CNG
A CNG (Compressed Natural Gas) vagy sűrített földgáz nagy nyomás alatt tárolt szénhidrogén gázok elegye, amelyet gépjárművek üzemanyagaként, valamint fűtésre használnak. (Tekintettel a földgáz összetevőinek különböző tömöríthetőségére, a gázállapotú CNG már tiszta metán, mivel a többi összetevő – vízpára, etán, propán, bután stb. – 200 bar nyomás alatt már cseppfolyósodik és a nagynyomású tartály alján gyűlik.)
A földgázt vezetékhálózaton juttatják el a háztartási és az ipari fogyasztókhoz. A motorhajtóanyagként használt gáz lényegében azonos minőségű a háztartásban használttal, ám a vezetékhálózatból érkező gázt a töltőállomásokon általában még páramentesítik, így kevesebb víz jut be a járművek üzemanyagrendszerébe. A páramentesítés előtt a gázt nagynyomású kompresszorral 220 bar nyomásra (ez kis mértékben országonként eltérő lehet) sűrítik, és így tankolják a járművekbe. Az CNG palackban a földgáz nyomása változik a hőmérséklet ingadozás következtében, de ez motorüzemelés szempontjából figyelmen kívül hagyható. A járművekben a gáztartályok általában hengeres vagy nagyon ritkán gömbölyű alakúak, hogy a falaikat egyenletes nyomás terhelje. A névleges nyomás általában 220 bar. A motorok üzemelését a nyomás ugyan nem, de a földgáz fűtőértéke viszont befolyásolja, ez településenként eltérhet, de egy településen belül az eltérés 5%-nál nem lehet nagyobb.
A CNG tulajdonságai
A gáz néhány tulajdonsága összetételtől függően, légköri nyomáson
- relatív sűrűség: 0,55–0,71 (ASTM D-3588 szerint, a levegőhöz viszonyítva)
- sűrűsége: 0,7–0,8 kg/m³ (tárolási nyomáson 128 kg/m³)
- moláris tömege 0,016043 kg/mol
- öngyulladási hőmérséklete: 480–640 °C
- alsó-felső gyulladási határkoncentrációja (térfogattörtben): 5–15 %
- lángterjedési sebessége: 0,33 m/s
- alsó fűtőértéke: 0,028–0,041 MJ/L
- alsó fűtőértéke: 47 000 kJ/kg
- felső fűtőértéke: 52 000 kJ/kg
- 1 liter földgáz elégetéséhez szükséges levegő mennyisége elméletileg: kb. 9,5 liter
- oktánszáma: kb. 120
- energia sűrűség tartályban: 46,5–49 MJ/kg (6,7–7,9 MJ/L)
- hajtóanyag és a levegő elméleti tömegaránya: 17:1 (égés elméleti levegőszükséglete)
- forráspont: −163 °C
- fagyáspont: -183 °C
- kritikus hőmérséklet -89 °C
- fajlagos hőkapacitás: 2,18 kJ/kg×K
Technológia
A CNG-t Otto-motorokban (benzinüzemű), valamint Diesel-motorokban is lehet használni. A sovány gázt felhasználó Otto-motorok nagyobb hatásfokot tudnak elérni a sztöchiometrikus Otto-motorokkal összehasonlítva, magasabb NOx és szénhidrogén kibocsátás árán.
Az elektronikusan vezérelt sztöchiometrikus motorok alacsonyabb emissziót biztosítanak, és a lehető legmagasabb teljesítmény kibocsátását teszik lehetővé, különösen EGR-rel (amikor a kipufogógáz egy részét visszavezetik a szívó ágba), turbótöltéssel, intercoolerrel, valamint három utas katalizátoros konverterrel kombinálva, de az üzemanyag fogyasztásuk magasabb, és a hőhasznosításuk alacsonyabb.
A megfelelően kialakított sűrített földgázzal működő motor a benzinmotorral összehasonlítva a legmagasabb tengely-teljesítményt nyújtja, mert a sűrített földgáz oktánszáma magasabb, mint a benziné.
A CNG tartályok alacsony nyomáson (ún. „lassú töltés”), vagy magas nyomáson (ún. gyors töltés) tölthetőek fel. A különbséget a töltőállomáson érvényes ár, és a töltési idő jelenti. A műszaki lehetőség napjainkban már adott az éjszakai feltöltésre a normál gázhálózaton keresztül is, de ez számos országban nem engedélyezett, így köztük hazánkban sem.
A CNG hengereket acélból, alumíniumból, vagy műanyagból készítik. A könnyű kompozitból (ún. szénszállal erősített műanyag tartály) készült hengerek különösen előnyösek járműveknél, mivel a súlyuk jelentősen kevesebb, azaz sokkal könnyebbek, mint a korábbi generációs alumínium tartályok, ez pedig kevesebb üzemanyag-felhasználást eredményez (bár a tömeg-különbség csak elméleti jelentőségű, az össztömeg 1 százaléka alatti, vagyis gyakorlatilag elhanyagolható; sokkal jelentősebb az a gyakorlati megfontolás, hogy az alu tartályok élettartama nagyjából azonos a gépjármű 10-20 éves élettartamával és újra hasznosíthatók, az acéltartályok élettartamára nincs adat, feltehetően igen nagy, a műanyagtartályok élettartama pedig nem több 5 évnél és nem újra-hasznosíthatók).
