Az LNG az LPG-hez hasonlóan egyszerre mindkettő. Az LNG (Liquefied Natural Gas) tulajdonképpen nem más, mint földgáz, az, amivel otthon főzünk, vagy amit a CNG-s járművekben elégetünk. A cseppfolyósított állapot azonban lehetővé teszi, hogy jóval nagyobb energiasűrűséget érjünk el, mint a CNG-nél, hiszen maga az üzemanyag is sokkal sűrűbb, fajlagos tömege sokkal nagyobb. Ennek azonban ára van.
Fontos, hogy a tartályok nyomása a CNG-vel ellentétben nem azok telítettségére, hanem azok hőmérsékletére utal.
Felépítése, működése, eltérések a CNG-s rendszerekhez képest
Az LNG-s rendszerű haszonjárművek (a nagy helyigény és a tartályok nagy önsúlya miatt ez a rendszer egyelőre csak haszonjárművekben és buszokban terjedt el) üzemanyagrendszere alapjaiban tér el az eddig megismert megoldásoktól, hiszen egyszerre használ fel földgázt és gázolajat, igaz, ez utóbbit csak nagyon csekély mennyiségben.
Az általában a teherautók és nyerges vontatók alvázára, illetve a buszok tetejére rögzített kriogén tartályok duplafalúak, a két fal között pedig a szigetelőanyagok mellett vákuum gátolja a hőenergia átadást. Ennek köszönhetően az üzemanyagot képesek nagyon hosszú ideig alacsony hőmérsékleten tartani, de – mivel külső hűtés nincs beépítve – a hőmérséklet valamennyit folyamatosan növekedik, de ez 24 óra alatt csupán 0,5-1 bar-os nyomásnövekedést okoz. A rendszer nyomása a CNG-hez képest nagyon alacsony, mindössze 15-16 bar körüli. A tartályokban van egy külön tágulási tér, melynek funkciója azonos az LPG tartály 80 %-os töltöttségi szint feletti „üres” részével, azaz az üzemanyag melegedés és forrás miatti tágulását ellensúlyozza.
A rendszer tankolásakor nem csak a meglehetősen vastag és a folyamat közben nagyon látványosan lefagyó töltőcsövet csatlakoztatják az üzemanyagtartályhoz, hanem egy „visszafolyót” is, amin az elpárolgott, gázfázisú földgázt szivattyúzzák vissza a töltőállomás rendszerébe, hogy a tartályba beférjen a folyékony LNG. (Ezt a visszaszivattyúzott mennyiséget egyébként a tankolás végösszegéből jóváírják.) A tankolás időszükséglete alacsonyabb, mint a hagyományos gázolajé. A tankoláskor hőszigetelt kesztyűt, és arcvédőt kell viselni, mert az LNG a nagyon alacsony hőmérséklete miatt súlyos fagyási sérüléseket, a szembe jutva pedig vakságot képes okozni.
LNG-ből CNG
Az LNG hőmérséklet-nyomás viszonyait a fenti ábrán már láthattuk, ott azonban nem tértünk ki a kék és a zöld terület jelentésére. Az LNG-s motorok a földgázt gáznemű formában használják fel (erről később részletesen), így azt valahogy elő kell állítani az LNG-ből. Mivel az LNG magától is folyamatosan forr, hosszabb állás után a tankban is felgyűlik annyi CNG (az egyszerűség kedvéért hivatkozzunk így az LNG párolgásából keletkező gázfázisú földgázra), hogy az közvetlenül bevezethető a motorba. Ekkor egy szelep – érzékelve a nyomásnövekedést – a tartály tetején végződő csőből kezdi a motor felé engedni az eleve légnemű üzemanyagot.
Mikor a tartály nyomása 8 bar alá csökken, akkor a szelep vált, és a folyékony fázist kezdi el felhasználni, mivel a motor befecskendező rendszere minimum ennyi nyomást igényel. Átlagos esetben nincs üzemanyagszivattyú, mert a tartály nyomása küldi előre a motorhoz a tüzelőanyagot. Amennyiben a tartály hőmérséklet-nyomás viszonyai a zölddel jelölt területen belül vannak, a fentiek igazak, és a rendszer a saját nyomását használja az üzemanyag továbbítására.
Lassú, tervezett szivárgás
Ha a zöld területen kívül esünk, akkor szükséges a nyomáselengedő rendszer használata. Ezt a túlnyomásszabályzó aktiválja és nem úgy kell elképzelni, mint ahogyan például az LPG-nél működik, hanem úgy, hogy folyamatosan és lassan engedi el a túl magas, 16 bar feletti nyomás esetén a földgázt a jármű tetejére kivezetett csöveken keresztül. Mindez nem okozhat robbanásveszélyt, mert a földgáz ugyan természetesen éghető, de ahhoz, hogy begyulladjon a koncentrációnak 5 és 15 térfogaszázalék közöttinek kell lennie. Mivel nagyjából azonos a tömege, mint a levegőé (kicsivel kisebb is), ezért szivárgás, vagy lefújás esetén a gáz könnyen elkeveredik a levegővel, így nincs robbanásveszély.
