считаем выгоду и ищем заправку — журнал За рулем
Полтора года назад президент страны заявил, что нужно развивать использование приоритетного для России альтернативного топлива — метана, а отнюдь не электричество. А где заправляться-то?
От сотен к тысячам
Материалы по теме
Локомотивом развития сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) выступает Газпром. Он же фактически монополист: из 423 работающих в стране метановых заправок ему принадлежат 312. В 2015–2018 годах Газпром построил 86 и реконструировал 13 АГНКС. План на уходящий год — 43 станции. В следующем году сеть должна вырасти до 500 комплексов. Лет через десять, глядишь, будем считать уже тысячами.
В стратегии развития значатся 17 приоритетных регионов. В частности, в Белгородской области число АГНКС вырастет к 2022 году с 8 до 39, в Ростовской — с 11 до 39 к 2021‑му. И это только станции Газпрома.
Появляются заправки, появляются и автомобили.
Сейчас на российском рынке продается 229 метановых моделей. Почти все они коммерческие: автобусы, легкие, средние и тяжелые грузовики, спецтехника. Есть чисто метановые и битопливные версии российских и иностранных марок, заводские и переоборудованные спецфирмами.
Новеньких АГНКС в фирменной раскраске Газпрома становится больше с каждым месяцем.
Вам сжать или налить?
Десятидневный автомобильный пробег «Газ в моторы — 2019» стартовал в Краснодарском крае и завершился в Санкт-Петербурге. В нем приняли участие Лады, автобусы четырех классов, включая туристический Volgabus Марафон, и грузовики — от УАЗа Профи до магистральных тягачей. И весь маршрут (2760 км) караван прошел исключительно на метане. Мы оказались в числе участников пробега.
Материалы по теме
Scania выставила два седельных тягача нового поколения. Один работает на компримированном (сжатом до 200 бар) природном газе — КПГ (по-английски — CNG).
Классно? Разумеется! Но вот беда: СПГ-заправок в России — по пальцам можно пересчитать. Например, на всю Москву и область лишь одна, причем открыли ее только минувшей весной. А во всей стране — хорошо если пара десятков. Поэтому автомобили, питающиеся сжиженным метаном (в караване такой была не только Scania), сопровождал мобильный заправщик. Кстати, некоторые перевозчики, чьи машины работают вблизи заветной АГНКС, уже рискнули купить себе грузовики на СПГ.
Баллоны для сжатого метана (фото слева) и криобак для сжиженного (фото справа) на примере одной и той же модели Скании. И те и другие баки стоят с обеих сторон рамы и требуют равных объемов для размещения. Запас хода различается более чем вдвое: 500 км на сжатом метане против 1100 км на сжиженном.
Брать будете?
С 2014 по 2018 год в России куплено 15 тысяч метановых автомобилей заводского исполнения. Поскольку ежегодно у нас продается около 200 тысяч единиц коммерческой техники — показатель неплохой.
Запас хода у газовых машин разный: Веста проезжает 350 км, туристический Volgabus Марафон и фуры на сжатом метане — до 450–600 км. По европейской части страны уже вполне можно передвигаться исключительно на метане, дотягиваясь от одной заправки до другой.
Разношерстная колонна пробега «Газ в моторы — 2019» заезжала в городá по маршруту следования.
Я проехал с колонной газовых машин от Ростова-на-Дону до Москвы. На 500‑километровом перегоне от Воронежа до столицы непосредственно на трассе ни одной метановой заправки нет. Есть только в Новомосковске, в 16 километрах от М4. Пришлось делать крюк, иначе многие машины не дотянули бы.
Материалы по теме
С сопутствующими удобствами беда. Заправка в Россоши — это разбитая дорога, удручающая советская архитектура, нулевой сервис. Комплексы в Белгороде и Семилуках новенькие, с иголочки, но даже воды попутно не купишь. Зато везде исправно требуют документы на ГБО: 200 бар в баллоне — не шутки.
Со сжиженным метаном всё сложнее, чем со сжатым. Магистральные тягачи на сжиженном природном газе даже на одном криобаке проходят до 750–800 км, но для них инфраструктуры нет совсем — Газпром только планирует создать ее. Для начала — на трассах М1, М4, М10 и М7 до Новосибирска. Заправки обойдутся дорого. Сами машины дороже дизельных примерно на треть.
А еще СПГ расходуется даже на стоянке! При нагреве криобака автоматика начинает стравливать давление, выпуская лишнее топливо. Расти температура будет неизбежно. Хорошо, если заправился и сразу поехал в рейс, - а как быть при вынужденном простое фуры или в жару?
* * *
Материалы по теме
Для частников вся эта история пока что не слишком привлекательна: экономить можно, но неу
Метановые автомобили — ближайшее будущее? — журнал За рулем
С развитием технологий и появлением новых современных двигателей тема газомоторного топлива становится все актуальнее. Однако полного понимания того, что дает использование метана в автомобиле, до сих пор нет.
