Jak fungují vozidla na zemní plyn

  • Peter Tucker
  • 0
  • 3334
  • 892
ngv Car Culture / Car Culture � ® Collection / Getty Images -
Další
  • Alternativní paliva, která to nikdy neudělala z laboratoře
  • Jak elektrická auta fungují
  • Projekt zvědavosti: Proč bychom se chtěli zbavit soukromých vozidel?

-Kermitova žába jednou řekla: „Není to tak snadné být zelená.“ Přestože se nezmínil o automobilech, jeho pozorování se dnes zdá být zvláště vhodné pro automobilový průmysl: Navrhování, vývoj a uvádění na trh „zelených“ automobilů nebyl snadný úkol, a proto benzínem poháněná vozidla stále vládnou silničním a fosilním palivům. stále představují téměř 75 procent světové spotřeby energie. S tím, jak ceny benzínu stoupají a znepokojují se škodlivé emise, budou mít stále větší význam automobily, které jezdí na alternativní zdroje paliva. Vozidlo na zemní plyn nebo NGV je perfektním příkladem takového automobilu - je to palivově efektivní, šetrné k životnímu prostředí a nabízí relativně nízké náklady na vlastnictví.

Galerie obrázků z alternativního paliva


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

Tento článek vysvětlí základní myšlenku NGV, podívá se na jedinečné výzvy spojené s návrhem a prozkoumá výhody a výhody této technologie.

Objev Někteří učenci spekulují, že lidé žijící na Středním východě objevili tuto vlastnost zemního plynu mezi lety 6000 a 2000 př.nl, když blesky zapálily zemní plyn prosakující ze země. Číňané spálili zemní plyn již v roce 211 př.nl, aby vyschli kamennou sůl nalezenou v vápencové skále. Vyvrtali také první známé studny na zemní plyn pomocí bambusových tyčí a primitivních bitů, ale dokázali dosáhnout pouze hloubky 500 stop. -

Slovo „plyn“ je matoucí pojem, protože se používá k popisu mnoha různých látek, které jsou podobné, ale ne úplně stejné. Například „benzín“, který vložíte do svého automobilu, je benzín, jedna složka ropy nebo ropa. Ropa je tmavá, lepkavá kapalná směs sloučenin vytvořená pod zemí rozpadem starověkých mořských živočichů.

Zemní plyn také pochází z rozkladu starověkých organismů, ale místo kapalné formy přirozeně nabývá plynné formy. Zemní plyn se běžně vyskytuje ve spojení s ropou. Je odvozen z rostlin a vodních organických látek a tvoří se nad nebo pod ropnými ložisky. Při vysokých tlacích v nádrži se často rozpouští v ropě. Existují také nádrže na zemní plyn, známé jako nepřidružený plyn, které obsahují pouze plyn a žádný olej.


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


Podobně jako benzín je zemní plyn hořlavý, což znamená, že může být použit ve spalovacím motoru, jako je benzín. Ale auta, která by mohla spalovat zemní plyn, se na scéně objevila až ve 30. letech 20. století.

Těžíme zemní plyn zachycený v podzemních nádržích vrtáním vrtů do země. Moderní studna, vybavená diamantovými hroty, může vrtat do hloubek blížících se 25 000 stop.

Těžba a zpracování Většina moderních vrtů těží současně ropu i zemní plyn. Nějaký zemní plyn lze použít, protože pochází ze studny, aniž by došlo k rafinaci, ale většina vyžaduje zpracování. Zpracování zemního plynu spočívá v oddělení všech různých uhlovodíků a kapalin od „mokrého“ zemního plynu, dokud není „suchý“. Suchý zemní plyn je čistý metan, který je palivem volby pro mnoho spotřebitelských aplikací, včetně vozidel na zemní plyn.

V průběhu 19. století zůstalo využívání zemního plynu lokalizováno, protože neexistoval způsob, jak přepravovat velká množství plynu na velké vzdálenosti. V roce 1890 vynález netěsné potrubní spojky umožnil přepravovat míle plynu od zdroje. Zlepšení v technologii potrubí pokračovalo v příštích dvou desetiletích, dokud se dálkový přenos plynu stal praktickým. Od roku 1927 do roku 1931 dělníci postavili ve Spojených státech více než 10 hlavních systémů pro přepravu zemního plynu, díky čemuž byl zemní plyn životaschopným zdrojem energie pro mnoho aplikací. Nedostatek ropy na konci šedesátých a začátkem sedmdesátých let přinesl obnovený zájem o zemní plyn jako zdroj paliva, zejména pro automobily.

