Gépjárművek Üzemanyag ellátó Berendezései 13. EA.
Alternatív hajtóanyagok és hajtási rendszerek Szabó József Zoltán Főiskolai adjunktus BMF Mechatronikai és Autótechnikai Intézet
Legfontosabb Benzin jellemzők
oktánszám illékonyság stabilitás korroziv hatás gyantatartalom
kémiai összetétel (szénhidrogének, kén-, ólom-, hakogén, oxigéntartalom
sűrűség
egyéb tulajdonságok
energiatartalom lobbanáspont, gyulladáspont elektromos vezetőképesség víztartalom stb.
Oktánszám
Az oktánszám a benzin kompresszió tűrésére jellemző mutatószám. Mérése úgy történik, hogy a minősítendő benzint i-oktánból (i-oktán, C8H18) és n-heptánból (normál heptán, C7H16) készített keverékkel hasonlítják össze. Az i-oktán kompressziótűrése jó (100), az n-heptán viszont erősen hajlamos kopogásra (0). A minősítendő benzinnel kopogás szempontjából azonosan viselkedő keverék térfogatszázalékban kifejezett i-oktán tartalmát nevezik a benzin oktánszámának (OZ, Oktanzahl vagy ON, octane number).
A motor oktánszám igényét meghatározó tényezők Motorkonstrukció sűrítési arány hengerméret s/D viszony égéstér alak gyertya helye örvénylés hűtés
Üzemeltetési feltételek beszívott levegő légviszony fordulatszám előgyújtás töltési fok hűtőközeg hőmérséklet lerakódások az égéstérben
Benzinek minőségi alapkövetelményei MSZ11793 Oktánszám, kísérleti módszer szerint, legalább Oktánszám, motor módszer szerint, legalább Ólomtartalom, g/dm3, legfeljebb Benzoltartalom, % (v/v), legfeljebb Kéntartalom, % (m/m), legfeljebb Elpárolgási maradék, mg/100 cm3, legfeljebb Korróziós hatás rézlemezen, korróziós fokozat, legfeljebb Sűrűség 15 °C-on, g/cm3
En-91
Esz-95
Esz-98
91 82,5 0,013 2,0 0,05 5
95 85 0,013 2,0 0,05 5
98 88 0,013 2,0 0,05 5
1
1
1
0,720-0,780
Desztillációs jellemzők: Átdesztillált mennyiség, % (v/v) 70 °C-ig, nyáron/télen 100 °C-ig, nyáron/télen 180 °C-ig, nyáron/télen, legalább Végforrpont, °C, legfeljebb Desztillációs maradék, °C (v/v), legfeljebb Gőznyomás, bar, nyáron/télen Szín
185-42/20-47 40-65/42-70 85 215 2 0,45-0,70/0,60-0,90 zöld színezetlen színezetlen
Benzinek kéntartalmának határértékei Magyarországon: 1986-tól 0,2% (2000 ppm) ólmozott 0,1 % (1000 ppm) ólmozatlan 1997-től 0,05 % (500 ppm) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2000-től 0,015 % (150 ppm) 2005-től 0,005 % (50 ppm) 2008-tól 0,001 % (10 ppm) kénmentes* 2000-től a magyar határértékek azonosak az EU határértékekkel *Ausztria, Németország, Svédország 2003-tól
A gázolaj
Cetánszám Cetánszám,
cetánindex A gázolajok gyulladási készségét jellemző tulajdonság. A cetánszámot speciális vizsgálómotorban határozzák meg amely során a vizsgált gázolaj gyulladási hajlamát összehasonlítják cetánból (cetánszáma=100) és -metilnaftalinból (cetánszáma=0) álló szénhidrogén elegy gyulladási hajlamával. Azonos gyulladási hajlam esetén az összehasonlító elegy térfogatszázalékban mért cetán tartalma adja meg a vizsgált gázolaj cetánszámát.