Попробуем разобраться в теории вопроса и понять, какими реальными преимуществами обладает этот вид топлива.
no copyright
В качестве моторного топлива используют два вида газа — пропан-бутан и метан. Пропан-бутан — это сжиженный углеводородный газ. Метан — это чистый природный газ, хорошо знакомый нам в быту. Метан попадает на заправки через газораспределительную систему и в баллоне находится в сжатом состоянии.
Пропан-бутан и метан отличаются друг от друга не только по физическим и химическим свойствам, но и эксплуатационным характеристикам. В последние десять лет мировой парк автомобилей на метане растет гораздо быстрее парка машин на пропане. Метан дешевле, безопаснее и удобнее в применении, поэтому он становится все более привлекательной альтернативой не только пропану, но и бензину и дизельному топливу.
В мае этого года Правительство России поддержало мировой тренд: вышло распоряжение о переводе на метан половины общественного транспорта в крупных городах.
Для выполнения этого плана по всей стране будет создана сеть АГНКС — станций для заправки автомобилей природным газом. Переход транспорта на метан приобретает массовый характер. Предлагаем разобраться в основных особенностях и выгодах использования метана в качестве моторного топлива.
Метан — это безопасно
Существует миф, что природный газ якобы «взрывоопасен». На самом деле его безопасность подтверждена давно и многократно. Метан официально имеет наивысший класс безопасности среди горючих веществ. Это означает, что он воспламеняется гораздо тяжелее, чем бензин или пропан.
Современные баллоны для метана производят таким образом, чтобы емкости могли выдерживать удары любой силы без повреждений. Даже в случае ДТП или пожара баллоны, наполненные метаном, не взрываются. Газ стравливается через специальные вставки, которыми оснащены емкости. Метан легче воздуха, поэтому не успевает осесть и образовать взрывоопасную концентрацию. Именно поэтому во многих странах разрешено строить АГНКС в жилых кварталах.
— Природный газ — наиболее безопасный вид топлива. Баллоны для метана обладают высокой надежностью и многократным запасом прочности, — поясняет начальник отдела по работе с производителями газоиспользующей и газозаправочной техники управления развития ООО «Газпром газомоторное топливо» Дмитрий Самсонов. — Это подтверждено различными испытаниями: на устойчивость к разрушению при падении с высоты, воздействием экстремальных температур, кислоты и т.д. Если оценить статистику взрывов и пожаров на обычном транспорте и сопоставить эти показатели с данными по метановым автомобилям — преимущество метана станет очевидным.
Автомобиль на метане мощнее
15–20 лет назад, в эпоху автомобилей с карбюраторными двигателями, транспорт на газе действительно терял в мощности, но эти времена давно в прошлом. Для современных двигателей с электронным зажиганием метан является идеальным топливом. Он легко перемешивается с воздухом в камере сгорания и обеспечивает оптимальное распределение смеси воздуха и топлива.
Метан обладает высокими антидетонационными свойствами. Это позволяет применять высокую степень сжатия (12:1) и значительно повышать мощность двигателя.
no copyright 2
Ведущие автопроизводители: Volkswagen, Volvo, Opel, Audi и многие другие, уже наладили массовый выпуск метановых автомобилей. Эти модели ни в чем не уступают бензиновым аналогам. Стараются не отставать от прогрессивных тенденций и российские производители. АВТОВАЗ выпустил газовый легковой автомобиль Lada Priora и уже представил проект двухтопливной Lada Granta.
Метан гарантирует долговечность двигателю
Слухам о том, что газ портит двигатель, метан обязан пропан-бутану. Состав этой смеси непостоянен, поэтому существует риск заправить автомобиль некачественным газом или топливом, не соответствующим сезону. В случае с метаном, состав которого однороден, это невозможно. Это чистое топливо, которое не подвергается никакой обработке, кроме очистки, осушки и сжатия в компрессоре.
Volkswagen Passat Variant EcoFuel
Доказано, что использование метана в качестве моторного топлива позволяет увеличить срок службы двигателя в 1,5–2 раза.
Во-первых, при работе двигателя не возникает детонации в цилиндрах, что снижает нагрузку на элементы и узлы цилиндро-поршневой группы. Во-вторых, при использовании метана масляная пленка с цилиндров не смывается, как в случае с бензином или дизелем, что обеспечивает оптимальный режим работы и смазки двигателя, значительно снижая его износ.
Сегодня метан остается наиболее современным, экологичным и безопасным видом топлива. Очевидно, что с увеличением количества метановых заправочных станций его популярность будет быстро расти. Уже сегодня эксперты автомобильного рынка с нетерпением ждут, когда мировые автопроизводители в массовом порядке начнут поставки метановых автомобилей на российский рынок.
Метановые автомобили — ближайшее будущее?С развитием технологий и появлением новых современных двигателей тема газомоторного топлива становится все актуальнее. Однако полного понимания того, что дает использование метана в автомобиле, до сих пор нет. Попробуем разобраться в теории вопроса и понять, какими реальными преимуществами обладает этот вид топлива.
Метановые автомобили — ближайшее будущее?
