Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива

Последнее обновление — 22 мая 2020 в 10:30

Основной альтернативой традиционному бензину или дизелю, является газомоторное топливо (ГМТ). Каким газом заправляют автомобили с ГБО, а также в чём отличие между ними вы узнаете из этой статьи.

Виды газового топлива

Условно ГМТ можно разделить по способу производства, агрегатному состоянию при использовании, хранении и транспортировке.

• CNG (compressed natural gas) – компримированный (сжатый) природный газ (КПГ)
• LPG (liquefied petroleum gas) – сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Менее распространённые варианты:

• LNG (liquefied natural gas) – сжиженный природный газ (СПГ)
• CBG (compressed biogas) или LBG (liquefied biogas) – биотопливо.

Природный газ

Природным газом принято считать метан. Добывается он из недр земли через подземные или подводные (морские) скважины. В первоначальном варианте топливо содержит 75-98% метана (CH4), а также множество различных примесей:

1. механические (грунт)
2. водяной пар
3. этан C2H6
4. пропан C3H8
5. бутан C4H10
6. азот N2
7. этан C2H6
8. пентан C5H12 и другие (зависит от места рождения).

После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.

Так как метан не имеет запаха, почувствовать его утечку не возможно. Для безопасности в газ добавляют специальную жидкость одорант (этантиол, этилмеркаптан C2H5SH) из расчета 16 грамм на 1000 м3.

Чистый метан по магистралям, с помощью компрессорных станций создающих давление в трубе, направляется к автомобильным газонаполнительным компрессорным станциям. На АГНКС голубое топливо компримируют (сжимают) до давления 200-220 атм. Таким образом, получается готовый к использованию CNG газ для автотранспорта (характеристики и требования к КПГ регулируются ГОСТом 27577-2000).

Существует ещё один более выгодный метод транспортировки метана. Очищенный природный газ пропускают через систему эжекторов, где при расширении его температура поэтапно понижается до температуры кипения -163°C, после чего метан переходит в сжиженное состояние. Основным преимуществом такого способа является уменьшение объёма газа в 600 раз.

Перевозку и хранение жидкого топлива осуществляют в специальных криогенных ёмкостях, которые, по сути, являются термосами. Цистерна объёмом 25 кубометров вмещает 10 тонн СПГ/LNG.

Затем у сжиженного природного газа может быть два пути:

1. обратный перевод в газообразное состояние при помощи испарителей
2. использование СПГ как топливо

Последний пункт является очень перспективным для автомобильного транспорта преимущественно коммерческого направления, из-за скопления в жидком метане огромного количества тепловой энергии при относительно низком давлении в криоёмкости (от 5-16 атм.).

Основные преимущества сжатого метана, как и СПГ – это их экономические и экологические показатели. К тому же природный газ легче воздуха, в этом смысле он менее опасен при утечке чем, например пропан. Однако газы метана являются токсичными (4 класс опасности).

Главным фактором медленного распространения CNG, является отсутствие достаточного количества автозаправочных станций. В настоящее время на территории России насчитывается, порядка 330 АГНКС не считая передвижных заправщиков (ПАГЗ), которые в основном применяются для нужд предприятий.

Техника и инфраструктура под LNG только начинают появляться, поэтому более широкое применение на авто пока имеет КПГ.

Сжиженный нефтяной газ

Ввиду доступности и пониженных требований к конструкции баллонов, ещё большее распространение в качестве газомоторного топлива получил состав пропана (C3H8) с бутаном (C4H10).

Пропан-бутановую смесь выделяют из добытого газоконденсата, а также при извлечении и глубокой переработке нефти. При нефтеперегонке образуется так называемый попутный нефтяной газ (ПНГ), из него отделяют сжиженный углеводородный. Затем происходит разделение СУГ на составляющие компоненты, один из которых — это сжиженный нефтяной газ. Для разных сфер применения СНГ бывает:

• СПБА — смесь пропана-бутана автомобильная
• ПА — пропан автомобильный
• ПТ – пропан технический
• ПБТ – пропан-бутан технический.