Dnes mohou majitelé vozidel na zemní plyn doplňovat svá auta na jedné ze 1300 čerpacích stanic ve Spojených státech. Honda také nabízí osobní čerpadlo na zemní plyn pro lidi, kteří si koupí jeho Civic na zemní plyn. Čerpadlo používá existující vedení zemního plynu v domácnosti a lze jej nainstalovat za 500 až 1500 USD.

V další části se budeme zabývat konstrukcí vozidel na zemní plyn.

Bioplyn Zemní plyn není jediným zdrojem metanu. Metan lze také získat fermentací organických látek, jako je hnůj, při nízkých hladinách kyslíku. V takových podmínkách budou bakterie používat živiny v hnoji jako zdroj potravy a uvolňují metan a oxid uhličitý jako odpadní produkty. Tento metan, známý jako bioplyn, může být shromažďován a používán jako zdroj paliva. Vozidla na zemní plyn používají stejné základní principy jako vozidla na benzínový pohon. Jinými slovy, palivo (v tomto případě zemní plyn) se smíchá se vzduchem ve válci čtyřdobého motoru a poté se zapálí zapalovací svíčkou, aby se pohyboval pístem nahoru a dolů. Ačkoli existují určité rozdíly mezi zemním plynem a benzínem, pokud jde o hořlavost a teploty vznícení (viz tabulka níže), samotné NGV fungují na stejných základních pojmech jako vozidla poháněná benzinem..

Vlastnictví Zemní plyn Benzín Nafta
Limity hořlavosti (objemové% ve vzduchu) 5-15 1.4-7.6 0,6-5,5
Automatické zapalování
Teplota (°F)
842 572 446
Vrchol plamene
Teplota (°F)
3423 3591 3729

Stále je však třeba provést některé úpravy, aby NGV fungoval efektivně. Tyto změny se týkají především palivové nádrže, motoru a podvozku.

Skladování paliva
Většina NGV pracuje se stlačeným zemním plynem, takže palivo zabírá méně místa. Na čerpací stanici je plyn stlačen na 3 000 až 3 600 liber na čtvereční palec, než je přečerpán do vysokotlakých trubek ve tvaru trubek, které jsou připojeny k zadní, horní nebo podvozkové části vozidla. Akumulační nádrže dřívějších NGV byly objemné a zabíraly velkou část nákladního prostoru vozidla, ale byly vyvinuty novější a lehčí válce. Tyto integrované kompozitní systémy, nazývané integrované úložné systémy (ISS), jsou obsaženy ve skořepině ze skleněných vláken a pěně pohlcující náraz, aby byly chráněny v případě havárie. Válce mají také menší průměr, takže tři z nich mohou být uloženy pohromadě ve velikosti a tvaru připomínajícím konvenční benzínovou nádrž..


S laskavým svolením laboratoře Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Úpravy motoru
Při spuštění motoru v NGV teče zemní plyn ze zásobních válců do palivového potrubí. V blízkosti motoru vstupuje zemní plyn do regulátoru, aby se snížil tlak. Pak plyn prochází přes vícebodový systém vstřikování plynného paliva, který přivádí palivo do válců. Senzory a počítače upravují směs paliva a vzduchu tak, že když zapalovací svíčka zapálí plyn, efektivně hoří. Motor na zemní plyn zahrnuje také kovaný hliník, vysokotlaké písty, kalená sedla výfukových ventilů z niklu a wolframu a katalyzátor specifický pro metan.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Johns Hopkins University
Nainstalovaný motor na zemní plyn

Úpravy podvozku
K vytvoření prostoru pro zásobníky paliva mohou být nutné některé úpravy v zavěšení NGV. V zadní části vozidla poloprůhledné rameno odpružení někdy nahrazuje odpružení postranního ramene, které je standardní v mnoha autech poháněných benzínem. To vytváří více volného prostoru v zadním podvozku, ale přesto poskytuje hladkou a pohodlnou jízdu. NGV také odstraní rezervní pneumatiku a zvedák, což umožňuje rovný půdorys. Pneumatiky Run-flat, jako jsou pneumatiky pro prodlouženou mobilitu od Goodyear Tire, jsou nainstalovány, aby kompenzovaly skutečnost, že náhradní pneumatika a zvedák chybí.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Johns Hopkins University

Rozdíly v doplňování paliva
Tankování vozidla na zemní plyn se může také trochu lišit. Palivový bod je obvykle v přední části vozidla, i když v některých NGV, jako je Honda Civic GX, je palivový bod v zadní části. NGV může být poháněno u čerpadla s „rychlým plněním“ přibližně ve stejnou dobu, jakou je zapotřebí k pohonu jakéhokoli benzínového nebo naftového vozidla. Alternativně může být NGV poháněno za pět až osm hodin pomocí metody „pomalého plnění“. Domácí čerpací stanice, které nabízí Honda, jsou odrůdy s pomalým plněním, což vyžaduje, aby majitelé aut doplňovali svá vozidla přes noc.

Dále probereme, jaké výhody mají vozidla na zemní plyn oproti vozidlům na benzín a jaké jsou jejich nevýhody.

Největší výhodou NGV je, že snižují emise škodlivé pro životní prostředí. vozidla na zemní plyn mohou dosáhnout až 93 procentního snížení emisí oxidu uhelnatého, 33 procentního snížení emisí různých oxidů dusíku a 50 procentního snížení reaktivních uhlovodíků ve srovnání s benzínovými vozidly. NGV také hodnotí vyšší emise částic 10 (PM10). Částice PM10 transportují a ukládají toxické materiály vzduchem. NGV, které pracují v dieselových aplikacích, mohou snížit emise PM10 faktorem 10.

Vozidla na zemní plyn nabízejí také tyto výhody:

NGV typu Build vs. Buy lze postavit od nuly tak, aby obsahovaly vylepšení designu popsaná výše. Zcela nové vozidlo na zemní plyn stojí 4 000 až 8 000 USD více než srovnatelné benzinové vozidlo. Je také možné modifikovat běžná benzinová vozidla tak, aby fungovala na zemní plyn. Také to může být drahé, přičemž úpravy obvykle stojí 3 000 až 5 000 USD. Vozidla, která jezdí výhradně na zemní plyn, se označují jako „vyhrazená“ vozidla NGV. Vozidla, která mohou pracovat jak na zemní plyn, tak na benzín, jsou známá jako vozidla „bi-fuel“. U vozidel s dvoupalivovým pohonem může řidič během jízdy bezpečně přepínat z jednoho paliva na druhé.

  • NGV jsou bezpečnější. Zásobníky paliva na NGV jsou silnější a silnější než benzínové nebo naftové nádrže. Ve Spojených státech nedošlo k prasknutí palivové nádrže NGV za více než dva roky.

  • Náklady na zemní plyn jsou nižší než benzín. V průměru stojí na čerpadlo zemní plyn o třetinu méně než benzín.

  • Zemní plyn je vhodný a hojný. Ve Spojených státech existuje zavedená plynovodní infrastruktura, která dodává zemní plyn do téměř každé městské oblasti a většiny předměstských oblastí. Ve Spojených státech je více než 1300 čerpacích stanic NGV a každý den se přidává více.

  • Ceny zemního plynu vykazovaly 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 naladěním a výměnou oleje..

Nevýhody
Jednou z největších stížností na NGV je, že nejsou tak prostorné jako benzínová auta. Důvodem je to, že NGV se musí vzdát drahocenného nákladu a zavazadlového prostoru, aby bylo možné umístit válce pro skladování paliva. Navrhování a stavba těchto lahví může být nejen drahá, což přispívá k vyšším celkovým nákladům na vozidlo na zemní plyn ve srovnání s benzínovým vozidlem.