A CNG tartályok általában az ISO 11439-es szabvány előírásainak felelnek meg.
Az Otto-motorokhoz alkalmazható CNG berendezés tartalmaz egy nyomás szabályzót (ami átalakítja a sűrített gázt), egy gázkeverőt, vagy gázinjektort (üzemanyagmérő berendezés). A korábbi generációs CNG-hez tartozó kit venturi típusú gázkeverővel kombinálva a Venturi-hatás elvén működik. A léptetőmotor az átáramló gáz mennyiségét szabályozza, az oxigén szenzor jelének folyamatos felhasználásával. Az újabb CNG berendezések elektronikusan több pontos befecskendezéssel működnek, hasonlóan a napjainkban használt autókban működő gázolaj befecskendezési rendszerekhez.
Az Amerikai Egyesült Államokban háromféle nyomásérték alatt használható, és ezt feliratozni is kell 16 574, 20 684, valamint 24 821 kPa
Nemzetközi kitekintés
Kanadában nagy mennyiségben bányásznak földgázt, minek következtében a CNG ott gazdaságos üzemanyagnak számít. A kanadai ipar kifejlesztett CNG-vel működő buszmotorokat, kisbuszokat, teherautókat, taxikat is. A nagyobb városokban könnyen lehet találni CNG töltőállomásokat.
Németországban az előrejelzések alapján a CNG-vel működő gépek mennyisége 2020-ra 2 millióra fog emelkedni. A CNG költsége Európában az egyéb fosszilis üzemanyagok költségeinek a fele, vagy harmada.
A földrészen Argentína és Brazília rendelkezik a két legnagyobb CNG-vel működő járműállománnyal. Az átalakítást ösztönzi a más üzemanyagokkal összehasonlítva jelentkező árkülönbség, a helyben gyártott berendezések, valamint a növekvő CNG infrastruktúra. A CNG-állomások úgynevezett "kék hálózatát" a délen elhelyezkedő főbb autóutak mentén fejlesztették ki (például Chile és Bolívia) a távolsági szállítások folyamatos üzemanyaggal való ellátására.
Az olyan ázsiai gazdaságokban, mint India, a CNG 18,90 rúpia/kg (0,46 USD/kg) összegbe kerül, míg a benzin ára 50 rúpiára (1,25 USD) rúg. A költségmegtakarítás a csökkentett szennyezőanyag-kibocsátású és környezetbarátabb autók esetében óriási.
Iránban, Pakisztánban, Bangladesben és Indiában a CNG az egyik legjelentősebb üzemanyagforrássá vált a személyautók területén. India fővárosában Újdelhiben és a Gudzsarát tartománybeli Ahmadábádban a tömegközlekedési rendszer működtetése is ezen üzemanyaggal történik. A Delhi Szállítási Társaság üzemelteti a világon a legnagyobb CNG-vel működő flottáját. Pakisztán legnépesebb tartományában, Pandzsáb a kormány határozata értelmében 2007-re már valamennyi tömegközlekedési járműnek sűrített földgázzal kell működnie. Indiában és Bangladesben napjainkra sok riksa és személyszállító eszköz át lett alakítva komprimált metán üzeműre, az átalakítás költsége 800-1000 USD-t tesz ki. Dakka, Banglades fővárosában a riksák csak CNG-vel működhetnek 2003 óta.
2007 júliusától Pakisztán Ázsiában az első, világviszonylatban pedig a második legnagyobb CNG felhasználó. A Nemzetközi Sűrített Földgázzal működő Járművek Társasága tájékoztatása szerint Pakisztán rendelkezik a második legnagyobb sűrített földgázzal működő járműállományával. A Közel keleten és Afrikában Egyiptom jár az élen a 63000 darab CNG járművével és 95 töltőállomásával.
Hazai alkalmazása
2009. április 15-én a Fővárosi Gázművek Zrt. megnyitotta saját használatú CNG-töltőállomását Köztársaság téri telephelyén. Nagyfogyasztók számára eddig is 11 db töltőállomást létesített.
Ugyanezen a napon hat közszolgáltató társaság szándéknyilatkozatot írt alá a CNG üzemű gépjárművek használatának elterjesztéséről.
A hatósági ellenőrzésre a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal jelöl ki vizsgálóállomásokat.
2015-ben pedig Miskolcon az MVK Zrt. telephelyén nyílt meg Észak-Magyarország első CNG töltőállomása.
Jövője
Alacsonyabb árán kívül igen jelentős az is, hogy alacsonyabb CO2-kibocsátása folytán még földgáz-inputtal is lényegesen kisebb üvegházhatást kelt, mint a benzin vagy dízelolaj. Azonban az igazi jelentősége a biometánból előállított üzemanyagnak, a CBM-nek (Compressed Bio-Methane) lesz (ld. biogáz). Tekintettel a biogáz sokféle előnyös tulajdonságára, a CBM feltehetően kiszorítja először a kőolaj-termékeket, majd a földgázt – és a belőle előállított CNG-t – is.
