать нет смысла.

Немецкий концерн даже не смущает популярность автомобилей на газу в Италии, где количество газовых заправок доходит до 1 миллиона.

Honda Civic GX по непонятным причинам прекратили выпускать в 2015 году.

В России газ остается популярным источником топлива. Последние 5 лет развитием природного газа как альтернативного источника топлива, занялись на Дальнем Востоке. В Южно-Сахалинске Газпром построил две метановые заправки. Это единственные газовые заправки на вес остров Сахалин протяженностью 800 километров и с населением 485 621 человек. Казалось бы в рамках острова это мало, но если учесть, что в г. Южно-Сахалинске проживает половина населения острова – 200 635 человек, нормально.

Правительство Сахалинской области обещает перевести 50 % транспорта острова на метан, компенсируя водителям переход на газобаллонное оборудование из местного бюджета.

Вывод

Несмотря на ориентированность Европы на электрификацию автомобилей, в России ниша метана и пропана как альтернативных источников топлива уйдет не скоро. Сеть газовых заправок в России намного больше, чем электрических, что тормозит увеличение электромобилей в стране. Да и хайп вокруг электромобилей уже затихал в 2012 году, где гарантия, что это не произойдет опять.

Водородная заправка в России всего одна, и та сделана энтузиастами из Института проблем химической физики РАН в подмосковном городе Черноголовка. Для эксперимента энтузиасты заправили Toyota Mirai. Заправка происходила 5 минут, но полностью бак заполнить не удалось из-за низкого давления экспериментальной заправки – 500 атмосфер вместо положенных 700.

По расчетам владельца машины 100 километров на водороде ему обходится в 250 рублей. Подробней о водородном топливе здесь.

Несмотря на популярность электромобилей, без расширения электрических заправочных станций электрокарам будет тяжело побороть автомобили на ПГ.

Природный газ как топливо для автомобиля

Природный газ нужен не только для приготовления пищи, обогрева дома и получения электричества. Еще им можно заправлять автомобиль. Природный газ в качестве топлива намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.

Одним из первых использовать газообразное горючее предложил Филипп Лебон. В 1801 году он получил патент на конструкцию, в которой газ и воздух сжимаются отдельными компрессорами и смешиваются в специальной камере. В 1860 году французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал первый практически пригодный газовый двигатель внутреннего сгорания. Он придумал воспламенять газовоздушную смесь в двигателе с помощью электрической искры.

Предок современного автомобиля на газомоторном топливе — самоходная повозка с двигателем внутреннего сгорания — работала на светильном газе (получаемом путем сухой перегонки из определенных сортов каменного угля). В 1894 году в немецком городе Дессау природный газ применяли в качестве топлива для железнодорожного транспорта. Однако транспорт на газе не получил широкого распространения в 19 веке.

В конце 40-х и начале 50-х годов 20-го века в СССР производили газобаллонные автомобили на метане и развивали сеть АГНКС. Но начальный уровень газоснабжения и относительно малый в то время объем добычи газа не позволили расширить применение такого транспорта.

Каким газом заправляют автомобиль

Для заправки транспорта используют различные виды сжиженного газа: метан (природный газ), пропан, бутан и их смеси (так называемые углеводородные газы). Кроме того, метан используется и в сжатом (компримированном) виде. В этой статье речь пойдет именно о природном газе в качестве автомобильного топлива. Для того, чтобы получить компримированный газ, метан сжимают при помощи компрессора. Его объем при этом уменьшается в 200-250 раз.
Для получения сжиженного газа природный газ нужно охладить до температуры —161,5 °С. Объем газа при этом уменьшается в 600 раз.

Почему природный газ считается экологичным видом топлива

В выхлопах автомобиля, работающего на «голубом топливе», вредных веществ в 5 раз меньше по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. Это серьезное преимущество природного газа, ведь транспорт — главный загрязнитель атмосферы, особенно в крупных городах. Перевод автомобилей и автобусов на природный газ поможет сделать воздух чище и улучшить экологию городов.

