Gaz ziemny - paliwo pełne zalet

Od właściwości fizyko-chemicznych użytego paliwa zależy szereg istotnych wskaźników pracy silnika, w tym: osiągi, zużycie paliwa, uciążliwość jego pracy dla środowiska i koszty eksploatacji.

- Zwłaszcza to ostatnie kryterium jest coraz częściej uwzględniane w bilansie ekonomicznym. Bo póki co, paliwa takie jak wodór, alkohol etylowy lub metylowy, mimo że są paliwami obiecującymi, to ze względu na znaczny koszt związany z koniecznością dużego zużycia energii w procesie ich wytwarzania nie mogą być brane pod uwagę w najbliższych latach, jako paliwa powszechnego użytku - podkreśla dr inż. Andrzej Żółtowski z Instytutu Transportu Samochodowego. Jakie zatem paliwo ma świetlaną przyszłość? Eksperci są zdania, że wzrastać będzie rola metanu w transporcie drogowym.

Po pierwsze, spalanie

Obecnie stosowane paliwa to nic innego jak mieszanina węglowodorów o różnej liczbie atomów węgla i wodoru. Proporcja pomiędzy liczbami atomów w cząsteczce utlenianego węglowodoru rzutuje bezpośrednio na liczbę cząsteczek CO2 i H2O powstałych w wyniku jej spalenia. W przypadku metanu, mniejsza liczba atomów węgla przekłada się na mniejszą emisję dwutlenku węgla w procesie spalania mieszkanki paliwowo-powietrznej. Spostrzeżenie to jest cenne w sytuacji, gdy wiele państw podpisało konwencję o zmniejszaniu emisji CO2 do atmosfery, a stosowanie lekkich paliw węglowodorowych (zwłaszcza gazu ziemnego) pozwala na taką redukcję.

Po drugie, smog

To zjawisko, które można scharakteryzować jako mieszaninę mgły i dymów okresowo zalegających nad uprzemysłowionymi aglomeracjami miejskimi. Spalanie paliw w znacznym stopniu przyczynia się do zjawisk towarzyszących smogowi, którymi są: zmniejszenie widoczności, podrażnienie oczu, nieprzyjemny zapach. Głównymi zanieczyszczeniami wchodzącymi w skład smogu są ozon i pochodne węglowodorów zawierające wiązanie nadtlenowe, w tym działające drażniąco aldehydy: mrówkowy i octowy.

Pojazdy zasilane CNG sprzyjają warunkom ograniczającym powstawaniu smogu, ponieważ emisja wśród niespalonych węglowodorów w spalinach pojazdów zasilanych CNG ma małą aktywność chemiczną. Spalanie metanu to także mniejsza emisja tlenków azotu i ozonu.

Po trzecie, toksyczność metanu

W spalinach silnika zasilanego metanem wśród nie spalonych węglowodorów ponad 85 proc. stanowi mało toksyczny metan. Oznacza to, że silniki o zapłonie iskrowym zasilane paliwami lekkimi (zwłaszcza gazem ziemnym) charakteryzują się zdecydowanie najmniej toksycznymi właściwościami w porównaniu z silnikami napędzanymi tradycyjnymi rodzajami paliw.

Po czwarte, emisja toksyn powietrza

Za toksyny emitowane do powietrza uważa się te zanieczyszczenia (m. in. benzen, 1,3 butadien, formaldehyd, aldehyd octowy), które w nieodwracalny sposób wpływają na ludzkie zdrowie. Według wskaźnika toksyczności Cancer Unit Risk Estimate (w skrócie CURE), CNG wykazuje niższy poziom toksyczności niż benzyna. Ponadto, wśród licznych źródeł zasilania (bezkonkurencyjny jest napęd elektryczny) paliwa gazowe (CNG i LPG) zdecydowanie najlepiej prezentują się na tle innych paliw.

Zwraca uwagę fakt, że mieszanka benzyny z etanolem zwiększa wartość wskaźnika toksyczności CURE, co stoi w sprzeczności z rozpowszechnianą szeroko opinią jakoby benzyna z dodatkiem bioetanolu była paliwem czystszym ekologicznie!

W świetle badań realizowanych w Instytucie Transportu Samochodowego, wynika, że silnik o zapłonie iskrowym zasilany CNG charakteryzuje się znikomą emisją cząstek stałych oraz sadzy w spalinach oraz mniejszą blisko dwudziestokrotnie emisją butadienu i benzenu, co czyni ten rodzaj silnika naprawdę "czystym".

Po piąte, parowanie paliwa

W silniku zasilanym benzyną stosunkowo duże znaczenie dla całkowitej oceny emisji węglowodorów z pojazdu ma emisja par paliwa. W porównaniu z silnikiem zasilanym CNG, gdzie układ paliwowy silnika jest absolutnie szczelny i napełnianie butli gazowych odbywa się przy znikomej ucieczce gazu do atmosfery, w silnikach benzynowych mamy do czynienia z większą emisję par paliwa podczas eksploatacji pojazdu jak i w czasie tankowania. Wszystko to sprawia, że emisja par paliwa w silniku zasilanym CNG jest o ponad 70 proc. mniejsza niż w przypadku zasilania benzyną.

Po szóste, właściwości fizyko-chemiczne

Właściwości paliw węglowodorowych pochodzących ze źródeł naturalnych różnią się między sobą, przez co wpływają one na różnicę osiągów silników, w których się je stosuje. Z punktu widzenia silnika tymi najistotniejszymi różnicami są: wartość opałowa i liczba oktanowa. O ile w przypadku wartości opałowej gaz ziemny odznacza się największą wartością opałową spośród wszystkich paliw, to wartość opałowa mieszaniny gazu z powietrzem jest najniższa. Dzieje się tak ze względu na mniejszą gęstość mieszanki powietrze-metan niż mieszanki powietrze-benzyna.

Zaletą metanu są także bardzo korzystne właściwości przeciwstukowe, czego dowodem jest wysoka wartość jego liczby oktanowej (powyżej 100). Ta cecha predestynuje to paliwo do stosowania w silnikach o zapłonie iskrowym.

W większych pojazdach (np. autobusy) silnik o zapłonie iskrowym zasilany gazem wykazuje, w porównaniu z silnikiem o zapłonie samoczynnym, szereg zalet, a zwłaszcza tych widocznych gołym okiem, jak zmniejszenie stopnia zadymienia spalin i emisji cząstek stałych, czy zmniejszenie głośności silnika o ponad 5 dB - na zatłoczonych ulicach wielkich aglomeracji autobus komunikacji miejskiej wyposażony w cichy silnik jest ze wszech miar pożądaną rzeczą.

Wśród różnic dzielących paliwa gazowe od klasycznych paliw płynnych istnieją właściwości niekorzystnie oddziaływujące na potencjalne osiągi silników, w których by je zastosowano. Z drugiej zaś strony istnieje grupa właściwości, które umiejętnie wykorzystane sprawią, że paliwa gazowe mogą stać się interesującym kierunkiem na drodze rozwoju silnika spalinowego.