Транспортное средство, работающее на природном газе (NGV), использует сжатый природный газ (СПГ) или сжиженный природный газ (СПГ) в качестве альтернативного источника топлива. В отличие от автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе (СНГ) , газомоторные автомобили работают на сжигании метана, что приводит к более чистым выбросам за счет удаления загрязняющих веществ из источника природного газа.
Переоборудование существующих бензиновых или дизельных автомобилей в газомоторные автомобили возможно, предлагая как специализированные, так и двухтопливные варианты. Тяжелые транспортные средства, такие как грузовики и автобусы, также могут быть переоборудованы с использованием систем искрового зажигания или гибридных конфигураций электродвигателей .
Проблемы внедрения газомоторного топлива включают хранение и заправку природного газа, учитывая его состояние под давлением или сжиженное состояние. Хотя достижения в области сжатия и сжижения смягчают разницу в плотности энергии, компромиссы в отношении размера контейнера для хранения, сложности и веса влияют на дальность полета транспортного средства. Несмотря на эти проблемы, безопасность и ценовые преимущества метана по сравнению с водородным топливом способствуют его жизнеспособности.
Препятствия на пути широкого внедрения газомоторного топлива в частные автомобили включают опасения по поводу дополнительного веса, незнакомости с технологиями и ограниченной инфраструктуры заправки в некоторых регионах. Тем не менее, к 2019 году глобальное количество газомоторных автомобилей достигло почти 28 миллионов [1] при значительном присутствии на рынке в таких странах, как Китай, Иран, Индия, Пакистан, Аргентина, Бразилия и Италия.
КПГ можно производить и использовать для хранения и транспортировки возобновляемой энергии по трубопроводам, а также смешивать с биометаном , который сам получается из биогаза со свалок или анаэробного сбраживания . Это позволяет использовать КПГ в транспортных средствах со значительно меньшими выбросами углекислого газа по сравнению с обычными дизельными транспортными средствами. Это также позволит продолжать использовать автомобили, работающие на КПГ, которые в настоящее время работают на невозобновляемом ископаемом топливе, чтобы эти автомобили не устарели, если ужесточить требования к выбросам CO.
2нормы выбросов призваны бороться с изменением климата .
Ключевым преимуществом использования природного газа является наличие, в принципе, большей части инфраструктуры и цепочки поставок, которые не взаимозаменяемы с водородом. Сегодня метан в основном поступает из невозобновляемых источников, но его можно поставлять или производить из возобновляемых источников, что обеспечивает чистую углеродно-нейтральную мобильность. На многих рынках, особенно в Америке, природный газ может продаваться со скидкой по сравнению с другими продуктами ископаемого топлива, такими как бензин, дизельное топливо или уголь, или даже быть менее ценным побочным продуктом, связанным с его производством, от которого необходимо избавляться. Многие страны также предоставляют налоговые льготы для транспортных средств, работающих на природном газе, из-за экологических преимуществ для общества. Снижение эксплуатационных расходов и правительственные стимулы по снижению загрязнения от тяжелых транспортных средств в городских районах привели к внедрению газомоторного топлива для коммерческого и общественного использования, т.е. для грузовых автомобилей и автобусов.
Несмотря на свои преимущества, использование транспортных средств, работающих на природном газе, сталкивается с рядом ограничений, включая хранение топлива и инфраструктуру, доступную для доставки и распределения на заправочных станциях. СПГ должен храниться в баллонах высокого давления (от 21 000 до 25 000 кПа (от 3 000 до 3 600 фунтов на квадратный дюйм)), а СПГ должен храниться в криогенных баллонах (от -162 до -129 ° C (от - 260 до -200 ° F)). Эти цилиндры занимают больше места, чем баки для бензина или дизельного топлива, которым можно придать замысловатую форму, чтобы хранить больше топлива и использовать меньше места в автомобиле. Баллоны со сжатым природным газом иногда располагаются в багажнике или кузове пикапа, что уменьшает пространство для другого груза. Эту проблему решили за счет установки баков под кузовом автомобиля или на крыше (типично для автобусов), оставив свободными грузовые отсеки. Как и в случае с альтернативными видами топлива, другими препятствиями на пути широкого использования газомоторного топлива являются распределение природного газа и меньшее количество станций КПГ и СПГ по сравнению с жидким топливом. [2]
Другие проблемы включают относительно дорогостоящие и экологически нечувствительные, но ищущие удобства частные лица; хорошие прибыли и налоги, получаемые от мелкосерийной продажи фирменного бензина и дизельного топлива с добавленной стоимостью через установленные торговые каналы и нефтеперерабатывающие предприятия; проблемы сопротивления и безопасности увеличения запасов газа в городских районах; двойное использование распределительных сетей, изначально построенных для домашнего газоснабжения, и распределение затрат на расширение сетей; нежелание, усилия и затраты, связанные с переключением; престиж и ностальгия, связанные с бензиновыми автомобилями; страх избыточности и разрушения. Особая проблема может заключаться в том, что нефтеперерабатывающие заводы в настоящее время настроены на производство определенной топливной смеси из сырой нефти. Авиационное топливо , вероятно, останется предпочтительным топливом для самолетов из-за его чувствительности к весу в обозримом будущем.