-metil-naftalin (C11H10)
cetán (C16H34)
A cetánszám hatása a motor üzemére dp/d
A cetánszám befolyásolja a motor indíthatóságát a motorjárás keménységét az égési csúcsnyomást a tüzelőanyag-fogyasztást a füstgázhőmérsékletet a lerakódásokat a motor füstölését
Gázolaj szabvány Sűrűség 15 °C-on,
kg/mm3
Cetánszám, legalább
-
Cetánindex, legalább
-
MSZ 1627
MSZ EN 590
820-860
820-845 51
48
kipufogógáz, lerakódások v/v %
350 °C-ig, legalább 95 %-os pont, legfeljebb Kinematikai viszkozitás, Hidegszűrhetőségi határhőmérséklet (CFFP)*, legfeljebb Conradson-szám 10 (v/v) %-os lepárlási maradékból, legfeljebb Lobbanáspont (PM), legalább Kéntartalom, legfeljebb
indÍtási és égési tulajdonságok, károsanyag- és zajkibocsátás
46
Desztillációs jellemzők: Átdesztillált mennyiség, % (v/v) 250 °C-ig, legfeljebb
kipufogógáz, teljesítmény, fogyasztás
65
65
85
85
°C mm2/s °C
360 20 °C-on 3,0-8,0
40 °-on 2,0-4,5
nyáron +5
nyáron +5
télen -15
télen -20
hidegüzem
lerakódások az égéstérben
m/m %
0,1
°C
55
55
mg/kg
500
350
1b
1b
Korróziós hatás rézlemezen, korróziós fokozat, legfeljebb
párolgás, porlasztás, kenés
biztonság korrózió, részecskekibocsátás, katalizátor
Víztartalom, legfeljebb
mg/kg
nyomokban
200
korrózió
Oxidhamu, legfeljebb
m/m %
0,01
0,01
lerakódások az égéstérben
Aromásanyag tartalom
m/m %
nincs előírás
0,3
HFFR
µm
460
Károsanyag-kibocsátás
Miért keresünk alternatívákat?
Alternatív hajtóanyag használatának indokai
Kőolajkészletek egyenlőtlen eloszlása (importfüggőség csökkentsége) Kőolajkészletek előre jelzett kimerülése Kőolajár változások Kőolajtól való függőség csökkentése Környezetvédelmi és humánbiológiai okok Megújítható és megújuló energiaforrások kihasználása Környezetszennyező fosszilis energiahordozók kiváltása Jobb minőség igénye Kisebb költség igénye Vidéktámogató politikai lehetőség Mezőgazdasági túltermelési válságok levezetése Parlag-földek hasznosítása Kisebb szén-dioxid kibocsátás Hozzájárulás a talaj- és vízvédelemhez, továbbá az élőhelyminőség javításához
A világ olajtermelésének alakulása
forrás: NKTH konferencia Veszprém 2005
Olaj kitermelés kilátásai
forrás: NKTH konferencia Veszprém 2005
Személygépkocsi állomány
1000 lakosra eső személygépkocsik száma (2001-ben) •Monaco 686 Magyarország 236 •Olaszország 565 Törökország 67 •Németország 529 Kína 5,9 Automobil-Rervue 2002
A személy- és haszongépjármű állomány változása Európában és Észak-Amerikában
A jelenlegi helyzet
Összesen több mint 900 gépkocsi van
millió
• Ennek több, mint 99 %-a benzin- vagy dízelüzemű • 3,5 millió (0,5 %) propán-butángáz (LPG) hajtású autó • 850 ezer (~0,1 %) földgáz (CNG és LNG) hajtású autó Ez mind CO2-t bocsát ki, amely megváltoztatja a bolygó hőmérsékletét
Károsanyag-kibocsátás
A CO2 és a globális felmelegedés
A globális felmelegedés „speciális”? hatásai (eddigi kutatásaim alapján)
Ma reggel…
A globális melegedésre utaló megfigyelések - A kontinentális jégtakaró 10%-kal csökkent
- Tavaszi hóolvadás korábban indul - Folyók, tavak jege korábban kezd olvadni - Az Északi Sark körzetében a jég elvékonyodott, kiterjedése nyáron 1015%-kal csökkent - Magashegységek gleccserei visszahúzódnak - A vegetációs időszak megnövekedett
- Virágzási időszak korábbra tolódott - A költöző madarak tavasszal korábban érkeznek - Élőhelyek magasabb szélességek felé tolódnak - Áramlási rendszerek módosultak (trópusokon, nyugatias szelek övében)
A Rhone-gleccser visszahúzódása az Alpokban
1910
2003
© Gesellshaft für ökologische Forschung
Személygépkocsik európai emissziós határértékei (g/km) Fokozat
Év
CO
HC
HC+NOx
NOx
PM
Euro 5
várhatóan 2009.09.01 0,5
0,23
0,18
0,005
Euro 6
várhatóan 2014.09.01 0,5
0,17
0,08
0,005
Dízel
Benzin Euro 5
várhatóan 2009.09.01 1
0,075
0,06
Euro 6
várhatóan 2014.09.01 1
0,075
0,06
Alternatív lehetőségek napjainkban A környezetbarát autó
Hidrogén Biodízel
Kombinált
Közvetlen befecsk.
