مقدمه - گاز طبیعی خودرو NVG
گاز طبیعی خودرو(NVG) یک سوخت جایگزین برای خودرو است که از گاز طبیعی فشرده (CNG) )یا گاز طبیعی مایع (LNG) یا (LPG)استفاده می کند.
وسایل نقلیه با گاز طبیعی را نباید با خودروهای گازسوز که از گاز مایع ( LPG) که بطور عمده شامل پروپان می شود اشتباه گرفت. LPG سوختی با ترکیبی اساسا متفاوت با گاز طبیعی است.
در خودروهای گاز طبیعی، انرژی از احتراق گاز متان (CH4) در ترکیب با اکسیژن هوا (O2) حاصل می شود و ضمن تولید انرژی، دی اکسید کربن ( CO2 ) و بخار آب (H2O) تولید می کند.
در یک موتور احتراق داخلی، متان تمیزترین هیدروکربن قابل سوخت است و بسیاری از آلاینده‌های موجود در گاز طبیعی از موتور خودرو حذف می‌شوند. خودروهای بنزینی موجود ممکن است به CNG یا LNG تبدیل شوند و یا می توانند اختصاصی (فقط با گاز طبیعی کار کنند) یا با دو سوخت (با بنزین یا گاز طبیعی کار کنند). موتورهای دیزلی برای کامیون‌های سنگین و اتوبوس‌ها نیز می‌توانند به گاز طبیعی تبدیل شوند و می‌توانند با افزودن سرسیلندر جدید حاوی سیستم‌های جرقه‌زنی اختصاصی خودروهای گازسوز داده شوند، یا می‌توانند با ترکیبی از گازوئیل و گاز طبیعی، با سوخت اولیه گاز طبیعی و مقدار کمی گازوئیل کار کنند.
از سوخت دیزل که به عنوان منبع احتراق استفاده می شود، همچنین می توان در یک توربین گازی کوچک، انرژی تولید کرد و موتور گازی یا توربین را با یک باتری الکتریکی کوچک متصل کرد تا یک وسیله نقلیه هیبریدی با موتور الکتریکی ایجاد شود.
چالش های گاز طبیعی خودرو NVG
ذخیره سازی و سوخت گیری راحت سوخت یک چالش کلیدی است که در خودروهای گازسوز در مقایسه با خودروهای بنزینی و دیزلی متفاوت و کمی پیچیده تر است. زیرا گاز طبیعی تحت فشار است و در مورد LNG مایع است. چگالی انرژی کمتر گازها در مقایسه با سوخت های مایع تا حد زیادی با فشرده سازی یا مایع سازی گاز کاهش زیادی می یابد، اما نیاز به مخزن ذخیره گاز طبیعی در خودروها از نظر اندازه، پیچیدگی فنی، وزن مخزن ذخیره سازی و محدودیت وسیله نقلیه از مواردی است که باید تحت نظر قرار گیرد.
اگرچه ممکن است خودروهای هیدروژنی، فناوری‌های ذخیره‌سازی مشابهی برای استفاده از این سوخت پاک به کار بگیرند ولی متان به‌عنوان سوخت گازی به دلیل اشتعال‌پذیری کمتر، خورندگی کم، و نشتی بهتر از هیدروژن، ایمن‌تر است. وزن مولکولی بزرگتر آن موجب می شود تا راه حل های سخت افزاری با قیمت پایین تر برای استفاده در خودرو معرفی کند.در عین حال عوامل دیگری که مانع از محبوبیت NGV برای کاربردهای حرکتی فردی، یعنی خودروهای شخصی می شود، عبارتند از: وزن اضافی ناشی از مخزن ذخیره، ناآشنایی با فناوری و کمبود زیرساخت جایگاه های CNG و LPG در برخی کشورها به دلیل تقاضای نسبتاً کم در مقایسه با سایر سوخت های مبتنی بر نفت مانند بنزین و گازوئیل است.
زیر ساخت های گاز طبیعی سی ان جی (CNG)
ایستگاه های سوخت NGV را می توان در هر جایی که خطوط گاز طبیعی وجود دارد قرار داد. کمپرسورها سی ان جی (CNG) یا واحدهای مایع سازیال ان جی (LNG) معمولاً در مقیاس بزرگ ساخته می شوند اما در CNG ایستگاه های سوخت گیری خانگی کوچک نیز امکان پذیر است.
مزایای استفاده از سی ان جی (CNG)
CNG ممکن است از طریق انتقال با خط لوله به ایستگاه سی ان جی تولید و استفاده شود. همچنین می تواند با بیومتان که خود از بیوگاز از محل‌های دفن زباله یا هضم بی‌هوازی به دست می‌آید، مخلوط شود. این امکان استفاده از CNG را برای حرکت با کربن کمتری که در اتمسفر آزاد می شود در مقایسه با وسایل نقلیه معمولی دیزلی فراهم می کند. همچنین امکان استفاده مداوم از خودروهای CNG که در حال حاضر با سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر کار می‌کنند را می‌دهد.
یک مزیت کلیدی استفاده از گاز طبیعی، وجود اکثر زیرساخت ها و زنجیره تامین است که با هیدروژن قابل تعویض نیست. امروزه متان بیشتر از منابع تجدید ناپذیر تامین می شود، اما می توان آن را از منابع تجدیدپذیر تهیه یا تولید کرد که تحرک خالص کربن خنثی را ارائه می دهد. در بسیاری از بازارها، به ویژه در قاره آمریکا، گاز طبیعی ممکن است با تخفیف نسبت به سایر محصولات سوخت فسیلی مانند بنزین، گازوئیل یا زغال سنگ معامله شود، یا در واقع یک محصول جانبی کم ارزش مرتبط با تولید آنها باشد که باید دفع شود. بسیاری از کشورها به دلیل مزایای زیست محیطی برای جامعه، مشوق های مالیاتی برای وسایل نقلیه گاز طبیعی ارائه می دهند. هزینه های عملیاتی کمتر و مشوق های دولتی برای کاهش آلودگی ناشی از وسایل نقلیه سنگین در مناطق شهری، استفاده از NGV را برای مصارف تجاری و عمومی، یعنی کامیون ها و اتوبوس ها، هدایت کرده است.
