Sokan keverik az autógázzal, pedig nagyon sok tekintetben különbözik attól. A CNG, azaz a sűrített földgáz ugyanazt a metánt takarja, mint amivel otthon fűtünk vagy éppen főzünk. Mértékadó kutatóintézetek vizsgálatai szerint is felveheti a versenyt az elektromos autókkal károsanyag-kibocsátás tekintetében, de vajon hogyan lehetséges ez?
A CNG (Compressed Natural Gas), azaz a sűrített földgáz a nevéből adódóan is eleve légnemű, és légnemű fázisban is tárolt tüzelőanyag. Összetétele csaknem kizárólag metán, mely vagy a fölgázból, vagy a bomló szerves anyagokból származó biogázból vagy akár ennek a kettőnek a keverékéből származik. A földgáz fosszilis, míg a biogáz másodlagos megújuló energiaforrásnak számít. Annak ellenére, hogy elégetésekor CO2 keletkezik, az üvegházhatás szempontjából kedvező a CNG használata, mivel a metán sokkal erősebb üvegházhatású gáz, mint a szén-dioxid, így, ha mondjuk a biogázt egy szennyvíztisztítóból, vagy csak egyszerűen a szerves hulladékok bomlásából a légkörbe engedjük, azzal nagyobb kárt okozunk, mint hogyha elégetjük azt.
A metán égésekor szilárd részecskék egyáltalán nem keletkeznek, csak szén-dioxid és vízgőz. Ha az égés belsőégésű motorban történik, akkor számolni kell még valamennyi szén-monoxid és NOX kibocsátással is, de ezek aránya alacsonyabb, mint egy benzinmotorban, és lényegesen alacsonyabb, mint egy dízelmotorban. Kén-dioxid és aldehid emisszió nincs, sőt a motor zaja is alacsonyabb, mint egy dízelüzeműé, így kiválóan alkalmas például szemétszállító autókba, a budapesti FKF Nonprofit Zrt. számos ilyen járművet használ is.
A metán lehet megújuló?
A biogázt – mint ahogyan azt korábban említettem – általában szennyvíztisztítókban állítják elő, anaerob bontási folyamatok útján. A biogáz hátránya a földgázhoz képest, hogy korántsem tiszta metán, hanem szén-dioxidot is tartalmaz, sőt szennyezőanyagként kén-dioxid is előfordulhat benne. Fűtőértéke 22 600 kJ/m3. A biogáz képződését négy fázisra lehet bontani: hidrolízis (a szerves anyagokat ananerob baktériumok alapegységekre bontják), savképződés (a szerves alapegységek szerves savakká bomlanak tovább), acetogén fázis (a szerves savak ecetsavvá alakulnak); metánképződés (az ecetsavat metánképző baktériumok metánná és szén-dioxiddá alakítják). Az utolsó fázisban hidrogéngáz hozzáadásával lehet növelni a metán arányát, mivel: CO2 + 4H2 à CH4 + 2H2O. Ez utóbbi folyamat azért is fontos, mert a belső égésű motorok kopogástűrése korlátozott, így, ha az égéstér egy része inert gázzal van megtöltve, akkor az nagyban befolyásolja az éghető gáz öngyulladását. [Forrás: Emőd-Tölgyesi-Zöldy: Alternatív Járműhajtások (Maróti Könyvkiadó, Budapest, 2006.; p43-44; 77-78)]
A vízmentesítés fontos
Akár bio- akár földgáz, a tankolásig el kell juttatni azt. Ezt manapság szinte kizárólag csővezetéken történik, hazánk első LNG kútja, az M0-ás autóút szigetszentmiklósi pihenőjében az egyetlen, ahol a cseppfolyósított földgáz természetes forrása miatt keletkező CNG-t lehet tankolni (az LNG-t pedig tartálykocsikkal szállítják oda).
A sűrítés előtt a gázt vízmentesíteni kell, mivel a vezetékes gáz is jelentős mennyiségű vízpárát tartalmazhat. Ez történhet kémiai úton, vagy fagyasztással. A víztelenítés fontos, mivel a földgázzal együtt betöltött vízgőz a jármű üzemanyagtartályában kicsapódik, és annak térfogatát csökkenti. Egy (hazánkban illegális) otthoni, víztelenítővel fel nem szerelt kompresszor a szerviztapasztalatok alapján négy év alatt (2016. előtt négyévente kellett megbontásos ellenőrzést végezni a tartályokon) akár tartályonként (egy átlagos, 20 kg befogadóképességű autóban 3 vagy 4 tartály van) 5-10 liter vizet is képes volt belepumpálni a földgázzal együtt a tartályokba.
Autóba töltés
A töltőállomáson elhelyezett kompresszor több lépcsőben (általában háromban) sűríti a földgázt 250 barra, majd azt puffertartályokba tölti, és a modernebb töltőállomások rendszerei a betöltött gázt nagy teljesítményű hűtőberendezésekkel hűtik is, mivel az a sűrítés miatt ekkor jelentős mértékben felmelegszik. A jármű tankolásakor a tartályok kaszkád-rendszerben nyitnak ki. Ennek megértéséhez az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy az autó CNG tartályai és a CNG kút egyes kaszkádtartály csomagjai azonos térfogatúak.
Tehát először az első tartálycsomag tölt, ekkor kiegyenlítődik a nyomás, azaz a jármű tartályaiban és az első kaszkádcsomagban is 125-125 bar nyomás uralkodik. Aztán a második kaszkádcsomag nyit, ekkor a nyomás szintén kiegyenlítődik, azaz (250 bar – 125 bar) / 2 + 125 bar, azaz 187,5 bar kerül mindkét oldalra, és így tovább.
A valóságban a töltőállomás puffertartályai közül az első kaszkádcsomagba tartozók lényegesen nagyobbak, mint a jármű tartályai, és a nyomás növekedésével a puffertartály-csomagok térfogata is csökken. A töltőállomásokon általában 3-4 kaszkád csomagot használnak, melyek jelentősen lerövidítik a tankolások időtartamát. A járművek tartályai 220-barral tölthetők meg hazánkban (Németországban és több nyugat-európai országban ez 250 bar), így a gyakorlatban a kaszkád rendszer használatának köszönhetően a kompresszorra a tankolás közben csak az utolsó 15-20 bar bepumpálásához van szükség.
A tankolás végeztével, amíg az autós fizet, addig a kompresszor nagyjából 5 perc alatt fel tudja tölteni a puffertartályokat, így ki tudja használni a tankolások közötti időt is. A saját tapasztalataim szerint egy 20 kg-os névleges befogadóképességű autó megtankolása kb. 10 percet vesz igénybe, és a valóságban a töltőállomástól és az aktuális külső hőmérséklettől függően 17-21 kg CNG-t lehet vételezni, minél hidegebb van, annál többet. Mivel a jármű tartályaiba töltött gáz is melegszik, így, ha a környezetbe már a töltés közben több hőt tud leadni, akkor többet is lehet betankolni. A CNG-t kilogrammban mérik ki, mivel a literben való kimérés a légnemű üzemanyag miatt nem lehetséges.
Otthon is van gáz a csőben, onnan tölthetem?
Hazánkban a CNG-t, mint üzemanyagot jövedéki adó terheli, így a töltőállomáson elhelyezett puffertartályok – bármilyen furcsa is – egyben jövedéki raktárnak is minősülnek.
Európa több országában legális a CNG üzemű járműveket otthon tölteni, ennek az az előnye megvan, hogy bár puffertartályok hiányában egy meglehetősen hosszadalmas folyamat, de a betankolt gáz sem melegszik fel olyan mértékben, hogy az befolyásolja a betölthető mennyiséget. Alapvetően Magyarországon sem tilos otthon tankolni, de ehhez az összes olyan adó- és biztonsági szabálynak meg kell felelnünk, mint amiknek egy közforgalmú töltőállomásoknak is.
Felépítése, működése, eltérések az LPG-s rendszerekhez képest
Felépítését tekintve a reduktor után teljesen megegyezik a szekvenciális LPG gázrendszerekkel, így erre a részre nem térek ki. Az utólagos CNG átalakítások nem gyakoriak, ám meglepően sok autógyártó kínál gyárilag földgázüzemű típusokat, ilyen például a Fiat, a Ford, az Opel vagy a Volkswagen csoport márkái.
A sűrített földgáz tankolására már kitértem, azt azonban nem említettem, hogy a gyári rendszereknél a töltőcsonkot a benzinbetöltő mellett szokták elhelyezni, és mivel annak átmérője lényegesen kisebb, mint a tányérszerű LPG betöltőé, még külön adapter sem kell a tankoláshoz, a csonk gond nélkül elfér a benzinsapka mellett. Az utólagos átalakítások esetében sokszor fordul elő, hogy a motortérben kell tankolni, a reduktor előtti csőszakaszon kialakított töltőcsonkon.
A tartályok csatlakozásán helyezik el a biztonsági szelepeket, avagy tartályszelepeket, melyek megakadályozzák, hogy gyújtás alatt tölthető legyen a rendszer. Három funkciójuk van: 1., gyújtás levételére lehetővé teszik a tankolást, és zárják a motor felé menő vezetéket, gyújtás ráadásakor pedig fordítva járnak el; 2., megakadályozzák azt, hogy műszaki hiba esetén gáz áramolhasson vissza a jármű tartályából a töltővezetéken keresztül az kútoszlopba vagy a külvilágba, 3., túlnyomás esetén lefújnak. Felépítésük egyszerű: elektromágneses váltószelep, esetenként kézi működtetési, illetve teljes zárási lehetőséggel kiegészítve.
A tartályok lényegesen nagyobbak, mint az LPG esetében, egy ott átlagosnak mondható 60 liter körüli befogadóképességű tartályba nagyjából 11 kg CNG fér el, így a már említett átlagos, 20 kg-os jármű-befogadóképességhez több mint 100 liter tartálytérfogatra van szükség. Ugyanakkor a nagyobb nyomás miatt a tartályok „önsúlya” is nagyobb, 20 kilogrammnyi CNG-t több mint 300 kilogrammnyi acéltartály visz el. Ha az újabb, de sokkal drágább kompozit tartályokat választjuk, akkor az csupán nagyjából harmadekkora plusz tömeget jelent. [Forrás]
A tartályokból acélcsöveken jut előre a reduktorhoz a földgáz, mely a 220 baros belépő nyomást a gázinjektorok által igényelt, általában 5-8 baros kilépő nyomásra csökkenti. Az LPG-hez hasonlóan itt is elterjedt az a megoldás melynél a reduktorral egy egységben van az elzáró mágnesszelep. A reduktor után a rendszer szinte mindenben megegyezik a szekvenciális LPG rendszerekkel.
Tartály típusok és biztonsági előírások
A jogszabályi környezet nem igazán tesz különbséget az LPG és a CNG között, pár eltérés azonban adódik. Ebből az egyik, hogy a gyártók a tartályok élettartamaként 10 helyett 20 évet adnak meg, így a 10 évenként kötelező nyomáspróbát ezeken a tartályokon valóban el lehet és el is kell végezni. Ez kiszereléssel, bontással és persze költségekkel is jár. Korábban 4 évente kellett kiszerelés mellett megvizsgálni a tartályokat, ám a jogalkotó belátta, hogy ezen vizsgálatok nagyjából teljesen értelmetlenek, sőt, a tartály a gyakori le- majd szétszerelések miatt károsodhat, így elképzelhető, hogy a vizsgálat nem a veszélyes helyzet megszüntetését, sokkal inkább annak előidézését szolgálja. A kiszerelés azért is vált feleslegessé, mert az utóbbi évtized során elterjedtek azok az ultrahangos vizsgálókészülékek, melyek leszerelés nélkül is üzembiztosan ki tudják mutatni a sérüléseket.
Jellemző meghibásodások
A CNG rendszerek a reduktor „előtti” szakaszon ritkán hibásodnak meg, mivel itt túlságosan sok mozgóalkatrész nincs. Egyik legjellemzőbb probléma, amikor a tartályszelepek „leragadnak”, ez akkor fordul elő, ha az autót nem tankolják rendszeresen, például sokáig csak benzinnel járnak, vagy hosszú ideig áll egy autókereskedésben. Ilyenkor a leragadt visszacsapószelep zárja a tankolócsövet, és az érintett tartály nem tankolható. Nehezebb rájönni a problémára, mint az LPG esetén, hiszen a többi tartályba ettől még jut üzemanyag, a tünet csak annyi, hogy egy 20 kg-os kapacitású autóba még üres tank esetén sem lehet pl. 13 kg-nál többet tölteni.
A CNG rendszer működését tekintve ugyan megegyezik az LPG-vel, de a gyári rendszerek általában ettől még utángyártott alkatrészekkel nem javíthatók, így például egy gyári reduktor akár félmillió forintba is kerülhet, míg ugyanez egy utólagos beépítés esetén nagyjából tizedennyi kiadást jelent. Az injektorok is ugyanilyen problémát jelentenek, azzal súlyosbítva, hogy ezekkel a CAN-BUS rendszeren keresztül kommunikál a motorvezérlés, így az új injektorokat is „fel kell tanítani” a motorvezérlésre.
A következő részben egy igen érdekes üzemanyagfajtát mutatunk be, a folyékony földgázt, avagy LNG-t.
V. rész: Az LNG (hamarosan) –>
2 thoughts on “Elektromos a jövő? – V. rész: A CNG”