Hvordan naturgass kjøretøy fungerer

  • Vova Krasen
  • 0
  • 3605
  • 975
ngv Bilkultur / Bilkultur ® Collection / Getty Images -
Neste
  • Alternative drivstoff som aldri har gjort det ut av labben
  • Hvordan elbiler fungerer
  • Nysgjerrighetsprosjekt: Hvorfor ønsker vi å bli kvitt private kjøretøy?

-Kermit the Frog sa en gang: "Det er ikke så lett å være grønn." Selv om han ikke refererte til biler, virker observasjonen hans spesielt passende for bilindustrien i dag: Å utforme, utvikle og markedsføre "grønne" biler har ikke vært en lett oppgave, og det er grunnen til at bensindrevne biler fremdeles styrer veien og fossile brensler. fremdeles står for nesten 75 prosent av verdens energiforbruk. Når bensinprisene svever og bekymrer seg for skadelige utslippsfester, vil imidlertid biler som kjører på alternative drivstoffkilder bli stadig viktigere. Et naturgassbil, eller NGV, er det perfekte eksemplet på en slik bil - det er drivstoffeffektivt, miljøvennlig og tilbyr relativt lave eierkostnader.

Alternativt bildegalleri for drivstoffkjøretøy


David McNew / Getty Images
Et naturgasspåfyllingsapparat, Phill, av FuelMaker er koblet til et Honda Civic NGV-naturgassbil. Se bilder av alternative drivstoffbiler.

Denne artikkelen vil forklare grunnideen til NGV-er, se på de unike designutfordringene som er involvert og undersøke fordelene og fordelene ved denne teknologien.

Oppdagelse Noen forskere spekulerer i at mennesker som bor i Midt-Østen oppdaget denne egenskapen med naturgass mellom 6000 og 2000 f.Kr da lynnedslag antente naturgass som siver fra bakken. Kineserne brente naturgass allerede i 211 f.Kr. til tørt bergsalt som ble funnet i kalkstein. De boret også de første kjente naturgassbrønnene ved å bruke bambusstenger og primitive biter, men de klarte bare å nå 500 meters dyp. -

Ordet "gass" er et forvirrende begrep fordi det brukes til å beskrive mange forskjellige stoffer som er like, men ikke helt like. For eksempel er "bensinen" du legger i bilen din bensin, en komponent råolje eller petroleum. Petroleum er en mørk, klebrig flytende blanding av forbindelser dannet under jorden ved forfall av gamle marine dyr.

Naturgass kommer også fra forfallet fra eldgamle organismer, men den tar naturlig en gassform i stedet for en flytende form. Naturgass forekommer ofte i forbindelse med råolje. Det er avledet fra både landplanter og vannlevende organisk materiale og former over eller under oljeavsetninger. Det blir ofte oppløst i råolje ved det høye trykket som finnes i et reservoar. Det er også reservoarer av naturgass, kjent som ikke-assosiert gass, som bare inneholder gass og ingen olje.


Naturgass består hovedsakelig av metan og andre hydrokarbongasser. Hydrokarboner er organiske forbindelser som bare består av elementene karbon og hydrogen. Hydrokarboner i naturgass kalles mettede hydrokarboner fordi de inneholder hydrogen og karbon bundet sammen av enkeltbindinger. Som diagrammene viser, er metan det enkleste mettede hydrokarbonet.


I likhet med bensin er naturgass brennbar, noe som betyr at den kan brukes i en forbrenningsmotor som bensin. Men biler som kunne brenne naturgass dukket ikke opp på scenen før på 1930-tallet.

Vi utvinner naturgass fanget i underjordiske reservoarer ved å bore brønner i jorden. En moderne brønn, utstyrt med diamantbelagte bor, kan bore til dybder på 25 000 fot.

Ekstraksjon og prosessering De fleste moderne brønner utvinner både råolje og naturgass samtidig. Noe naturgass kan brukes da den kommer fra brønnen uten raffinering, men de fleste krever prosessering. Behandlingen av naturgass består av å skille alle de forskjellige hydrokarboner og væsker fra den "våte" naturgassen til den er "tørr." Tør naturgass er ren metan, som er drivstoffet du velger for mange forbrukerapplikasjoner, inkludert naturgassbiler.

Gjennom 1800-tallet forble bruken av naturgass lokalisert fordi det ikke var mulig å transportere store mengder gass over lange avstander. I 1890 gjorde oppfinnelsen av en lekkasjesikker rørledningskobling det mulig å transportere gassmile fra kilden. Forbedringer innen rørledningsteknologi fortsatte de neste to tiårene til langtransport av gass ble praktisk. Fra 1927 til 1931 konstruerte arbeidere mer enn 10 store naturgassoverføringssystemer i USA, noe som gjorde naturgass til en levedyktig energikilde for mange bruksområder. Oljemangel på slutten av 1960- og begynnelsen av 1970-tallet brakte fornyet interesse for naturgass som drivstoffkilde, spesielt for biler.

