Преимущества перехода на газомоторное топливо

АННОТАЦИЯ

Автомобилизация с каждым годом стремительно развивается и приносит большую пользу для людей. Но в то же время, автомобилизация наносит колоссальный вред нашей экологии. При сгорании бензина в двигателе автомобиля выделяются ядовитые вещества. С точки зрения, как экономики, так и по экологическим характеристикам, природный газ в нынешнее время является самым перспективным видом альтернативного моторного топлива.

ABSTRACT

Year by year automobilization is precipitously evolving and becoming a lukrativ for People. Whereas, it has a collosal and detrimental influence to ecology at the same time. For instance, during the burning of gasoline in the engine of vehicle, there are toxic substances making a hazard for people's health. Both economically and environmentally, natural gas is the most perspective kind of alternative petrol today.

Ключевые слова: экология, автомобили, выхлопные газы, бензин, СНГ, СПГ, АГНКС, газомоторное топливо.

Keywords: ecology, automobiles, exhaust, petrol, LPG, LNG, GFCS, flame-engine fuel.

Введение:

Даже если страна имеет огромные запасы нефти, необходимо на будущее обеспечить энергетическую безопасность страны и одновременно не допустить экологической катастрофы от все возрастающего пагубного воздействия транспорта на окружающую среду и население, особенно в крупных городах.

Актуальность:

Большая часть общемирового энергопотребления приходится на автотранспорт. Автомобили, использующие бензин как топливо для двигателя, занимают огромное место в нашей жизни и прежде всего, являются значительным источником вредных выбросов. Автомобильные моторы ежегодно выбрасывают в окружающую среду 11,2 млн. т. токсичных веществ. Основную массу вредоносных веществ составляют: CO – 9 млн т., CH – 1,23 млн. т. и NO₂ – 1,63 млн. т. В атмосферу поступает 27 тыс. т. бензола, 17,5 тыс. т. формальдегида и 1,5 т. бензапирена [3]. По анализам экспертов, загрязнение воздуха вызвано 50-90% из-за выбросов вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при работе автомобильных двигателей. Эксперты пришли к выводу, что решение экологических проблем лежит в стимулировании развития экологически чистых транспортных технологий и в применении экологически чистых топлив. С точки зрения улучшения экологической ситуации в городах при минимальных финансовых затратах очевидно, что только газомоторные топлива могут стать реальной альтернативой жидким нефтяным топливам. Учёные пришли к выводу, что массовое использование бензина и дизельного топлива на 60% превышает опасность для людей, нежели чем массовое пользование ГМТ.

Цели:

1. Расчет выбросов загрязняющих веществ, двигателями внутреннего сгорания автомобилей.

2. Расчет сокращения выбросов загрязняющих веществ, при переоборудовании автомобилей на газовое топливо.

Задачи:

Для решения поставленных целей необходимо воспользоваться формулами:
1. M_год = G_i x K_i

где: G_i– расход _i–го вида моторного топлива;

K_i– коэффициент, определяющий выбросы загрязняющих веществ, образующихся в отработанных газах при сгорании 1 тонны _i-го вида моторного топлива.

2. M_CH = K (C : 12 x П)

где: К- количество автомобилей переоборудованных на газовое топливо;

С- сокращение выбросов загрязняющих веществ, по сравнению с автомобилем, работающим на бензиновом топливе;

12- количество месяцев в 1 году;

П- истекший период времени (месяцы), когда автомашина или несколько автомашин были переоборудованы на газовое топливо.

Диаграмма 1. Ядовитые вещества, выбрасываемые ДВС автомобилей

Как видно из таблицы, при использовании газомоторного топлива, поступление в окружающую среду токсичных веществ значительно снижается. Существенное отличие выбросов вредных веществ объясняется тем, что газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а продукты его сгорания намного меньше загрязняют окружающий воздух ядовитыми веществами. Это является большим преимуществом газобаллонных автомобилей.

Первый, практически пригодный ДВС на газе был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром в 1860 году. С тех пор численность автомобилей возросло в сотни миллионов раз. Широкое распространение получили автомобили, работающие на газомоторном топливе, в европейских странах, а именно в Италии, Голландии, Китае, Франции.