Пропан тяжелее воздуха, поэтому при утечке может скапливаться в нишах и закрытых помещениях (смотровая яма, гараж). Взрывоопасность паров ПБ в воздухе 2,3-9,5 % при нормальном давлении и температуре 20°C, метана 5-15%. СНГ малотоксичен.

LPG топливо имеет температуру кипения -43 градуса по Цельсию, при её превышении и атмосферном давлении горючее переходит в парообразное состояние. Избыточное давление паров составляет 16 атм (при температуре 45°C). В сжиженном состоянии объём СПБ уменьшается до 250-300 раз, концентрируя большое количество энергии.

Согласно ГОСТу 52087-2003 ПА должен содержать 85% пропана (±10%), СПБА 50% (±10%). Топливо, как и метан, подвергается одоризации (за исключением правил указанных ГОСТом).

Применение технического пропана и смеси ПТ, допустимо в качестве моторного топлива автомобиля, во всех климатических зонах с температурой окружающей среды до -20°C.

Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.

Биотопливо

Биогаз — по сути тот же метан, полученный из растительного, животного сырья, а также различных органических отходов. CBG/LBG обладает схожими характеристиками.

Основное преимущество биометана заключается в том, что его производство никак не связано с добычей природных ископаемых. Генерируют его искусственным путём в специальных реакторах. Процесс происходит за счёт естественной жизнедеятельности бактерий . После очистки газа от сероводорода получается топливо с содержанием метана до 98%.

Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.

Переводим автомобиль на газ: сколько потратим и сколько сэкономим

Почему переводят машины на газ? Хотят сэкономить. Ставить газобаллонное оборудование выгодно в первую очередь тем, у кого большие пробеги или расход топлива. В такой список попадают развозные автомобили, такси, а также тяжелые крупные внедорожники. Сюда же отнесем любителей частых и дальних путешествий в Европу: за границей разница в ценах на бензин и газ просто шокирует — порой установленное ГБО окупается за одну поездку.

Впрочем, для массового перехода на голубое топливо предпосылок в нашей стране недостаточно. Взять, например, количество газозаправочных станций: даже в столице их не более полусотни, а на периферии порой проедешь несколько сотен километров и не встретишь ни одной. И это ситуация со сжиженным нефтяным газом (СНГ), а со сжатым природным дела еще хуже: такие станции встречаются настолько редко, что проще зарядить батарею электромобиля, чем заправиться сжатым метаном. Поэтому дальнейшие выкладки будут касаться только систем, разработанных под сжиженный пропан-бутан.

О расходе

Автомобилисты разбились на два непримиримых лагеря. Одни считают, что газ и бензин расходуются одинаково, другие — что газа улетает чуть ли не в два раза больше. Истина лежит посередине. Теплотворная способность килограмма бензина сравнима с теплотворной способностью килограмма пропан-бутановой смеси и составляет 47 300–50 000 кДж/кг. Но топливо и на колонках, и на газовых заправках отпускают в литрах, то есть в объемных единицах. Плотность бензина — 750 кг/м³, а газа — 529 кг/м³. Поэтому расход пропан-бутана и бензина в литрах на производство одного и того же количества теплоты разнится на 30–35%. Но это — в теории.

В эксплуатации удается добиться оптимальных показателей, когда газа расходуется процентов на пятнадцать больше, чем бензина. И если учесть, что бензин более чем вдвое дороже газа, то переход на новый вид топлива окупится уже через несколько месяцев интенсивной эксплуатации после установки оборудования.

Что ставить?

Согласно Правилам ЕЭК ООН № 115 на автомобили с двигателями, имеющими распределенный впрыск топлива, сегодня можно на законных основаниях устанавливать газобаллонное оборудование поколения не ниже четвертого. Такая система отличается невысокой стоимостью и сравнительно быстрой установкой, она самая востребованная на рынке. Может взаимодействовать со штатным блоком управления двигателем через ­диагностический разъем OBD‑2, и тогда точность регулирования становится выше. Помимо газового баллона и редуктора, понижающего давление, система четвертого поколения включает в себя электронный блок управления и модуль газовых электромагнитных форсунок, которые по принципу работы схожи с бензиновыми.

