NG – Εναλλακτικές μορφές καυσίμων στην αυτοκίνηση

Εισαγωγή

Όπως αναφέραμε στο πρώτο μέρος, για σχεδόν έναν αιώνα, ο άνθρακας, σε όλες τις μορφές του, αποτέλεσε τη κύρια πηγή ενέργειας για την ανάπτυξη της αυτοκίνησης. Στο παρόν άρθρο θα εστιάσουμε στο φυσικό αέριο (Natural Gas – NG).

Φυσικό Αέριο (Natural Gas – NG)

Το Συμπιεσμένο Φυσικό Αέριο (Compressed Natural Gas – CNG) και το Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (Liquefied Natural Gas – LNG) είναι παράγωγα του μείγματος κορεσμένων υδρογονανθράκων όπου το μεθάνιο κατέχει τη μερίδα του λέοντος που είναι γνωστό ως NG. Η σύσταση του NG από το οποίο παράγονται τα CNG και LNG ποικίλει. Σε μικρότερες ποσότητες το NG περιέχει άζωτο (Ν₂) και διοξείδιο του άνθρακα (CO₂). Τοξικές οργανικές ενώσεις όπως το υδρόθειο (H₂S) πριν τη χρήση του NG αφαιρούνται. Στον Πίν. 1, παρουσιάζεται η τυπική σύσταση του NG με βάση τη περιοχή/χώρα προέλευσης, το ποσοστό του μείγματος στην Ευρωπαϊκή Αγορά το έτος 2007, η ελάχιστη θερμικδική ικανότητα (Lower Heating Value – LHV), o βαθμός μεθανίου (methane number) και ο Μηχανικός βαθμός οκτανίου (Motor Octane Number MON).

Πίν. 1: Τυπική σύσταση του NG ανάλογα με τη χώρα προέλευσης. CIS=Commonwealth of Independent States, NL=Netherlands, UK=United Kingdom, NO=Norway, ALG=Algeria, EU=European Union, LHV=Lower Heating Value, MON=Motor Octane Number. Η τιμή MON είναι συνήθως 8 με 12 μονάδες μικρότερη της τιμής RON=Research Octane Number που χρησιμοποιείται ως τιμή μέτρησης των αντικροτικών ιδιοτήτων της βενζίνης στην Ευρώπη. Για της ΗΠΑ ως βαθμός οκτανίου αναφέρεται η τιμή (MON+RON)/2. Πηγή (Well to Tank Report, EC, JRC)

CNG και LNG

Στην περίπτωση του CNG, το NG συμπιέζεται στο 0.5% του όγκου υπό κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας και αποθηκεύεται σε ειδικές δεξαμενές. Η πίεση εντός των δεξαμενών κυμαίνεται από 20MPa ως και 25MPa (200 atm ως 250 atm). Η ενεργειακή πυκνότητα του CNG, είναι περίπου το 25% της αντίστοιχης πυκνότητας του πετρελαίου.

Για το LNG η συμπίεση του μεθανίου είναι μεγαλύτερη και προσεγγίζει το 1/600 του όγκου του NG υπό κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Το NG ψύχεται στη θερμοκρασία «βρασμού» (αέριο σε υγρό) δηλαδή περίπου στους 111.66 βαθμούς Kelvin (−161.49 °C). Λόγω της εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας είναι απαραίτητη η χρήση κρυογονικών δεξαμενών αποθήκευσης. Η ενεργειακή πυκνότητα του LNG, είναι περίπου το 60% της αντίστοιχης πυκνότητας του πετρελαίου. Δηλαδή 2.4 φορές μεγαλύτερη του CNG. Με CNG και LNG κινούνται περίπου 18 εκατομμύρια οχήματα σε όλο τον κόσμο.

Ένα κανονικό κυβικό μέτρο (Nominal Cubic Meter – NCM) NG, (μείγμα σε θερμοκρασία 0 °C και πίεση 1 atm) έχει ενεργειακό περιεχόμενο που κυμαίνεται από 31MJ (~8.6kWh) ως 39MJ (~10.8kWh) αναλόγα και με τη σύσταση του μείγματος (βλέπε Πίν. 1).

Το NG, χαρακτηρίζεται από τη χαμηλότερη ικανότητα διάβρωσης σε σχέση με τη βενζίνη. Όπως και στην περίπτωση του LPG, έχει ιδιαίτερες αντικροτικές ιδιότητες (βλέπε τιμές MON Πίν. 1). Το κύριο πρόβλημα είναι η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα κατά όγκο με αποτέλεσμα τη περιορισμένη αυτονομία, ειδικά στην περίπτωση του CNG. Άλλο μειονέκτημα είναι οι συνθήκες αποθήκευσης. Απαιτούνται για το CNG ιδιαίτερα στιβαρές δεξαμενές, ενώ για το LNG δεξαμενές με υψηλό δείκτη θερμομόνωσης. Τόσο δε, η διαδικασία συμπίεσης στην περίπτωση του CNG όσο και η μείωση της θερμοκρασίας (LNG) απαιτούν την κατανάλωση ποσοτήτων ενέργειας.

Η ταχύτητα ανεφοδιασμού ποικίλει. Για το CNG, σε συνθήκες «ταχείας» φόρτισης απαιτούνται περίπου 10 λεπτά για τον ανεφοδιασμό δεξαμενής με ενεργειακή χωρητικότητα περίπου 40 λίτρων ισοδύναμης βενζίνης. Για το LNG μία δεξαμενή με αντίστοιχη ενεργειακή χωρητικότητα μπορεί να γεμίσει σε περίπου 2 λεπτά.

Διαθεσιμότητα στη χώρα μας

Το δίκτυο πρατηρίων στη χώρα μας είναι περιορισμένο. Η ΔΕΠΑ έχει ως αυτή τη στιγμή 5 σταθμούς NG στο λεκανοπέδιο της Αττικής. Πρατήρια NG υπάρχουν σε Αθήνα, Θεσσαλονίκη και σε άλλες πόλεις της Ελλάδας.

Η τιμή του NG στο διεθνές χρηματιστήριο κυμαίνεται τη περίοδο αυτή στα 25~30€/MWh. Στην Ελλάδα η τιμή του NG για τον τελικό καταναλωτή είναι ρυθμιζόμενη καθώς οι εμπλεκόμενες εταιρείες εμπορίας αποτελούν για την ώρα μονοπώλιο. Στην Αθήνα η τελική τιμή για τον Οκτώβριο του 2014 είναι στα 0.799€/NCM. Η θερμιδική ικανότητα του καυσίμου ποικίλει. Για τον Οκτώβριο του 2014 έχει υπολογιστεί σε 11.57kWh/NCM. Καθώς ένα λίτρο πετρελαίου, περιέχει περίπου 10.0kWh, το κόστος 1 ισοδύναμου λίτρου πετρελαίου NG είναι 0.691€. Η μέση τιμή του πετρελαίου κίνησης στις 23/10/2014 είναι για το Νομό Αττικής 1.267€/lt. Με το πετρέλαιο θέρμανσης στα 1.027€/lt. Το κόστος του NG είναι ποσοστό του κόστους του πετρελαίου κίνησης ή θέρμανσης κάτι που το κάνει ιδιαίτερα θελκτικό για τον καταναλωτή.

Επιπτώσεις στο περιβάλλον

Οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και ρύπων είναι γενικώς χαμηλότερες των αντίστοιχων εκπομπών των κινητήρων βενζίνης και πετρελαίου.

Όσον αφορά τις εκπομπές CO₂ η καύση NG προκαλεί μείωση εκπομπών κατά 20% σε σχέση με τη βενζίνη. Σημαντικός παράγων στην αύξηση των ισοδύναμων εκπομπών CO₂ στην περίπτωση του NG είναι η διαρροή του καυσίμου κατά την αποθήκευση του. Πχ για το LNG η αύξηση της θερμοκρασίας, εντός της κρυογονικής δεξαμενής, οδηγεί σε αύξηση της πίεσης, με αποτέλεσμα τη διαφυγή καυσίμου μέσω βαλβίδας εκτόνωσης ώστε η πίεση να διατηρηθεί σταθερή. Ο πολλαπλασιαστικός συντελεστής ως αέριο του θερμοκηπίου του μεθανίου (Global Warming Potential) κυμαίνεται από 62 ως 86 για χρονικό διάστημα 20 ετών. Οπότε οι παρασιτικές εκπομπές, αν δεν ελεγχθούν αποτελεσματικά, αναιρούν σε μεγάλο βαθμό τα οφέλη από την πιο αποδοτική καύση.

Η καύση NG μειώνει σημαντικά τις εκπομπές σωματιδίων (PM) καθώς το καύσιμο αυτό δεν περιέχει αρωματικούς υδρογονάνθρακες (όπως βενζένιο κλπ). Ιδιαίτερα σημαντική είναι η συνεισφορά του NG στη βελτίωση του αστικού περιβάλλοντος όταν υποκαθιστά ως καύσιμο το πετρέλαιο.

Αντί Επιλόγου

Το NG είναι μία ακόμα εναλλακτική στο δίλημα βενζίνη ή πετρέλαιο. Με τις τρέχουσες τιμές των καυσίμων, ο ιδιοκτήτης ενός οχήματος ΝG απολαμβάνει σημαντικά οικονομικά οφέλη. Τα οποία σε μερικά έτη αποσβένουν το κόστος της αρχικής επένδυσης. Η καύση NG σε κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης (κύκλος Otto) όταν αντικαθιστά τη καύση πετρελαίου προσφέρει και έντονα περιβαλλοντικά οφέλη.

Εμπόδιο στην εξάπλωση του NG, αποτελεί το ιδιαίτερα περιορισμένο δίκτυο και η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα του καυσίμου που απαιτεί τη χρήση, δεξαμενών σε υψηλή πίεση (CNG) ή κρυογονικών δεξαμενών (LNG). Τέλος σημειώνεται ότι το πρόσθετο κόστος ενός οχήματος CNG ή LNG, σε σχέση με ένα συμβατικό όχημα, είναι μεγαλύτερο από το πρόσθετο κόστος ενός οχήματος LPG.