Тягач на метане: мечта дальнобойщика или головная боль? – Коммерческий транспорт – АТИ, Центр: Система грузоперевозок
Все обладатели прав категории «С» считают себя профессионалами. Зачастую самоуверенны те, кто работает за рулём грузовика несколько лет. На деле даже опытные водители нередко совершают ошибки. Особенно когда речь идёт о коммерческих автомобилях, работающих на метане.
Самые продвинутые дальнобойщики первыми обратили внимание на метановый Iveco Stralis NP460. Его газовый двигатель Cursor 13 рабочим объёмом 12,9 л, потенциалом в 460 л. с. хорошо подготовлен к суровым условиям эксплуатации. Итальянское газобаллонное оборудование (ГБО) выдерживает повышенную влажность, загрязнённый воздух и не боится холодов. Завод гарантирует лёгкий пуск и эксплуатацию даже при температуре окружающего воздуха до –40 ºС. Это характерно как для техники, потребляющей сжатый метан (CNG), так и для автомобилей на сжиженном природном газе (LNG) или в комбинированном сочетании CNG+LNG.
Для успешной эксплуатации автомобиля с газовым двигателем в зимний период важно подготовить ГБО к холодам
На флагманском Stralis NP460 LNG ёмкостей двух криогенных баллонов по 220 кг хватает на пробег в 1600 км. В версии CNG+LNG (540 л сжиженного газа + 4х115 л сжатого метана) автономность составляет 1100 км. При оснащении только сжатым метаном запас около 570 км. Теперь понимаете, почему перевозчики отдают предпочтение LNG?!
Газовому грузовику противопоказано долго стоять без движения. При давлении сжиженного метана в 10 бар его предельное время хранения составляет пять дней, а при давлении в 14 бар — сутки. После этого происходит утечка газа в атмосферу через предохранительный клапан…
Как показывает практика, средний расход метана в российских условиях эксплуатации составляет 25–26 кг/100 км. Исходя из этого и зная ёмкость газовых баллонов, и нужно рассчитывать запас хода. Сжиженным газом можно заправиться только в Москве, Санкт-Петербурге, Челябинске и Калининграде. С пунктами АГНКС для заправки сжатым газом дела обстоят лучше (в России их около 380), но и здесь пополнение запаса топлива лучше спланировать заранее.
При оснащении только сжатым метаном запас около 570 км
Секреты успешной эксплуатации газовых грузовиков CNG в морозы кроются в деталях. Например, если не крутит стартёр, то, скорее всего, замёрзла дроссельная заслонка (пуск двигателя предваряет автоматический контроль всех компонентов системы питания). Достаточно отогреть патрубок феном — и проблема решена. Когда стартёр крутит, а двигатель не запускается, причиной отказа может быть «заглючившая» электромагнитная катушка. Требуется её замена. Преградой к нормальной работе системы способен стать сгоревший предохранитель, поэтому при возникновении неполадки первым делом нужно установить её причину. Если это случилось на трассе, рассчитывать лучше всего на свои силы. Ну а при возникновении проблемы в городах разумнее поискать грузовую СТО или звонить в трак-сервис. В большинстве случаев специалист даже удалённо может дать дельный совет.
Газовому грузовику противопоказано долго стоять без движения. При давлении сжиженного метана в 10 бар его предельное время хранения составляет пять дней
Многие водители порой боятся касаться газовой аппаратуры, поскольку директор или завгар это категорически запретили. Но иногда вмешательство необходимо. Например, расходный электромагнитный клапан в аварийном режиме можно открыть или закрыть вручную — оборудование не пострадает. Аналогичное правило применимо и к магистральному газовому клапану. Уж если и возникли сомнения, всегда можно позвонить установщику аппаратуры и получить руководство к действию в конкретной ситуации.
Бывает так, что водители случайно включают тумблер прекращения подачи газа или забывают об этом. Стоит вернуть его в рабочее положение — и можно завести двигатель. Порой мотор не хочет работать после заправки. Нередко причина кроется в неплотно закрытой крышке заправочного ящика. При скоплении там снега и образовании льда концевой выключатель не активирует питание электромагнитного клапана на газовом редукторе. Удаление набившихся вкраплений и есть ключ к решению проблемы.
Чрезмерное усердие тоже не приветствуется. Скажем, укрывание заправочного вентиля и манометра от влаги и грязи полиэтиленовыми пакетами — процедура лишняя. Эти компоненты и так находятся в отдельном ящике, и дополнительная изоляция им не требуется. Вот за чем нужно следить, так это за своевременной заменой фильтров, экономить на них нельзя.
Особую осторожность нужно соблюдать при ремонте автомобиля. Если допустить утечку сжиженного метана, недолго получить низкотемпературный ожог. При заправке полностью опустошённого криобака продувать следует и сам бак, и соединительные шланги. Грузовик должен быть заземлён, это не обсуждается. А когда газ подаётся в ёмкость автомобиля, заправочный шланг лучше не трогать.
Для успешной эксплуатации автомобиля с газовым двигателем в зимний период важно подготовить ГБО к холодам. Речь не о дополнительном утеплении, а о проверке оборудования. Нужно внимательно осмотреть редуктор-испаритель, места соединения газовой магистрали, форсунки, газовые фильтры. Любое отклонение от нормы должно насторожить. И уж лучше перепроверить технику в условиях парка компании, чем потом «куковать» на трассе.