Common rail
CNG
Párhuzamos
Villanymotor
Szegény keverék
Elektr. szabályozás
LPG
Soros
(Akku)
Dízelmotor
Alternatív hajtóanyag
Villamos és hibridhajtás
T.anyagcella
Benzinmotor
Térfogat/ energia
Hatásfok Töltési idő
Tömeg/energia
Biztonság
Előfordulás
Zajkibocsátás
Ezeken kívül: Környezetszennyezés
Infrastruktúra Előállítási költségek
hatósugár
üzembiztonság divat stb.
Alternatív lehetőségek értékelési szempontjai
Átmeneti megoldások
Motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények
Alkalmas legyen energiaátadásra a belsőégésű motorok működési körülményei között Könnyű kitermelhetőség vagy előállíthatóság Minél kisebb mértékű károsanyag-kibocsátás legyen kitermeléskor vagy előállításkor Nagy és viszonylag állandó mennyiségben rendelkezésre álljon Környezetre káros összetevőket ne, vagy csak nagyon kis mennyiségben tartalmazzon Nagy energiatartalom Szükséges mértékű elpárolgás Ne okozzon korróziót Kellő hő-stabilitás Megfelelő kémiai ellenálló-képesség Ne legyen mérgező Lehetőleg ne legyenek szennyezők és korróziókeltők sem a visszamaradó hajtóanyag-komponensek, sem az égéstermékek; ezek ne koptassák a hengereket és más motorelemeket
Megfelelő kenőképesség Összeférhetőség motorolajokkal Elfogadható ár Könnyű és veszélytelen kezelhetőség Felhasználáskor viszonylag környezetbarát égéstermék Meglevő motorokban való alkalmazhatóság: ne okozzon beruházási bizonytalanságot az üzemeltetőknél; ne legyen piac-bevezetési fékező hatása; hajtóanyaggyártók és –forgalmazók kockázatmentessége; gépjárművek üzemeltethetősége alternatív hajtóanyag hiányában hagyományossal Meglevő motorok kismértékű átalakítási igénye: problémamentes és kis költségű megvalósítás; alkalmasság a hagyományos hajtóanyaggal való üzemeltetésre vagy könnyű visszaállíthatóság; beállítható paraméterek változtatása Környezetvédelmi és humánbiológiai szempontból legalább olyannak kell lenniük, mint a hagyományos hajtóanyagoknak: korlátozott emisszió; fontosabb nem korlátozott kibocsátások pl. aldehidek; kis összes széndioxid emisszió; jó biológiai lebonthatóság; nem nagyobb zajkibocsátások Üzemeltethetőség legkisebb költségráfordítással: ne legyen nagyobb a fogyasztás; hosszú távú rendelkezésre állás; karbantartási és javítási költségek ne növekedjenek; ne legyen drágább a hagyományos hajtóanyagnál; összeférhetőség a szokásos motorolajokkal Elegendő és állandó minőségű hajtóanyag rendelkezésre állása mindenütt
Hajtóanyag előállításra alkalmas energiaforrások Energiaforrások Kimerülők
Megújulók
Megújíthatók
Fosszilis energiahordozók: Szén Kőolaj Nem hagyományos kőolaj Földgáz Nem hagyományos földgáz Nukleáris üzemanyagok Hasadóanyagok Tenyészanyagok Fúzió anyagai Radioizotópok Geotermikus energia Konvekció Kondukció Hőhordozók Forró sziklák Exoterm reakciók
Napenergia Napsugárzás Fotoszintézis Szélenergia Vízfolyások energiája Tengeri hőmérséklet különbség Tengeri áramlások Hullámzás Gravitáció Árapály Égitestek vonzása Kozmikus hatások
Biológiai energia Izomerő Biomassza Mikrobiológiai reakciók
Az ideális zárt CO2 lánc
A CO2-csökkentés ára
Az etanol (etil-alkohol: CH3-CH2OH) az egyik legrégebben alkalmazott motorhajtóanyag. Az etanolt gyakran bioetanolnak nevezik, hogy megkülönböztessék a kémiai szintézissel nyert etanoltól. Az etanol karbónium/hidrogén aránya kedvező és oxigéntartalma is nagy. A nagy oxigéntartalom miatt sokkal kisebb a sztöchiometrikus levegő/hajtóanyag tömeg- és térfogatarány. Ezért motorbenzinhez beállított befecskendező rendszerben túl híg etanol/levegő elegy keletkezik.