I dag kan eiere av naturgasskjøretøy fylle bilene sine på en av 1300 bensinstasjoner som ligger i USA. Honda tilbyr også en personlig naturgasspumpe til folk som kjøper den naturgassdrevne Civic. Pumpen bruker hjemmets eksisterende naturgassledninger og kan installeres for $ 500 til $ 1500.

I neste avsnitt diskuterer vi hvordan naturgass kjøretøyer er designet.

Biogass Naturgass er ikke den eneste kilden til metan. Metan kan også oppnås ved å fermentere organisk materiale, for eksempel husdyrgjødsel, i lave nivåer av oksygen. Under slike forhold vil bakterier bruke næringsstoffene i husdyrgjødsel som matkilde og frigjøre metan og karbondioksid som avfallsstoffer. Denne metanen, kjent som bio-gass, kan samles og brukes som drivstoffkilde. Naturgassbiler bruker de samme grunnleggende prinsippene som bensindrevne kjøretøyer. Med andre ord, drivstoffet (naturgass i dette tilfellet) blandes med luft i sylinderen på en firetaktsmotor og tennes deretter av en tennplugg for å bevege et stempel opp og ned. Selv om det er noen forskjeller mellom naturgass og bensin når det gjelder brennbarhet og antennelsestemperatur (se diagram nedenfor), opererer NGV-er selv de samme grunnleggende konseptene som bensindrevne kjøretøy.

Eiendom Naturgass Bensin diesel
Brennbarhetsgrenser (volum% i luft) 5-15 01.04 til 07.06 0,6 til 5,5
Auto-Ignition
Temperatur (°F)
842 572 446
Peak Flame
Temperatur (°F)
3423 3591 3729

Fortsatt er det noen endringer som kreves for at en NGV skal fungere effektivt. Disse endringene er først og fremst i drivstofflagringstanken, motoren og chassiset.

Drivstofflagring
De fleste NGV-er bruker komprimert naturgass slik at drivstoffet tar mindre plass. På en bensinstasjon komprimeres gass til 3 000-3,600 pund per kvadrat tomme før den pumpes inn i rørformede sylindere med høyt trykk som er festet til kjøretøyets bakre, øvre del eller understell. Lagringstankene til tidlige NGV-er var klumpete og tok store deler av kjøretøyets lasterom, men nyere, mer lette sylindere er utviklet. Disse integrerte lagringssystemene (ISS-er) er alle kompositt-sylindere inneholdt i et glassfiber-skall og støtabsorberende skum for å beskytte dem i tilfelle et brak. Sylindrene har også en mindre diameter, slik at tre av dem kan holdes sammen i en størrelse og form som ligner en konvensjonell bensintank.


Image med tillatelse fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Motorendringer
Når motoren i en NGV startes, strømmer naturgass fra lagringssylindrene inn i en drivstoffledning. I nærheten av motoren kommer naturgassen inn i en regulator for å redusere trykket. Deretter strømmer gassen gjennom et flerpunktsgassformet drivstoffinjeksjonssystem, som fører drivstoffet inn i sylindrene. Sensorer og datamaskiner justerer drivstoff-luftblandingen slik at når en tennplugg tenner bensinen, brenner den effektivt. En naturgassmotor inkluderer også smidd aluminium, høykompresjonsstempler, herdede nikkel-wolfram eksosventilseter og en metanspesifikk katalysator.


Foto med tillatelse fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
En installert naturgassmotor

Modifikasjoner av chassis
Noen modifikasjoner i suspensjonen av en NGV kan være nødvendig for å skape plass for brennstofflagringsbeholderne. På baksiden av kjøretøyet erstatter noen ganger en halvtrekkende armoppheng sidefjæring som kommer som standard i mange bensindrevne biler. Dette skaper mer åpen plass i bakre understell, men gir likevel en jevn og behagelig kjøretur. NGV-er fjerner også reservehjulet og jekken, som gir mulighet for en plan planløsning. "Kjør-flate" dekk, som for eksempel Extended Mobility Dekk fra Goodyear Dekk, er installert for å kompensere for det faktum at reservasjonsdekk og jekk mangler.