Газозаправочные станции могут быть расположены везде, где есть линии природного газа. Компрессоры (КПГ) или заводы по сжижению газа (СПГ) обычно строятся в больших масштабах, но возможны и небольшие домашние заправочные станции КПГ. Компания Fuel Maker первой разработала систему под названием Phil Home Refueling Appliance (известную как «Phil»), которую они разработали в сотрудничестве с Honda для американской модели GX. [3] [4] Фил в настоящее время производится и продается компанией BRC Fuel Maker, подразделением Fuel Systems Solutions, Inc. [5]
Азиатско -Тихоокеанский регион лидирует в мире с 6,8 миллионами автомобилей, за ним следует Латинская Америка с 4,2 миллионами. [1] [6] В Латинской Америке почти 90% газомоторных автомобилей оснащены двухтопливными двигателями , что позволяет этим автомобилям работать как на бензине, так и на КПГ. [7] В Пакистане почти каждое транспортное средство, переоборудованное (или изготовленное) для использования альтернативного топлива, обычно сохраняет способность работать на бензине.
По состоянию на 2016 год парк автомобилей в США насчитывал 160 000 автомобилей, работающих на природном газе, включая 3176 автомобилей, работающих на сжиженном природном газе. Другие страны, где автобусы, работающие на природном газе, популярны, включают Индию, Австралию, Аргентину, Германию и Грецию. [8] В странах ОЭСР насчитывается около 500 000 автомобилей, работающих на КПГ. [2] Доля Пакистана на рынке газомоторных автомобилей в 2010 году составила 61,1%, за ним следует Армения с более чем 77% (2014 год) и Боливия с 20%. [6] Число газозаправочных станций по всему миру также увеличилось до 18 202 по состоянию на 2010 год, что на 10,2% больше, чем в предыдущем году. [6]
Крупные автопроизводители во всем мире производят все больше автомобилей, работающих на КПГ. До недавнего времени Honda Civic GX была единственным газомоторным двигателем, коммерчески доступным на рынке США. Совсем недавно Ford , General Motors и Ram Trucks включили в свою линейку автомобилей двухтопливные предложения. В 2006 году бразильский филиал FIAT представил Fiat Siena Tetra Fuel — четырехтопливный автомобиль, способный работать на природном газе (СПГ). [9]
Транспортные средства, работающие на КПГ, считаются более безопасными, чем автомобили, работающие на бензине. [10] [11] [12]
Существующие автомобили с бензиновым двигателем могут быть переоборудованы для работы на КПГ или СПГ и могут быть специализированными (работающими только на природном газе) или двухтопливными (работающими на бензине или природном газе). Однако все большее количество автомобилей во всем мире производится для работы на КПГ. [13] До недавнего времени [ когда? ] Снятая с производства Honda Civic GX была единственным газомоторным двигателем, коммерчески доступным на рынке США. [14] [15] Совсем недавно Ford, General Motors и Ram Trucks включили в свою линейку автомобилей двухтопливные предложения. [ нужна цитата ] Подход Ford заключается в том, чтобы предложить комплект для подготовки к работе на двух видах топлива в качестве заводской опции, а затем предложить клиенту выбрать авторизованного партнера для установки оборудования, работающего на природном газе. Выбор двухтопливного варианта GM отправляет пикапы HD с 6,0-литровым бензиновым двигателем в компанию IMPCO в Индиане, чтобы переоборудовать автомобиль для работы на сжатом природном газе. В настоящее время Ram является единственным производителем пикапов, имеющим на рынке США действительно установленную на заводе двухтопливную систему, работающую на сжатом природном газе. [ нужна цитата ]
За пределами США компания GM do Brasil в 2004 году представила двигатель Multipower, который мог использовать в качестве топлива КПГ, спирт и бензин ( смесь E20-E25 ). Применялся в автомобиле Chevrolet Astra 2.0 модели 2005 года, ориентированном на рынок такси. [16] [17] В 2006 году бразильский филиал FIAT представил Fiat Siena Tetra Fuel , четырехтопливный автомобиль, разработанный Магнети Марелли из Fiat Brazil. Этот автомобиль может работать на природном газе (СПГ); 100% этанол ( Е100 ); Смесь бензинов от E20 до E25 , обязательный бензин в Бразилии; и чистый бензин. Однако он больше не доступен в Бразилии, но используется в других соседних странах. [9] [18]
В 2015 году Honda объявила о своем решении прекратить коммерциализацию автомобилей, работающих на природном газе, чтобы сосредоточиться на разработке нового поколения электрифицированных транспортных средств, таких как гибриды , подключаемые электромобили и автомобили на водородных топливных элементах . С 2008 года Honda продала около 16 000 автомобилей, работающих на природном газе, в основном такси и коммерческим паркам. [19]
Хотя СПГ и КПГ считаются газомоторными автомобилями, технологии существенно различаются. Заправочное оборудование, стоимость топлива, насосов, резервуаров, опасностей и капитальных затрат различаются.
Их объединяет то, что из-за двигателей, предназначенных для бензина, для них обоих требуются клапаны с компьютерным управлением для управления топливными смесями, часто запатентованные и специфичные для производителя. Внутримоторная технология дозирования топлива одинакова для СПГ и КПГ.
СПГ, или сжатый природный газ, хранится под высоким давлением, от 210 до 250 бар (от 3000 до 3600 фунтов на квадратный дюйм). Требуемый бак более массивный и дорогостоящий, чем обычный топливный бак. Коммерческие заправочные станции по требованию обходятся дороже, чем станции СПГ, из-за энергии, необходимой для сжатия; компрессору требуется в 100 раз больше электроэнергии. Однако медленное заполнение (многочасовое) может быть экономически эффективным на станциях СПГ [цитата отсутствует - первоначальное сжижение природного газа путем охлаждения требует больше энергии, чем сжатие газа]. Время заправки баллона КПГ сильно варьируется в зависимости от станции. Домашняя заправка обычно заправляется со скоростью около 1 кг/ч (0,4 GGE /ч). На заправках, где давление значительно выше, заправить бак емкостью 25 кг (10 ГГЭ) можно за 5–10 минут. Кроме того, из-за более низкой плотности энергии запас хода СПГ меньше, чем у СПГ. Учитывая состав и пропускную способность газа, должно быть возможным подключение коммерческих АГНКС к городским газовым сетям или возможность заправки автомобилей КПГ в домашних условиях непосредственно с помощью газового компрессора. Подобно автомобильному аккумулятору, бак СПГ автомобиля может использоваться в качестве домашнего устройства хранения энергии, а компрессор может работать в то время, когда имеется избыток/бесплатная возобновляемая электроэнергия.