Bioetanol kísérletek
Az etanol előállítása nagyon hasonlatos a pálinkáéhoz. Ha egy teljesen általános élesztőgombát légmentes helyen tartunk és cukrot adagolunk hozzá (szőlőcukrot) tehát glükózt, akkor az élesztőgomba a cukorból alkoholt fog erjeszteni, mint ahogy a szőlőben lévő szőlőcukrot erjesztik az élesztők borrá. Honnan és miből lehet ilyen nagy mennyiségű cukrot előállítani, kinyerni? A a növényekből, melyek nagy része cukor polimerből épül fel. Ezek olyan polimerek, melyeknek monomerje cukor. A monomer egyébiránt egy olyan egyszerű molekula, ami a hozzá hasonlókkal addíciós vagy kondenzációs reakcióban polimert képez. Így tehát az etilén (CH2=CH2) a polietilén (-CH2=CH2 -)n monomere. Legtöbbször a két cukor polimer a keményítő és a cellulóz. A polimereket le kell bontani ahhoz, hogy cukrot tudjunk készíteni belőle. A lebontási folyamatot hidrolízisnek hívjuk, ami a molekula víz hatására történő felbomlását jelenti, ( észterek felbontása alkoholra és savra). Létezik olyan növény is amely monomer formában tartalmazza a cukrot, mint például a cukornád és ami Magyarországon még gyakoribb, a cukorrépa, (utóbbi két növényt használva nincs szükség hidrolízisre). Ezek után láthatjuk, hogy több féle módon is juthatunk bioetanolhoz. Keményítő alapon Cellulóz alapon Cukor alapon
Az etanol előállítása
Az etanolt többféle céllal lehet felhasználni a motorhajtóanyagokban: Motorhajtóanyagként (átalakított benzin- és dízelmotorok) Hagyományos motorhajtóanyagok keverőkomponenseként, Motorbenzin keverőkomponense Dízelgázolaj keverőkomponense Adalékként
Az etanol felhasználása
Oxigéntartalmú adalékként Oktánszámnövelő adalékként
Bio-eredetű adalékként Bio.eredetű keverőkomponensként Adalékok molekulaalkotójaként Hagyományos adalékok esetén (etiltercier-butil-éter: ETBE) Bio-adalékok esetén (bio-ETBE)
Energiaelemek (telepek) hidrogéntárolójaként
E85: 85% etanol - 15% benzin
Az etanol főbb jellemzői
Az etanol sűrűsége inkább a motorbenzinekre jellemző tartományba esik. Forráspontja a könnyűbenzinek forráspontjához áll közelebb. Párolgáshője sokkal nagyobb a motorhajtóanyagokénál, de égésmelege és fűtőértéke jóval kisebb azokénál. Korlátlanul elegyedik a vízzel. Nagy kísérleti oktánszáma kedvező, de nagy a szenzibilitása is. Előnyös, hogy bio-lebontható, ami motorhajtóanyagként való felhasználását igen vonzóvá teszi a szigorú környezetvédelmi előírások 50% etanoltartalmú motorbenzin miatt. színének változása Tulajdonságai alapján közelebb áll a motorbenzinekhez, mint a dízelgázolajokhoz.
