Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Немного теории о метане

Первый известный истории факт применения газа в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания является также фактом появления на свет и самого первого работающего ДВС — одноцилиндрового двухтактного агрегата, запатентованного в 1859 г. бельгийским изобретателем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром и известного как двигатель Ленуара. Ведь сгорал в его единственном цилиндре отнюдь не бензин, которому в конце 19 столетия не находили лучшего применения, кроме как в качестве продаваемого в аптеках антисептического препарата да топлива для примусов, а вырабатываемый газогенератором светильный газ — смесь водорода (50%), метана (34%), окиси углерода (8%) и других горючих веществ, получаемая при пиролизе каменного угля или нефти.

Двигатели Ленуара использовались в качестве стационарных и судовых, для привода локомотивов и дорожных экипажей, и ушли со сцены лишь с появлением более компактного и эффективного четырехтактного двигателя конструкции Николауса Отто.

Сегодня газ возвращается в автомобильные топливные технологии — возвращается заслуженно и настойчиво. И все активнее производители и потребители газобаллонного оборудования (ГБО) обращают свое внимание именно на метан.

Метановое ГБО

Прежде всего, метан, другие названия — компримированный природный газ (КПГ), сжатый природный газ (СПГ) или compressed natural gas (CNG), заметно дешевле не только бензина и дизельного топлива, но и более популярного сейчас среди автомобилистов пропан-бутана (сжиженный нефтяной газ, LPG). Ведь экономика его производства минимально затратна: метан напрямую добывается из недр, не требуя никакой последующей переработки. Кроме того, стимулирование производства природного газа поддерживается и законодательно: согласно установленным Правительством РФ нормам, стоимость кубометра метана в розничной продаже не может превышать 50% стоимости литра бензина марки А-76 в данном регионе. А опыт показывает, что в особо пиковых случаях цена на метан может быть заметно ниже установленной планки; ни один из иных видов топлив такой позитивной для потребителя динамикой, увы, похвастать не может.

Таким образом, в то время как средняя цена высокооктанового бензина и дизтоплива колеблется на отметке около 32 руб. за литр, а пропан-бутана — 18 руб. за литр, кубометр метана в качестве моторного топлива обойдется в 13 руб. 

Вместе с тем метан как моторное топливо еще и расходуется двигателями внутреннего сгорания экономнее и бензина, и пропан-бутана: если коэффициент расхода пропанобутановой смеси к бензину составляет порядка 1,1-1,15, т.е. превышает аналогичный показатель на бензине на 10-15%, то коэффициент расхода метана — 0,9 от бензинового, т.е. на 10% ниже. Это обусловлено физико-химическими свойствами природного газа, особо стойким строением его молекул и, главное, его октановым числом, которое, достигая 120, заметно превосходит показатели самых высокооктановых углеводородов.

Выше октановое число — выше детонационная стойкость топлива и теплота его сгорания (49,4 МДж/кг против 45,2 МДж/кг у бензина), шире возможности для форсировки двигателя по степени сжатия и улучшения его тягово-мощностных показателей, но больше и перспектива для обеднения поступающей в цилиндры топливовоздушной смеси, попросту уменьшения в ней доли топлива к объему воздуха. Так, если в предельно бедной бензовоздушной смеси количество бензина, необходимое для ее воспламенения искрой, не менее 54 г на 1 кг воздуха, то для метана этот порог составляет уже 40 г на 1 кг воздуха. А потому в режимах малых и средних нагрузок, когда от двигателя не требуется максимальная отдача, расход метана заметно ниже бензинового.

 

Двойная экономия на метане

Проще говоря, если на бензине автомобиль расходует в смешанном цикле 10 л/100 км пробега, то расход пропан-бутана при тех же условиях составляет 11,5 л, а метана — 9 м3. А если бензиновый расход — 15 л/100 км, то пропановый составит около 17,5 л/100 км, а метановый — 13,5 м3/100 км.

Налицо — двойная экономия, тем более увесистая, чем объемнее и мощнее двигатель автомобиля и чем выше пробег в установленный период времени.

Посчитайте сами: при среднегодовом пробеге в 30000 км и расходе бензина 15 л/100 км затраты на топливо составят (32 руб./л х 15 л х 300) 144 000 руб.
Автомобиль, работающий на пропан-бутане, потребует в аналогичных условиях (18 руб./л х 17,5 л х 300) 94 500 руб.
А автомобиль на метане (13 руб./м3 х 13,5 м3 х 300) 52 650 руб.!

Т. е. владельцу автомобиля каждый километр пробега на бензине в среднем обходится в 4,80 руб., на пропане — в 3,15 руб., а на метане — в 1,75 руб.: дешевле, чем на пропане, и почти в три с половиной раза выгоднее, нежели на бензине!

А если средний расход бензина — не 15, а, скажем, 20 л/100 км, а среднегодовой пробег — 60000 км?

