Jak fungují vozidla na zemní plyn


Další
  • Alternativní paliva, která se nikdy nedostala z laboratoře
  • Jak fungují elektrická auta
  • Projekt Curiosity:Proč bychom se chtěli zbavit soukromých vozidel?

Žába Kermit jednou řekl:"Není to tak snadné být zelený." Ačkoli neměl na mysli auta, jeho postřeh se zdá být zvláště vhodný pro dnešní automobilový průmysl:Navrhování, vývoj a marketing „zelených“ automobilů nebyl snadný úkol, a proto na silnicích stále vládnou benzinová vozidla a fosilní paliva. stále tvoří téměř 75 procent světové spotřeby energie. S rostoucími cenami benzínu a obavami ze škodlivých emisí však budou auta, která využívají alternativní zdroje paliva, stále důležitější. Vozidlo na zemní plyn neboli NGV je dokonalým příkladem takového auta – je úsporné, šetrné k životnímu prostředí a nabízí relativně nízké náklady na vlastnictví.

Galerie obrázků vozidel s alternativním palivem


David McNew/Getty Images
Domácí tankovací zařízení na zemní plyn, Phill, od FuelMaker je připojen k vozidlu Honda Civic NGV na zemní plyn. Podívejte se na obrázky vozidel na alternativní paliva.

Tento článek vysvětlí základní myšlenku NGV, podívá se na jedinečné konstrukční výzvy a prozkoumá výhody a přínosy této technologie.

ObjevNěkteří učenci spekulují, že lidé žijící na Blízkém východě objevili tuto vlastnost zemního plynu mezi 6000 a 2000 př. n. l., když údery blesku zapálily zemní plyn prosakující ze země. Číňané spalovali zemní plyn již v roce 211 př. n. l. na vysušení kamenné soli nalezené ve vápencové skále. Vyvrtali také první známé vrty na zemní plyn pomocí bambusových tyčí a primitivních bitů, ale byli schopni dosáhnout pouze hloubky 500 stop.
Z nich

Obsah
  1. Základy zemního plynu
  2. Z pole do Fordu
  3. Design vozidel na zemní plyn
  4. Výhody a nevýhody

>Základy zemního plynu

Slovo „plyn“ je matoucí termín, protože se používá k popisu mnoha různých látek, které jsou podobné, ale nejsou úplně stejné. Například „plyn“, který dáte do auta, je benzín, jedna složka ropy, nebo ropa. Ropa je tmavá, lepkavá kapalná směs sloučenin vzniklých v podzemí rozkladem starověkých mořských živočichů.

Zemní plyn také pochází z rozpadu starověkých organismů, ale přirozeně má plynnou formu místo kapalné. Zemní plyn se běžně vyskytuje ve spojení s ropou. Pochází z suchozemských rostlin a vodní organické hmoty a tvoří se nad nebo pod ložisky ropy. Často se rozpouští v ropě při vysokých tlacích existujících v nádrži. Existují také zásobníky zemního plynu, známé jako nepřidružený plyn, které obsahují pouze plyn a žádnou ropu.


Zemní plyn se skládá především z metanu a dalších uhlovodíkových plynů. Uhlovodíky jsou organické sloučeniny složené pouze z prvků uhlíku a vodíku. Uhlovodíky v zemním plynu se nazývají nasycené uhlovodíky, protože obsahují vodík a uhlík vázané jednoduchými vazbami. Jak ukazují diagramy, metan je nejjednodušší nasycený uhlovodík.


Zemní plyn je stejně jako benzín hořlavý, což znamená, že jej lze použít ve spalovacím motoru jako benzín. Ale auta, která uměla spalovat zemní plyn, se na scéně objevila až ve 30. letech 20. století.

>Z pole do Fordu

Zemní plyn zachycený v podzemních zásobnících těžíme vrtáním do země. Moderní studna vybavená diamantovými vrtáky dokáže vrtat až do hloubky 25 000 stop.

Těžba a zpracování Většina moderních vrtů těží ropu i zemní plyn současně. Určitý zemní plyn lze použít, protože pochází z vrtu bez jakékoli rafinace, ale většina vyžaduje zpracování. Zpracování zemního plynu spočívá v oddělení všech různých uhlovodíků a tekutin z „mokrého“ zemního plynu, dokud není „suchý“. Suchý zemní plyn je čistý metan, který je preferovaným palivem pro mnoho spotřebitelských aplikací, včetně vozidel na zemní plyn.