Etanol minőségi jellemzői a motorbenzinhez és a dízelgázolajhoz viszonyítva Jellemzők
Etanol
Motorbenzin
Dízelgázolaj
Képlet
CH3CH2OH
C4–C12
C8–C20
Molekulatömeg C, % H, % O, %
46,07 52,14 13,13 34,73
110 (átlag) 85-88 12-15 -
170 (átlag) 85-88 12-15 -
Sűrűség, g/cm3, (20˚C/4˚C)
0,7893
0,69-0,80
0,82-0,86
Atmoszférikus forráspont, ˚C
78,5
27-225
240-360
Párolgáshő, 20˚C, MJ/kg
0,839
0,349
0,256
Párolgáshő, 20˚C, MJ/dm3
0,662
0,251
0,237
Lobbanáspont, ˚C
12,8
-43(-)-39
52-96
Öngyulladási hőmérséklet, ˚C
423
495
260
Éghetőségi tartomány levegőben, tf%
4,3-19,0
1,4-7,6
1,0-5,0
Égésmeleg, MJ/kg
29,8
47
45
Fűtőérték, MJ/kg
26,7
43
42
Sztöchiometrikus levegő/hajtóanyag tömegarány
8,97
14,7
14,5
Sztöchiometrikus levegő/hajtóanyag térfogatarány
14,32
55
85
Vízoldhatóság, 20˚C, %
Minden arányban
0,009
-
Kísérleti oktánszám
111
88-98
-
Motor oktánszám
92
80-88
-
Cetánszám
8
8-14
40-60
Gőznyomás, 38˚C, kPa
16
48-103
-
Bioetanol programok
Szintetikus motorhajtóanyagok
„A szintetikus cseppfolyós szénhidrogének „szintetikus kőolajból” vagy más elsődleges energiahordozókból közvetlenül vagy közvetve előállított, főleg szénből és hidrogénből álló vegyületek elegyei, amelyek megfelelő feldolgozásával, illetve finomításával a természetes kőolajból nyerhető motorbenzinekéhez és/vagy dízelgázolajokéhoz nagyon hasonló minőségű termékeket kapunk.”. A fontosabb előállítási lehetőségek:
különböző forrásokból (földgáz, kőszén, szénhidrogén kondenzátumok, biomassza stb.) kapott szintézisgázból kiinduló előállítások; metanol közvetlen átalakítása motorbenzinné; metanol átalakítása etilénen át (krakkolás, hidrogénezés); metán „kapcsolása”; C2-C4 szénhidrogének átalakítása benzinné; kőszenek lepárlása; kőszenek cseppfolyósítása; biomassza lepárlása, pirolízise; gumiabroncsok pirolízise stb.
GTL „Gas to Liquid Technologie”
(GTL: „folyadék gázból”) néven vált ismertté a cseppfolyós szintetikus szénhidrogénelegyeknek szintézisgázból történő előállítása (ha földgázból állítják elő a szintézisgázt). Az alapeljárás a Fischer-Tropsch szintézis, amellyel szénhidrogén molekulákat –CH2- egységekből építenek föl. A cseppfolyós szénhidrogénelegyek előállítására szolgáló eljárás alapanyagai a szintézisgázok. Ezek hidrogén és szén-monoxid, különböző arányú elegyei. Ezeket a következő nyersanyagokból lehet előállítani: földgáz, kőszén, benzin, fűtőolaj, bitumen, biomassza stb., majd ezekből, a szintézisgázokból állítanak elő cseppfolyós szénhidrogéneket, azaz szintetikus kőolajat, amelyeket azután izotermáló hidrokrakkolással különböző termékekké alakítanak.
A Shell szintetikus gázolajának teljesítményjellemzői Jellemzők
Teljesítmény-következmény
Nagy cetánszám
Kis gázemisszió (CO, szénhidrogén, NOx) Kis részecske-kibocsátás
Kis sűrűség
Kis részecske-kibocsátás Kisebb teljesítmény Nagyobb hajtóanyag-fogyasztás térfogategységre Kisebb hajtóanyag-fogyasztás tömegegységre
Nagy-parafin koncentráció
Rossz folyási tulajdonságok kis hőmérsékleten Jó biolebonthatóság
Kis aromás-tartalom
Elasztomerekkel esetleg összeférhetőségi problémák
Kis kéntartalom
Kis részecske-kibocsátás Nem megfelelő kenőképesség Kismértékű természetes oxidációgátlás
Kevés poláris „molekularész”
Kis kenőképesség Kismértékű természetes oxidációoxidációgátlás
Dízelgázolajok összehasonlítása Jellemzők
CARB Új összetételű dízelgázol „emissziót csökkentő” aj dízelgázolaj
Fischer-Tropsch dízelgázolaj
Kéntartalom, ppm
~120
10
~0
Nitrogéntartalom, ppm
~100
0
~0
Aromástartalom, ftf%
10-22,5
8,8
0
1-5
0,5
0
~0,845
0,818
0,780
~54
62
75
Többgyűrűs aromástartalom, % Sűrűség, g/cm3
Cetánszám
PWC, könnyű gépjárm ű
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
PWC, nehéz gépjárm ű
utóátalakító katalizátorral és részecskeszűrővel CARB, könnyű gépjárm ű
CO
szénhidrogén
Nox
részecske
CARB, nehézgépjárm ű
