2 Метан как газомоторное топливо и перспективы его использования

Экологические проблемы в мире, а также дефицит природных ресурсов и дороговизна бензина вынуждают многие страны мира переводить автотранспорт на альтернативные виды моторного топлива. Чаще всего этот выбор падает на природный газ, который является одним из наиболее экологически чистых и дешевых источников энергии (рисунок 5).

Рисунок 5 – Метан как газомоторное топливо

Первый двигатель, работающей на газе, был создан в далеком 1860 году, еще до создания бензинового двигателя. С тех пор количество автомобилей в мире выросло в сотни миллионов раз, но в настоящее время только около 22 миллионов, то есть чуть больше 2% транспортных средств, используют в качестве моторного топлива сжатый или сжиженный природный газ.

Несмотря на ценовое преимущество и экологическую чистоту, природному газу в первое время было сложно конкурировать с бензином и дизельным топливом из -за сложности доставки до потребителя. В отличие от бензина и дизельного топлива, которые можно легко перевозить в цистернах по автомобильным дорогам и железнодорожным путям, основное средство транспортировки газа – газопровод.

Так как массовый перевод автотранспорта на газомоторное топливо требует наличия развитой инфраструктуры газопроводной сети и безопасной доступности газобаллонного оборудования, это стало возможным только в последнее время.

Природный газ, который добывают из недр Земли, на 70-80% состоит из метана – простейшего углеводорода без цвета и запаха. Его добывают на месторождениях и транспортируют по магистральному газопроводу. В процессе транспортировки газ проходит очистку, осушку и сжимается в компрессоре. Сжижение позволяет максимально сократить объем газа, поэтому на первый взгляд сжижение кажется более выгодным, но поскольку это более сложный и дорогой технологический процесс, что резко увеличивает производственные затраты, то метан для использования в качестве автомобильного топлива обычно не сжижают, а сжимают (рисунок 6).

Рисунок 6 – Потенциальные запасы природного газа России

По сути, настоящий природный газ – это смесь углеродных газов, которые в целях потребления промышленным способом отделяются друг от друга (рисунок 7). В отличие от других видов топлива – бензина и дизельного топлива – метан практически сразу готов к применению в качестве экологического топлива [Емельянов, 2004, с. 128].

Рисунок 7 – Состав метана

Метан обладает рядом термических преимуществ перед другими видами топлива: лучше регулировка пламени, отсутствие отходов горения. По сравнению с другими видами топлива он обладает более высокой точкой возгорания, значительно уменьшая риск пожара. Температура самовозгорания метана – 595⁰С, что в два раза превышает температуру самовозгорания жидких горючих материалов, плотность горения – 5%, что намного превышает характеристики бензина – 1% и дизельного топлива – 0,5%. Так как метан в два раза легче воздуха, то в случае утечки он быстро поднимается и бесследно улетучивается в атмосфере, не застаивается над поверхностью земли и не образует мест с опасным уровнем концентрации.

Метан требует минимальных затрат на переработку (рисунок 8).

Рисунок 8 – Классификация горючих веществ по чувствительности

Природный газ – фактически готовое топливо, не требующее никакой переработки, кроме сжатия в компрессоре и осушки. Одно из главных преимуществ газовых грузовиков это применение в качестве топлива природного газа – метана. Ещё не так давно газомоторное топливо на основе природного газа считалось топливом будущего, а сегодня оно уже прочно завоевало свои преимущества в этой позиции во всем мире. В России сегодня эксплуатируется более 10000 транспортных средств на газомоторном топливе, продолжает расширяться инфраструктура заправок и передвижных автомобильных газозаправочных комплексов, динамично растет парк техники на метане.

Октановое число метана достигает 110-125 единиц (октановое число измеряет сопротивляемость вещества взрыву, которая необходима для предотвращения ситуации, когда зажигание смеси вызывает не просто сжигание внутри цилиндра, а провоцирует взвыв), что превышает октановое число бензина и обеспечивает легкость приготовления равномерной топливовоздушной смеси, не требующей добавления предотвращающих взрыв веществ.

Метан проявляет преимущества над бензином и в отношении производительности (в соответствующих двигателях специально разработанных для использования метана в качестве топлива, с большим сжатием). Метан полностью сжигается в двигателе внутреннего сгорания, и имеет хорошую теплоотдачу, что исключают образование отложений в топливной системе, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, тем самым снижается трение и уменьшаются износ двигателя и сбои в работе мотора. Таким образом, снижается необходимость постоянного технического обслуживания, и удлиняется срок службы мотора.

Если ваше транспортное средство получает плановое обслуживание, вам не потребуется и специальное техническое обслуживание дополнительных устройств для работы на метане. Детальный технический осмотр автомобиля для контроля работы метанового двигателя должен осуществляться после прохождения большого числа километров, чем требуется для двигателя на бензине. Рекомендуем более тщательно проводить стандартное техническое обслуживание и использование метанового двигателя потребует минимальных затрат по эксплуатации. За последние 5 лет объем потребления природного газа в качестве моторного топлива вырос более чем в 3 раза. В соответствии со сценарием развития мировой газовой промышленности, рассмотренному на 20-й Мировой газовой конференции, потенциальное мировое потребление природного газа к 2030 году должно возрасти до 4 трлн. м³.Среди развитых стран по объемам потребления КПГ лидируют Южная Корея и США, где в год потребляется соответственно 1116 млн. м³ и 930,24 млн. м³ природного газа в качестве моторного топлива (рисунок 9).

Рисунок 9 – Рост числа автомобилей в мире, использующих КПГ в качестве топлива (тыс. ед.)

В Южной Корее высокое потребление природного газа связано с тем, что более 95% городских автобусов используют именно этот вид топлива. Прогнозируется, что к 2020 году автопарк Германии, использующий КПГ в качестве моторного топлива, вырастет до 6,5 млн. автомобилей и составит примерно 30% от всего автопарка.

Несмотря на наличие значительных природных ресурсов, Россия в настоящее время уступает лидирующие позиции в списке стран, использующих газ в качестве моторного топлива. Удельный вес транспорта, использующего КПГ, невысок.