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.

Сжиженный метан в грузовиках. Какие есть нюансы и сколько можно проехать на одной заправке 10:55, 10 сентября 2020 Версия для печати

Газификация автомобилей развивается двумя путями: двигатель работает либо исключительно на газе, либо по газодизельному циклу. Оба имеют свои плюсы, но второй путь для перевозчиков интереснее — у такой машины больший запас хода.

Летом этого года Volvo Trucks поставила в Россию 14 тягачей Volvo FH LNG. Ранее Iveco отгрузила российским перевозчикам более 150 своих газовых грузовиков, включая Iveco Stralis NP LNG. Есть примеры и внутри страны: КАМАЗ активно продвигает газовый магистральный тягач КАМАЗ-5490 NEO, а «Группа ГАЗ» в августе этого года начала производство нового городского автобуса ЛиАЗ-5292 LNG. Что это — временное явление или тенденция?

Думается, что второе. Правда, идею внедрения сжиженного газа в моторы все трактуют по-разному. Один из лидеров европейского рынка газомоторной техники, компания Iveco, строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе с искровым зажиганием и степенью сжатия около 11. Еще один представитель большой семерки — Scania пошла по такому же пути: монотопливный двигатель, искровое зажигание, степень сжатия 12,6. Производители, у которых нет собственного моторного производства, устанавливают двигатели компании Cummins. Она поставляет полную линейку газовых моторов с рабочим объемом от 5,9 до 9,1 л. с. искровым зажиганием. Российские машиностроители — КАМАЗ и «Автодизель» движутся в этом же направлении. А вот Volvo Trucks пошла путем совершенствования газодизельного цикла с подачей в цилиндры двигателя запальной дозы дизельного топлива.

Iveco строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе LNG (Liquid Natural Gas).

Еще три года назад Volvo Trucks запустила в серию грузовики Volvo FH и FM на сжиженном природном газе. Система питания таких машин включает криобак, рассчитанный на 115 кг (275 л), 155 кг (375 л) или 205 кг (495 л) сжиженного газа, и бак для дизельного топлива емкостью 170 л. Запас хода грузовика с самым вместительным криобаком составляет около 1000 км.

Технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды.

Основой для битопливного двигателя Volvo Trucks стал серийный 6‑цилиндровый рядный дизель D13К рабочим объемом 12,8 л. с. системой впрыска Common Rail. Модернизация коснулась головки блока цилиндров и топливной аппаратуры. Газовая система состоит из криобака, в котором сжиженный природный газ хранится при температуре от –140 до –120 °С и давлении 4–10 бар. Там же определенная часть жидкой фазы переходит в газообразное состояние. По отзывам специалистов, технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды. Процесс этот практически непрерывен, количество испаряемого топлива зависит от уровня сжиженного метана, интенсивности потребления газа двигателем, температуры и давления заправляемого метана. При превышении в криобаке давления в 16 бар избыток газа сбрасывается в атмосферу через предохранительный клапан.

Природный газ — реальная возможность значительно сократить затраты на топливо, говорят эксперты «Скания».

Первые 14 автомобилей Volvo FH LNG не так давно пополнили автопарк подмосковной компании «ЭйСиРейл». Седельные тягачи с колесной формулой 4х2 оснащены 13‑литровыми двигателями мощностью 460 л. с. экологического класса Евро-6, которые выдают 2300 Нм крутящего момента. Баки сжиженного природного газа рассчитаны на хранение 205 кг топлива.

Выбор в пользу автомобилей Volvo FH LNG был сделан еще и потому, что в Московской области — основном регионе транспортных операций «ЭйСиРейл» — были открыты сразу две газозаправочных станции оператора LNG-инфраструктуры, компании «Новатэк». LNG — Liquid Natural Gas. Обладая запасом хода до 1000 км, тягачи Volvo FH LNG планово заезжают на дозаправку сжиженным природным газом.

Широкому коммерческому использованию СПГ в нашей стране пока препятствует более высокая стоимость производства автомобилей, работающих на СПГ, а также необходимость хранения топлива в дорогостоящих криогенных резервуарах.

Однако с учетом повышения экологических требований к двигателям доля автомобильного транспорта, работающего на СПГ, особенно среди тяжелых грузовиков и автобусов, будет возрастать. Опять же, недавно кабинет министров РФ увеличил размер субсидий регионам для перевода автотранспорта с традиционного топлива на газ с 25 до 75 млн руб. Вполне вероятно, что к 2024 году объем потребления природного газа в качестве моторного топлива составит 2,7 млрд м3. Предпосылки к этому есть.

Роберто Каматта, бизнес-директор ООО «Ивеко Руссия»

— Мы предлагаем решения для газомоторного топлива не только для магистральных перевозок, но также и для сферы дистрибуции. Согласно нашим внутренним расчетам, один газовый тягач в сравнении с дизельным может сэкономить 2342 тыс. руб. в течение пяти лет при пробеге 150 000 км. Представьте, какова будет экономия в пересчете на весь парк! Согласен, что первоначальные вложения довольно высокие, особенно если речь идет о технике на сжиженном природном газе, баллоны для которого должны быть сверхпрочными. Но если перевозчик подсчитает общую стоимость владения, то увидит реальную экономию. В Европе это решение очень востребованно, и мы полагаем, что доля газомоторного парка в России будет уверенно расти. Так что мы не зря показали на недавней выставке одну из наших новинок — Iveco Stralis NP LNG.

Юрий Панов, кандидат технических наук, профессор МАДИ

— Думаю, что многие боятся газа. Это общепринятые стереотипы, базирующиеся на не очень удачном опыте прошлых лет. К счастью, есть молодые специалисты, знающие положительный и, в том числе, зарубежный опыт. Метан себя окупает на больших ежедневных пробегах. В этой связи его очень интересная ниша — коммунальная техника. Сегодня в Москве и других городах не спешат покупать газовые КАМАЗы. А ведь ими удобно подметать улицы вблизи АГНКС. Другая тема для метана — доставка легких грузов, возможно, каршеринг. Хотя есть регионы, где природный газ внедряется хорошо. Это, например, Белгород, Воронеж, Новгород Великий, Владимир. Для популяризации использования газа на транспорте сделать, конечно, надо еще много. Пока не совсем понятен процесс сертификации газобаллонного оборудования. Нужна ли нам сертификация ГБО итальянского, голландского, польского производства, если они уже прошли омологацию в Евросоюзе по 115‑му правилу ЕЭК ООН? Ведь наш Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС 018) пишет, что на ГБО действует именно 115‑е правило.

Метан в машине: считаем выгоду и ищем заправку

От сотен к тысячам

Локомотивом развития сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) выступает Газпром. Он же фактически монополист: из 423 работающих в стране метановых заправок ему принадлежат 312. В 2015–2018 годах Газпром построил 86 и реконструировал 13 АГНКС. План на уходящий год — 43 станции. В следующем году сеть должна вырасти до 500 комплексов. Лет через десять, глядишь, будем считать уже тысячами.

В стратегии развития значатся 17 приоритетных регионов. В частности, в Белгородской области число АГНКС вырастет к 2022 году с 8 до 39, в Ростовской — с 11 до 39 к 2021‑му. И это только станции Газпрома.

Появляются заправки, появляются и автомобили. Сейчас на российском рынке продается 229 метановых моделей. Почти все они коммерческие: автобусы, легкие, средние и тяжелые грузовики, спецтехника. Есть чисто метановые и битопливные версии российских и иностранных марок, заводские и переоборудованные спецфирмами.

Вам сжать или налить?

Десятидневный автомобильный пробег «Газ в моторы — 2019» стартовал в Краснодарском крае и завершился в Санкт-Петербурге. В нем приняли участие Лады, автобусы четырех классов, включая туристический Volgabus Марафон, и грузовики — от УАЗа Профи до магистральных тягачей. И весь маршрут (2760 км) караван прошел исключительно на метане. Мы оказались в числе участников пробега.

Scania выставила два седельных тягача нового поколения. Один работает на компримированном (сжатом до 200 бар) природном газе — КПГ (по-английски — CNG). Говоря проще, это классический вид метана как автомобильного топлива. Вторая машина питается сжиженным природным газом (СПГ, латинская аббревиатура — LNG). Чтобы метан перевести в жидкое состояние, его охлаждают до —161,5 °C. Поэтому в автомобилях он хранится не в простых баллонах, а в криобаках под давлением до 16 бар. В чем преимущества? При сжижении метан уменьшается в объеме в 600 раз, и запаса газа в криобаке хватает примерно на столько же километров, сколько можно проехать на солярке в сравнимом по размеру топливном баке.

Классно? Разумеется! Но вот беда: СПГ-заправок в России — по пальцам можно пересчитать. Например, на всю Москву и область лишь одна, причем открыли ее только минувшей весной. А во всей стране — хорошо если пара десятков. Поэтому автомобили, пита­ющиеся сжиженным метаном (в караване такой была не только Scania), сопровождал мобильный заправщик. Кстати, некоторые перевозчики, чьи машины работают вблизи заветной АГНКС, уже рискнули купить себе грузовики на СПГ.