چالش ها
علیرغم مزایای آن، استفاده از وسایل نقلیه گاز طبیعی با محدودیت های متعددی از جمله ذخیره سازی سوخت و زیرساخت های موجود برای تحویل و توزیع در جایگاه های سوخت مواجه است. CNG باید در سیلندرهای فشار بالا (21000 تا 25000 کیلو پاسکال) (3000 تا 3600 psi) و LNG باید در سیلندرهای برودتی (162- تا 129-) درجه سانتی گراد ذخیره شود. این سیلندرها فضای بیشتری را نسبت به مخازن بنزین یا گازوئیل اشغال می‌کنند که می‌توان آنها را به شکل‌های خاصی قالب‌گیری کرد تا سوخت بیشتری ذخیره کند و فضای کمتری در خودرو مصرف کند.
مخازن CNG گاهی اوقات در صندوق عقب خودرو یا قسمت بار خودرو های وانت قرار می گیرند و فضای موجود برای محموله های دیگر را کاهش می دهند. این مشکل با نصب مخازن زیر بدنه خودرو یا روی سقف (معمولاً برای اتوبوس ها) حل شده است و قسمت های بار را آزاد می کند. مانند سایر سوخت های جایگزین، موانع دیگر برای استفاده گسترده از NGV ها توزیع گاز طبیعی در جایگاه های سوخت و همچنین تعداد کمتر جایگاه های CNG و LNG در مقایسه با بنزین و گازوئیل است.
تفاوت بین سوخت LNG و CNG
اگرچه LNG و CNG هر دو NGV در نظر گرفته می شوند، فناوری ها بسیار متفاوت هستند. تجهیزات سوخت گیری، هزینه سوخت، پمپ ها، مخازن، خطرات، هزینه های سرمایه، همه متفاوت هستند.
یکی از چیزهایی که در آنها مشترک است، این است که به دلیل موتورهای ساخته شده برای بنزین، سوپاپ های خودکار کنترل شده برای کنترل مخلوط سوخت برای هر دو مورد نیاز است که اغلب اختصاصی و مختص سازنده است. فناوری روی موتور برای اندازه گیری سوخت برای LNG و CNG یکسان است.
CNG به عنوان سوخت خودرو
CNG یا گاز طبیعی فشرده، در فشار بالا، 210 تا 250 بار (3000 تا 3600 psi) ذخیره می شود. مخزن مورد نیاز حجیم تر و پرهزینه تر از مخزن سوخت معمولی است. ایستگاه‌های سوخت‌گیری تجاری بر حسب تقاضا نسبت به ایستگاه‌های LNG گران‌تر هستند زیرا انرژی مورد نیاز برای فشرده‌سازی، کمپرسور 100 برابر انرژی الکتریکی بیشتری نیاز دارد.
زمان پر کردن مخزن CNG بسته به ایستگاه بسیار متفاوت است. سوخت‌رسان‌های خانگی معمولاً حدود 1 کیلوگرم در ساعت (0.4 GGE در ساعت) مخزن را پر می‌کنند. در پمپ بنزین ها که فشار بسیار بالاتر است، می توان یک مخزن 25 کیلوگرمی (10 GGE) را در 5 تا 10 دقیقه دوباره پر کرد. همچنین به دلیل چگالی انرژی کمتر، برد CNG در مقایسه با LNG کمتر است.
سی ان جی (CNG) در ایران
تا پایان سال 2015، ایران با 3.5 میلیون دستگاه خودرو، بزرگترین ناوگان NGV جهان را داشت. سهم گاز طبیعی فشرده در سبد سوخت ملی بیش از 23 درصد است. مصرف CNG در بخش حمل و نقل ایران حدود 20 میلیون متر مکعب در روز است. رشد بازار NGV در ایران تا حد زیادی ناشی از دخالت دولت ایران برای کاهش وابستگی جامعه به بنزین بوده است. این طرح دولتی برای کاهش تاثیر تحریم ها بر ایران و کاهش وابستگی بازار داخلی کشور به بنزین وارداتی اجرا شد. ایران NGVهای خود را از طریق ساخت محلی با استفاده از موتورهای اختصاصی CNG که از بنزین فقط به عنوان سوخت پشتیبان استفاده می کنند، تولید می کند. همچنین تا سال 2012، تولیدکنندگان ایرانی ظرفیت ساخت ۵/۱ میلیون سیلندر CNG در سال را داشتند و بنابراین دولت ایران برای حمایت از تولیدکنندگان داخلی، واردات آنها را ممنوع کرده است. به علاوه CNG در ایران در مقایسه با سایر نقاط جهان کمترین هزینه را دارد.
بنا به آمار منتشره در حال حاضر در ایران بیش از ۵ میلیون خودرو گاز سوز وجود دارد که به نسبت جمعیت ، بیشترین سرانه خودرو گازسوز در دنیا را به خود اختصاص داده است. به همین دلیل شبکه جایگاه های CNG در کشور به سرعت در حال توسعه است و در حل حاضر به ۲۶۰۰ جایگاه می رسد. همچنین با سیاست های اعلامی وزارت نفت، این تعداد به بیش از ۳۵۰۰ جایگاه سی ان جی خواهد رسید.
در سراسر جهان، تقریباً 28 میلیون خودرو گاز سوز تا سال 2019 وجود داشت.