Очень важно использовать рекомендованные свечи зажигания (оригинал), иначе велик риск получить пробой катушек. И менять их лучше периодически, например, через 15–20 тыс. км пробега, а не по факту «чиханий» двигателя и проблем с пуском. Как это ни странно звучит, нужно уделять внимание качеству газа и заправляться только на проверенных АГНКС. Природный газ может быть с примесями, которые негативно сказываются на работоспособности оборудования и сокращают срок службы его компонентов.
Внимательнее следует быть и к наконечникам катушек зажигания. Запорная аппаратура на газовых баллонах тоже требует заботы. После рейса рекомендуется смывать грязь чистой водой. Перед наступлением морозов на редукторе желательно заменить масло, а все компоненты — очистить от отложений.
Чрезвычайно важно своевременно устранять возникшие неисправности. Махнув рукой на заедающий клапан или небольшую утечку газа, в итоге можно получить сопутствующие проблемы и понести дополнительные затраты на их устранение. И конечно, лучше всего эту работу доверять специалистам фирменной СТО и тем, кто умеет обращаться с газовыми двигателями и газовым оборудованием.
Александр Калугин
АГНКС 2020 — Газовый автомобиль на метане с завода
Природный газ — это топливо будущего и уже настоящего. Шведы это поняли давно. Со своим уважением к природе они вырвались далеко вперёд в Европе по количеству автомобилей на метане с заводским газовым оборудованием.
Почти каждый европейский производитель автомобилей уже позаботился о моделях, работающих на смешанном топливе: бензин/метан. Их разнообразие становится всё больше и больше.
В связи с неуклонным ростом цен на бензин и дизель, многие россияне присматривают альтернативу этим дорогостоящим видам топлива и всё чаще переоборудуют свои автомобили на природный газ, а также рассматривают возможность покупки заводского автомобиля с битопливной системой (бензин / метан). В нашем обзоре мы расскажем подробнее о метановых автомобилях с заводским ГБО. Речь пойдёт об автомобилях 3-5 лет.
Метановый автомобиль с заводской битопливной системой имеет ряд преимуществ:
- Идеально размещены баллоны с метаном под днищем автомобиля, сохраняется полезное место в багажнике.
- Двигатель изначально адаптирован и настроен под использование метана.
- На приборной панели выведены датчики расхода двух видов топлива. Двигатель автоматически переключается на бензин, когда заканчивается газ.
- Штатная конструкция обеспечивает легкий доступ ко всем заводским деталям и не усложняет ремонт и обслуживание автомобиля.
- Для новых автомобилей сохраняется заводская гарантия.
Рейтинг метановых автомобилей с заводским ГБО
Первый по рейтингу популярности, конечно является VW Passat 1.4 TSI Ecofuel. Передний привод, максимальная скорость — 210 км, мощность 150 л.с за счёт TSI-турбины. Вместимость газовых баллонов — 21 кг (31 куб.метр), вместимость бензобака — 30 литров. При полной заправке бензином и газом можно проехать около 900 км (по трассе при скоростях 70-95 км/час).
Подробнее…На втором месте по популярности VW TOURAN 1.4 TSI Ecofuel. Преимущество его среди других газовых авто – это 7 мест. В условиях города идеальный автомобиль для такси или семейный автомобиль.
Подробнее…Третий бюджетный вариант — это Opel Zafira 1.6 CNG Ecoflex. В Эстонии Зафира обросла хорошей популярностью, как среди таксистов, так и среди обыкновенных автолюбителей. Запчасти дешёвые, 7 мест, экономная, а если ещё и на метане …
Подробнее…Четвёртый экземпляр метанового автомобиля с заводским ГБО – это творение Mersedes E200 NGT. В этой машине сочетается комфорт, экономичность и представительский класс. Бензобак тут намного больше предыдущих заводских метановых автомобилей — 62 литра.
Подробнее…Из каблучков можно отметить VW Caddy 2.0 Ecofuel и VW Caddy Life 2.0 Ecofuel.
Подробнее…Fiat Doblo 1.4 CNG похож на Opel COMBO, так как Opel покупает кузова у FIATа, но Fiat DOBLO стоит дешевле- как сам авто, так и по растаможке из-за объёма двигателя 1.4.
И в то же время ни в чём не уступает Опелю Комбо по техническим характеристикам.
Opel COMBO TOUR 1.4 TURBO CNG Ecotec выпускается в трёх вариациях: Essentia, Enjoy и Cosmo. Это варианты комплектации,COSMO соответственно самый насыщенный вариант.
Подробнее…АГНКС 2020 — Газовый автомобиль на метане
Метановый автомобиль
Российский парк автомобилей, работающих на природном газе (метане), по разным оценкам, составляет от 80 до 103 тыс. единиц (и около 200 штук АГНКС).
