Co to jest LPG, CNG i LNG?

Do zasilania silników spalinowych pojazdów samochodowych można wykorzystywać szereg paliw gazowych o różnych właściwościach fizyko-chemicznych.

 

Najczęściej jednak wykorzystywane są:

  • mieszanina gazów ropopochodnych (LPG),
  • gaz ziemny (NG).

Mieszanina gazów ropopochodnych jest magazynowana w fazie skroplonej, a gaz ziemny w fazie lotnej, jako gaz sprężony (CNG) lub skroplony (LNG).

 

LPG

Mieszanina gazów ropopochodnych (LPG- skrót angielskojęzycznej nazwy Liquefied Petroleum Gas) jest obecnie najczęściej wykorzystywana do napędu silników pojazdów samochodowych. W temperaturze otoczenia mieszaninę tych gazów można przechowywać w fazie skroplonej pod stosunkowo niskim ciśnieniem, od 0,2 do 0,1 MPa. 

 imgdolpg.png

Gaz ten odznacza się znaczną odpornością na spalanie stukowe, umożliwiając jego spalanie również w silnikach z zapłonem iskrowym o podwyższonych stopniach sprężania. Teoretyczna liczba oktanowa jest równa 90-110, jest więc wyższa lub równa liczbie oktanowej stosowanych obecnie paliw benzynowych. Gaz ten nie wymaga zatem stosowania toksycznych dodatków antydetonacyjnych. Wartość opałowa skroplonej mieszaniny propanu i butanu jest równa 46 MJ/kg przy gęstości 0,557 kg/dm3, podczas gdy benzyny 43,9 MJ/kg.

 

Mieszaninę gazów ropopochodnych otrzymuje się w procesie rafinacji ropy naftowej oraz podczas wydobywania gazu ziemnego. Mieszanina ta znajduje bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle, rolnictwie, chemii jak i gospodarstwach domowych. Możliwe jest również jej wykorzystanie do napędu pojazdów samochodowych różnych typów (samochód osobowy, ciężarowy, autobus) jak i innych maszyn i urządzeń napędzanych silnikami spalinowymi. Do przechowywania tej mieszaniny w samochodach służą zbiorniki ciśnieniowe, spełniające funkcję zbiornika paliwa. Przebiegowe zużycie mieszaniny gazów ropopochodnych (LPG), wyrażone w kg/100 km jest porównywalne ze zużyciem benzyny, natomiast zużycie wyrażone w dm3/100 km jest dla LPG o około 10-15% większe niż dla benzyny.

 


CNG i LNG
Oznaczenia CNG i LNG to skróty nazw angielskich, odpowiednio Compressed Natural Gas i Liquid Natural

Gas, w języku polskim sprężony gaz ziemny i skroplony gaz ziemny. Głównym składnikiem gazu ziemnego
jest metan, a jego zawartość waha się od 90 do 98 % (objętościowo). Gaz ziemny jest nie tylko
wydobywany z wielu źródeł na świecie, pozyskuje się go coraz częściej z biogazu poprzez
wykorzystanie innowacyjnych technologii uzdatniania biogazu. Jest taktowany wtedy, jako paliwo odnawialne i jest nazywany Biometanem, który dla celów motoryzacji można zarówno sprężać jak i skraplać. 

 porsche-cayenne-zbiornik.png

Do przechowywania skroplonego gazu ziemnego w samochodzie wykorzystywane są zbiorniki kriogeniczne z izolacja termiczna, najczęściej pianowo-proszkową. Objętość tych pojemników wynosi od 70 do 300 dm3, ciśnienie zmagazynowanego gazu nie przekracza 1,5 MPa. W tych warunkach skroplony gaz ziemny może być przechowywany nawet przez okres trzech czterech dni, praktycznie bez strat wskutek odparowania. Wykorzystanie LNG zamiast CNG poprawia znacznie gęstość zmagazynowanej energii w objętości oraz wpływa na znaczne zmniejszenie masy zbiornika. Przechowywanie sprężonego gazu sprężonego w butlach ciśnieniowych ze względu na ich znaczną masę oraz objętość, ogranicza możliwość ich stosowania do samochodów dostawczych, ciężarowych i autobusów. Masa butli krajowej o objętości 80 dm3 wynosi około 90 kg, umożliwiając zmagazynowanie około 16 m3 gazu ziemnego sprężonego do ciśnienia 20 MPa.

 

W samochodach umieszcza się zazwyczaj od 4 do 6 butli, co pozwala na zmagazynowanie od 60 do 90 m3 gazu ziemnego. Ta objętość, w zależności od warunków eksploatacyjnych zapewnia przebieg od 200 do 300 km. Stosowane obecnie technologie wytwarzania butli kompozytowych pozwalają na znaczne zmniejszenie ich masy (masa butli o objętości 80 dm3 nie przekracza 30 kg), jednak dalej pozostaje problem objętości, którą wypełniają butle. Wartość opałowa gazu ziemnego w zależności jego składu równa jest około 35,6 MJ/m3. Stąd też zużycie gazu ziemnego wyrażane w m3 jest nieco mniejsze niż benzyny, wyrażone w dm3 na 100 km. Liczba oktanowa gazu ziemnego jest równa 105-110, a więc charakteryzuje się on znaczna odpornością na spalanie stukowe.

 

Zakres palności gazu ziemnego jest bardzo szeroki, umożliwiając jego spalanie przy współczynniku nadmiaru powietrza w zakresie od 0,6 do 1,9. Możliwe jest tym samym uzyskanie stabilnej pracy silnika na mieszankach ubogich, co pozytywnie wpływa na jego ekonomiczność.
Zarówno skroplona mieszanina gazów ropopochodnych, jak i gaz ziemny są pełnowartościowymi paliwami silnikowymi. Gaz ziemny nie wymaga żadnej dodatkowej obróbki technologicznej, również i silniki zasilane gazem ziemnym nie wymagają zasadniczych zmian, w porównaniu z oryginalna wersją.