Читайте также:  Замена прокладки поддона двигателя ниве шевроле

Брать будете?

С 2014 по 2018 год в России куплено 15 тысяч метановых автомобилей заводского исполнения. Поскольку ежегодно у нас продается около 200 тысяч единиц коммерческой техники — показатель неплохой.

Запас хода у газовых машин разный: Веста проезжает 350 км, туристический Volgabus Марафон и фуры на сжатом метане — до 450–600 км. По европейской части страны уже вполне можно передвигаться исключительно на метане, дотягиваясь от одной заправки до другой. Но есть еще одна проблема: львиная доля АГНКС расположена неудачно — на городских окраинах (это неудобно жителям города) либо в стороне от трассы (а это неудобно перевозчикам).

Я проехал с колонной газовых машин от Ростова-на-Дону до Москвы. На 500‑кило­метровом перегоне от Воронежа до столицы непосредственно на трассе ни одной метановой заправки нет. Есть только в Новомосковске, в 16 километрах от М4. Пришлось делать крюк, иначе многие машины не дотянули бы.

С сопутствующими удобствами беда. Заправка в Россоши — это разбитая дорога, удручающая советская архитектура, нулевой сервис. Комплексы в Белгороде и Семилуках новенькие, с иголочки, но даже воды попутно не купишь. Зато везде исправно требуют документы на ГБО: 200 бар в баллоне — не шутки.

Со сжиженным метаном всё сложнее, чем со сжатым. Магистральные тягачи на сжиженном природном газе даже на одном криобаке проходят до 750–800 км, но для них инфраструктуры нет совсем — Газпром только планирует создать ее. Для начала — на трассах М1, М4, М10 и М7 до Новосибирска. Заправки обойдутся дорого. Сами машины дороже дизельных примерно на треть.

А еще СПГ расходуется даже на стоянке! При нагреве криобака автоматика начинает стравливать давление, выпуская лишнее топливо. Расти температура будет неизбежно. Хорошо, если заправился и сразу поехал в рейс, — а как быть при вынужденном простое фуры или в жару?

Для частников вся эта история пока что не слишком привлекательна: экономить можно, но неудобно. И мизерные продажи метановых Лад это подтверждают. В коммерческом сегменте экономит хозяин (ему важно минимизировать расходы, а проблемы водителя его мало интересуют), поэтому спрос на газовую технику будет уверенно расти.

С муниципальными парками проще. Например, в Москве строят АГНКС непосредственно у конечных остановок автобусов — их водителям удобно. Впрочем… В пробеге я невольно подслушал рассказ представителя липецкого автобусного парка: он сетовал на дорогое обслуживание газовых моторов. И на то, что в городе никто не проводит поверку баллонов, приходится гонять машины в другие областные центры.

Расширение сети АГНКС — дело хорошее и перспективное. И газовая тема наверняка получит продолжение. Тем более что за процессом наблюдает президент.

Газовые нюансы

На битопливном Ларгусе CNG в этом году я проехал больше 1000 километров, поэтому в пробеге сразу уселся в Весту. Двигатели у машин идентичные — 1.6 мощностью 106 л.с. (на бензине). Но при работе на метане Веста чуть мощнее: 96 против 94 л.с. у Ларгуса. Предельный крутящий момент у машин одинаковый: 148 Н·м на бензине и 135 Н·м на метане.

У Весты лучше аэродинамика, она легче, а передаточное отношение главной пары — 3,9 против 4,2 у Ларгуса. Поэтому Веста экономичнее: по трассе на 22 кубометрах метана можно пройти до 400 км, а Ларгус проезжает на сотню меньше.

По части эргономики между Вестой и Ларгусом — пропасть, а перевод на метан ее лишь увеличил. На Ларгусе шайба управления ГБО перекрыта правым коленом водителя, а штатный топливомер показывает только остаток бензина.

На Весте блок управления установлен на виду.

При переключении с бензина на газ меняется и положение стрелки на панели приборов. Правда, уровень метана она умеет показывать с шагом в четверть бака — идентично четырем лампочкам на кругляше ГБО.

Просадка мощности на газовом топливе (- 10 %) есть, и она чувствуется. В очередной раз поразился тому, сколь разительно отличаются новые вазовские моторы от побегавших. В колонне ехали две Весты CNG — с пробегами 1500 и 45 000 км. По отклику на педаль газа создавалось впечатление, что на них установлены моторы разного объема: вторая машина явно живее.

• О том, как едет битопливная Лада Веста, читайте тут.