Это всего лишь 14-е место в миром рейтинге газификации автомобильного транспорта. По состоянию на 1 января 2009 г. на метане (в основном компримированном, то есть сжатом до 19,6 МПа) работало 9,6 млн транспортных средств (0,8% мирового автопарка). По сравнению с июнем 2007-го их количество возросло на 39% (данные Международной газомоторной ассоциации – IANGV). Согласно исследованию американской компании Pike Research, к 2015 г. число метановых автомобилей достигнет 17 млн. Так, например лидирующие позиции в этом рейтинге занимает Пакистан – около 2 млн. метановых автомобилей (а количество АГНКС – около 2600 штук)…
Во многих странах использование метановых автомобилей всячески приветствуется и поддерживается государством, так, например, 42-й президент США Билл Клинтон весь срок своего пребывания в Белом доме ездил на автомобиле, работающем на природном газе.
Вот некоторые заводские автомобили, выпускаемые с метановыми двигателями:
Легковые автомобили на метане
1) Мерседес E-200NGT.
2) Фольскваген Folkswagen Caddy Eco Fuel
3) Фольскваген Folkswagen Passat Eco Fuel
4) Опель Зафира (Opel Zafira)
5) Начиная с 2012 года тольятинский ВАЗ также приступает к серийному выпуску метанового автомобиля Приора CNG (и Приора CNG plus с запасом хода без дозаправке на газе 900 км).
Грузовые автомобили на метане
1) Ивеко Эко Дэйли (Iveco Eco Daily)
2)Грузовой автомобиль Камаз 4314 с газовым двигателем на КПГ
посмотреть видеоролик
Городские, междугородные и туристические атобусы на метане
1) С 2012 года в России появились газовые автобусы Yutong
2) Пассажирские автобусы с метановыми двигателями (ЛиАЗ, НефАЗ, КАВЗ, Иран Ходро)
АГНКС 2020 — Газовый автомобиль с двигателем на метане
АДРЕСА СЕРВИСНЫХ ЦЕНТРОВ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИХ ПЕРЕВОД АВТОМОБИЛЕЙ НА МЕТАН
ОБЗОР МОДЕЛЕЙ ГАЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С ЗАВОДСКОЙ БИТОПЛИВНОЙ СИСТЕМОЙ (БЕНЗИН+МЕТАН)
Газовый автомобиль с двигателем на метане
Преимущества автомобиля на КПГ (компремированном природном газе) очевидны. Он выгоден всем, но прежде всего населению – владельцам автотранспорта, государству (включая региональный и муниципальный уровни), малому бизнесу (владельцам АГНКС и потребителям более дешевого газомоторного топлива), а также газодобывающим компаниям, прежде всего, «Газпрому». Естественно все они получают не только выгоды, но и несут определенные издержки и некоторые риски.
В чем же заключается это преимущество газового автомобиля с двигателем на метане и в чем заключаются его издержки и риски?
Для населения, частных автовладельцев и малого бизнеса:
Выгоды:
- сокращение затрат на топливо горюче-смазочные материалы,
- сокращение общего уровня инфляции (вызываемого ростом цен на моторное топливо),
- сокращение экологического ущерба, повышение износостойкости двигателя и топливной экономичности.
Издержки:
- затраты на перевод автотранспорта на газомотрное топливо,
- риск дополнительного пробега из-за слабого развития сети АГНКС,
- рост затрат на техническое обслуживание ГБО.
Для владельцев крупных автотранспортных предприятий и автобусных станций
Выгоды:
- сокращение затрат на топливо горюче-смазочные материалы,
- рост рентабельности предприятий
Издержки:
- затраты на перевод автотранспорта на газомоторное топливо,
- риск дополнительного пробега из-за слабого развития сети АГНКС,
- рост затрат на техническое обслуживание ГБО.
Для государства:
Выгоды:
- рациональное использование ресурсов недр,
- сокращение инфляции, прирост налогов на имущество и прибыль от автотранспортных предприятий,
- сокращение бюджетных расходов на топливо и смазочные материалы.
Издержки:
- затраты на реализацию мер по регулированию,
- сокращение налогов от реализации нефтепродуктов.
Для бизнеса — владельцев АГНКС
Выгода:
- относительно невысокие инвестиции,
- высокая рентабельность и быстрая окупаемость при нормальной загрузке.
Издержки:
- риск медленного роста спроса на газомоторное топливо,
- темпы развития автотранспорта на природном газе.
Для ОАО «Газпром»:
Выгода:
- новые рынки сбыта продукции,
- сокращение затрат на ГСМ у компании,
- заполнение газопроводов-отводов.
Издержки:
- риск медленного спроса на горюче-смазочные материалы,
- риск низкой загрузки АГНКС
Так, например, на сегодняшний день загрузка действующих в России АГНКС составляет около 15%, что является следствием строительства в советские времена крупных по размерам заправок, в основном ориентированных на заправку грузовых автомобилей ЗИЛ, серийно выпускавшихся с двигателем на метане. Как показывают расчеты специалистов, при грамотном подборе оборудования АГНКС, даже при ее загрузке на уровне 50 – 70% окупаемость проекта достигается через 1,5 – 2 года, при загрузке в 10 – 15% окупаемость инвестиций будет через 8 — 10 лет…
Наконец, надежный топливный элемент, работающий на метане при практических температурах — ScienceDaily
Топливные элементы не особо известны своей практичностью и доступностью, но это, возможно, только что изменилось. Есть новый элемент, который работает на дешевом топливе при температурах, сопоставимых с температурами автомобильных двигателей, и сокращает затраты на материалы.
Хотя элемент находится в лаборатории, у него есть высокий потенциал для того, чтобы когда-нибудь электрифицировать дома и, возможно, автомобили, говорят исследователи из Технологического института Джорджии, руководившие его разработкой.В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy , исследователи подробно описали, как они переосмыслили весь топливный элемент с помощью недавно изобретенного топливного катализатора.
Катализатор отказался от дорогостоящего водородного топлива, создав его собственный из дешевого и легкодоступного метана. А усовершенствования по всему элементу резко снизили высокие рабочие температуры, которые являются обычными для метановых топливных элементов, — поразительное техническое достижение.
Для работы метановых топливных элементов обычно требуется температура от 750 до 1000 градусов Цельсия.Этому новому нужно всего около 500, что даже на ступень ниже, чем автомобильные двигатели внутреннего сгорания, которые работают при температуре около 600 градусов Цельсия.
Эта более низкая температура может вызвать каскадную экономию затрат на вспомогательную технологию, необходимую для работы топливного элемента, потенциально подтолкнув новый элемент к коммерческой жизнеспособности. Исследователи уверены, что инженеры могут с разумными усилиями спроектировать электрические силовые установки на основе этого топливного элемента, чего раньше не было в метановых топливных элементах.
«Сенсация в нашем мире»
«Наша ячейка могла бы стать простой и надежной общей системой, в которой для изготовления соединителей используется дешевая нержавеющая сталь», — сказал Мейлин Лю, руководивший исследованием и являющийся профессором Риджентс в Школе материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии. Соединители — это части, которые помогают объединить множество топливных элементов в стек или функциональную единицу.
«При температуре выше 750 градусов по Цельсию ни один металл не сможет выдержать температуру без окисления, поэтому у вас будет много проблем с получением материалов, а они будут чрезвычайно дорогими и хрупкими и загрязняют элемент», — сказал Лю.
«Снижение температуры до 500 градусов по Цельсию — сенсация в нашем мире. Очень немногие люди даже пробовали это», — сказал Бен деГли, научный сотрудник лаборатории Лю и один из первых авторов исследования. «Когда вы получаете такой низкий уровень, это значительно упрощает работу инженера по проектированию стека и связанных технологий».
Новый элемент также устраняет необходимость в главном вспомогательном устройстве, называемом паровым риформингом, которое обычно требуется для преобразования метана и воды в водородное топливо.
Лю, деГли, со-первый автор Ю Чен, постдокторант в лаборатории Лю, и со-первый автор Ю Тан из Канзасского университета опубликовали результаты своего исследования 29 октября 2018 года. Их работа финансировалась Управление фундаментальных энергетических наук и Агентство перспективных исследовательских проектов в области энергетики (ARPA-E), оба находятся в Министерстве энергетики США. Он также был профинансирован отделом химии Национального научного фонда.
«Распределенная генерация»
Исследование было основано на типе топливного элемента с высоким потенциалом коммерческой жизнеспособности, твердооксидном топливном элементе (ТОТЭ).ТОТЭ известны своей универсальностью в отношении топлива, которое они могут использовать.
Если он поступит на рынок, то, хотя новая ячейка может некоторое время не приводить в действие автомобили, она может быстрее приземлиться в подвалах как часть более децентрализованной, чистой и дешевой электросети. Сама батарея топливных элементов была бы размером с коробку из-под обуви, плюс вспомогательные технологии, чтобы заставить ее работать.
«Есть надежда, что вы сможете установить это устройство как безбаковый водонагреватель. Он будет работать на природном газе, чтобы снабжать ваш дом энергией», — сказал Лю.«Это избавит общество и промышленность от огромных затрат на строительство новых электростанций и крупных расширений электрических сетей».
«Это сделает дома и предприятия более независимыми от власти», — сказал Лю. «Такая система будет называться распределенной генерацией, и наши спонсоры хотят ее развивать».
Самодельный водород
Водород — лучшее топливо для топливных элементов, но его стоимость непомерно высока. Исследователи выяснили, как преобразовать метан в водород в самом топливном элементе с помощью нового катализатора, который состоит из церия, никеля и рутения и имеет химическую формулу Ce0.9Ni0.05Ru0.05O2, сокращенно CNR.
Когда молекулы метана и воды вступают в контакт с катализатором и нагреваются, никель химически расщепляет молекулу метана. Рутений делает то же самое с водой. Полученные в результате части объединяются в очень желанные водород (h3) и окись углерода (CO), которые исследователи неожиданно нашли хорошее применение.
«CO вызывает проблемы с производительностью в большинстве топливных элементов, но здесь мы используем его в качестве топлива», — сказал Чен.
Производство электроэнергии
h3 и CO переходят к дальнейшим слоям катализатора, которые составляют анод, часть топливного элемента, которая оттягивает электроны, создавая положительно заряженные ионы окиси углерода и водорода.Электроны движутся по проводу, создавая поток электричества, к катоду.
Там кислород, который очень голоден на электроны, поглощает электроны, замыкая электрическую цепь и превращаясь в ионы O2-. Ионизированный водород и кислород встречаются и выходят из системы в виде конденсации воды; ионы окиси углерода и кислорода встречаются, образуя чистый углекислый газ, который может быть захвачен.
Что касается производимой энергии, то технология топливных элементов создает гораздо меньше углекислого газа, чем двигатели внутреннего сгорания.
В некоторых топливных элементах воду в начальных реакциях необходимо вводить извне. В этом новом топливном элементе он пополняется на последней фазе реакции, в результате чего образуется вода, которая снова вступает в реакцию с метаном.
Катализаторы сходятся
Новый катализатор CNR, изготовленный сотрудниками исследователей из Университета Канзаса, представляет собой внешний слой анодной стороны элемента и выполняет также функцию защиты от распада, продлевая срок службы элемента.CNR имеет сильные когортные катализаторы во внутренних слоях и на другой стороне ячейки, на катоде.
Что касается катода, реакция и движение кислорода через систему, как известно, обычно медленные, но лаборатория Лю недавно ускорила это, чтобы увеличить выработку электроэнергии, используя так называемые катоды из нановолокна, которые лаборатория Лю разработала в предыдущем исследовании. (См. Предыдущее исследование: специально разработанный катализатор из двойных перовскитных нановолокон обеспечивает сверхбыстрое выделение кислорода.)
«Структура этих различных катализаторов, а также катодов из нановолокна, все вместе позволило нам снизить рабочую температуру», — сказал Чен.
Следующие люди являются соавторами исследования: Ботэ Чжао, Лэй Чжан, Сонён Ю, Кай Пей, Чон Хёк Ким и Ён Дин из Технологического института Джорджии; Юечан Вэй и Франклин Фэн Тао из Университета Канзаса, а также Цзыюнь Ван и П. Ху из Королевского университета Белфаста. Исследование финансировалось Министерством энергетики США в рамках следующих агентств и программ: Программа перспективных исследовательских проектов — Энергетика (ARPA-E) REBELS (награда DE-AR0000502) и Программа основных технологий SECA (награда DE-FE0031201), Программа катализа Управления фундаментальных энергетических наук (грант DE-SC0014561).Он также был профинансирован отделом химии Национального научного фонда (награда 1462121). Все результаты, выводы и мнения принадлежат авторам, а не обязательно финансирующим агентствам.
Метан (CH 4 ) Метан — бесцветный, без запаха и вкуса, горючий газ. Это основной компонент природного газа. Обычно метан используется в качестве тестовый газ для систем, предназначенных для использования природного газа в качестве топлива.Также он используется для производство аммиака и ацетилена. ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ (метан):
СОЕДИНЕНИЯ ЦИЛИНДРОВ (Метан): Стандартное соединение цилиндра CGA V-1 до 500 фунтов на кв. Дюйм изб .: CGA 510 |
Метан
[Фото + подпись любезно предоставлена New York Times]
Новое (фев.2020): Нефть и газ могут быть гораздо большей угрозой для климата, чем мы знали (NYT)Добыча нефти и газа может быть причиной гораздо большей доли метана, мощного парникового газа, в земной атмосфере, чем считалось ранее, как показало новое исследование.
Результаты, опубликованные в журнале Nature, делают безотлагательными усилия по сокращению выбросов метана в отрасли ископаемого топлива, которая обычно дает утечки или намеренно выбрасывает газ в воздух.
«Мы обнаружили гигантское несоответствие, которое показывает, что отрасли необходимо, по крайней мере, улучшить мониторинг», — сказал Бенджамин Хмиэль, исследователь из Рочестерского университета и ведущий автор исследования. «Если эти выбросы действительно связаны с добычей нефти, газа, производственным использованием, отрасль даже не сообщает об этом и не видит этого прямо сейчас».
Полная история от 19 февраля 2020 г. здесь.
Остальная часть этой страницы была исследована и написана Анали Грейг, летним практикантом CTC 2016 и студенткой SUNY-Binghamton.
Ch5 или метан — бесцветный газ без запаха, широко встречающийся в природе. Как и углекислый газ, это мощный парниковый газ, способствующий глобальному потеплению. Фунты за фунт, метан улавливает гораздо больше тепла, когда он находится в атмосфере, чем CO2. По оценкам, за двадцатилетний период молекула метана в 84 раза более мощный агент изменения климата, чем молекула CO2.
К счастью, молекулы метана естественным образом рассеиваются из атмосферы в среднем примерно за десяток лет, в то время как среднее время пребывания CO2 в атмосфере намного больше, около века.Таким образом, в 100-летнем масштабе метан считается «всего» в 25 раз более сильным на фунт, чем CO2, для потепления климата, хотя его эффективность вырисовывается выше в краткосрочных периодах времени, которые иногда используются в климатической политике. Тем не менее, из-за гораздо большего объема выбросов CO2 метану обычно отводится второстепенная роль в климатическом анализе и политике.
Метан естественным образом вырабатывается в анаэробной среде бактериями, которые питаются разлагающимися органическими веществами. Водно-болотные угодья являются важным источником атмосферного метана и ответственны за примерно 25% всех выбросов Ch5.Естественные пищеварительные процессы жвачных животных, таких как коровы, также приводят к выбросу метана. Хотя метан естественным образом встречается на Земле, деятельность человека, такая как промышленное сельское хозяйство и добыча природного газа, является причиной более 60% мировых выбросов метана. Это та доля, которую мы можем и должны решить с помощью политики.
Согласно тщательному учету антропогенных выбросов парниковых газов Агентством по охране окружающей среды США, метан составлял 10,6% от общего количества выбросов в США в 2014 году, что на секунду меньше, чем у диоксида углерода 80.9%. Ни один источник метана не доминирует, но самая большая категория — это добыча ископаемого топлива, на которое в 2014 году приходилось примерно 43% выбросов метана, из которых 34% приходилось на добычу и транспортировку природного газа и нефти и 9% на добычу угля. Следующими двумя крупнейшими источниками являются животноводство — 31%, 23% — за счет кишечной ферментации и 8% — за счет навоза и свалок (20%).
Использование метана в качестве источника энергии создает сильный, но неполный стимул для сокращения его выбросов в атмосферу — неполный, потому что климатические последствия выбросов метана не отражаются на его энергетической или коммерческой ценности.Кроме того, прогнозируется рост выбросов, поскольку природный газ занимает рыночную долю как угля, так и нефти.
Усилия Агентства по охране окружающей среды по сокращению выбросов метана исторически были сосредоточены на добровольных программах, таких как Программа Natural Gas STAR и Программа сбора метана на свалках, которые побуждают компании сокращать выбросы и, следовательно, экономить деньги. Однако успех таких программ широко обсуждается. Национальный совет по защите ресурсов обнаружил, что большинство участников программы EPA Methane Challenge, разработанной в 2016 году, являются компаниями по распределению природного газа, хотя на сектор распределения природного газа приходилось только 6% выбросов газовой промышленности в 2014 году.
Недавно в ответных мерах Агентства по охране окружающей среды стали применяться более строгие правила, поскольку более точный сбор данных выявил растущую серьезность утечки метана из нефтегазового сектора.
В 2014 году в рамках своего Плана действий по борьбе с изменением климата администрация Обамы выпустила серию «официальных документов» по выбросам метана в газовом и нефтяном секторах. Это привело к предложенным правилам EPA, опубликованным в мае 2016 года, для ограничения выбросов при добыче газа и нефти. EPA также выпустило запрос на сбор информации (ICR), направленный на сбор подробных данных об утечке метана для руководства дальнейшими правилами.
Однако способность EPA регулировать нефтегазовую отрасль ограничена, отчасти потому, что значительные регулирующие полномочия были делегированы штатам, а также потому, что члены Конгресса от нефтегазовых штатов смогли обойти законодателей, ограничивающих способность EPA действовать.
В таблице ниже приведены основные источники выбросов метана в США в результате деятельности человека.
Примечание редактора. Для получения еще одного подробного обзора химического состава метана и политики ознакомьтесь с публикацией Yale Climate Connections за август 2016 г. «Является ли природный газ мостовым топливом?». Это требует умного взгляда на CO2 vs.Ch5 и уголь против природного газа, а также ископаемое топливо против возобновляемых источников энергии.
Google Maps и местные коммунальные службы объединились для борьбы с утечками метана — RT USA News
Карты Google собираются нанести на карту больше, чем просто улицы и дороги. Они собираются обнаружить утечки метана в городах. В результате сотрудничества ученых, групп защиты интересов и Google выяснилось, что оснащение автомобилей датчиками метана помогает обнаруживать утечки природного газа.
Новая функция автомобилей Google может стать большим подарком для защитников окружающей среды.Соединив эти автомобили с датчиками метана, коммунальные предприятия смогут точно определять и отслеживать проблемные зоны на линиях природного газа, согласно исследованию нескольких ученых из Колорадо, группы защиты окружающей среды Фонда защиты окружающей среды и программы Google Street View.
В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Science and Technology, использовался инфракрасный лазерный анализатор метана на транспортных средствах. Их способность обнаруживать утечки не была идеальной; в случае небольших утечек они могли обнаружить их только в 35% времени проезда, в то время как средние утечки были успешно обнаружены в 63% случаев, а крупные утечки были отмечены с вероятностью успеха 74%.
Однако исследование не обнаружило в этом большого недостатка. Исследователи сравнили свои данные с утечками, о которых сообщили коммунальные компании, и заметили кое-что интересное: утечки, обнаруженные их автомобилями, не всегда находили коммунальные компании, и наоборот.
Биолог и ведущий автор статьи Джозеф фон Фишер, биолог из Университета штата Колорадо, сообщил Washington Post, что ближайшей целью их проекта было дать « коммунальным предприятиям инструмент, позволяющий ранжировать размер их утечки и произвести рентабельный ремонт, »и обеспечить« действительно быструю и недорогую способность обнаруживать самые большие утечки, чтобы их можно было заменить.