Система поколения «4+» в значительно большей степени завязана на работу с блоком управления двигателем. Только такую систему можно устанавливать на двигатели с непосредственным впрыском топлива. Ведь бензиновые форсунки, распылители которых выходят прямо в раскаленную камеру сгорания, нуждаются в подаче бензина для охлаждения.

ГБО пятого поколения принципиально отличается тем, что умеет впрыскивать газ в жидкой фазе. Это позволяет точнее дозировать подачу топлива, что повышает экономичность. Такая система малочувствительна к резким изменениям температуры и обеспечивает возможность пуска на газе в холодное время года. Газ к двигателю подают насосы постоянного и высокого давления, расположенные внутри баллона и под капотом. Обходится такая установка примерно в четыре раза дороже системы четвертого поколения. Кроме того, при невысоком качестве российского газа надежную работу системы гарантировать сложно.

ГБО шестого поколения также впрыскивает топливо в жидком состоянии, но через штатные бензиновые форсунки. Возможен пуск двигателя на газе даже в морозы. Почти полная интеграция двух топливных систем положительно сказывается на времени переключения и прочих показателях. Всё бы хорошо, но такая система на порядок дороже представительниц четвертого поколения. А ведь ГБО ставят ради экономии, поэтому столь навороченное оборудование пока слабо востребовано.

Баллоны могут быть тороидальные или цилиндрические. На них устанавливают мультиклапан, отвечающий за заправку емкости не более чем на 80%, датчик уровня и расходный вентиль. Тороидальные баллоны размещают в нише запасного колеса, а запаска переезжает в багажник или на кузов, что не всегда удобно. Цилиндрические баллоны в легковых автомобилях располагают чаще всего за спинкой заднего сиденья, при этом возможности трансформации салона ухудшаются, сводя на нет преимущества кузовов типа хэтчбек или универсал. Для систем пятого и шестого поколений нужны баллоны особого типа, приспособленные для установки газового насоса.

За и против установки газа на автомобиль

• Главное преимущество газа — существенная экономия на заправках.
• Двигатель работает мягче и тише благодаря высокому октановому числу газа: выше 100 единиц. Смесь газа с воздухом более гомогенна, что улучшает сгорание и снижает риск детонации.
• Двигатели, работающие на газе, имеют больший ресурс из-за отсутствия эффекта смывания масляной пленки со стенок цилиндра.
• Газ при сгорании почти не дает отложений, что продлевает срок службы масла и снижает износ мотора.
• Срок службы свечей увеличивается.
• Использование газа снижает уровень вредных выбросов в атмосферу. Серная кислота, образующаяся при сгорании бензина, не только наносит вред окружающей среде, но и губит детали двигателя.

• ГБО нецелесообразно ставить на автомобили с небольшими годовыми пробегами.
• Газовые баллоны съедают полезный объем и снижают грузоподъемность автомобиля.
• Переоборудованный для езды на газе автомобиль слетит с гарантии по многим узлам и агрегатам. Именно поэтому на газ переводят преимущественно неновые машины.
• Помимо расходов на аппаратуру и ее установку каждые 10 000 км придется заменять газовый фильтр (в среднем 1000 рублей), а с интервалом 60 000–100 000 км — резиновые диафрагмы в редукторе.
• Переделку под газ необходимо узаконить: легализация обойдется в 6000–8000 рублей и отнимет несколько дней.
• Количество газовых заправок до сих пор недостаточно. Чтобы ездить только на газе, приходится корректировать маршруты.
• Пропан-бутан ничем не пахнет, но этилмеркаптан, который добавляют в газ для обнаружения утечек, обладает неприятным запахом. Это часто отпугивает тех, кто возит детей.
• Автомобили с дизельными и бензиновыми двигателями с турбонаддувом сложно переоборудовать под газ.
• Газовые машины могут не пустить на под­земные паркинги. Официально прописать газобаллонный автомобиль в гараже под своим домом не получится.