Po celé 19. století zůstalo používání zemního plynu lokalizované, protože neexistoval způsob, jak přepravit velké množství plynu na velké vzdálenosti. V roce 1890 vynález nepropustné potrubní spojky umožnil přepravovat plyn míle od zdroje. Zlepšení potrubní technologie pokračovala během následujících dvou desetiletí, dokud se dálkový přenos plynu stal praktickým. V letech 1927 až 1931 postavili dělníci ve Spojených státech více než 10 hlavních přenosových soustav zemního plynu, díky čemuž se zemní plyn stal životaschopným zdrojem energie pro mnoho aplikací. Nedostatek ropy na konci 60. a na začátku 70. let přinesl obnovený zájem o zemní plyn jako zdroj paliva, zejména pro automobily.

Majitelé vozidel na zemní plyn dnes mohou tankovat své vozy na jedné z 1300 čerpacích stanic umístěných ve Spojených státech. Honda také nabízí osobní pumpu na zemní plyn lidem, kteří si koupí její Civic na zemní plyn. Čerpadlo využívá stávající rozvody zemního plynu v domácnosti a může být instalováno za 500 až 1500 USD.

V další části probereme, jak jsou navržena vozidla na zemní plyn.

BioplynZemní plyn není jediným zdrojem metanu. Metan lze také získat fermentací organické hmoty, jako je hnůj, s nízkým obsahem kyslíku. V takových podmínkách budou bakterie využívat živiny v hnoji jako zdroj potravy a budou uvolňovat metan a oxid uhličitý jako odpadní produkty. Tento metan, známý jako bioplyn, lze shromažďovat a používat jako zdroj paliva.

>Design vozidel na zemní plyn

Vozidla na zemní plyn používají stejné základní principy jako vozidla na benzínový pohon. Jinými slovy, palivo (v tomto případě zemní plyn) je smícháno se vzduchem ve válci čtyřdobého motoru a poté zapáleno zapalovací svíčkou, aby se píst pohyboval nahoru a dolů. Ačkoli existují určité rozdíly mezi zemním plynem a benzínem, pokud jde o hořlavost a teploty vznícení (viz graf níže), samotná NGV fungují na stejných základních principech jako vozidla poháněná benzínem.

Vlastnost
Zemní plyn
Benzín
Nafta
Meze hořlavosti (% objemu ve vzduchu)
5–15
1,4–7,6
0,6–5,5
Automatické zapalování
Teplota ( ° F)
842
572
446
Peak Flame
Teplota ( ° F)
3423
3591
3729

Přesto jsou nutné některé úpravy, aby NGV fungovalo efektivně. Tyto změny se týkají především palivové nádrže, motoru a podvozku.

Sklad paliva
Většina NGV pracuje na stlačený zemní plyn, takže palivo zabírá méně místa. Na čerpací stanici je plyn stlačen na 3 000 až 3 600 liber na čtvereční palec, než je napumpován do vysokotlakých válců ve tvaru trubky, které jsou připevněny k zádi, horní části nebo podvozku vozidla. Zásobní nádrže prvních NGV byly objemné a zabíraly velkou část nákladového prostoru vozidla, ale byly vyvinuty novější, lehčí válce. Tyto celokompozitní tlakové láhve, nazývané Integrated Storage Systems (ISS), jsou umístěny ve skořápce ze skelných vláken a pěně pohlcující nárazy, která je chrání v případě nehody. Válce mají také menší průměr, takže tři z nich mohou být umístěny společně ve velikosti a tvaru připomínající běžnou benzinovou nádrž.