A Fischer-Tropsch dízelgázolaj emissziója az új összetételű dízelgázolajhoz (RFD) viszonyítva
Előnyök: Több – hagyományos, megújuló és megújítható – nyersanyagforrásból való előállíthatóság Kén-, nitrogén- és aromásmentesség Felhasználhatóság hagyományos gépjárművekben és motorokban Kisebb emisszió Kisebb kedvezőtlen hatás az utóátalakító katalizátorok aktivitására Kisebb mérgező hatás kezeléskor, szállításkor, elosztáskor Jobb biológiai lebonthatóság a kőolajipari dízelgázolajokénál Kőolaj alapú dízelgázolajok emissziós jellemzőinek javítása Hátrányok: Jelenleg kis mennyiségben állnak rendelkezésre Kisebb a térfogategységre eső energiatartalom (7-8%) A jelenleg érvényes dízelgázolaj szabványok sűrűségre vonatkozó előírását nem elégítik ki (csak kőolaj alapú dízelgázolajjal elegyítve lehet forgalmazni) A megfelelő kenőképesség csak adalékolással érhető el Előállítási költségük valamivel nagyobb a hagyományos gázolajokénál.
BTL „Biomass to liquid”
A cseppfolyósítással folyékonnyá alakított biomasszát nevezik BTL-nek (Biomass to liquid). Ezzel az eljárással a növények bármely részéből, bármely biológiai alapanyagból lehet folyékony motorhajtóanyagot előállítani. A BTL technológiával előállított üzemanyagok is rendelkeznek a zárt szén-dioxid-ciklus előnyeivel, vagyis nem erősíti az üvegházhatást. Német kutatóintézetek szerint hektáronként biomasszából legalább 330 liter BTL-t lehet előállítani így. Európa üzemanyag-szükségletének 40%-át lehetne biomasszából fedezni. A gyártási folyamat során biomasszából nyert gáz további technológiai folyamatokon megy keresztül. Ennek során négy különböző folyékony üzemanyag keletkezik, amelyek a teherautók dízelmotorjától kezdve a repülőgépturbinákig bármely belsőégésű motor hajtására alkalmasak.
Biogáz – benzin rendszer kísérletek
AUTÓGÁZOK ALKALMAZÁSA
Autógáz felhasználási lehetőségeinek csoportosítása
Autógázok fajlagos energiatartalma
Autógázok kritikus hőmérsékletei
Propán és Bután felhasználása Európában
Autógázok motorikus tulajdonságai
A motorhajtó jellemzői
Gázolaj
Cseppfolyós gáz (PB-gáz)
Sűrített földgáz
Sűrűség 20 °C-on tartályban 0,66-0,75 kg/l légköri nyomáson kg/m3
0.80-0,86
0,52-0,56
0,14-0,16
2-2,7
0,7-0,8
Energiasűrűsége tartályban 44 MJ/kg MJ/l 31,4 3 Légköri nyomáson MJ/m
42,7
45,6-46
46,5-49
35,6
24,7
6,7-7,9
anyag Benzin
28-35 Levegő és hajtóanyag 14,7:1 elméleti súlyaránya
14,5:1
15,5:1
17:1
Forráspont °C
25-110
150-360
-22
-163
Gyulladáspont °C
230-280
350-430
490-510
600-640
Oktánszám
76-98
100
120
2-9
5-15
Cetánszám
45-55
Gyulladási koncentráció tf 1-6,5 %
1-5
Gázmotor környezetszennyezése
Különböző motor/hajtóanyag technológiák ózonképző hajlama
A propán-bután gáz (LPG)
Olyan gázelegy, amely a kőolaj és a földgáz kísérője vagy a kőolaj-feldolgozás különböző eljárásainak kísérőterméke. A PB szénhidrogének elegye. Fő alkotói a propán és az nbután, egyéb komponensei pedig az i-bután, pentán, etán, propén és butének, valamint kéntartalmú szagosító adalékok, amelyeket biztonsági okokból kevernek a gázhoz. Környezeti körülmények között gázhalmazállapotú de már kis nyomáson cseppfolyósítható. (4-5 bar)
Benzinmotor LPG gáz rendszer
Landi Renzo Omegas LPG gázüzemű autó üzemanyagellátó rendszer fő részei
Földgáz üzemű járművek
PB-üzemű gépjárművek Előnyök: károsanyag-kibocsátása nagyon kis kéntartalom – kis szulfát-emisszió kis hidegindítási emisszió viszonylag nagy oktánszám (112 és 92) égéskor kisebb a legnagyobb nyomás – zajcsökkentés, motorélettartam növelés folyadék formában lehet tárolni kis nyomáson és környezeti hőmérsékleten viszonylag gyors tankolás a PB-hajtóanyagrendszerek zártak, ezért a párolgási veszteség elhanyagolható könnyen szállítható és különösebb felügyelet nélkül tárolható nincs szükség utó-átalakító katalizátorra elhanyagolhatóan kevés mérgező komponenst tartalmaz a tüzelőanyag-ellátó rendszer helyes megtervezésével és elhelyezésével a volumetrikus hatásfok-veszteség, s ezáltal a teljesítményveszteség kicsi, turbófeltöltés nem szükséges a nagyoktánszám lehetővé teszi a kompresszióviszonynak és a hajtóanyag hatékonyságának növelését kisebb részecske-emisszió hatótávolsága hasonló a benzin üzemű járművekéhez nagyobb a fűtőértéke, mint a benziné nem korlátozott káros anyagok, kisebb mértékben vannak jelen mint a hagyományos üzemanyagok alkalmazásakor