Несмотря на ценовое преимущество и экологическую чистоту, развитие газомоторного топлива не идет быстрыми темпами. Существуют несколько причин торможения развития, и одна из них сложность доставки до потребителя. Потребители не хотят переходить на природный газ, поскольку мало газовых заправок, а поставщики не хотят открывать заправочные станции, из-за малого количества потребителей. Второй и не менее важной причиной является всеобще принятое заблуждение, в котором говорится, что автомобили на газомоторном топливе более склонны к возгоранию и чаще подвергаются воспламенению. Подобные инциденты были актуальны в те времена, когда газовое оборудование устанавливалось не в оснащенных специальным оборудованием лабораториях. Инциденты с возгоранием автомобилей использующих метан случаются намного реже, чем с автомобилями использующих бензин или СНГ для двигательного горючего. Метан можно поджечь лишь в том случае, когда его концентрация в воздухе составляет от 5 до 15%. Также, у природного газа самая высокая температура самовоспламенения -540˚С. Наличие в конструкции автомобиля емкости повышенного давления, естественно, вызывает опасения у потенциального пользователя. Здесь нужно отметить, что у газовых баллонов автомобилей имеется многократный запас прочности. Они проходят целый ряд испытаний на устойчивость к разрушению при падении с высоты, воздействие критических температур, открытого пламени, кислот. Кроме того, как правило, место установки газовых баллонов выбирается из условия статистически реже подверженных деформациям, в случае аварий, участков корпуса автомобиля. Известны случаи воспламенения автомобилей, снабженных газовым оборудованием, но подобные инциденты были связаны с нарушениями эксплуатационных правил. Так, например, когда происходило разрушение пропан-бутанового (СНГ) баллона, рассчитанного на давление 1,6 МПа, при попытке заправить его метаном, подаваемым в баллон под давлением свыше 20 МПа. Безопасность использования ГМТ повышается с каждым годом. К этому можно отнести новейшую разработку холдинга «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех - "Автогаз-2.1" для контроля утечки газа на пассажирском, грузовом и легковом автотранспорте, работающем на газомоторном топливе [4].

Рисунок 1 Автомобильная газонаполнительная компрессорная станция

Метан представляет собой достойную альтернативу бензину и дизтопливу. Он самый экологичный вид топлива, соответствующий нормам «Euro-5», «Euro-6». Действующий стандарт «Euro-5» ограничивает выбросы CO₂ до 0,8 гр. / км., однако при применении СПГ и СНГ уровень этих выбросов составляет 0,1 гр. Метан возможно производить промышленным методом (биометан), то есть при использовании органических отходов. Единовременно решается и часть вопросов с экологией, и часть вопросов с экономикой (энергетикой).

Газ в виде топлива для автомобильных двигателей используется в двух типах – первый тип это СНГ и второй тип это СПГ.

Сжатый природный газ (СПГ) это газ, состав которого почти 95% составляет метан. Его получают путем сжатия на АГНКС до давления 20 МПа. Поскольку плотность природного газа в тысячи раз ниже плотности бензина, его сжимают и таким образом способствуют повышению плотности. После чего его объем сокращается в 200 раз.

Таблица 1.

Выбросы ядовитых веществ и их сокращение при переоборудовании автомобилей на газовое топливо

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) или же смесь пропан-бутана представляет собой смесь сжиженных под давлением легких углеводородов. СНГ производится в процессе ректификации широкой фракции легких углеводородов. Поскольку смесь должна оставаться в жидком состоянии, ее перевозят и хранят под давлением 1,6 МПа. Необходимо выделить, что у этой смеси энергоотдача ниже, чем энергоотдача природного газа почти на 25%. То есть СНГ необходимо заправить на 25% больше чем метан, чтобы автомобиль проехал равное расстояние [1]. Кроме того, запасов СНГ намного меньше запасов природного газа.

Основываясь на информацию, взятой с вышеуказанной таблицы 1, можно сделать следующие выводы:

1. При переоборудовании 1 автомобиля (работающего на бензиновом топливе) на СПГ снижение выбросов составит – 1,174 тонн / год
2. При переоборудовании 1 автомобиля (работающего на бензиновом топливе) на СНГ снижение выбросов составит – 1,557 тонн / год

Актуальность перевода автотранспорта на газ вызвана не только необходимостью улучшить экологическую обстановку, проблемы с которой сказываются на состоянии здоровья человечества, но и другими причинами. Обратить внимание на газомоторное топливо вынуждает дороговизна бензина. Каждый год мы становимся свидетелями того, как на рынке увеличиваются цены на нефть и соответственно цены на бензин и дизельное топливо. Разница в цене между газомоторным топливом и традиционным топливом ощутима. Стоимость СПГ в два-три раза ниже, чем стоимость бензина АИ-91.