СПГ, или сжиженный природный газ, представляет собой природный газ, охлажденный до криогенной жидкости. Его жидкое состояние по-прежнему более чем в два раза плотнее КПГ. СПГ либо разливается из резервуаров для хранения, либо производится на месте из инженерных труб на заправочных станциях СПГ. Из-за своей криогенной природы его хранят в специально разработанных изолированных резервуарах. Вообще говоря, эти баллоны работают при довольно низком давлении (от 5 до 10 бар (от 72,5 до 145,0 фунтов на квадратный дюйм )) по сравнению с КПГ. В топливной системе установлен испаритель, превращающий СПГ в газ (который можно считать СПГ низкого давления). При сравнении коммерческой станции СПГ со станцией КПГ коммунальная инфраструктура, капитальные затраты и электроэнергия в значительной степени отдают предпочтение СПГ, а не КПГ, но наличие трубопроводного газа является более распространенным явлением, чем доставка СПГ танкерами. Существуют существующие станции СПГ (СПГ и СПГ), где топливо хранится в виде СПГ, а затем по требованию испаряется в СПГ. Станции СПГ требуют меньших капитальных затрат, чем одни лишь станции быстрого заполнения, но больше, чем станции СПГ.
Помимо различных топливных баков, дозаторов топлива и компьютерных модулей, двигатели транспортных средств, работающих на природном газе, могут работать на КПГ или СПГ, не требуя каких-либо модификаций, поскольку оба являются видами природного газа.
СПГ – и особенно КПГ – имеет тенденцию корродировать и изнашивать детали двигателя не так быстро, как бензин. Таким образом, довольно часто можно встретить газомоторные автомобили с дизельными двигателями с большим пробегом (более 800 000 км (500 000 миль)). СПГ также выбрасывает на 20–29% меньше CO 2 , чем дизельное топливо и бензин. [20] Выбросы стали чище, с меньшими выбросами углерода и твердых частиц на эквивалентное пройденное расстояние. Как правило, меньше тратится топлива. Однако необходимо учитывать стоимость (денежную, экологическую, уже существующую инфраструктуру) распределения, сжатия и охлаждения. Кроме того, природный газ имеет более высокое октановое число , чем бензин: октановое число 112 RON/105 AKI для пропана и 120 RON/120 AKI для метана, что снижает вероятность возникновения детонации в двигателе .
Автомобильный газ, также известный как сжиженный нефтяной газ или пропан, имеет другой химический состав. Тем не менее, это по-прежнему газ на нефтяной основе, получаемый при переработке нефтяного масла, и он имеет ряд присущих ему преимуществ и недостатков, а также несущественных. Неотъемлемым преимуществом автомобильного газа перед КПГ является то, что он требует гораздо меньшего сжатия (20% стоимости КПГ), [21] он более плотный и его легче хранить, поскольку при более низком давлении он представляет собой жидкость при комнатной температуре и, следовательно, требует гораздо более дешевых резервуаров. (потребитель) и топливные компрессоры (поставщик), чем КПГ. По сравнению с СПГ, он не требует охлаждения (и, следовательно, меньше энергии) и не требует проблем, связанных с сильным холодом, таких как обморожение . Как и газомоторные автомобили, он также имеет преимущества перед бензином и дизельным топливом с точки зрения более чистых выбросов и меньшего износа двигателей, чем бензин. Главным недостатком сжиженного нефтяного газа является его безопасность. Топливо летучее и легковоспламеняющееся, а его пары тяжелее воздуха, из-за чего в случае утечки они собираются в низком месте, что делает его использование гораздо более опасным. При обращении с этим требуется большая осторожность. Кроме того, сжиженный нефтяной газ (40% от переработки сырой нефти) исторически был дороже природного газа, хотя плотность энергии на вес выше.
В таких местах, как США, Таиланд и Индия, в пять-десять раз больше заправок сжиженного нефтяного газа, что делает топливо более доступным, чем заправочные станции, работающие на природном газе. В некоторых странах, таких как Польша, Южная Корея и Турция, широко распространены заправочные станции и автомобили для сжиженного нефтяного газа, а вот газомоторные автомобили — нет. Кроме того, в некоторых странах, например в Таиланде, розничная продажа сжиженного нефтяного газа значительно дешевле.
Хотя ANG (адсорбированный природный газ) еще не использовался ни на станциях снабжения, ни в потребительских резервуарах для хранения, его низкая степень сжатия (34 бар (500 фунтов на квадратный дюйм) против 250 бар (3600 фунтов на квадратный дюйм)) [22] потенциально может снизить затраты на Газовая инфраструктура и резервуары для транспортных средств.
СПГ оценивается и тестируется для использования в автомобильном транспорте, [23] внедорожном, [24] морском и железнодорожном транспорте. [25] Известны проблемы с топливными баками и подачей бензина в двигатель. [26]
Китай является лидером по использованию транспортных средств, работающих на СПГ [27]: по состоянию на 2014 год на дорогах находится более 100 000 автомобилей, работающих на СПГ. [28]
По состоянию на февраль 2015 года в Соединенных Штатах насчитывалось 69 заправочных центров СПГ для грузовиков. [29] В Национальном справочнике дальнобойщиков за 2013 год указано около 7000 стоянок для грузовиков, [30] таким образом, примерно на 1% стоянок грузовиков в США имеется СПГ.
