LPG a CNG

   Něco málo z historie

V českých zemích se nový dopravní prostředek, automobil se spalovacím benzinovým motorem, objevil v Praze okolo roku 1895.

Využívání plynu v dopravě začalo v českých zemích v roce 1936. Konkrétně se jednalo o používání stlačeného svítiplynu k pohonu automobilů, autobusů a traktorů. Vítkovické železárny jako první vyráběly kompresní tankovací stanice a provozovaly na svítiplyn vlastní nákladní vozy. V roce 1937 došlo k výstavbě kompresní stanice v Hradci Králové, kde se na převedení městské autobusové dopravy na plyn dohodla městská plynárna s místním dopravním podnikem. Stlačený svítiplyn k pohonu autobusů, nákladních i osobních automobilů se začal používat v Praze, Hradci Králové a v dalších českých městech. V 30. a 40. létech jezdily plynové autobusy také v Krnově, Olomouci, Mladé Boleslavi. V té době byla v Praze v plynárně v Michli postavena kompresní stanice na plnění lahví stlačeným svítiplynem.

Český automobil Wikov



   Propan-butan - LPG - Liquefied Petroleum Gas

Propan-butan - LPG je směs zkapalněných rafinérských plynů - uhlovodíků, obsahující převážně propan C3 H8 a butan C4 H10 a menší množství vyšších uhlovodíků, přičemž poměr obsahu propanu a butanu v LPG je v různých zemích odlišný. LPG vzniká při rafinaci ropy, a nebo jako kapalná frakce separovaná od metanu v průběhu těžby zemního plynu. Za normálních atmosférických podmínek se propan-butan vyskytuje v plynné formě. Poměrně snadno, ochlazením nebo stlačením, ho lze převést do kapalného stavu. V kapalném stavu zaujímá pouze 1/250 svého plynného objemu. Snadný přechod mezi oběma skupenstvími je pro praktické využití velmi výhodný. Propan-butan je v současnosti nejvíce využívaný plyn v dopravě, jako automobilové palivo je využíván již několik desetiletí. Jedná se o levné, z ekologického pohledu příznivé palivo. Díky vazbě na ropu je ale otázkou, zda může být LPG považován za alternativní pohonnou hmotu. Do vozidel je plněn a skladován v nádržích pouze v kapalné formě. Teprve ve zplyňovači se mění na plyn, který je poté ve směšovači mísen se vzduchem na palivovou směs.
Základní vlastnosti propan-butanu

Propan-butan je plyn charakteristického zápachu, je nejedovatý a nedýchatelný a má mírně narkotické účinky.
V plynné fázi je těžší než vzduch, v kapalné pak lehčí než voda.
Přechod z kapalného skupenství propan-butanu na plynné je obdobně jako například u vody, benzinu nebo líhu provázen spotřebou tepelné energie, jejíž množství je uváděno jako množství výparného tepla nutného k zahřátí kapaliny na bod varu, aby se proměnila v páru.

Z technického hlediska je zvláštní vlastností propan-butanu schopnost rozpouštět laky, oleje, tuky a pod. a narušovat přírodní kaučuk. Proto se v konstrukci technického zařízení, pracující s propan-butanem používají syntetické materiály odolné proti účinkům Cx Hx uhlovodíkům.


PropanButanBenzin
Chemický vzorecC3H8C4H10Neuvádí se
Molekulová hmotnost4458Neuvádí se
Hustota plynné fáze při 20°C (kg/m3)22,64Neuvádí se
Hustota kapalné fáze při 20°C (kg/m3)505580760
Výhřevnost (MJ/kg)46,345,943,2
Zápalná teplota (°C)510490316
Bod varu (°C)-41-0,5
Oktanové číslo95,48995


Z fyzikálně - chemického hlediska je možno zkapalněný uhlovodíkový plyn charakterizovat jako bezbarvou, snadno těkající kapalinu, specifického zápachu. Je hořlavý a výbušný, nejedovatý, jeho páry jsou až dvojnásobně těžší než vzduch. Zkapalněním zmenšují svůj objem cca 250krát. Rozdílné jsou fyzikálně - chemické vlastnosti plynné a kapalné fáze. Při odběru plynné fáze ze směsi uhlovodíků se získávají páry, které v závislosti na čase mají odlišné složení a tím pádem i vlastnosti.


   Zemní plyn - CNG - Compressed Natural Gas

Zemní plyn je přírodní plyn, z chemického hlediska se jedná o směs plynných uhlovodíků s proměnnou příměsí neuhlovodíkových plynů. Jeho hlavní složkou (96 - 98 %) je metan CH4.