Сколько стоит и где покупать?

Сумма, в которую обойдется переделка, складывается из цены комплекта аппаратуры, баллона, оплаты труда установщиков и затрат на узаконивание этой масштабной переделки автомобиля. Установка простой системы «под ключ» обходится в 30–50 тысяч рублей. Цена зависит от количества цилиндров в двигателе и размеров баллона. В интернете можно найти массу онлайн-калькуляторов: вводите цену переоборудования, расход топлива и данные о пробеге своего автомобиля — на выходе получаете срок окупаемости такой переделки.

Если позволяют финансы, лучше приобрести газовую установку итальянского или голландского производства. Отечественные и польские фирмы комплектуют наборы менее дорогими компонентами, их установки на 5–10 тысяч рублей дешевле, но сиюминутная экономия может обернуться расходами на ремонт в скором будущем. Баллон обычно приобретают отдельно. В этом случае можно довериться отечественному производителю: российские баллоны дешевле импортных, но качество ничуть не хуже.

Самое удобное и надежное решение — приобретать компоненты газовой системы непосредственно у установщика. Возможно, на стороне вы сможете найти комплект ГБО дешевле, но тогда при возникновении проблем в эксплуатации установщик может свалить вину на производителя оборудования, а так все претензии — в одно окно. Кроме того, часто и гарантия в таких случаях более продолжительная — у крупных компаний она доходит до пяти лет.

Установили ГБО на машину? Не забудьте, что это — внесение изменений в конструкцию автомобиля, которое требует легализации. Как это сделать, рассказывает директор Центра технической экспертизы ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» Андрей Васильев:

— Сначала нужно зарегистрировать устанавливаемое газобаллонное оборудование — обратиться в испытательную лабораторию (например, в ФГУП «НАМИ») для получения заключения предварительной технической экспертизы. Все компоненты должны иметь сертификаты, действующие на момент установки оборудования. Их заверенные копии следует запросить у продавца и проверить подлинность в реестре Федеральной службы по аккредитации — на сайте http://fsa.gov.ru. В настоящее время действуют поправки серии 01 к Правилам ЕЭК ООН № 67, и компоненты, прошедшие сертификацию, должны иметь маркировку 67R‑01. Если на компоненты нанесена маркировка 67R‑00, такие автомобили получат «неуд» при оценке безопасности конструкции.

При положительном заключении экспертизы можете выбирать установщика. Обязательно поинтересуйтесь, есть ли у СТО сертификат на проведение таких операций. В нем должно быть указано, что услуга выполняется по коду ОКУН (017603) или ОКПД2 (45.20.11.511…45.20.11.513 или 45.20.21.511…45.20.21.513). Казалось бы, тарабарщина, но без соблюдения этого условия узаконить установку не получится. После проведения работ установщик заполняет заявление-декларацию об объеме и качестве работ, в которой перечисляются проведенные работы и приводятся характеристики автомобиля с внесенными изменениями. В заявлении-декларации обязательно должна быть указана увеличенная снаряженная масса автомобиля (масса без нагрузки).

От СТО необходимо получить свидетельство о проведении периодических испытаний газобаллонного оборудования по единой форме Евразийского экономического союза. В свидетельстве должны содержаться все данные оборудования и газового баллона. Номер баллона должен совпадать с номером в паспорте и номером на табличке, прикрепленной к баллону в ГАИ.

Затем следует вернуться в испытательную лабораторию, чтобы получить протокол проверки безопасности конструкции транспортного средства с внесенными в нее изменениями. Следующий шаг — представить в ГАИ автомобиль и все полученные ранее документы. Там внесут изменения в свидетельство о регистрации и ПТС.

Счастливого пути на голубом топливе!

Благодарим компанию «Гарант-Газ» за помощь в подготовке материала.