Как можно сэкономить, заправляя автомобиль метаном

Сегодня метан в России стоит около 12 рублей за кубический метр (эквивалентно литру бензина). Это в 3 раза дешевле бензина, при том, что расходуется природный газ экономнее. Особенно выгодно использовать газомоторное топливо на общественном транспорте, который ежедневно проходит большие расстояния. Например, если перевести 100 автобусов с обычного топлива на метан, то за счет разницы в цене на топливо за год можно сэкономить 34 млн рублей.
Кроме того, метан не содержит примесей, а значит, не образует отложений в топливной системе при сгорании. Двигатель на газе работает дольше и эффективнее.

Безопасный газ

Природный газ — самое безопасное топливо из всех доступных на сегодняшний день. В случае аварии метан не скапливается в углублениях и не образовывает горючую смесь паров с воздухом. Так как газ легче воздуха, он сразу улетучивается, поэтому его утечка не представляет опасности.

Баллоны, в которых хранится метан, имеют очень толстые и прочные стенки. В процессе производства их многократно проверяют, чтобы емкости могли выдерживать давление газа.

Газ — в моторы

Сегодня практически все крупнейшие автопроизводители выпускают автомобили на метане. Мировые лидеры автопрома — Volvo, Audi, Chevrolet, Daimler-Benz, Iveco, MAN, Opel, Peugeot, Citroen, Sсania, Fiat, Volkswagen, Ford, Honda, Toyota — все они сегодня предлагают заводские автомобили с двигателями, работающим на компримированном природном газе. Эти машины ни в чем не уступают традиционным бензиновым аналогам и пользуются большой популярностью среди автовладельцев. На сегодняшний день в мире насчитывается более 17 млн автомобилей, работающих на метане, и это число продолжает расти.

Заправка авто газом. Плюсы и минусы

Газ для заправки автомобиля бывает 2 основных видов: пропан и метан. Расскажем какой тип природного газа лучше для заправки автомобилей. Плюсы и минусы каждого.

Пропан или метан

Большинство автомобилей, который переходят на газовое топливо используют пропан. Но производители серийно выпускают машины на метане и считают его перспективным. Чем отличается пропан от метана , какое наиболее перспективно и насколько сокращаются расходы?

Пропан — нефтепродукт, состав которого варьируется в зависимости от времени года. Метан — природный газ, образовавшийся в недрах земли, наиболее экологичен. Формула метана — CH₄, а пропана — C₃H₈. При сгорании получается углекислый газ CO₂ и вода, но метан окислить проще, вдобавок продуктов сгорания дает меньше.

Расход топлива при смешанном цикле

Марка машины	Бензин (л)	Пропан (л)	Метан (м 3 )
Лада Веста	6,9	7,8	6,2
УАЗ Патриот	13,4	15,1	12,2

Почему метан лучше, чем пропан

• Доступная цена — 21,9 ₽ за м 3 на начало 2023 года. По расходу 1 м 3 метана примерно равен 1 литру бензина. В средней легковой автомобиль на 100 км пробега расходует 10 м 3 природного газа, а стоимость 1 км пути составляет всего 2,1 ₽. А на бензине 1 км пробега обойдётся в 4,6 — 5,2 ₽. Т.е. экономия на метане более чем в 2,5 раза дешевле автомобильного топлива.
• Метан безопасен , т.к. он в два раза легче воздуха. Он не скапливается в багажнике или под машиной, в отличие от пропана,а в случае утечки улетучивается. По классификации горючих веществ МЧС по степени чувствительности метан входит в самый безопасный 4-ый класс (пропан — 2-ой класс).
• Метан соответствует высочайшим экологическим стандартам . При использовании метана объем вредных выхлопов машины сокращается до 10 раз, чем у бензиновых моторов.
• Октановое число выше , поэтому меньше «убивает» мотор. Метан увеличивает срок эксплуатации авто в 1,5 раза. Он не образует отложений в топливной системе, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров двигателя. Тем самым метановое топливо снижает трение и уменьшает износ мотора.
• Запасы природного газа огромны, их хватит на ближайшие 150 лет.
• Свойства стабильнее и менее зависимы от температуры окружающей среды.
• Строительство АГЗС проще, достаточно подвести трубу и поставить компрессорную станцию, нет проблем с доставкой топлива.

К тому же, перевести автомобиль на метановое топливо намного сложнее. Потребуются сложные и дорогие доработки. Поэтому получается, что метан экологичнее, дешевле, безопаснее бензина — увеличивает ресурс двигателя. Но предпочтителен среди частников другой газ — пропан-бутан.

Плюсы и минусы пропана

Расход газа примерно на 10-15% больше, чем бензина, но экономия получается значительная. Затраты на покупку и установку газового оборудования окупаются за 10-20 тысяч километров, т.к. стоимость пропана в полтора раза дешевле бензина. С заправкой, как правило, проблем не бывает — сеть газовых заправок обширна по всей стране.

Газовое оборудование — фактически дополнительный бак, увеличивающий запас хода на 200-500 км. В эксплуатации автомобиль на газу не доставит хлопот. Двигатель пускается на бензине и при достижении температуры +25°С в системе охлаждения переходит на газовое топливо. Автоматика следит, чтобы не обледенел газовый редуктор. Кроме того, переход с одного вида топлива на другое может производиться из салона вручную.

Если сравнивать езду в городе, то заметной разницы между движением на газе и бензине не ощущается. Нет проблем с троганием и реакций на педаль «газа», но в предельных режимах — мощности не достает. Работа автомобиля на газе уменьшает отдачу серийного двигателя мощностью 106 л.с. до 98 л.с. При обгонах на трассе проблема, но решение простое — заранее переключиться на работу бензина.

Главный минус — значительное сокращение объема багажника. Дополнительный бак устанавливают в нишу запаски, а запасное колесо придется перенести в багажник. В хэтчбеках газовый баллон может оказываться в салоне. Уменьшится объем багажника авто за счет складывания задних сидений.

Еще один минус: газ потенциально более опасен, чем бензин. Разумеется, качественно установленное оборудование не доставляет владельцу неприятностей. Но техническому состоянию следует уделять пристальное внимание. Отметим, что газ взрывоопасен лишь в 5-10-процентном соотношении с воздухом, а такую концентрацию создать на открытом воздухе невозможно. Тем более на движущемся автомобиле.

К менее неприятным недостаткам заправки автомобиля газовым топливом можно отнести ухудшение разгонной динамики автомобиля (на 5%), что компенсируется увеличением расхода газа. Кроме того, время горения газа более продолжительное, чем у бензина , температура в камере сгорания выше.

Вопросы и ответы

Нужен ли бензин

Пустить холодный двигатель зимой на газовом топливе очень проблематично, поэтому бензин всё равно нужен. Давление насыщенных паров, влияющие на пусковые свойства у газа гораздо ниже, чем у бензинов. Поэтому при пуске переводят в бензиновый режим, а после прогрева обратно в газовый. А современное ГБО последних поколений сами определяют, когда переключать с одного топлива на другое.

Можно ли перевести на газ дизель

Дизельному двигателю для самовоспламенения газовой смеси требуетcя запальная доза дизтоплива. Поэтому такие системы получаются очень сложными и дорогими. Нет экономической целесообразности, к тому же дизельные машинs намного экономичнее бензиновых.

Почему газ всё равно пахнет

Опытные автолюбители знают, что пропан или метан не имеют запаха. А пахнет специальная добавка — одорант, которая обладает резким запахом и её добавляют для выявления утечек в системе. Но если нет утечек, а запах всё равно ощущается? Такое случается с автомобилями, у которых удалён каталитический нейтрализатор отработавших газов. В воздухе будет чувствоваться запах одоранта.

Сколько помещается в газовый баллон

Если баллон имеет объем 60 литров, то в него помещается примерно 50 литров. Почему так? Это сделано из соображений безопасности, чтобы баллон не разорвало изнутри при нагреве. Поэтому внутри установлен специальный мультиклапан, не дающий наполниться больше чем на 85%.

Если годовой побег автомобиля 10-15 тысяч по маршруту «работа-дом», то затраты на ГБО окупятся не скоро. Если автомобиль «рабочий» и ежедневный пробег составляет сотню-полторы километров, то оборудование окупится за полгода.

Источник https://zap-online.ru/info/avtonovosti/prirodnyy-gaz-v-kachestve-avtomobilnogo-topliva-ne-mif-realnost

Источник https://www.gazprominfo.ru/articles/gas-fuel/

Источник https://amastercar.ru/articles/fuel_oil_10_prirodnihyj_gaz.shtml