В 2013 году компания Dillon Transport объявила о вводе в эксплуатацию 25 больших грузовиков, работающих на сжиженном природном газе, в Далласе, США. Они заправляются в общественном заправочном центре СПГ. [31] В том же году компания Raven Transportation объявила, что они закупают 36 больших грузовиков, работающих на СПГ, для заправки на предприятиях, производящих экологически чистое энергетическое топливо [32] , а компания Lowe's завершила переоборудование одного из своих специализированных автопарков на грузовики, работающие на СПГ. [33]
В феврале 2015 года на дорогах UPS было более 1200 грузовиков , работающих на СПГ . собственный частный заправочный центр СПГ, чтобы избежать очередей в розничных заправочных центрах. [35] В Амарилло, США, и Оклахома-Сити, США, UPS использует государственные заправочные центры. [36]
Компания Clean Energy Fuels открыла несколько общественных полос для заправки СПГ вдоль шоссе I-10 и утверждает, что с июня 2014 года грузовики, работающие на СПГ, могут использовать маршрут из Лос-Анджелеса в Хьюстон, США, заправляясь исключительно на общественных объектах Clean Energy Fuels. [37] В 2014 году Shell and Travel Centers of America открыла первую из запланированной сети американских станций СПГ для грузовиков в Калифорнии, США. [38] На сайте отслеживания центров альтернативного топлива имеется 10 общественных заправочных станций, работающих на СПГ, в районе Большого Лос-Анджелеса, что делает его единственным наиболее посещаемым городским рынком. По состоянию на февраль 2015 года у Blu LNG было как минимум 23 действующих топливных центра, способных работать с СПГ, в 8 штатах, [39] а у Clean Energy было 39 действующих государственных предприятий по производству СПГ. [40]
Как видно на сайте отслеживания заправочных центров альтернативного топлива, по состоянию на начало 2015 года от Иллинойса до Скалистых гор не осталось ни государственных, ни частных заправочных центров СПГ. [41] Завод по производству СПГ Noble Energy на севере Колорадо планировалось ввести в эксплуатацию в первом квартале 2015 года [42] и иметь мощность 100 000 галлонов СПГ в день для дорожных, внедорожных и буровых работ. . [43]
По состоянию на 2014 год топливо СПГ и газомоторные двигатели не получили широкого распространения в Европе. [44]
Компания American Gas & Technology была пионером в использовании сжижения на месте с использованием станции размером с фургон для доступа к природному газу из инженерных труб, а также его очистки, сжижения, хранения и распределения. Их станции производят 1100–18 900 литров (300–5 000 галлонов США) СПГ в день.
В двигателях внутреннего сгорания объем цилиндров является общепринятой мерой мощности двигателя. Таким образом, двигатель объемом 2000 куб.см обычно будет более мощным, чем двигатель объемом 1800 куб.см, но это предполагает использование аналогичной топливовоздушной смеси.
Если, например, с помощью турбонагнетателя двигатель объемом 1800 куб.см будет использовать топливовоздушную смесь, которая имеет значительно более высокую энергоемкость, то он сможет производить больше мощности, чем двигатель объемом 2000 куб.см, сжигающий менее энергоемкую воздушно-топливную смесь. Однако турбокомпрессоры сложны и дороги. Таким образом, становится ясно, что для двигателей с высокой мощностью и высоким крутящим моментом предпочтительнее топливо, которое по своей сути можно использовать для создания энергоплотной и плотной воздушно-топливной смеси, поскольку меньший и более простой двигатель может производить ту же мощность.
В традиционных бензиновых и дизельных двигателях плотность энергии топливовоздушной смеси ограничена, поскольку жидкое топливо плохо смешивается в цилиндре. Кроме того, бензин и дизельное топливо самовоспламеняются [45] при температурах и давлениях, соответствующих конструкции двигателя. Важной частью конструкции традиционного двигателя является проектирование цилиндров, степени сжатия и топливных форсунок таким образом, чтобы избежать преждевременного зажигания [46] , но в то же время можно было впрыскивать как можно больше топлива, которое хорошо смешивалось и при этом сохраняло свою эффективность. время завершения процесса сгорания во время рабочего такта.
Природный газ не самовоспламеняется при давлениях и температурах, присущих традиционным конструкциям бензиновых и дизельных двигателей, что обеспечивает большую гибкость конструкции двигателя, работающего на природном газе. Метан, основной компонент природного газа, имеет температуру самовоспламенения 580 °C, [47] тогда как бензин и дизельное топливо самовоспламеняются примерно при 250 °C и 210 °C соответственно.
В двигателе, работающем на сжатом природном газе (СПГ), смешивание топлива и воздуха более эффективно, поскольку газы обычно хорошо смешиваются за короткий период времени. Тем не менее, при типичном давлении сжатия СПГ топливо само по себе менее энергоемкое, чем бензин или дизельное топливо, поэтому в результате получается топливовоздушная смесь с более низкой энергоемкостью. Таким образом, для двигателя с одинаковым объемом цилиндра двигатель без турбонаддува, работающий на сжатом природном газе, обычно менее мощный, чем бензиновый или дизельный двигатель аналогичного размера. По этой причине турбокомпрессоры популярны в европейских автомобилях, работающих на сжатом природном газе. [48] Несмотря на это ограничение, 12-литровый двигатель Cummins Westport ISX12G [49] является примером двигателя, работающего на сжатом природном газе, предназначенного для буксировки тягачей/прицепов массой до 36 тонн (80 000 фунтов), показывая, что сжатый природный газ можно использовать в большинстве, если не во всех применение грузовиков на дорогах. Оригинальные двигатели ISX G имели турбонагнетатель для повышения плотности энергии воздуха и топлива. [50]
СПГ предлагает уникальное преимущество перед КПГ для более требовательных применений с высокой мощностью, устраняя необходимость в турбонагнетателе. Поскольку СПГ кипит примерно при -160 °C, с помощью простого теплообменника небольшое количество СПГ можно перевести в газообразную форму при чрезвычайно высоком давлении с минимальным использованием механической энергии или вообще без нее. Правильно спроектированный мощный двигатель может использовать этот энергоплотный источник газообразного топлива под высоким давлением для создания воздушно-топливной смеси с более высокой плотностью энергии, чем можно эффективно создать с помощью двигателя, работающего на сжатом природном газе. По сравнению с двигателями, работающими на сжатом природном газе, в результате используется более высокая общая эффективность в двигателях большой мощности при использовании технологии прямого впрыска под высоким давлением. Топливная система Westport HDMI2 [51] является примером технологии прямого впрыска под высоким давлением, которая не требует турбонагнетателя в сочетании с соответствующей технологией теплообменника СПГ. 13-литровый двигатель Volvo Trucks, работающий на сжиженном природном газе [52], является еще одним примером двигателя, работающего на сжиженном природном газе и использующего передовую технологию высокого давления.
Вестпорт рекомендует КПГ для двигателей объемом 7 литров и меньше, а СПГ с непосредственным впрыском — для двигателей объемом от 20 до 150 литров. Для двигателей объемом от 7 до 20 литров рекомендуется любой вариант. См. слайд 13 из презентации NGV BRUXELLES – INDUSTRY INNOVATION SESSION [53].
Были или разрабатываются двигатели большой мощности для бурения нефтяных скважин, горнодобывающей промышленности, локомотивов и морского транспорта. Пол Бломерус написал статью [54] , в которой пришел к выводу, что для удовлетворения глобальных потребностей в мощных двигателях к 2025–2030 году может потребоваться до 40 миллионов тонн СПГ в год.
По состоянию на конец первого квартала 2015 года Prometheus Energy Group Inc утверждает, что за предыдущие четыре года поставила на промышленный рынок более 100 миллионов галлонов (380 миллионов литров) СПГ [55] и продолжает привлекать новых клиентов. .
Scooters can also use CNG as a fuel source.
The MV Isla Bella was the world's first LNG powered container ship.[56] LNG carriers are sometimes powered by the boil-off of LNG from their storage tanks, although Diesel powered LNG carriers are also common to minimize loss of cargo and enable more versatile refueling.
Some airplanes use LNG to power their turbofans. Aircraft are susceptible to weight; much of an aircraft's weight goes into fuel carriage. Liquified natural gas has a high specific energy (MJ/kg), a useful optimization for flight applications.
The primary component of natural gas is methane (CH4), the shortest and lightest hydrocarbon molecule. It may also contain heavier gaseous hydrocarbons such as ethane (C2H6), propane (C3H8) and butane (C4H10), as well as other gases, in varying amounts. Hydrogen sulfide (H2S) is a common contaminant, which must be removed prior to most uses.
Combustion of one cubic meter yields 38 MJ (10.6 kWh). Natural gas has the highest energy/carbon ratio of any fossil fuel and thus produces less carbon dioxide per unit of energy.
The major difficulty in the use of natural gas is transportation. Natural gas pipelines are economical and common on land and across medium-length stretches of water (like Langeled, Interconnector and Trans-Mediterranean Pipeline), but are impractical across large oceans. Liquefied natural gas (LNG) tanker ships, railway tankers, and tank trucks are also used.
CNG is typically stored in steel or composite containers at high pressure (205 to 275 bars (2,970 to 3,990 psi)). These containers are not typically temperature controlled but are allowed to stay at local ambient temperature. There are many standards for CNG cylinders. The most popular one is ISO 11439.[57][58] For North America the standard is ANSI NGV-2.
LNG storage pressures are typically around 3 to 10 bar. At atmospheric pressure, LNG is at a temperature of -162 °C. However, in a vehicle tank under pressure, the temperature is slightly higher (see saturated fluid). Storage temperatures may vary due to varying composition and storage pressure. LNG is far denser than even the highly compressed state of CNG. As a consequence of the low temperatures, vacuum-insulated storage tanks typically made of stainless steel are used to hold LNG.
CNG can be stored at lower pressure in a form known as an ANG (Adsorbed Natural Gas) tank at 35 bar (500 psi, the pressure of gas in natural gas pipelines) in various sponge-like materials, such as activated carbon[59] and metal-organic frameworks (MOFs).[60] The fuel is stored at similar or greater energy density than CNG. This means that vehicles can be refuelled from the natural gas network without extra gas compression, and the fuel tanks can be slimmed down and made of lighter, less strong materials.
Conversion kits for gasoline or diesel to LNG/CNG are available in many countries, along with the labor to install them. However, the range of prices and quality of conversion vary enormously.
Recently, regulations involving certification of installations in the USA have been loosened to include certified private companies, those same kit installations for CNG have fallen to the $6,000+ range (depending on the type of vehicle).[citation needed]
Natural gas vehicles are popular in regions or countries where natural gas is abundant and where the government chooses to price CNG lower than gasoline.[8] The use of natural gas began in the Po River Valley of Italy in the 1930s, followed by New Zealand in the 1980s, though its use has declined there. At the peak of New Zealand's natural gas use, 10% of the nation's cars were converted, around 110,000 vehicles.[8] In the United States CNG powered buses are the favorite choice of several public transit agencies, with a fleet of more than 114,000 vehicles, mostly buses.[62] India, Australia, Argentina, and Germany also have widespread use of natural gas-powered buses in their public transportation fleets.[8]
.jpg/1280px-ATAC_Menarinibus_Citymood_(2302).jpg)
As of December 2011, Germany has 900 CNG filling stations in service. Gibgas, an independent consumer group, estimates that 21% of all CNG filling stations in the country offer a natural gas/biomethane mix to varying ratios, and 38 stations offer pure biomethane.[63]
Greece uses natural gas buses for public transport in Athens. Also, the Public Gas Company (DEPA) has a network of 14 stations (as of June 2020), under brand "Fisikon", with expansion plans.[64]
Bus Éireann Introduced the first NGV on 17 July 2012. It will operate on the 216 city centre to Mount Oval, Rochestown, route until mid-August on trial being undertaken in partnership with Ervia. The Eco-city bus is made by MAN.[65]
Natural gas traction is quite popular in Italy, due to the existence of a capillary distribution network for industrial use since the late 50s and a traditionally high retail price for petrol. As of April 2012 there were about 1500 filling stations, spread on the entire country except for the island of Sardinia,[66] while the fleet reached 730,000 CNG vehicles at the end of 2010.[6]
Ukraine's first compressed natural gas refueling station (CNGS) was commissioned in 1937. Today, there is a well-developed CNGS network across the country.[67] Many buses were converted to run on CNG during the 1990s, primarily for economic reasons. The retrofitted cylinders are often visible atop the vehicle's roof and/or underneath the body. Despite their age, these buses remain in service and continue to provide reliable public transport combined with the environmental benefits of CNG.
CNG buses are beginning to be used in the UK, e.g. by Reading Buses and Nottingham City Transport. The latter company purchased 53 double-decker gas buses between 2017 and 2018, earning them the world record for the largest fleet of CNG buses in the world. In 2019, Nottingham City Transport purchased a further 67 CNG buses.
Natural Gas has been used as a motor fuel in Canada for over 20 years.[68] With assistance from federal and provincial research programs, demonstration projects, and NGV market deployment programs during the 1980s and 1990s, the population of light-duty NGVs grew to over 35,000 by the early 1990s. This assistance resulted in a significant adoption of natural gas transit buses as well.[69] The NGV market started to decline after 1995, eventually reaching today's vehicle population of about 12,000.[69]
This figure includes 150 urban transit buses, 45 school buses, 9,450 light-duty cars and trucks, and 2,400 forklifts and ice-resurfacers. The total fuel use in all NGV markets in Canada was 1.9 petajoules (PJs) in 2007 (or 54.6 million liters of gasoline liters equivalent), down from 2.6 PJs in 1997. Public CNG refueling stations have declined in numbers from 134 in 1997 to 72 today. There are 22 in British Columbia, 12 in Alberta, 10 in Saskatchewan, 27 in Ontario, and 1 in Québec. There are only 12 private fleet stations.[70]
As of December 2009, the U.S. had a fleet of 114,270 compressed natural gas (CNG) vehicles, 147,030 vehicles running on liquefied petroleum gas (LPG), and 3,176 vehicles running on liquefied natural gas (LNG).[71] The NGV fleet is made up mostly of transit buses, but there are also some government fleet cars and vans, as well as an increasing number of corporate trucks replacing diesel versions, most notably Waste Management, Inc and UPS trucks. As of 12-Dec-2013, Waste Management has a fleet of 2000 CNG Collection trucks; as of 12-Dec-2013, UPS has 2700 alternative fuel vehicles. As of February 2011, there were 873 CNG refueling sites, 2,589 LPG sites, and 40 LNG sites, led by California with 215 CNG refueling stations in operation, 228 LPG sites and 32 LNG sites. The number of refueling stations includes public and private sites; not all are available to the public.[71] As of December 2010, the U.S. ranked sixth in the world in terms of number of NGV stations.[6] Currently, there are 160,000 NGVs operating in the country.
The natural gas vehicle market is limited to fleet vehicles and other public use vehicles like minibuses in larger cities. However, the state-owned bus company RTP Of Mexico City has purchased 30 Hyundai Super Aero City CNG-Propelled buses to integrate with the existing fleet as well as to introduce new routes within the city.
CNG vehicles are common in South America, with a 35% share of the worldwide NGV fleet,[6] where these vehicles are mainly used as taxicabs in main cities of Argentina and Brazil. Normally, standard gasoline vehicles are retrofitted in specialized shops, which involve installing the gas cylinder in the trunk, the CNG injection system, and electronics.
As of 2009 Argentina had 1,807,186 NGV's with 1,851 refueling stations across the nation,[6] or 15% of all vehicles;[72] and Brazil had 1,632,101 vehicles and 1,704 refueling stations,[6] with a higher concentration in the cities of Rio de Janeiro and São Paulo.[16][72]
Colombia had an NGV fleet of 300,000 vehicles, and 460 refueling stations as of 2009.[6] Bolivia has increased its fleet from 10,000 in 2003 to 121,908 units in 2009, with 128 refueling stations.[6]
Peru had 81,024 NGVs and 94 fueling stations as 2009,.[6] In Peru, several factory-built CNVs have tanks installed under the vehicle's body, leaving the trunk free. Among the models built with this feature are the Fiat Multipla, the new Fiat Panda, the Volkswagen Touran Ecofuel, the Volkswagen Caddy Ecofuel, and the Chevy Taxi. Right now, Peru has 224,035 NGVs.
Other countries with significant NGV fleets are Venezuela (226,100) as of 2017 and Chile (15,000) as of 2017.[6]
GM do Brasil introduced the MultiPower engine in August 2004 which was capable of using CNG, alcohol and gasoline as fuel. The GM engine has electronic fuel injection that automatically adjusts to any acceptable fuel configuration. This motor was used in the Chevrolet Astra and was aimed at the taxi market.[16]
In 2006 the Brazilian subsidiary of Fiat introduced the Fiat Siena Tetra fuel, a four-fuel car developed under Magneti Marelli of Fiat Brazil.[9][73] This automobile can run on 100% ethanol (E100), E20 to E25 blend (Brazil's normal ethanol gasoline blend), pure gasoline (not available in Brazil), and natural gas, and switches from the gasoline-ethanol blend to CNG automatically, depending on the power required by road conditions.[74]
Since 2003 and with the commercial success of flex cars in Brazil, another existing option is to retrofit an ethanol flexible-fuel vehicle to add a natural gas tank and the corresponding injection system. Some taxicabs in São Paulo and Rio de Janeiro, Brazil, run on this option, allowing the user to choose among three fuels (E25, E100 and CNG) according to the current market prices at the pump. Vehicles with this adaptation are known in Brazil as tri-fuel cars.[75]
In 1993, CNG had become available in Delhi, India's capital, though LPG became predominantly used due to its lower capital costs. Compressed Natural Gas is a domestic energy produced in Western parts of India. In India, most CNG vehicles are dual-fuelled, which means they can run both on CNG and petrol. This makes it very convenient, and users can drive long distances without worrying about the availability of natural gas (as long as petrol is available). As of December 2010, India had 1,080,000 NGVs and 560 fueling stations, many of the older ones being LPG rather than CNG.[6] In addition, it is thought that more illegally converted LPG autos than legal ones ply the streets in India, some estimates are as high as 15 million "autos" (running the gamut of everything from LPG motored pedal bicycles to CNG buses)[76]
In 1995, a lawyer filed a case with the Supreme Court of India under the Public Interest Litigation rule, which is part of the Constitution of India and enables any citizen to address the Supreme Court directly. The lawyer's case was about the health risks caused by air pollution emitted from road vehicles. The Supreme Court decided that cars in circulation after 1995 would have to run on unleaded fuel. By 1998, India was converted to 100% of unleaded fuel after the government ruled that diesel cars in India were restricted to 10,000 ppm after 1995. At the beginning of 2005, 10,300 CNG busses, 55,000 CNG three-wheeler taxis, 5,000 CNG minibuses, 10,000 CNG taxis and 10,000 CNG cars ran on India's roads (1982-2008 Product-Life Institute, Geneva). The Delhi Transport Corporation currently operates the world's largest fleet of CNG buses for public transport.[77] Currently India stands third with 3.045 million NGVs.
By the end of 2015, Iran had the world's largest fleet of NGV at 3.5 million vehicles. The share of compressed natural gas in the national fuel basket is more than 23%. CNG consumption by Iran's transportation sector is around 20 million cubic meters per day.[78] There are 2,335 CNG stations.[79] The growth of NGV market in Iran has in large part been due to Iranian government intervention to decrease the society's dependence on gasoline. This governmental plan was implemented to reduce the effect of sanctions on Iran and make the nation's domestic market less dependent on imported gasoline.[80][81][82] Iran has been manufacturing its own NGV's through local manufacturing using dedicated CNG engines which use gasoline only as a backup fuel. Also by 2012, Iranian manufacturers had the capacity to build 1.5 million CNG cylinders per year and therefore Iranian government has banned their imports to support the local manufacturers.[83] In addition CNG in Iran costs the least compared to the rest of the world.[84] In 2012, the Iranian government announced a plan to replace the traditional CNG cylinders with Adsorbed Natural Gas (ANG) cylinders.[85][86]
Pakistan was the country with the second largest fleet of NGV with a total of 2.85 million by the end of 2011.[87] Most of the public transportation fleet has been converted to CNG.[88] Also, in Pakistan and India,[89][90] there have been on-going (last several years now) series of CNG fuel shortages which periodically waxes and wanes, getting the fuel into a tank can be a major problem. In July 2011, petrol usage shot up 15% from the month before due to shortages.[91] Pakistan also has reported that over 2,000 people have died in 2011 from CNG cylinder blasts, because of low quality of cylinders there.[92] In 2012, the Pakistani government decided to gradually phase out the CNG sector, beginning by banning any new conversions to CNG and banning the manufacturing of new NGV's. In addition, the government plans to close down all refueling stations in the next three years.[93][94]
Thailand has for over a 15 years run autogas taxi cabs in Bangkok,[95] though autos and buses had erroneously labelled NGV stickers on them, when in fact, were LPG fuelled.
Given a generous natural gas supply but relying on imported oil, the Thailand government heavily promoted alternative fuels like LPG, natural gas and ethanol to replace gasoline beginning around 2003. Yet, NGV was very slow to take off due to cheaper LPG fuel, a pre-existing LPG fleet, and the low conversion cost of local LPG conversion shops compared to factory-installed CNG or conversion. A significant effort was made when the state-controlled oil company PTT PCL built a network of natural gas refueling stations. The cost of subsidy was estimated at US$150 million in 2008.
