Компримированный (сжатый) природный газ (КПГ или CNG от ) — природный газ (метан (CH), сжатый на компрессорной станции до давления 200—250 бар (196—245 кгс/см2) для использования в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Компримирование газа производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), куда газ поставляется от магистральных трубопроводов. Компримированный природный газ используется на легковых автомобилях, пассажирском и лёгком грузовом транспорте, коммунальной технике.
История
Газ — хоть и не метан, а так называемый светильный (производился посредством пиролиза древесины, каменного угля или нефти) — стал первым топливом для ДВС; произошло это на рубеже XVIII и XIX веков. Первые попытки компримирования были предприняты также во Франции в 1850-х годах.
В 1872 году на транспорте был впервые использован двигатель на светильном газе, в 1915—1916 годах — двигатель на природном газе. Газовые двигатели того времени обеспечивали более высокую мощность, чем бензиновые, что способствовало увеличению серийного выпуска газобаллонных автомобилей и строительству газонаполнительных станций, где газовое топливо сжимали до 20 атмосфер и подавали в автомобильные баллоны.
К 1940-м — 1950-м годам компримированный природный газ широко использовался в Германии, Дании, Норвегии, Румынии, Финляндии и Франции и особенно Италии, где получили распространение сменные газовые баллоны. Популярность газового топлива снизилась с появлением недорогого энергоэффективного бензина, обеспеченного поставками нефти из стран Ближнего Востока, но нефтяной кризис 1973 года обновил интерес к газу в автомобильной промышленности.
Характеристики
Эксплуатационные свойства
Метановое топливо имеет более высокое октановое число и удельную теплоту сгорания, чем нефтяное топливо или сжиженные углеводородные газы и не меняет физико-химические свойства при низких температурах. Октановое число компримированного природного газа находится в диапазоне 110—125 и при сгорании производит 48 500 кДж/кг (у бензина — 76—98 и 44 000 кДж/кг, у пропан-бутана — 102—112 и 46 000 кДж/кг). Однако КПГ уступает бензину и пропан-бутану в теплоте сгорания стехиометрической смеси и обеспечивает на 6—8 % меньшую производительность в двигателях, рассчитанных на два вида топлива.
Транспортные средства, использующие компримированный природный газ, имеют меньшие эксплуатационные расходы. Стоимость 100 километров пробега легковых автомобилей, грузовиков и автобусов на КПГ в 1,5—3 раза ниже аналогичного показателя для транспорта на бензине, дизельном топливе или cжиженном углеводородном газе. Метан не образует нагара на поршнях, клапанах и свечах зажигания, не смывает масляную плёнку со стенок цилиндров, не разжижает масло в картере, благодаря чему межремонтный пробег автомобиля увеличивается в 1,5 раза, срок службы моторного масла, свечей и цилиндропоршневой группы — в 1,5—2 раза. Уменьшение нагрузки на двигатель также обеспечивает снижение шума его работы на 7—9 децибел.
Безопасность
В целом использование КПГ в качестве транспортного топлива считается более безопасным, чем использование бензина.
Оборудование для компримированного природного газа имеет многократный запас прочности. Баллоны проходят испытания на разрушение при падении с высоты, попадании из огнестрельного оружия, воздействия открытого пламени, экстремальных температур и агрессивных сред, а также размещаются в статистически реже подверженных деформации частях автомобиля: по оценке BMW, вероятность значительного повреждения этих частей корпуса находится в диапазоне 1—5 %. Американская газовая ассоциация собрала статистику на основе эксплуатации 2400 автомобилей на газовом топливе с совокупным пробегом 280 млн. км. в 1990-х — 2000-х годах. Данные показали, что в 180 из 1360 столкновений удар приходился в зону расположения баллонов, но ни один не был повреждён, и в 5 случаях было зафиксировано воспламенение бензина.
Компримированный природный газ имеет меньшую пожароопасность, чем бензин или cжиженный углеводородный газ. Нижний порог воспламенения метана составляет 645 °C (550 °C для бензина), его опасная концентрация составляет 4—15 % от объёма воздуха (1,8—8,6 % для пропан-бутановой смеси), также природный газ в 1,6 раза легче воздуха и при утечке поднимается вверх и рассеивается, не токсичен. Вероятность возгорания метана может быть теоретически снижена за счёт использования ингибиторов-алкенов, в частности, бутилена. По классификации горючих веществ по степени чувствительности, утверждённой приказом МЧС России № 404 от 10 июля 2009 года, природный газ относится к наиболее безопасному 4-му классу — слабочувствительным веществам (пропан-бутан имеет наименее безопасный 2-й класс, бензин — средний 3-й класс чувствительности).
Экологичность
Компримированный природный газ относится к наиболее экологичным видам топлива и соответствует стандарту «Евро-5»/«Евро-6». Выбросы углекислого газа при использовании КПГ составляют 0,1 грамма на километр. Автомобили на КПГ выбрасывают в атмосферу в 2 раза меньше оксидов азота, в 10 раз меньше угарного газа и в 3 раза меньше других оксидов углерода, чем автомобили с бензиновыми двигателями. При сгорании природного газа не образуется сажа, отсутствуют выбросы свинца и серы. В целом использование КПГ обеспечивает в 9 раз меньшую задымлённость окружающего воздуха.
Стандартизация
Качество КПГ регулируется следующими национальными стандартами:
ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания. ТУ» (межгосударственный стандарт, принятый МГС); J1616 1994 «Surface vehicle recommended practice - recommended practice for compressed natural gas vehicle fuel» (стандарт США, разработанный SAE (обществом автомобильных инженеров)); SAE J1616 (стандарт США); CARB (спецификация на КПГ, США, Калифорния); DIN 51624 «Automotive fuels Natural Gas - requirements and test procedures» (стандарт Германии); Legge 14 Novembre 1995 № 481. «Disposizioni generali in tema di qualita del gas natural» (стандарт Италии, устанавливающий нормы на сетевой природный газ, используемый для производства КПГ); Regulation of the Polish Ministry of Economy on the quality requirements for compressed natural gas (CNG) (стандарт Польши); GB 18047-2000 «Compressed natural gas as vehicle fuel» (стандарт Китая); SS 15 54 38 «Motor fuels. - Biogas as fuel for high-speed otto engines» (стандарт на компримированный биометан, применяющийся в качестве моторного топлива (типы A и B); разработан Шведским институтом стандартизации, принят 15.09.1999 г. и является общепризнанным в европейских странах); PCD 3 (2370)C «Compressed natural gas (CNG) for automotive purposes. Specification» (стандарт Индии); PNS 2029:2003 «Natural gas for use as a compressed fuel for vehicles - Specification» (стандарт Филиппин); 10K/34/DDJM/1993 (decree of Oil and Gas Director General, dated February 1, 1993) (стандарт Индонезии).
Технологии переработки и использования природного газа, отражённые в национальных стандартах, обобщены в международном стандарте ISO 15403 «Natural gas for use as a compressed fuel for vehicles». Его первая часть устанавливает требования к показателям природного газа, обеспечивающие безопасную и безотказную работу газонаполнительного оборудования и оборудования транспортного средства, вторая часть устанавливает требования к количественным значениям параметров, нормирующих качество природного газа как транспортного топлива.
Использование
Автомобили
Двигатели газовых автомобилей классифицируются по количеству видов топлива, использование которых предусмотрено конструкцией. Газовые (моно-топливные, ) двигатели спроектированы непосредственно для работы на природном газе, что обеспечивает наибольшую эффективность. Как правило, автомобили с газовыми двигателями не оборудованы бензиновым баком, но иногда поддерживают использование бензина в качестве резервного топлива. Бензиново-газовые (двухтопливные, ) двигатели позволяют использовать как газ, так и бензин. Большая часть бензиново-газовых автомобилей — машины, переоборудованные вне завода-изготовителя. Газо-дизельные () двигатели на низких оборотах потребляется больше дизеля, на высоких — больше газа. Газовые и бензиново-газовые двигатели наиболее распространены на легковом и лёгком грузовом транспорте, газо-дизельные — на тяжёлых грузовиках.
Серийные автомобили, работающие на компримированном природном газе, выпускаются многими автомобильными концернами, включая Audi, BMW, Cadillac, Ford, Mercedes-Benz, Chrysler, Honda, Kia, Toyota, Volkswagen. В частности в сегменте легковых и лёгких грузовых автомобилей на рынке представлены Fiat Doblò 1.4 CNG, Fiat Qubo 1.4 Natural Power, Ford C-Max 2.0 CNG, Mercedes-Benz B 180 NGT, Mercedes-Benz E200 NGT, Mercedes-Benz Sprinter NGT, Opel Combo Tour 1.4 Turbo CNG, Opel Zafira 1.6 CNG Ecoflex, Volkswagen Caddy 2.0 Ecofuel и Life 2.0 Ecofuel, Volkswagen Passat 1.4 TSI Ecofuel, Volkswagen Touran 1.4 TSI Ecofuel, Volkswagen Transporter Caravelle 2.0 Bensin/Gas, Volvo V70 2.5FT Summum и другие модели. Крупный грузовой и пассажирский транспорт, работающий на КПГ, выпускают Iveco, Scania, Volvo и другие компании. Основные российские производители газомоторной техники — «Группа ГАЗ», КамАЗ и Volgabus. Всего на российском рынке представлено около 150 моделей газобаллонной техники, включая седельные тягачи КамАЗ, среднетоннажный «ГАЗон Next CNG», малотоннажные «ГАЗель Next CNG» и «ГАЗель-Бизнес CNG», легковые Lada Vesta, Lada Largus, модификации «УАЗ Патриот» и другие.
Правительства многих стран прибегают к организационным, нормативным и финансовым мерами стимулирования для популяризации газового топлива. В числе популярных организационных мер — запрет на использование дизельного топлива на автомобилях малой и средней грузоподъёмности или пассажировместимости, в пределах городов и природоохранных зон (Пакистан, Иран, Южная Корея, Бразилия), запрет на использование нефтяных видов топлива на общественном и коммунальном транспорте (Франция), приоритетный доступ компаний - потребителей газового топлива к муниципальному заказу (Иран, Италия). Нормативные меры, главным образом, затрагивают проектирование и строительство АГНКС и включают запреты на строительство заправочных станций без блока заправки природным газом (Италия) или послабления при строительстве АГНКС в черте городской застройки (Турция, Австрия, Южная Корея). Финансовое стимулирование включает единовременные выплаты на переоборудование или приобретение нового автотранспорта на КПГ (Италия, Германия), субсидированные кредиты на переоборудование (Пакистан), освобождение автовладельцев от платежей за парковку (Швеция), беспошлинный ввоз импортного газобаллонного оборудования (страны Европейского Союза, Иран), отказ от ценовой привязки газового топлива к нефтяному (ЕС).
Водный транспорт