Foto med tillatelse fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Forskjeller i tanking
Påfylling av et naturgassbil kan også være litt annerledes. Drivstoffpunktet er typisk foran på bilen, selv om det i noen NGV-er, for eksempel Honda Civic GX, er drivstoffpunktet bak. En NGV kan drives med en "hurtigfyllingspumpe" omtrent på samme tid som det tar å brennstoff på bensin- eller dieseldrevet kjøretøy. Alternativt kan en NGV drives på fem til åtte timer ved bruk av en "sakte-fyll" -metode. Hjemme tankstasjoner som tilbys av Honda er av tregt fyll, som krever at bileiere må fylle bensin over natten.

Deretter skal vi diskutere hvilke fordeler naturgassbiler har i forhold til bensindrevne kjøretøyer, samt ulempene.

Den største fordelen med NGV-er er at de reduserer miljøskadelige utslipp. naturgassbiler kan oppnå opptil 93 prosent reduksjon i karbonmonoksidutslipp, 33 prosent reduksjon i utslipp av forskjellige oksyder av nitrogen og en 50 prosent reduksjon i reaktive hydrokarboner sammenlignet med bensinkjøretøyer. NGVer rangerer også høyere i utslipp av partikler 10 (PM10). PM10-partikler transporterer og avgir giftige materialer gjennom luften. NGV-er som opererer i dieselapplikasjoner kan redusere PM10-utslipp med en faktor 10.

Naturgass kjøretøyer tilbyr også disse fordelene:

Build vs. Buy NGV-er kan bygges fra bunnen av for å inkludere designforbedringer beskrevet ovenfor. Et helt nytt naturgassbil koster $ 4000 til $ 8000 mer enn et sammenlignbart bensinkjøretøy. Det er også mulig å endre konvensjonelle bensinkjøretøyer for å kjøre på naturgass. Dette kan også være dyrt, med endringene som vanligvis koster 3000 til 5 000 dollar. Kjøretøyer som kun kjører på naturgass er kjent som "dedikerte" NGV-er. Kjøretøyer som kan operere på både naturgass og bensin er kjent som "bi-fuel" kjøretøy. I bi-drivstoff kjøretøyer kan sjåføren trygt bytte fra brensel til et annet mens han kjører.

  • NGV-er er tryggere. Drivstofflagringstankene på en NGV er tykkere og sterkere enn bensin- eller dieseltanker. Det har ikke vært en brudd på NGV-drivstofftanken på mer enn to år i USA.

  • Naturgasskostnader er lavere enn bensin. I gjennomsnitt koster naturgass en tredjedel mindre enn bensin ved pumpen.

  • Naturgass er praktisk og rikelig. En veletablert infrastruktur for rørledninger eksisterer i USA for å levere naturgass til nesten alle byområder og de fleste forstadsområder. Det er mer enn 1300 NGV-drivstoffstasjoner i USA, og det blir lagt til flere hver dag.

  • Naturgassprisene har vist betydelig stabilitet sammenlignet med oljepriser. Historisk har naturgassprisene vist en betydelig prisstabilitet sammenlignet med prisene på petroleumsbasert brensel. Denne stabiliteten gjør det lettere å planlegge nøyaktig for langsiktige kostnader.

  • NGV har lavere vedlikeholdskostnader. Fordi naturgass brenner så rent, resulterer det i mindre slitasje på motoren og forlenger tiden mellom innstillinger og oljeskift.

ulemper
En av de største klagene på NGV-er er at de ikke er like romslige som bensinbiler. Dette er fordi NGV-er må oppgi dyrebar last og bagasjerom for å få plass til drivstofflagringssylindrene. Ikke bare det, disse sylindrene kan være dyre å designe og bygge - en medvirkende årsak til de høyere totale kostnadene for et naturgassbil sammenlignet med en bensindrevet bil.


Foto med tillatelse fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
Bakre understell som viser drivstoffsylindere

En annen ulempe er den begrensede rekkevidden for NGV-er, som typisk er omtrent halvparten av et bensindrevet kjøretøy. For eksempel kan Hondas naturgass Civic, Civic GX, gå opp til 220 mil uten å fylle bensin. En typisk bensindrevet Civic kan gå cirka 350 mil uten å fylle bensin. Hvis en dedikert NGV gikk tom for drivstoff på veien, måtte den slepes til eierens hjem eller til en lokal tankstasjon for naturgass, noe som kan være vanskeligere å finne enn en "vanlig" bensinstasjon.

Til slutt skal det bemerkes at naturgass, som bensin, er et fossilt brensel og ikke kan betraktes som en fornybar ressurs. Mens naturgassreserver i USA fremdeles er betydelige, er de ikke uuttømmelige. Noen spår at det er nok naturgassreserver til å vare i ytterligere 67,1 år, forutsatt at produksjonen i 2003 fortsetter.

Til tross for noen av fordelene som NGV gir, er de fremdeles relativt uvanlige. I følge Natural Gas Coalition er det for tiden 130 000 NGV-er på veien i USA i dag og mer enn 2,5 millioner over hele verden. For å sette dette i perspektiv, må du tenke på at det var 142,5 millioner registrerte kjøretøy i 2001 - noe som betyr at bensindrevne kjøretøyer overstiger NGV-er nesten 1100 til en i USA. Og likevel produserer mer enn 40 forskjellige produsenter, inkludert Ford, General Motors, Toyota og Volvo, NGV-er.


Foto med tillatelse fra Honda
Phill Home Tanking Appliance
To bilfirmaer som er ledende innen NGV design og prosjektering er Honda og DaimlerChrysler. Honda er den første produsenten som tilbyr NGV i detaljhandelen - Honda Civic GX sedan, som også kommer med en bensintankstasjon som selskapet har kalt "Phill." Civic GX er en dedikert NGV, som betyr at den bare kan kjøres på naturgass. DaimlerChrysler produserer en E-klasse Mercedes som kjører på både bensin og naturgass. Det er gitt en klassifisering av "NGT", som står for "Natural Gas Technology", og kan reise 621 miles på en enkelt drivstoff - 186 miles ved hjelp av naturgass og 435 miles ved hjelp av bensin.

Mens kjøretøy som Civic GX og E 200 NGT bare er tilgjengelig i svært begrensede markeder (de førstnevnte i visse vestlige stater, sistnevnte i Europa), forventes NGV å bli mer tilgjengelig for forbrukerne i løpet av de neste to tiårene, spesielt som prisen på olje fortsetter å stige. Når det skjer, blir det litt enklere å være grønn.

For mer informasjon om naturgassbiler og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

NGV Fleets Drivstoffintensive flåter som reiser mange mil hver dag har brukt naturgass i mange år. Dette vil omfatte flåter av taxibiler, transport- og skolebusser, transport til flyplassen, anleggskjøretøyer, søppelbiler, leveringsbiler og kjøretøyer til offentlig arbeid. Hvorfor er flåter spesielt egnet for naturgass? For det første gjør det større volumet av kjøretøy det mer økonomisk å konvertere kjøretøy eller å kjøpe dem direkte. Men enda viktigere er bilparkering sentralt vedlikeholdt, noe som gjør påfyllingsprosessen praktisk og pålitelig.

Mange langdistansebiler og busser kjører på en annen form for naturgass som kalles flytende naturgass, eller LNG. LNG lages ved å kjøle ned naturgass til -260 ° F, kondensere den til en væske. Væskeformen er mye tettere og har dermed mer potensiell energi for mengden plass den tar opp. Det betyr at mer energi kan lagres i samme mengde plass på en bil eller lastebil.

Takk Takk til Jeff Beckman for hans hjelp med denne artikkelen.

Relaterte artikler

  • Hvordan hybridbiler fungerer
  • Hvordan elbiler fungerer
  • Hvordan gasspriser fungerer
  • Slik fungerer oljeboring
  • Hvordan oljeraffinering fungerer

Flere gode lenker

  • Utdanningsstedet til Natural Gas Supply Association
  • Naturgassens koalisjon
  • Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
  • Hondas Civic GX nettsted
  • Naturgassbiler - Pacific Gas & Electric Company

kilder

  • Dickson, T.R. Introduction to Chemistry, 7. utg. New York: John Wiley &
    Sons, Inc.
  • Durbin, D. "Honda tilbyr første detaljhandelen naturgass kjøretøy og hjem
    tankstasjon, "The Detroit News. 22. april 2005.
    http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm
  • Encyclopedia Britannica 2005, s.v. "naturgass." CD-ROM, 2005.
  • GermanCarFans.com.
    http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006
  • Hondas Civic GX nettsted
    http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1
  • Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.
    http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm
  • Sikkerhetsverden for naturgass.
    http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html
  • Natural Gas Supply Association utdanningssted.
    http://www.naturalgas.org/
  • Naturgass kjøretøy. Pacific Gas & Electric Company.
    http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/
  • Naturgass-koalisjonen. http://www.ngvc.org/ngv/ngvc.nsf
  • Natural Gas Vehicle Forum. http://www.ngv.org/ngv/ngvorg01.nsf
  • Parfit, M. "Powering the Future", National Geographic. August 2005, s.
    2-31.
  • Wright, Michael og Mukul Patel, red. 2000. Scientific American: Hvordan
    ting fungerer i dag. New York: Crown Publisher.



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer