Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива

Последнее обновление — 22 мая 2020 в 10:30

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.

• CNG (compressed natural gas) – компримированный (сжатый) природный газ (КПГ)
• LPG (liquefied petroleum gas) – сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Менее распространённые варианты:

• LNG (liquefied natural gas) – сжиженный природный газ (СПГ)
• CBG (compressed biogas) или LBG (liquefied biogas) – биотопливо.

Природный газ

Природным газом принято считать метан. Добывается он из недр земли через подземные или подводные (морские) скважины. В первоначальном варианте топливо содержит 75-98% метана (CH4), а также множество различных примесей:

1. механические (грунт)
2. водяной пар
3. этан C2H6
4. пропан C3H8
5. бутан C4H10
6. азот N2
7. этан C2H6
8. пентан C5H12 и другие (зависит от места рождения).

После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.

Так как метан не имеет запаха, почувствовать его утечку не возможно. Для безопасности в газ добавляют специальную жидкость одорант (этантиол, этилмеркаптан C2H5SH) из расчета 16 грамм на 1000 м3.

Чистый метан по магистралям, с помощью компрессорных станций создающих давление в трубе, направляется к автомобильным газонаполнительным компрессорным станциям. На АГНКС голубое топливо компримируют (сжимают) до давления 200-220 атм. Таким образом, получается готовый к использованию CNG газ для автотранспорта (характеристики и требования к КПГ регулируются ГОСТом 27577-2000).

Существует ещё один более выгодный метод транспортировки метана. Очищенный природный газ пропускают через систему эжекторов, где при расширении его температура поэтапно понижается до температуры кипения -163°C, после чего метан переходит в сжиженное состояние. Основным преимуществом такого способа является уменьшение объёма газа в 600 раз.

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:

1. обратный перевод в газообразное состояние при помощи испарителей
2. использование СПГ как топливо

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:

• СПБА — смесь пропана-бутана автомобильная
• ПА — пропан автомобильный
• ПТ – пропан технический
• ПБТ – пропан-бутан технический.

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.

LPG топливо имеет температуру кипения -43 градуса по Цельсию, при её превышении и атмосферном давлении горючее переходит в парообразное состояние. Избыточное давление паров составляет 16 атм (при температуре 45°C). В сжиженном состоянии объём СПБ уменьшается до 250-300 раз, концентрируя большое количество энергии.

Согласно ГОСТу 52087-2003 ПА должен содержать 85% пропана (±10%), СПБА 50% (±10%). Топливо, как и метан, подвергается одоризации (за исключением правил указанных ГОСТом).

Применение технического пропана и смеси ПТ, допустимо в качестве моторного топлива автомобиля, во всех климатических зонах с температурой окружающей среды до -20°C.

Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.

Биотопливо

Биогаз — по сути тот же метан, полученный из растительного, животного сырья, а также различных органических отходов. CBG/LBG обладает схожими характеристиками.

Основное преимущество биометана заключается в том, что его производство никак не связано с добычей природных ископаемых. Генерируют его искусственным путём в специальных реакторах. Процесс происходит за счёт естественной жизнедеятельности бактерий . После очистки газа от сероводорода получается топливо с содержанием метана до 98%.

Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.

Автогаз: какой бывает и какой лучше для автомобиля

Оказывается, когда говорят об автогазе, водители разных автомобилей и из стран могут иметь в виду совершенно разные вещи. Давайте вместе упорядочим наши знания относительно газообразных топлив для автомобилей.

Существут несколько видов газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания: пропан-бутан, метан, водород и генераторный газ. Также есть разные формы хранения газов в баке на борту автомобиля. Об этом и поговорим. Оговорим, однако, что не каждый автогаз можно приобрести на АЗС в Украине, даже если это будет фирменная брендовая сеть. А некоторых видов газа не удастся найти на заправке никогда.

Пропан-бутан

На самом деле это смесь двух газов, которая с успехом используется в качестве моторного топлива. Пропан-бутан является сопутствующим продуктом переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, также этот продукт освобождается во время добычи нефти. Этот газ в автомобилях используется в сжиженном виде. И на АЗС, и в автомобиле он хранится в баллонах под давлением порядка 16 атм.

В сокращенном виде пропан-бутан обозначают как СНГ (в Европе LPG) – сжиженный нефтяной газ. Реже употребляется аббревиатура СУГ (рус.) – сжиженный углеводородный газ. Именно под СНГ переоборудуют свои легковушки украинские автомобилисты, когда устанавливают ГБО, и именно СНГ/LPG подразумевается, когда речь идет об автогазе. Цена за литр пропан-бутана (аналог 1 л бензина) в Украине и Европе обычно составляет около 50-60 % от цены бензина А-95.

Пропан-бутан продается на большинстве АЗК в Украине, также существуют отдельные «газовые» заправки.

Сжиженный пропан-бутан (LPG) – самый распространенный в мире вид газового топлива для авто. Среди его преимуществ – небольшой баллон

Метан

Его называют еще природным газом, хотя и пропан с бутаном отнюдь не искусственные. Метан добывают как полезное ископаемое, и это тот самый газ, что приходит в наши дома по трубам. Собственно, есть способ, как использовать для автомобиля газ из трубы, но об этом ниже. В Украине метан на транспорте используется в сжатом до 200 – 250 атмосфер виде, его еще называют компримированным. Такая форма хранения требует громоздких и тяжелых емкостей – баллонов с толстыми стенками.

Сжатый метан (природный газ) CNG нечасто используют на легковых авто, поскольку для него нужны тяжелые и громоздкие баллоны

Поэтому абсолютное большинство переоборудований “на метан” приходится на грузовые машины и автобусы. Сжатый метан маркируется как СПГ — сжатый природный газ, за рубежом эта аббревиатура имеет вид CNG. Цена сжатого метана в Украине сейчас примерно равна цене пропан-бутана, но в некоторых странах она в 1,5 – 2 раза ниже в цене, чем пропан-LPG.

Кроме того, метан на транспорте используется и в сжиженном виде, в таком случае его называют LNG — Liquified Natural Gas. Для сжижения газ охлаждают до – 160 о С, а затем закачивают в соответствующие емкости. Именно под такое топливо LNG выпускают свои газифицированы машины многочисленные европейские и некоторые азиатские автобренды, хотя заводских версий под сжатый метан CNG тоже достаточно.

Водород

Автомобили, использующие водород в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания, сегодня изрядная редкость – так же, как и водородные заправки. Но такие выпускались или выпускаются до сих пор – под уважаемыми марками BMW, Toyota, Hyundai, Mazda. Они используют сжиженный водород, для чего на борту нужно иметь громоздкие и тяжелые баллоны с многослойной термоизоляцией.

Кроме того, водород настолько летуч, что просачивается через любые соединения: за десять дней из бака машины испаряются половина его содержимого. Интересно, однако, что водород можно получать дома – путем электролиза воды или из природного газа, для чего существуют специальные “домашние” установки. В большинстве стран, где водород для автомобиля можно купить, он стоит дороже бензина.

Водород в качестве топлива для автомобильных ДВС вряд ли имеет реальную перспективу в ближайшее десятилетие, но свои преимущества у него есть

Генераторный газ

Это газ, который автомобиль производит у себя на борту. Другими словами, это автомобили, которые работают на дровах. Газовый генератор, заряженный дровами, обеспечивает такие условия их сгорания, что в качестве продукта сгорания выделяется горючий газ. Его и используют в качестве топлива для двигателя. Этот газ называют также газогенераторным. Его не хранят в баллонах или других емкостях, газген устроен так, что весь выработанный им газ сразу потребляется двигателем.

В принципе, газовым генератором можно оборудовать любой карбюраторный автомобиль, но значительную часть полезного объема кузова отберет газовый генератор. Калорийность генераторного газа намного ниже, чем бензина, поэтому тяговые характеристики машины при его использовании заметно ухудшаются.

Во время войн и экономических потрясений газогенераторные автомобили выпускались серийно. ЗИС-21 и ГАЗ-42 вместо бензина потребляли дрова

Можно ли газ из трубы заправить в авто

Да, можно. Природный газ в трубе – это тот самый метан, который закачивают в баллоны на газонаполнительных заправочных станциях. Но проблема именно в том, что в баллонах на борту авто надо достичь давления 200 – 250 атм, а для этого нужен особый компрессор. Тем не менее подобные устройства существуют, и даже известны примеры построенных на их основе коммерческих заправочных станций.

Названия газов, выступающих как моторные топлива

C жиженный нефтяной газ, Сжиженный углеводородный газ ( Liquified Natural Gas )

Какой газ используют для заправки автомобилей с ГБО

Не все водители, особенно те, которые управляют авто без ГБО, знают, каким газом заправляют автомобили. Несмотря на объединяющий термин «газ», виды топлива для газобаллонных установок автомобилей могут быть разными, существенно различаться по ряду физических свойств, требовать разных условий хранения.

Плюсы и минусы газового топлива

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе, придумал француз Этьен Ленуар еще в 1860 году. Правда, то газомоторное топливо имело очень отдаленное отношение к тому, каким газом заправляют автомобили сегодня.

Впоследствии для заправки двигателей стали использовать бензин и дизтопливо. В 1940 году в СССР начали производить газогенераторные автомобили и параллельно строить сети газозаправочных станций.

По ряду причин инициатива застопорилась и сошла на нет. Очередной всплеск интереса к альтернативному топливу пришелся на времена, когда газовое топливо для автомобилей стало в несколько раз дешевле бензина.

Для двигателей внутреннего сгорания требуется топливо с определенными параметрами, гарантирующими работу силового агрегата. Главные критерии выбора газового топлива:

Некоторые производители добавляют в моторное газовое топливо специальные присадки, которые способствуют снижению токсичности выхлопного газа и более полному сгоранию газовой смеси в цилиндрах двигателя. Присадки защищают системы впуска и питания, клапаны и другие элементы силового агрегата от пригорания, коррозии и преждевременного износа.

Обсуждая плюсы и минусы газа на авто, стоит упомянуть, что, помимо экономической выгоды, газ, к сожалению, не лишен недостатков. Главный из них – несоответствие стандарту качества, предъявляемому к газовому топливу автомобильного назначения. В погоне за выгодой недобросовестные продавцы реализуют газ, в котором содержание посторонних примесей повышено или пропано-бутановое соотношение нарушается.

Типичной проблемой владельцев автомобилей с ГБО является то, что водителю сложно проверить точное количество заправленного газа. Он вынужден верить показаниям счетчика газовой колонки.

Также неприятностью грозит чрезмерная заправка баллона. Согласно правилам техники безопасности в газовом баллоне должно быть не менее 15 % свободного объема. Контролировать это должен специальный клапан-отсекатель. Но в случаях, когда он не срабатывает, в баллон закачивается большее, чем требуется по технике безопасности, количество газа.

Природный и пиролизный газ как топливо для машин

Большинство автомобилей, как серийного выпуска, так и переоборудованных, являются двухтопливными, то есть могут использовать и жидкие, и газообразные источники энергии. Машины на природном газе могут использовать в качестве топлива компримированный (сжатый) и сжиженный природный газ. В качестве газового моторного топлива в автомобили заправляют пропан-бутановую газовую смесь или метан. Метан может использоваться как компримированный природный газ для автомобилей. Он сжат под давлением около 200 атмосфер. Пропан-бутановая смесь используется в качестве сжиженного газа.

В отличие от бензина и дизельного топлива, природный газ воздействует на детали мотора более бережно, увеличивая его капитальный ресурс. Выхлоп двигателя, работающего на природном газе, содержит меньше соединений свинца, серы и диоксида углерода.

Пиролизный газ

Пиролизный газ – это еще один вид горючего газа, получаемого, когда твердое топливо преобразуется в летучие соединения и твердый или жидкий остаток (процесс пиролиза). Пиролизный газ, смешиваясь с кислородом, обеспечивает мощный и длительный процесс горения. В нем содержится большое число компонентов, в частности этилен, водород, этан, метан, пропилен и др. Состав пиролизного газа зависит от качества сырья, температуры, при которой проходит реакция пиролиза, и времени.

Машина на пиролизном газе движется за счет того, что двигатель внутреннего сгорания работает на топливной газово-воздушной смеси, поступающей из газогенераторной установки. В качестве источника энергии такая установка может использовать древесину и отходы древесного производства, а также торф и уголь. Газогенераторные системы имеют ряд существенных недостатков: маленькую мощность и чрезвычайно быстрый износ металлических деталей. Для заправки автомобилей такой газ практически не используется, хотя опытные образцы такого оборудования есть.

Какой газ используют для заправки автомобилей

Говоря о том, на каком газе ездят автомобили, подразумевают, как правило, два основных типа: пропан-бутановая смесь и природный газ – метан. Эти газы значительно различаются по составу.

Природный газ – это практически чистый (95–98%) метан. В природе он содержится в пластах подземных месторождений и содержит крайне мало посторонних примесей. Метан легче атмосферного воздуха, может накапливаться в закрытых помещениях и взрывоопасен при концентрации в 4,4 %. Чтобы использовать его в качестве топлива, требуется сжатие силой до 200 атмосфер.

Независимо от того, каким газом заправляют машины, бесспорным преимуществом использования газа перед другими видами автомобильного топлива является доступная цена. Кроме того, газ расходуется силовым агрегатом более экономно, а его экологическая безопасность выше. При экономном расходе дозаправляться потребуется реже.

Пропан-бутановая смесь состоит, как видно из названия, из пропана и бутана в определенном соотношении. Пропан – это органическое вещество, побочный продукт нефтепереработки. Чтобы получить топливную смесь с заданными свойствами, пропан смешивают с бутаном и под давлением 10–12 атмосфер помещают в металлические герметичные баллоны.

Пропан тяжелее воздуха, поэтому становится взрывоопасным, если его локальное содержание в атмосфере превышает 2,1 %. Кроме того, пропан-бутановая смесь отличается большим содержанием примесей и требует фильтрации и очистки.

Независимо от того, какой газ используется в автомобилях в качестве топлива, оба состава горючи и сохраняют агрегатное состояние в среднетемпературном диапазоне. Но при понижении температуры эти газовые топливные смеси ведут себя по-разному.

Сжатый и сжиженный газ

Смесь пропана и бутана широко применяется в народном хозяйстве. Это универсальное топливо. Газ, сжиженный для заправки автомобилей, ничем не отличается от того, которым заправляют бытовые баллоны с газом и зажигалки.

Изначальная пропорция бутана и пропана в исходном нефтяном газе может не годиться, чтобы использовать его в качестве топливной смеси. Чтобы использовать сжиженный нефтяной газ как эффективное автомобильное топливо, к бутану добавляют определенное количество пропана, который отличается высокой холодостойкостью.

Сам по себе бутан в чистом виде чрезвычайно калориен, но он трансформируется в жидкое состояние при понижении температуры всего до минус 0,5⁰ C, а вот пропан – при минус 49,09º С. Поэтому эти два газа смешивают, ведь моторное топливо должно сохранять стабильное состояние при низких температурах.

В зависимости от времени года сжиженный газ бывает «летней» или «зимней» концентрации. В первой больше бутана, а во второй – пропана.

Термин «сжиженный газ» означает способность пропан-бутановой смеси переходить в жидкое состояние при понижении давления. В жидкой форме пропан обладает очень высокой плотностью, что позволяет поместить большое количество моторного газа в относительно небольшой емкости.

Давление в пропановом баллоне остается постоянным в процессе расходования газа, но зависит от температуры. Чем теплее на улице, тем выше давление в баллоне. При температуре +20 о С в баллоне создается давление в 3 атмосферы, а на жаре 45–50 о С давление внутри баллона может достигать 15 атмосфер.

При достижении предельных температур баллон начинает сбрасывать излишек топливной газовой смеси через предохранительный клапан.

В отличие от пропана, метан в 1,6 раза легче, чем атмосферный воздух, у него низкая плотность и низкая точка кипения. Для того чтобы трансформировать метан из газообразного в жидкое состояние, понадобится охладить его до температуры 164⁰ С ниже нуля. То есть, чтобы хранить метан в жидком состоянии, нужна криогенная камера. Поэтому использовать метан как автомобильное топливо более эффективно, если сжать его при давлении около 200 атмосфер. В связи с этим баллон для метана должен быть очень прочным, гораздо прочнее, чем для пропан-бутановой смеси. Собственно, как и все газобаллонное оборудование.

Что выбрать: пропан или метан

Заправляться газовым топливом, с точки зрения экономичности и функциональности, более выгодно, чем бензиновым. Но однозначно ответить на этот вопрос сложно. Каждый из газов имеет свои достоинства и недостатки. К тому же топливные смеси значительно различаются по способу хранения:

1. Метан более экономичный в процессе эксплуатации ГБО, чем пропан-бутановая смесь.
2. Установка газового оборудования под пропан дешевле, чем метанового.
3. И метан, и пропан снижают мощность двигателя по сравнению с бензином. Но снижение это незначительное и наблюдается при высоких скоростях.
4. Метан по своим характеристикам является наиболее экологичным газовым топливом, которое даже превосходит использование электродвигателей. Пропан экологичностью похвастаться не может.
5. Пропан можно сжать, используя небольшое давление. Вместе с баллоном пропан весит намного меньше, чем баллон со сжатым метаном.
6. В баллон одинаковой емкости пропана входит больше, чем метана.
7. Пропан является более опасным видом топлива. По сравнению с метаном он взрывоопаснее в два раза. Из-за того что пропан-бутановая смесь тяжелее воздуха, она может скапливаться даже на открытых пространствах, тогда как метан рассеивается в атмосфере.
8. Баллоны пропана при сильных механических нагрузках, например, в результате аварии, деформируются сильнее баллонов с метаном.
9. Оборудование для заправки метана, его сжатия и очистки значительно более сложное и дорогое, чем пропановое.
10. Заправиться пропаном проще, чем метаном. Заправок, которые предлагают пропан-бутановое топливо, в несколько раз больше, чем точек, где можно заправить автомобиль метаном.

Практикующий юрист с 10 летним стажем. Специализации: уголовное право, страховое право, административные правонарушения.