Sűrített földgáz-üzemű CNG rendszer A metán, különböző földgázokban található meg a legnagyobb mértékben. A metánt jelenleg sűrített (komprimált) formában használják alternatív üzemanyagként. Innen jön a komprimált földgáz megnevezés: CNG (compressed natural gas). Legfeljebb 200 bar nyomásra sűrítve, gázállapotban használják járművek hajtóanyagaként. A hajtóanyagtartályban tárolt gáz megengedett legnagyobb nyomása 250 bar, a gáztartály térfogata a hagyományos motorhajtóanyagénak kb. ötszöröse.
A földgázüzemű gépjárműveket benzin- vagy dízeljárművek átalakításával gyártják. A szikragyújtású motoroknál általában a kettősüzemű motorokat alkalmazzák, amelyeknél át lehet váltani földgázról benzinre és fordítva is.
Kettős tüzelőanyagú földgáz-benzin motor
Volkswagen Caddy CNG gázellátó rendszer
VW Caddy EcoFuel gázautó műszaki adatai
CNG sűrített földgáz alkalmazás előnyei
Nagy mennyiségben rendelkezésre áll Kénmentes Kicsi részecske kibocsátás (C/H arány) Elhanyagolható a párolgási veszteség Hidegindításkor kisebb az emisszió, mert a hajtóanyag gázfázisú Nagy oktánszám – nagyobb kompresszió-arány, turbófeltöltés lehetősége Kevesebb szén-dioxid keletkezik, mint benzin vagy dízelgázolaj estén Gyúlékony, ezért soványabb keverék is stabil égést eredményez Nagyobb a hőtartalma, mint a benziné Nagyobb a gyulladási hőmérséklete, mint a benziné vagy a gázolajé, ezért gyulladásra kevésbé hajlamos, ezért biztonságosabb Mérgező komponenseket nem tartalmaz Sokkal könnyebb, mint a levegő, ezért biztonságos Nehézgépjárműveknél való alkalmazáskor csendesebb, mint a dízel üzeműek A nyári szmog kialakulásának esély kicsi Viszonylag olcsó Hosszabb a motorolaj-csereperiódus Hosszabb a motorélettartam
CNG sűrített földgáz hátrányai
Kőolajfüggőséget enyhíti, de földgázfüggőséget okozhat A földgáz tárolása nehézkes a járművön Olyan utó-átalakító katalizátort igényel, amelyben sok aktív komponens van a metán oxidációjának minél teljesebb megvalósítására Speciális töltőállomásokat igényel A hajtóanyagtartály többletsúlya nagyobb fogyasztást okoz A földgáz lassabban ég a benzinnél, lamináris lángterjedés sebessége kisebb A földgáz injektálása a beömlőnyílásba kis nyomáson, illetve közvetlenül a hengerbe nagy nyomáson, módosított és speciális injektorokat igényel A kipufogógázban viszonylag sok a metán Vízgőzt abszorbeál, amely megfagyhat Jelenleg a kettősüzemű jármű hatótávolsága kb. 300km, a csak CNG-üzemű járműé 300-600 km Tankolási idő hosszabb kb. 10%-kal kisebb teljesítmény visszaégést okozhat a szívócsőnél
Autógázok gyakorlati alkalmazása
A gázüzemű járművek kikísérletezését fejlett külföldi országok (USA, Kanada, Németország, Anglia, Svédország, Hollandia és Olaszország) nagy autógyárai, illetve autóbuszgyártói kezdték el. Ezek a cégek milliókat költöttek, hogy egy sereg alternatív üzemanyag-technológiát dolgozzanak ki. A metanollal, propánnal és metánnal is sikeres kísérletet végeztek. A legsűrűbben alkalmazott és bevált típusok a sűrített földgázzal működő Scania és az etanol üzemű Volvo városi buszok. Az első gázautók a 70-es évek közepén jelentek meg útjainkon. A házilag barkácsolt járművek balesetei és energiapolitikai megfontolások vezettek oda, hogy a közúti járművekben megtiltották a gáz használatát.