Fontos azonban, hogy az LNG a csővezetékben szállított földgáztól eltérően szagtalan, mivel a földgázhoz adott szagosító anyag, a merkaptán nem keverhető bele a hűtvetárolás miatt. Egy esetben jelenthet veszélyt ez a folyamatos, lassú szivárogtatás, akkor, ha a jármű zárt, át nem szellőzött térben parkol, ahol fel tud gyűlni a földgáz, méghozzá úgy, hogy a szagtalan volta miatt erre gázérzékelő nélkül nem is lehet rájönni.
Egy másodlagos biztonsági eleresztő rendszer is be van építve, ez viszont már ténylegesen úgy működik, mint az LPG lefúvató szelepe, de ez csak üzemzavar esetén, 21 bar feletti nyomás esetén nyit.
Nincs üzemanyagszivattyú, vagy mégis van?
Láttuk, hogy általában nincs üzemanyagszivattyú, egy esetben azonban szükséges nyomásfokozót alkalmazni: ha a kék területen belül vagyunk. Itt olyan alacsony a hőmérséklet, hogy az LNG párolgása nagyon lassú, így a rendszernyomás nagyon alacsony, 8 bar alatti, és ez nem elég a motor működtetéséhez. Ez az eset általában közvetlenül tankolás után szokott megtörténni, nagyobb valószínűséggel télen. Ilyenkor a nyomásfokozó biztosítja a rendszernyomást az előremenő vezetékben arra az átmeneti időszakra, ameddig megfelelő mennyiségű LNG el nem forr.
Reduktor és „forraló”
A magasnyomású oldal fontos alkatrészei a párologtató, és a nyomáscsökkentő. Ez tulajdonképpen egy funkciók szerint szétválasztott LPG reduktor, bár a haszonjárművek méreteinek megfelelően annál jóval nagyobb. A párologtatóban a hűtőfolyadék egy hőcserélőn keresztül áramolva fűti fel az LNG-t, így az fázist vált, és az egységből már CNG-ként távozik. A nyomáscsökkentő itt valóban egy egyszerű eszköz, mindössze annyit tesz, hogy a 15-16 baros magas nyomást 8-10 barra csökkenti. A két említett eszköz közé helyezik el a biztonsági szelepet, mely tökéletesen megegyezik a CNG-s járműveknél alkalmazott biztonsági mágnesszeleppel. [Forrás]
Kompressziógyújtás gázolajjal
Az LNG-s motorok legfontosabb különbsége, a CNG-hez képest, hogy nem szikra, hanem kompressziógyújtásúak, emiatt a keverék begyújtásához csekély mennyiségű gázolajra is szükség van. A folyamat egyszerű, elsőként a gázolaj befecskendezése történik meg, majd a sűrítési ütem vége felé a földgázé. A gázolaj begyullad, majd ez gyújtja meg a földgázt. Ebből következően két, egymástól függetlenül működő injektorra van szükség, ami első látásra lehetetlenné, de legalábbis rendkívül bonyolulttá tenné az utólagos átalakításokat. Erre kínál megoldást például a Westport nevű cég, amely egy testbe integrálta a két befecskendezőt, ahogyan ez a jobb oldali illusztráción is látható, koncentrikus elhelyezéssel.
Alkalmazhatóságának korlátai
Több fontos alkalmazhatósági korlát is felmerül az LNG-vel kapcsolatosan. Az egyik a rendszer önsúlya, mely olyan magas, hogy egyelőre csak nagyhaszonjárművekben és buszokban érdemes telepíteni. A másik az üzemanyag illékonysága, ami olyan járművekben teszi gazdaságosan alkalmazhatóvá az LNG-t, amelyek 1-2 napnál tovább semmiképpen sincsenek használaton kívül. Az LNG töltőállomások csekély száma is korlátozó tényező, hazánkban csupán egy helyen, idén július óta lehet ilyen üzemanyagot tankolni. Természetesen a magas energiasűrűség lehetővé tesz akár 1000 km-es hatótávolságot is, de a kutak száma még így sem feltétlenül elegendő. A töltőállomások hiányos hálózatát illusztrálja az NGVA.eu térképe is.
VII. rész: A hidrogénhajtás –>
[Borítókép: LNG tankolása egy teherautóba (forrás: pgegreenenergy)]
1 thought on “Elektromos a jövő? – VI. rész: LNG: Gáz vagy folyadék?”