Foto s laskavým svolením Laboratoř aplikované fyziky Johns Hopkins University
Zadní podvozek zobrazující palivové válce

Další nevýhodou je omezený rozsah jízdy NGV, který je typicky asi poloviční než u benzínového vozidla. Například zemní plyn Honda Civic, Civic GX, může dosáhnout až 220 mil bez doplňování paliva. Typický benzínový pohon Civic může ujet přibližně 350 mil bez doplňování paliva. Pokud by na silnici došlo palivo na vyhrazené NGV, muselo by být odtaženo do domu majitele nebo na místní čerpací stanici na zemní plyn, což by bylo 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, který bude trvat dalších 67,1 let, za předpokladu, že úroveň výroby v roce 2003 pokračuje.

Navzdory některým výhodám, které nabízejí NGV, jsou stále relativně neobvyklé. Podle koalice pro zemní plyn je dnes ve Spojených státech na cestách 130 000 NGV a na celém světě více než 2,5 milionu. Abychom to uvedli do souvislostí, vezměte v úvahu, že v roce 2001 bylo registrováno 142,5 milionu vozidel - což znamená, že vozidla poháněná plynem převyšují NGV téměř 1 100 na jeden ve Spojených státech. A přesto více než 40 různých výrobců, včetně Ford, General Motors, Toyota a Volvo, v současné době vyrábí NGV.


Foto s laskavým svolením Honda
Zařízení pro doplňování paliva Phill Home
Honda a DaimlerChrysler jsou dvě automobilky, které jsou na čele vývoje a konstrukce NGV. Honda je prvním výrobcem, který nabízí maloobchodní NGV - sedan Honda Civic GX, který také přichází s domácí čerpací stanicí, kterou společnost dabovala „Phill“. Civic GX je vyhrazený NGV, což znamená, že může běžet pouze na zemní plyn. DaimlerChrysler vyrábí Mercedes třídy E, který pracuje na benzín i na zemní plyn. Je dána klasifikace „NGT“, což znamená „Technologie zemního plynu“, a může ujet jeden kilometr paliva - 186 mil za použití zemního plynu a 435 mil za použití benzínu.

Zatímco vozidla jako Civic GX a E 200 NGT jsou dostupná pouze na velmi omezených trzích (první v některých západních státech, druhá v Evropě), očekává se, že NGV budou v příštích dvou desetiletích dostupnější pro spotřebitele, zejména jak cena ropy stále roste. Když se to stane, být zeleným bude o něco snazší.

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

NGV flotily Palivy náročné na palivo, které cestují každý den mnoho kilometrů, používají zemní plyn po celá léta. To by zahrnovalo flotilu taxíků, tranzitní a školní autobusy, dopravu na letiště, stavební vozidla, popelářské vozy, dodávkové vozy a vozidla pro veřejné práce. Proč jsou flotily zvláště vhodné pro zemní plyn? Zaprvé, větší objem vozidel zefektivňuje přestavbu nebo přímý nákup vozidel. Ještě důležitější je však, že vozidlová vozidla jsou centrálně udržována, takže proces doplňování paliva je pohodlný a spolehlivý.

Mnoho dálkových nákladních vozidel a autobusů jezdí na jinou formu zemního plynu zvanou zkapalněný zemní plyn, neboli LNG. LNG se vyrábí chlazením zemního plynu na -260 ° F a jeho kondenzací do kapaliny. Kapalná forma je mnohem hustší, a proto má více potenciální energie pro množství prostoru, které zabírá. To znamená, že více energie může být uloženo ve stejném množství prostoru na automobilu nebo kamionu.

Děkuji Děkuji Jeff Beckman za pomoc s tímto článkem.

Související články

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

Další skvělé odkazy

  • Vzdělávací stránka Asociace pro dodávky zemního plynu
  • Koalice vozidel na zemní plyn
  • Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
  • Web společnosti Honda Civic GX
  • Vozidla na zemní plyn - Pacific Gas & Electric Company

Prameny

  • 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 domov
    tankovací stanice, „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 společnosti Honda Civic GX
    http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1
  • Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.
    http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm
  • Svět bezpečnosti zemního plynu.
    http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html
  • Vzdělávací místo sdružení pro dodávku 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/ngvorg01.nsf
  • Parfit, M. „Napájení budoucnosti“, National Geographic. Srpen 2005, str.
    2-31.
  • Wright, Michael a Mukul Patel, eds. 2000. Scientific American: How
    věci dnes fungují. New York: Crown Publishers.



Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje