Автомобильное топливо: метан

Метан (CH4) — газообразное соединение на базе углеводорода, считается базовой составляющей природного газа. В виде автомобильного горючего применяется в сжатой (CNG) или сжиженной (LNG) форме. Выделяется низким вредом для экологии, сниженными выбросами CO2 и меньшей ценой.

Метан гарантирует плавность работы ДВС и повышает срок службы узла. Он дает реальную экономию, поэтому активно применяется на грузовых авто и в автобусах. Ниже подробно разберемся, что это за вид топлива, и каковы его свойства, слабые и сильные стороны.

Метан — получение

Рассматриваемое топливо получают многими способами: природными и промышленными. Главный источник метана — природный газ.

Важно

Он формируется в недрах Земли в результате анаэробного разложения. Процесс проходит миллионы лет, идет под воздействием высоких температур и давления. Сам природный газ добывают из месторождений. Сначала его очищают от примесей, а дальше передают по газопроводам или в сжиженном формате.

Метан можно получать путем биологического разложения органики — в биогазовых установках. Навоз, с/х остатки и иные материалы разлагаются под воздействием метаногенных бактерий и без влияния кислорода. Образующийся газ состоит из метана и CO2, а после очистки он может использоваться как топливо.

Синтетический метан получают промышленными методами. Один из них — газификация угля. В таком случае углеродсодержащие вещества взаимодействуют с водяным паром и O2. Проводится синтез-газ с водородом и монооксидом углерода. Дальше он подвергается каталитическому метанированию. Получение возможно путем коксования или гидрирования угля.

Еще один метод — гидрогенизация СО2, при которой последний соединяется с водородом. При этом формируется метан и вода.Рассматриваемый газ можно получать при пиролизе органических соединений, таких как нефть и природный газ. В процессе углеводородное сырье нагревается с ограничением доступа кислорода. Данный метод используется в нефтехимической промышленности для изготовления различных газов.

Нельзя исключать и другие методы. Газ получают путем восстановления галогеналканов, с помощью щелочей и ацетата натрия. Возможно также получение посредством смешивания воды и карбида алюминия.

Свойства и формула метана

Особый интерес вызывают свойства метана (CH4), как химического элемента. Это простейший углеводород из класса алканов. Он бесцветный, легкий и без запаха. В стандартных условиях не растворяется в воде, но легко смешивается с воздухом.

CH4 обладает низкой плотностью и минимальной химической активностью при обычной температуре. В случае нагревания или при контакте с катализаторами вступает в реакции: горение, окисление, хлорирование.

Базовое свойство метана — повышенная горючесть. При взаимодействии с O2 он сгорает с выделением нагрева. Результат — углекислый газ и вода. Такая реакция делает его ценным топливом в энергетике и транспортном секторе. Метан также может участвовать в реакциях замещения, окисления и термического разложения. При недостатке кислорода он способен образовывать угарный газ и сажу, а при высоких температурах разлагаться на водород и углерод.

Метан легче воздуха, что делает его относительно безопасным при утечке на открытом пространстве. Причина в том, что он быстро рассеивается. В закрытых помещениях его скопление может привести к образованию взрывоопасной смеси с воздухом. Это требует строгого контроля при использовании в газовом оборудовании.

Применение в автомобильном ГБО

Идея применения газа в качестве топлива для ДВС появилась в XIX веке. В 1823-м англичанин Самуэль Браун создал первый газовый мотор на светильном газе (смесь метана и водорода).
В 1930-х в СССР было запущено изготовление авто, работающих на генераторном газе. Последний получали из древесины или угля. Эти машины использовались в основном в народном хозяйстве и в армии.

Сжиженный метан в привычном виде в ГБО появился в первой половине XX века. При этом массовое распространение он получил только потом. Первые эксперименты с газом проводились в 30-40-х прошлого века. Активное использование метана стало актуально в 70-80-х. Причиной перехода считалось стремление снизить зависимость от нефти, особенно после нефтяных кризисов. Дополнительно планировалось уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Для автомобильного ГБО CH4 применяется в двух формах: сжатый (CNG) и сжиженный (LNG). Первый хранится в баллонах под давлением 200–250 бар. Он используется, как правило, в легковых машинах, автобусах и коммерческом транспорте. CNG выделяется экономичностью и минимальным вредом.

LNG получают посредством охлаждения метана до -162 °C. При этом он занимает меньший объем, что делает его удобным для применения в грузовом и магистральном транспорте. Последний активно применяется при продолжительных пробегах.

Экономические показатели использования метана

Применение метана в качестве горючего обладает значительными экономическими преимуществами. Стоимость метана (CNG и LNG) обычно ниже, что позволяет снизить расходы на 30–50%. В странах с развитой инфраструктурой экономия больше. Этому способствует государственная поддержка, субсидии и налоговые льготы для газомоторного транспорта.

Экономическая выгода проявляется в снижении расходов на эксплуатацию. Метан сгорает чище, чем бензин и дизель. Это уменьшает износ ДВС. При этом продлевается ресурс свечей, масла и катализаторов. Такой подход ведет к снижению расходов на ТО и ремонт. Газовые ДВС также работают мягче. Они создают меньше нагара, что увеличивает ресурс.

Еще один важный фактор —энергетическая эффективность. Один кубометр метана эквивалентен примерно 1,1 л бензина по теплотворной способности, но стоит меньше. При этом КПД газового ДВС сопоставимо с бензиновым. В некоторых случаях оно даже выше, если применяются новые технологии подачи.

Крупные транспортные фирмы и городские автопарки переходят на метан. Это снижает траты на горючее, что окупает первоначальные расходы на переоборудование авто. Окупаемость ГБО в среднем составляет 1–3 года в зависимости от пробега и текущей цены на горючее.

В долгосрочной перспективе применение метана снижает зависимость от колебаний цен на нефть и бензин. Это делает транспортные фирмы и частных владельцев более устойчивыми. В условиях растущего спроса на экологически чистые технологии появляются новые возможности для госпрограмм поддержки и вложений в газовую инфраструктуру.

Преимущества перед бензином и соляркой и недостатки

Популярность заправки метаном имеет ряд плюсов в сравнении с бензином или дизтопливом. К основным стоит отнести:

• На 30–50% меньшая цена. Такой фактор позволяет уменьшить траты на горючее. Особенно актуально для коммерческого транспорта с солидными пробегами.
• Снижение выбросов CO2, NOₓ, а также твердых частиц. Это уменьшает загрязнение воздуха и способствует выполнению экологических норм.
• Чистое сгорание без нагара и сажи. Как результат, снижается износ ДВС, продлевается ресурс масла, свечей и катализаторов. Реально уменьшаются затраты на ТО.
• Высокое октановое число — более 120. Это делает авто устойчивым к детонации и позволяет ДВС работать лучше при правильной настройке.
• Меньший вес в сравнении с воздухом. При утечке газ быстро рассеивается, что снижает риск взрыва. Газовые баллоны проходят много испытаний на прочность. Они оснащаются предохранительными клапанами и иными вариантами защиты.
• Государственная поддержка, что дает дополнительные плюсы при переходе. Во многих странах на такую работу выделяются налоговые льготы, субсидии. Дополнительно предлагаются скидки на транспортный налог.
• Меньшая подверженность резким колебаниям в ценовой политике. Это делает эксплуатацию транспорта предсказуемой с позиции затрат.

У метана имеется и ряд минусов:

• Высокие первоначальные затраты на установку ГБО. Особенно актуально для авто, которые изначально не рассчитаны на газовое топливо. Окупаемость занимает от 1–3 лет в зависимости от пробега.
• Уменьшение объема багажника или места для грузов. Газовые баллоны занимают много пространства в машине, что заметно в легковом транспорте.
• Меньший запас хода, чем на бензине или дизеле. Причиной является низкая энергоемкость газа и ограниченный объем баллонов.
• Небольшое количество заправочных станций CNG и LNG. Их число существенно уступает числу АЗС с бензином и дизтопливом. Такая особенность создает неудобства при дальних поездках.
• Снижение мощности ДВС на 5–10% по сравнению с бензином. Актуально для случаев, когда система не оптимизирована под газовое топливо.
• Сложность эксплуатации в холодных условиях. Запуск ДВС на метане может быть затруднен, а особенно без прогрева. LNG требует специальных криогенных устройств для хранения.
• Периодическое обслуживание баллонов. Газовые баллоны подлежат проверке и сертификации, что влечет дополнительные траты и неудобства.

Безопасность использования и экология

Метан считается одним из наиболее безопасных видов горючего для машин. Это гарантируется, благодаря физико-химическим свойствам и стандартам хранения. В отличие от бензина и ДТ, которые при утечке формируют стойкие воспламеняющиеся пары, метан сложно воспламенить.

Газовые баллоны в машинах с ГБО делают из прочных материалов. Последние устойчивы к деформациям. Они комплектуются предохранительными клапанами, защищающими от чрезмерного давления и разрывов. Новые устройства подачи метана обеспечивают герметичность. Узлы оснащаются датчиками утечки, что делает использование более безопасным.

С позиции экологии метан обладает рядом плюсов. При его сгорании выделяется меньше CO2 и NOₓ. Почти не появляются твердые частицы, такие как сажа. Последние являются главной причиной загрязнения воздуха в городах. Не удивительно, что метан применяетсяв автобусах, микроавтобусах, грузовых машинах и ЖКХ-технике.

В сравнении с ДТ у метана меньше выбросов СО2 примерно на 25%. Количество оксидов азота и твердых частиц — на 80–90% ниже. Это способствует улучшению качества воздуха и снижению вредного воздействия.

Применение биометана делает газомоторный транспорт нейтральным к углероду. Причина в том, что при изготовлении компенсируются выбросы парниковых газов. В перспективе это позволяет перейти на возобновляемые источники горючего. При этом ущерб для экологии будет минимальным.

В целом, безопасность и экологичность метана зависят от соблюдения технических норм. Важно обеспечение правильного ТО для ГБО и развитиеинфраструктуры.

Заключение

Метан считается экономически выгодным, чистым и безопасным видом горючего. Его применение снижает траты на эксплуатацию транспорта. При этом падают выбросы вредных веществ, а ресурс мотора повышается.

Реакция метана при смешивании с воздухом позволяет говорить о его безопасности. С позиции экономии использование газа перспективно в коммерческом и общественном транспорте. Здесь важно снижение трат и соответствие требованиям экологии.

Несмотря на определенные сложности, траты на установку ГБО и уменьшение запаса хода, метан имеет большое будущее. Он считается одной из лучших альтернатив бензину и дизелю. Топливо гарантирует стабильность цен и минимум негативного влияния на экологию.