Металлопластиковый газовый баллон, Nissan Qashqai+2
Металлопластиковый баллон (тип А) объемом 100 л в багажном отделении Nissan Qashqai+2

Система из трех металлопластиковых газовых баллонов, Mitsubishi Pajero IV
Система из трех металлопластиковых баллонов (тип 2) общим объемом 250 л (100+80+70 л) в багажном отделении Mitsubishi Pajero IV: идея — обеспечить по желанию заказчика максимальный пробег на одной заправке

Несомненным достоинством метана является и то, что это очень чистый газ, гораздо чище, чем пропанобутановая смесь и тем более бензин. Перед заправкой на АГНКС его тщательно подготавливают и осушают, и в итоге это обеспечивает двукратное увеличение межсервисного интервала газового оборудования, срока службы его компонентов (в первую очередь редуктора, газовых фильтров и инжекторов) и, как следствие, дополнительное снижение расходов на обслуживание ГБО.

А люди, думающие о чистоте окружающей среды, прежде всего отмечают практически полное отсутствие вредных продуктов сгорания в выхлопе автомобиля, работающего на метане.

В Европе, где проблемы экологии и истощения невозобновляемых природных ресурсов безусловно приоритетнее материальных, решающим оказывается именно этот фактор. Дружелюбие природного газа к окружающей среде обусловлено теми же причинами, что и его высокая топливная экономичность: чем беднее горючая смесь, чем менее она насыщена топливом и более кислородом, тем полнее она сгорает и тем меньше в отходах ее сгорания угарного газа (СО) и других токсичных компонентов — продуктов неполного окисления углеводородов. В разы, в десятки раз меньше. Кроме того, запасов природного газа, имеющихся сейчас на планете, при нынешней мировой энергополитике с лихвой хватит на две сотни лет полного топливного обеспечения, в то время как нефти при тех же темпах освоения по самым оптимистичным прогнозам осталось лет на 40-50.

Для российского менталитета важнее продление срока эксплуатации узлов и агрегатов автомобиля, но и здесь метан впереди: он не содержит смол и не оставляет нагара на свечах, клапанах и стенках цилиндров, не забивает осадком фильтры, не смешивается с моторным маслом и не ухудшает его смазывающие свойства.

 

Газовые баллоны метан

По большому счету, единственным недостатком метана на данном этапе развития автомобильных газовых технологий является довольно высокая стоимость оборудования, главным образом, баллонов.
Плотность природного метана на несколько порядков ниже плотности бензина, и хранить и транспортировать его приходится в сжатом до 200-250 бар (20-25 МПа) или сжиженном в специальных сосудах-термосах состоянии. А это требует использования специальных баллонов — цельнометаллических, металлопластиковых или композитных.

Цельнометаллический газовый баллон Тип 1

Цельнометаллический газовый баллон Тип 1

Цельнометаллические баллоны (Тип 1) изготавливаются из углеродистой (с содержанием углерода от 0,7 % и выше) или легированной стали и рассчитаны на рабочее давление 19,6 МПа (200 кгс/см2).

Металлопластиковый газовый баллон Тип 2

Металлопластиковый газовый баллон Тип 2

Металлопластиковые баллоны также делятся на два типа в зависимости от используемых материалов и особенностей конструкции. Первый — облегченный (Тип 2), состоящий из тонкостенного стального лейнера и армирующей оболочки из композитного материала на цилиндрической части. Основную часть нагрузки здесь несет металлическая часть сосуда.

Металлопластиковый газовый баллон Тип 3

Металлопластиковый газовый баллон Тип 3

Второй (Тип 3) — с алюминиевым лейнером, полностью заключенным в армирующую оболочку из композитного материала по всей поверхности баллона; основную нагрузку на таких баллонах несет именно армирующий кокон из углеродного волокна.
В зависимости от используемых материалов и технологии производства баллоны отличаются коэффициентом совершенства (отношения объема сосуда к собственной массе). Например баллоны 3го типа при использовании намотки стекловолокна и кевлара могут отличаться коэффициентом совершенства в более чем в 2 раза от 0.3 до 0.65.

Композитный газовый баллон Тип 4

Композитный газовый баллон Тип 4

Композитные баллоны (Тип 4) по конструкции схожи с металлопластиковыми типа 3, с той разницей, что лейнер у них не металлический, а полимерный, с армирующей оболочкой из композитного материала или углеволокна.

На сегодняшний день наиболее широкое распространение получили баллоны типов 1, 2 и 3. Первые в силу значительной собственной массы больше подходят для установки на коммерческий транспорт различного тоннажа. На легковых автомобилях, спрос среди владельцев которых на метановое ГБО неизменно растет, предпочтительнее использовать баллоны типов 2 и 3, более технологичные и легкие, но и более дорогие. Баллоны типа 4 пока остаются довольно редким явлением в силу высокой стоимости и небольшой разницы коэффициентов совершенства (отношения объема сосуда к собственной массе) относительно 3-го типа.

При этом, взявшись за калькулятор, мы видим, что в указанных условиях даже при такой стоимости, казалось бы, весьма недешевое оборудование окупается меньше чем за год эксплуатации. 

 

 

Источник: http://elitegas.ru/