Obrázek s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse

Úpravy motoru
Při nastartování motoru v NGV proudí zemní plyn ze zásobních válců do palivového potrubí. V blízkosti motoru vstupuje zemní plyn do regulátoru pro snížení tlaku. Poté plyn prochází vícebodovým systémem vstřikování plynného paliva, který přivádí palivo do válců. Senzory a počítače upravují směs paliva a vzduchu tak, že když zapalovací svíčka zapálí plyn, spaluje efektivně. Motor na zemní plyn také obsahuje kovaný hliník, vysoce kompresní písty, kalená nikl-wolframová sedla výfukových ventilů a katalyzátor specifický pro metan.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse
Instalovaný motor na zemní plyn

Úpravy podvozku
Pro vytvoření prostoru pro zásobníky paliva mohou být nutné některé úpravy zavěšení NGV. V zadní části vozidla někdy nahradí zavěšení s bočním ramenem, které je standardem v mnoha benzinových vozech. To vytváří více otevřeného prostoru v zadním podvozku, a přesto poskytuje hladkou a pohodlnou jízdu. NGV také odstraňují rezervní pneumatiku a zvedák, což umožňuje plochý půdorys. "Run-flat" pneumatiky, jako jsou pneumatiky Extended Mobility Tires od Goodyear Tire, jsou instalovány jako kompenzace skutečnosti, že chybí rezervní pneumatika a zvedák.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse

Rozdíly v tankování
Tankování vozidla na zemní plyn může být také trochu jiné. Místo doplňování paliva je obvykle v přední části vozidla, i když u některých vozidel NGV, jako je Honda Civic GX, je místo doplňování paliva vzadu. NGV lze natankovat na čerpadle s rychlým plněním přibližně za stejnou dobu, jakou spotřebuje jakékoli vozidlo s benzínovým nebo naftovým pohonem. Alternativně lze NGV natankovat za pět až osm hodin pomocí metody „pomalého plnění“. Domácí čerpací stanice nabízené společností Honda jsou typu pomalého plnění a vyžadují, aby majitelé automobilů tankovali své vozy přes noc.

Dále si probereme, jaké výhody mají vozidla na zemní plyn oproti vozidlům na benzínový pohon, a také jaké nevýhody.

>Výhody a nevýhody

Největší výhodou NGV je, že snižují emise škodlivé pro životní prostředí. Vozidla na zemní plyn mohou dosáhnout až 93procentního snížení emisí oxidu uhelnatého, 33procentního snížení emisí různých oxidů dusíku a 50procentního snížení reaktivních uhlovodíků ve srovnání s benzinovými vozidly. NGV mají také vyšší emise částic 10 (PM10). Částice PM10 přenášejí a ukládají toxické materiály vzduchem. NGV, která fungují v dieselových aplikacích, mohou snížit emise PM10 o faktor 10.

Vozidla na zemní plyn také nabízejí tyto výhody:

Stavět vs. Koupit
NGV mohou být vyrobeny od nuly, aby zahrnovaly konstrukční vylepšení popsaná výše. Zcela nové vozidlo na zemní plyn stojí o 4 000 až 8 000 USD více než srovnatelné vozidlo na benzín. Je také možné upravit konvenční benzínová vozidla na pohon na zemní plyn. To může být také drahé, přičemž úpravy obvykle stojí 3 000 až 5 000 USD. Vozidla, která jezdí výhradně na zemní plyn, jsou známá jako „vyhrazená“ NGV. Vozidla, která mohou pracovat jak na zemní plyn, tak na benzín, jsou známá jako „dvoupalivová“ vozidla. U dvoupalivových vozidel může řidič během jízdy bezpečně přecházet z jednoho paliva na druhé.

  • NGV jsou bezpečnější. Palivové nádrže na NGV jsou tlustší a pevnější než nádrže na benzín nebo naftu. Ve Spojených státech za více než dva roky nedošlo k prasknutí palivové nádrže NGV.

  • Náklady na zemní plyn jsou nižší než na benzín. Zemní plyn stojí u pumpy v průměru o třetinu méně než benzín.

  • Zemní plyn je pohodlný a hojný. Ve Spojených státech existuje dobře zavedená infrastruktura potrubí, která dodává zemní plyn téměř do každé městské oblasti a většiny předměstských oblastí. Ve Spojených státech je více než 1 300 čerpacích stanic na NGV a každý den přibývají další.

  • Ceny zemního plynu vykazují ve srovnání s cenami ropy významnou stabilitu. Historicky ceny zemního plynu vykazovaly významnou cenovou stabilitu ve srovnání s cenami paliv na bázi ropy. Tato stabilita usnadňuje přesné plánování dlouhodobých nákladů.

  • NGV mají nižší náklady na údržbu. Protože zemní plyn spaluje tak čistě, má za následek menší opotřebení motoru a prodlužuje dobu mezi seřízením a výměnou oleje.

Nevýhody
Jednou z největších stížností na NGV je, že nejsou tak prostorné jako benzínová auta. Je to proto, že NGV se musí vzdát cenného nákladového prostoru a zavazadlového prostoru, aby se do něj vešly láhve pro skladování paliva. Nejen to, tyto tlakové láhve mohou být nákladné na konstrukci a výrobu – což přispívá k vyšším celkovým nákladům vozidla na zemní plyn ve srovnání s automobilem na benzínový pohon.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse
Zadní podvozek zobrazující palivové válce

Další nevýhodou je omezený dojezd NGV, který je typicky asi poloviční než u vozidel na benzínový pohon. Například Civic na zemní plyn Honda, Civic GX, dokáže ujet až 220 mil bez doplňování paliva. Typický Civic s benzínovým motorem dokáže ujet přibližně 350 mil bez doplnění paliva. Pokud by vyhrazenému NGV na silnici došlo palivo, muselo by být odtaženo k majiteli domů nebo k místní čerpací stanici zemního plynu, kterou může být těžší najít než „běžnou“ čerpací stanici.

Nakonec je třeba poznamenat, že zemní plyn, stejně jako benzín, je fosilní palivo a nelze jej považovat za obnovitelný zdroj. Zatímco zásoby zemního plynu ve Spojených státech jsou stále značné, nejsou nevyčerpatelné. Někteří předpovídají, že zbývá dostatek zásob zemního plynu na dalších 67,1 let, za předpokladu, že úroveň produkce z roku 2003 bude pokračovat.

Navzdory některým výhodám, které NGV nabízejí, jsou stále relativně neobvyklé. Podle Natural Gas Coalition je v současnosti ve Spojených státech na silnicích 130 000 NGV a více než 2,5 milionu po celém světě. Abychom to uvedli do perspektivy, uvažme, že v roce 2001 bylo registrováno 142,5 milionů vozidel – což znamená, že počet vozidel na plynový pohon převyšuje počet NGV téměř 1 100 ku jedné ve Spojených státech. A přesto více než 40 různých výrobců, včetně Ford, General Motors, Toyota a Volvo, v současnosti vyrábí NGV.


Foto s laskavým svolením Honda
Domácí tankovací zařízení Phill
Dvě automobilky, které vedou v designu a konstrukci NGV, jsou Honda a DaimlerChrysler. Honda je prvním výrobcem, který nabízí maloobchodní NGV – sedan Honda Civic GX, který také přichází s domácí čerpací stanicí, kterou společnost nazvala „Phill“. Civic GX je vyhrazené NGV, což znamená, že může jezdit pouze na zemní plyn. DaimlerChrysler vyrábí Mercedes třídy E, který jezdí jak na benzín, tak na zemní plyn. Má klasifikaci „NGT“, což je zkratka pro „Technologie přírodního plynu“, a může ujet 621 mil na jedno natankování – 186 mil na zemní plyn a 435 mil na benzin.

Zatímco vozidla jako Civic GX a E 200 NGT jsou k dispozici pouze na velmi omezených trzích (první v některých západních státech, druhé v Evropě), očekává se, že v příštích dvou desetiletích se NGV stanou pro spotřebitele dostupnější, zejména protože cena ropy stále roste. Když se to stane, být zelený bude o něco jednodušší.

Další informace o vozidlech na zemní plyn a souvisejících tématech naleznete v odkazech na další stránce.

Vozy NGV
Flotily náročné na palivo, které každý den urazí mnoho kilometrů, využívají zemní plyn již léta. To by zahrnovalo vozové parky taxíků, tranzitní a školní autobusy, letištní kyvadlovou dopravu, stavební vozidla, popelářské vozy, dodávky a vozidla pro veřejné práce. Proč jsou flotily zvláště vhodné pro zemní plyn? Za prvé, větší objem vozidel umožňuje ekonomičtější přestavbu vozidel nebo jejich přímý nákup. Ale co je důležitější, vozový park je centrálně udržovaný, díky čemuž je proces doplňování paliva pohodlný a spolehlivý.

Mnoho dálkových nákladních vozidel a autobusů jezdí na jinou formu zemního plynu nazývanou zkapalněný zemní plyn nebo LNG. LNG se vyrábí zchlazením zemního plynu na -260 °F a jeho kondenzací na kapalinu. Kapalná forma je mnohem hustší a má tedy větší potenciální energii vzhledem k množství prostoru, který zabírá. To znamená, že na stejném prostoru v autě nebo kamionu lze uložit více energie.

Úspora paliva Jak funguje stanovování cen alternativních palivAutoAlternativní palivaAlternativní palivoAutoAlternativní paliva10 Nápady na alternativní paliva, které nikdy nevyšly z LabAutoHybrid Technology Jaké jsou nejobtížnější standardy, které je třeba splnit pro auto s alternativním palivem?AutoHybrid TechnologyJak fungují alternativní palivové čerpací staniceAutoHybridní alternativní technologieJaká je světová alternativní paliva? AutoBiopalivaJe biopalivo z řas životaschopnou alternativou k ropě?AutoBiopalivaPropagují ropné společnosti alternativní energii?AutoHybrid TechnologyTop 10 alternativních paliv na cestě právě teďAutoBiopalivaJe biopalivo rozumnou (a bezpečnou) alternativou tryskového paliva?AutoAlternativní palivaAlternativní paliva Obrázky vozidelPřírodaAutoAlternativní paliva Automobily Alternativní paliva Palivové články fungujíAutoAlternativní palivaJak funguje bionaftaAutoAlternativní palivaJe etanol skutečně šetrnější k životnímu prostředí než plyn?AutoAlternativní palivaKolik kukuřice za etanol rs?AutoAlternativní palivaJak fungují vozidla na zemní plynAutoAlternativní palivaE85 Ethanol Flex Fuel PřehledAutoAlternativní palivaMůže etanol poškodit váš motor?AutoAlternativní palivaCo je top palivo a jak se liší od benzínu?AutoAlternativní palivaMůže auto jezdit na jadernou energii? VědaVýroba energieJaká je nejlevnější nová energetická alternativa?VědaZelená vědaJaká je nejlevnější nová alternativní energie?VědaZelená věda10 Šílené formy alternativní energieVědaZelená věda Vyčerpají alternativní paliva celosvětové zásoby kukuřice?

>Spousta dalších informací

DěkujiDěkuji Jeffu ​​Beckmanovi za jeho pomoc s tímto článkem.

Související články HowStuffWorks

  • Jak fungují hybridní auta
  • Jak fungují elektrická auta
  • Jak fungují ceny plynu
  • Jak funguje ropné vrtání
  • Jak funguje rafinace ropy

Další skvělé odkazy

  • Vzdělávací stránka sdružení Natural Gas Supply Association
  • Koalice vozidel na zemní plyn
  • Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johna Hopkinse
  • Web Civic GX společnosti Honda
  • Vozidla na zemní plyn – Pacific Gas &Electric Company

Zdroje

  • Dickson, T.R. Úvod do chemie, 7. vydání. New York:John Wiley &
    Sons, Inc.
  • Durbin, D. "Honda nabízí první maloobchodní vozidlo na zemní plyn a domácí
    čerpací stanici," The Detroit News. 22. dubna 2005.
    http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm
  • Encyklopedie Britannica 2005, s.v. "zemní plyn." CD-ROM, 2005.
  • GermanCarFans.com.
    http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006
  • Web Civic GX společnosti Honda
    http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1
  • Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johna Hopkinse.
    http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm
  • Svět bezpečnosti zemního plynu.
    http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html
  • Vzdělávací stránka Asociace pro dodávky zemního plynu.
    http://www.naturalgas.org/
  • Vozidla na zemní plyn. Pacific Gas &Electric Company.
    http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/
  • Koalice vozidel na zemní plyn. http://www.ngvc.org/ngv/ngvc.nsf
  • Fórum vozidel na zemní plyn. http://www.ngv.org/ngv/ngvrg01.nsf
  • Parfit, M. "Powering the Future", National Geographic. Srpen 2005, str.
    2-31.
  • Wright, Michael a Mukul Patel, ed. 2000. Scientific American:Jak
    věci dnes fungují. New York:Crown Publishers.