Magyarországi helyzet
Az első gázautók a 70-es évek közepén jelentek meg útjainkon. A házilag barkácsolt járművek balesetei és energiapolitikai megfontolások vezettek oda, hogy a közúti járművekben megtiltották a gáz használatát. Az 1993-ban hatályba lépett jogszabályok a tiltást megszüntették és nálunk is lehetővé tették ezáltal a gázüzemanyagok használatát a járművekben. A PB-gáz használatára az Európai Unióban is használt műszaki előírásokat vezették be. A megváltozott jogi szabályozás hatására gyorsan szaporodtak a speciális gázautó-javító műhelyek és a gázkutak. A cseppfolyós autóház használata rohamosan növekedett. Elsősorban személygépjárműveket alakítottak át. Ennek legfontosabb oka volt a sűrített földgázhoz képest a cseppfolyós gáz nagyobb energiatartalma, olcsóbb beszerelése és a cseppfolyós gáz ellátásáért felelős töltőállomás létesítésének jóval kisebb költsége. Ma már több mint 100.000 db kettős üzemű cseppfolyós gázzal működő személygépjármű és kisteherautó közlekedik útjainkon.
Gazdaságosság a valóságban
A jelenleginél jóval alacsonyabb árak mellett, kezdetben a benzinnel egyenértékű mennyiségű autógáz ára csak 50-60%-a volt a benzin árának. Ez az arány az üzemanyagok árának növekedésével csökkent. A környezetvédelmi szempontból még a cseppfolyós gáznál is előnyösebb sűrített földgázzal működő járművek nem terjedtek el hazánkban. Az Európai Unió más tagállamaiban az autógázok ára fele, harmada a benzin árának. A kormányok ösztönzik az alternatív üzemanyagok, a gáz és a nem kőolajból előállított üzemanyagok használatát. Európához, az Európai Unióhoz való csatlakozásunk miatt meg kellene reformálni a benzin-gáz árarányt. A háztartási és az autógáz árát az adótartalom csökkentésével közelíteni kell egymáshoz, vagy egyenlővé kell tenni. Előbb vagy utóbb az Európában szokásos benzin-gáz árarányt kell kialakítani hazánkban is. Az általánosan használt belsőégésű motorokban viszonylag egyszerű átalakítással felhasználhatók a gázüzemanyagok. Használatának sok előnye mellett mégsem lehet számítani forradalmi változásokra. A gázüzemű járművek aránya a teljes járműállományban a legnagyobb gázautós hagyományokkal rendelkező Olaszországban, Ausztráliában sem éri el a 15%-ot. Magyarországon jelenleg kb. 2,5%.
Mi lenne az ideális kombináció? Hajtóanyag: HIDROGÉN előállítás: vízből nap-, szélenergiával (?)
égéstermék: víz
Energiaátalakítás: TÜZELŐANYAG-ELEM jó hatásfok (~60 %) kis hőmérséklet (~80 °C)
Járműhajtás: VILLANYMOTOR nulla szennyezés
visszatáplálás
Hidrogén ideális körfolyamata
forrás: www.BMW.de
A Hidrogén előállítás folyamata