Na zemní plyn ve světě dnes jezdí více než 9 milionů vozidel v 50 zemích. Nejvíce CNG vozidel jezdí v Argentině (1,7 milionu), Pákistánu (1,6 milionu), Brazílii (1,4 milionu), Itálii (440 tisíc), Indii, Iránu, USA. Největší počet plynových vozidel na světě provozuje americká pošta. Z celkového počtu 208 tisíc vozidel má US Postal Service 7 400 vozidel na stlačený zemní plyn. Nejvíce autobusů na zemní plyn v současnosti jezdí v USA, Kolumbii, Mexiku, Austrálii, Francii a Švédsku. V Evropě jezdí na zemní plyn 400 tisíc vozidel a k dispozici je téměř 900 plnících stanic. Kromě Itálie nejvíce vozidel na zemní plyn jezdí na Ukrajině (100 tisíc), v Rusku (75 tisíc), v Německu (60 tisíc). Vozidla, která jsou poháněna pouze plynem, se nazývají monovalentní vozidla. Při použití pohonu na plyn a současně i na benzin se nazývají bivalentní, tento systém je umožněn tím, že provoz na plyn nepotřebuje žádných zvláštních konstrukčních opatření oproti provozu na benzin.
Základní vlastnosti zemního plynu

Zemní plyn obsahuje následující složky:
metan CH4,
propan,
butan,
vyšší uhlovodíky,
sirovodík H2S,
CO2,
další plyny.

Výhody zemního plynu:
není jedovatý,
vynikající odolnost vůči klepání (Toto je způsobeno vysokým oktanovým číslem 130.),
možnost vyššího stupně přeplňování (Z tohoto důvodu je možné dosahovat většího měrného výkonu než u benzínových motorů.),
ekologické vlivy  (Při  „čistém"   spalování  zemního  plynu  dochází  k výraznému snižování ozónu, smogu, plynů vyvolávajících skleníkový efekt a nejsou produkovány pevné částice ani síra.),
termická účinnost, která dosahuje až 44 %.

Cenu zemního plynu a bioplynu není možné přímo srovnávat s cenou nafty za 1 kg, neboť 1 kg zemního plynu má vyšší energetický obsah o 38 % než 1 litr nafty a o 47 % vyšší než 1 litr benzinu.
Nádoby na CNG jsou umístěné v prostoru místo rezervy tak dobře, že nemuselo dojít k omezení zavazadlového prostoru.

Automobil s CNG systémem



   Zkapalněný zemní plyn - LNG - Liquefied Natural Gas

Na LNG dnes ve světě jezdí přibližně několik tisíc vozidel, nejvíce v USA. Nárůst využívání LNG je v nejbližších letech očekáván v Asii (Čína, Korea) a v Evropě (Anglie, Německo, Španělsko).

Základní vlastnosti
Zkapalněný zemní plyn je 90-100 % metan (se zbytky etanu, propanu, vyšších uhlovodíků, dusíku ...), který je zchlazen na -162°C při atmosférickém tlaku. Zkapalněný zemní plyn je studená, namodralá, průzračná kapalina bez zápachu, nekorozívní, netoxická, s malou viskozitou. Zkapalněný zemní plyn zaujímá cca 600 x menší objem než plynný zemní plyn. Hustota LNG je 0,4 - 0,42 kg/m3. 1 kg LNG má výhřevnost 54,8 MJ, 1 litr LNG 22,2 MJ.
Zápalná teplota LNG je 540°C.

Výhody LNG:
větší dojezd vozidla na LNG oproti CNG (jedna z hlavních nevýhod CNG), na
srovnatelnou úroveň s klasickými pohonnými hmotami,
Pozn. Pro srovnání:
- 1,5 litru LNG energeticky odpovídá 1 litru benzinu
- 1,7 litru LNG energeticky odpovídá 1 litru nafty
vysoce čisté palivo s minimem škodlivých emisí,
vysoká hustota energie (srovnatelná s ropnými látkami), 
nepříliš těžká palivová nádrž,
doba plnění srovnatelná s klasickými palivy,
bezpečněj ší provoz (vyšší zápalná teplota LNG oproti benzinu),
oproti CNG zmenšení objemu palivových nádrží a tím zvětšení úložného prostoru ve vozidle.

Nevýhody LNG:
uchovávání za velmi nízkých teplot,
odpar z nádrže při delší odstávce vozidla,
složitější a nákladnější technologie v porovnání se stlačeným zemním plynem,
jiná technologie plnění vozidel a nová rizika při tankování.

Vodík
Vodík je předmětem současného intenzivního výzkumu jako potenciální palivo pro motorová vozidla. Využití vodíku v dopravě je v podstatě dvojí. Spalování vodíku v klasických motorech.

Vodík (stlačený nebo zkapalněný) se spaluje obdobně jako běžné pohonné hmoty. Při spalování vodíku vzniká jenom neškodná voda a malé množství kysličníků dusíku. Tento způsob má v současnosti ovšem dvě podstatné nevýhody:
výroba vodíku je v dnešní době drahá,
vodík ve směsi se vzduchem je silně výbušný.

Využití vodíku v palivových článcích. Pohonnou jednotkou ve vozidle je elektromotor a elektřina pro něj je, na rozdíl od elektromobilů poháněných akumulátory, vyráběna přímo ve vozidle v palivových článcích. Elektřina vzniká exotermní elektrochemickou reakcí samotného vodíku (stlačeného nebo zkapalněného), nebo vodíku chemicky vyvinutého rovněž v automobilu (např. ze zemního plynu, metanolu, benzinu apod.) s kyslíkem (ze vzduchu). Kromě elektřiny vzniká také voda nebo vodní pára. Nejedná se tedy o spalování paliva, nýbrž o chemickou reakci - opak elektrolýzy.


Comments