As the price of oil climbed rapidly, it was estimated more than 40,000 new cars and trucks powered by natural gas were purchased in six months in 2008, including many buses. That year, about half of the taxi fleet in Bangkok used LPG and was prodded to convert to CNG, with little success. Since 2008, there has been government arm-twisting to switch from LPG to CNG, with a rollout of CNG stations near Bangkok around 2007 and then upcountry in 2010, at times replacing LPG stations. Operators of used vehicles have balked at the massive conversion cost (up to quadruple that of LPG in Thailand), especially given Thailand's strong ultra-competitive domestic LPG conversion industry and retail CNG fuel cost (one and a half times). Thailand had some 700,000 LPG-fueled vehicles and 300,000 CNG fueled, with 1,000 LPG stations and 600 CNG as of 2011.[96] Demand has increased 26% over 2011 for CNG in Thailand.[97] As of the end of 2012, Thailand has 1,014,000 LPG fueled vehicles, and consumed 606,000 tonnes in 2012 of LPG, while 483 stations serve up some 380,000 CNG vehicles.,[98] showing that LPG conversion continues to enjoy heavy favor over NGVs despite a massive government push for CNG. CNG vehicles are more likely to be bought factory installed, while LPG is likely to be an aftermarket conversion. LNG vehicles in Thailand are almost non-existent except for lorries.
In Malaysia, the use of compressed natural gas was originally introduced for taxicabs and airport limousines during the late 1990s, when new taxis were launched with NGV engines while taxicab operators were encouraged to send in existing taxis for full engine conversions, reducing their costs of operation. Any vehicle converted to use CNG is labelled with white rhombus "NGV" (Natural Gas Vehicle) tags, lending to the common use of "NGV" when referring to road vehicles with CNG engines. The practice of using CNG remained largely confined to taxicabs predominantly in the Klang Valley and Penang due to a lack of interest. No incentives were offered for those besides taxicab owners to use CNG engines. At the same time, government subsidies on petrol and diesel made conventional road vehicles cheaper to use in the eyes of the consumers. Petronas, Malaysia's state-owned oil company, also monopolizes the provision of CNG to road users. As of July 2008[update], Petronas only operates about 150 CNG refueling stations, most of which are concentrated in the Klang Valley. At the same time, another 50 was expected by the end of 2008.[99]
As fuel subsidies were gradually removed in Malaysia starting June 5, 2008, the subsequent 41% price hike on petrol and diesel led to a 500% increase in the number of new CNG tanks installed.[100][101] National car maker Proton considered fitting its Waja, Saga and Persona models with CNG kits from Prins Autogassystemen by the end of 2008,[102] while a local distributor of locally assembled Hyundai cars offers new models with CNG kits.[103] Conversion centres, which also benefited from the rush for lower running costs, also perform partial conversions to existing road vehicles, allowing them to run on both petrol or diesel and CNG with a cost varying between RM3,500 to RM5,000 for passenger cars.[100][104]
There were about 400 CNG-fueled vehicles in Singapore in mid-2007, of which about 110 are taxis operated by Smart Automobile. By February 2008, the number has risen to 520 CNG vehicles, of which about half are taxis.[105] All vehicles had to refuel at the sole CNG station operated by Sembcorp Gas and located on Jurong Island until the opening of the first publicly accessible CNG station at Mandai in 2008, operated by Smart Automobile.[106] The company plans to build another four stations by 2011, by which time the company projects to operate 3,000 to 4,000 CNG taxis, and with 10,000 CNG public and commercial vehicles of other types on Singapore's roads.[107] Sembcorp Gas opened its second CNG station a week after the Mandai station at Jalan Buroh.[105]
CNG is almost unheard of as a transport fuel before 2010 in the archipelago except in Jakarta, where a very relatively minor number of vehicles, most notably Transjakarta buses, use the fuel. However, since 2010, the government has emphasised using CNG for vehicle fuel and domestic consumption over wood burning (which can produce deadly methanol) and kerosene.
.jpg/1280px-3126447_at_Tianningsiqiaobei_(20200821164905).jpg)
China had 450,000 NGV's and 870 refueling stations as of 2009.[6] China in 2012 had 1 million NGVs on the roads, 3 million forecasts for 2015, and over 2000 stations (CNG and LPG), with plans for 12,000 by 2020. Currently, China leads the World with 5 million NGVs[108] China also has a lot of vehicles running of Petrol blended with Methanol as M15 and M85.
For the purpose of improving air quality in the metropolitan area of Seoul, CNG buses were first introduced in July 1997. By 2014, all Seoul buses were operating on CNG.[citation needed] Hyundai motor developed a CNG hybrid bus with 34.5% more-fuel efficiency and 30% lower pollution compared to CNG buses.[citation needed] As a result, the Seoul city government plans to change to CNG hybrid buses for 2,235 low-bed disabled-friendly CNG buses in Seoul.[citation needed]
CNG buses are operating in other major South Korean cities like Busan, Daegu, Daejeon, Gwangju and Incheon.[citation needed]
A new category of motorcar racing unites teams which compete with cars powered by natural gas, to demonstrate the effectiveness of natural gas as an alternative fuel. ECOMOTORI (magazine) Racing Team[109] The magazine's team participates in the FIA Alternative Energies Cup and the Italian ACI/CSAI Alternative Energies Championship. In 2012, the team, led by Nicola Ventura, competed with a Fiat 500 Abarth,[110] modified to run on natural gas with a Cavagna/Bigas fuel conversion kit and thus renamed "500 EcoAbarth". The driver is Massimo Liverani while in the role of navigator, alternate Valeria Strada, Alessandro Talmelli and Fulvio Ciervo. On October 14, 2012, at the end of the seventh Ecorally San Marino-Vatican, with three wins and second place (out of four races),[111] the Team also won the Italian CSAI Alternative Energy Pilots and Navigators titles. On 28 October 2012, after having raced in seven European countries, collecting three wins, two second places and additional points, the team won the FIA Alternative Energies Drivers and Constructors world titles. For the first time, a methane-powered car won an FIA world title. In 2013, the team raced in the FIA Alternative Energies Cup and CSAI Championships. The "500 Eco barth" dominated the season, winning five out of five titles. Thanks to the team's work, the Abarth once again won a constructors' title since its last win 46 years ago.[112]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)