По добыче природного газа наша страна занимает ведущее место и имеет большие возможности для замены бензина и дизельного топлива на природный газ. Некоторые страны, в частности Китай, который имеет самое большое количество заправочных станций, считают массовую газификацию приоритетным и перспективным направлением развития национальной экономики и способом обеспечения своей энергетической и экологической безопасности. Со стороны нашего государства принимаются достаточно серьезные меры поддержки для развития газомоторного топлива. Расширяется модельный ряд легкового, грузового и пассажирского автотранспорта, работающих на газобаллонном оборудовании с использованием сжатого природного газа. Так, например, еще в 2016 году на заводе АО «Дженерал Моторс Узбекистан» (нынешнее название AO «UZAUTO MOTORS») выпускался Chevrolet Lacetti адаптированный для использования двух видов топлива – бензина и сжатого природного газа – метана, OOO «SamAvto» - выпускает автобусы с двигателем, работающим на СПГ. Также ведутся строительные работы по созданию новых АГНКС. На заводах увеличивается объем производства автомобильных газовых баллонов и сосудов для хранения сжатого природного газа. Поэтапно сельскохозяйственная техника переводится на использование ГМТ, тем самым снижая себестоимость сельскохозяйственных товаров. Кроме того, открываются совместные предприятия с зарубежными странами по производству оборудования, запасных частей и комплектующих для стационарных (модульных) и передвижных АГНКС, а также по их сервисному обслуживанию. В регионах республики расширяются сети сервисных центров по установке и обслуживанию подкапотного оборудования.

При газификации автомобиля имеется достаточно большое количество преимуществ. Мощность двигателя прямо пропорциональна силе, с которой сжимают топливо без возникновения детонации. Антидетонационная способность топлива определяется октановым числом. Усредненное октановое число метана – 105, что является недостижимым показателем для любых видов бензина. Это позволяет использовать его в моторах с высокой степенью сжатия. Для работы ДВС необходима смесь распыленного топлива и воздуха. Эта смесь воспламеняется только при определенной концентрации топлива. В отличие от бензина, газ горит при малейших концентрациях. В случае повышения концентрации газа и обогащения смеси можно добиться увеличения мощности двигателя. Как показывает эксплуатация, при смене топлива в автомобиле с бензина на газ, автомобиль становятся более выносливым – в полтора-два раза дольше работает без авторемонта. Увеличивается срок службы свечей зажигания на 40%. При использовании ГМТ уменьшается уровень шума работающего двигателя на 2-3 dB [2]. Также газ при сгорании образует меньше золы и твердых частиц, которые изнашивают цилиндры и поршни двигателя. Переход автомобиля на газ не требует переделки двигателя. Низкая скорость горения, по сравнению с бензином, обеспечивает плавность работы двигателя и соответственно, увеличивает его ресурс. Увеличивается срок службы моторных масел в полтора-два раза. На металлических поверхностях масляная пленка держится дольше – природный газ ее не смывает. В салоне автомобиля не пахнет газом, так как любая утечка не позволит пройти испытательную лабораторию. Сейчас, помимо классических всем известных цилиндрических баллонов, применяются тороидальные баллоны. Устанавливаются они вместо запасного колеса, и не занимают внутреннее пространство багажника. Двигатель, работая на метане, становится более пожаробезопасным, поскольку плотность газа меньше, чем у воздуха. В случае возникновении утечки метан не скапливается, а уходит в верхние слои атмосферы. Кроме того, метан обладает высоким порогом воспламенения, благодаря чему он отнесен к наивысшему, 4 классу безопасности среди горючих веществ. Для сравнения, у бензина – 3 класс, у пропан-бутана – 2 класс. И наконец, газ практически не вызывает коррозию металла.

Выводы:

В результате исследования нами был сделан расчет по сокращению выбросов загрязняющих веществ, мы пришли к выводу, что используя газовое топливо, вред экологии в разы снижается. Количество автомобилей в мировом автопарке с каждым днем возрастает. Для предотвращения экологической катастрофы и экономии нефтяных ресурсов, необходимо использовать газовое топливо для автомобилей.

Список литературы:
1. Батталханов А.А Метан на транспорте. Проблемы, задачи и перспективы развития рынков компримированного природного газа. 2015.
2. Беляев С.В., Г.А. Давыдков. Проблемы и перспективы применения газомоторных топлив. 2010. – С.16.
3. Веселов В.Н., Веселова Ю.А., Вишнякова М.Ю. Использование природного газа способ экологизации автомобильного транспорта. 2010. – С.33.
4. Ростех создал оборудование для контроля утечек газа для газомоторного транспорта. / [Электронный ресур]. – Режим доступа: URL: https://rostec.ru/media/pressrelease/rostekh-sozdal-oborudovanie-dlya-kontrolya-utechek-gaza-dlya-gazomotornogo-transporta/ (дата посещения 16.12.2019)