Phillip Hopkins
0 
5366
919
ngv Car Culture / Car Culture î® Collection / Getty Images -Næste op
|
-Kermit the Frog sagde engang, "Det er ikke så let at være grønt." Selvom han ikke henviste til biler, forekommer hans observation særligt passende til bilindustrien i dag: At designe, udvikle og markedsføre "grønne" biler har ikke været en let opgave, hvorfor benzindrevne køretøjer stadig styrer vejen og fossile brændstoffer står stadig for næsten 75 procent af verdens energiforbrug. Efterhånden som benzinpriserne stiger og bekymrer sig over skadelige emissionsklodser, vil biler, der kører på alternative brændstofkilder, dog blive mere og mere vigtige. Et naturgasskøretøj eller NGV er det perfekte eksempel på en sådan bil - det er brændstofeffektivt, miljøvenligt og tilbyder relativt lave omkostninger til ejerskab.
Alternativt billedgalleri med brændstofkøretøj
David McNew / Getty Images
Et naturgaspåfyldningsapparat, Phill, fra FuelMaker er tilsluttet et Honda Civic NGV-naturgasskøretøj. Se billeder af alternative brændstofbiler.
Denne artikel vil forklare de grundlæggende ideer om NGV'er, se på de involverede unikke designudfordringer og undersøge fordele og fordele ved denne teknologi.
Opdagelse Nogle forskere spekulerer i, at mennesker, der bor i Mellemøsten, opdagede denne egenskab med naturgas mellem 6000 og 2000 f.Kr., da lynnedslag antændte naturgas, der siver fra jorden. Kineserne brændte naturgas allerede i 211 f.Kr. til tørt bordsalt fundet i kalksten. De borede også de første kendte naturgasbrønde ved hjælp af bambusstænger og primitive bits, men de var kun i stand til at nå dybder på 500 meter. -Ordet "gas" er et forvirrende udtryk, fordi det bruges til at beskrive mange forskellige stoffer, der er ens, men ikke nøjagtigt det samme. For eksempel er "gas", du lægger i din bil benzin, en komponent af råolie eller olie. Petroleum er en mørk, klistret flydende blanding af forbindelser, der dannes under jorden ved forfald af gamle havdyr.
Naturgas kommer også fra forfald af antikke organismer, men den tager naturligvis en gasform i stedet for en flydende form. Naturgas forekommer ofte i forbindelse med råolie. Det stammer fra både landplanter og organisk vandholdigt stof og danner over eller under olieaflejringer. Det opløses ofte i råolie ved det høje tryk, der findes i et reservoir. Der er også reservoirer af naturgas, kendt som ikke-associeret gas, der kun indeholder gas og ingen olie.
 |
Naturgas består primært af methan og andre carbonhydridgasser. Kulbrinter er organiske forbindelser, der kun består af elementerne kulstof og brint. Kulbrinterne i naturgas kaldes mættede kulbrinter, fordi de indeholder brint og kulstof bundet sammen af enkeltbindinger. Som diagrammerne viser, er methan den enkleste mættede carbonhydrid.
 |
Ligesom benzin er naturgas brændbar, hvilket betyder, at den kan bruges i en forbrændingsmotor som benzin. Men biler, der kunne brænde naturgas, dukkede ikke op på scenen før i 1930'erne.
Vi udvinder naturgas fanget i underjordiske reservoirer ved at bore brønde i jorden. En moderne brønd, der er udstyret med diamantspækkede bor, kan bore til dybder på 25.000 fod.
Ekstraktion og forarbejdning De fleste moderne brønde ekstraherer både råolie og naturgas på samme tid. Nogle naturgas kan bruges, da den kommer fra brønden uden raffinering, men mest kræver forarbejdning. Forarbejdning af naturgas består i at adskille alle de forskellige kulbrinter og væsker fra den "våde" naturgas, indtil den er "tør." Tør naturgas er ren methan, som er det valgte brændstof til mange forbrugsanvendelser, inklusive naturgasbiler.Gennem 1800-tallet forblev brugen af naturgas lokaliseret, fordi der ikke var nogen måde at transportere store mængder gas over lange afstande på. I 1890 gjorde opfindelsen af en lækagesikker rørledningskobling det muligt at transportere gasmile fra kilden. Forbedringer inden for rørledningsteknologi fortsatte i løbet af de næste to årtier, indtil langtransmission af gas blev praktisk. Fra 1927 til 1931 konstruerede arbejdere mere end 10 større naturgasoverføringssystemer i USA, hvilket gjorde naturgas til en levedygtig energikilde til mange anvendelser. Oliemanglen i slutningen af 1960'erne og begyndelsen af 1970'erne bragte fornyet interesse for naturgas som brændstofkilde, især for biler.
I dag kan ejere af naturgasskøretøjer fylde deres biler på en af 1.300 brændstofstationer i USA. Honda tilbyder også en personlig naturgaspumpe til folk, der køber dens naturgasdrevne Civic. Pumpen bruger hjemmets eksisterende naturgasledninger og kan installeres for $ 500 til $ 1500.
I det næste afsnit diskuterer vi, hvordan naturgasbiler er designet.
Biogas Naturgas er ikke den eneste kilde til metan. Methan kan også fås ved fermentering af organisk stof, såsom gødning, i lave niveauer af ilt. Under sådanne forhold bruger bakterier næringsstofferne i gødning som fødekilde og frigiver methan og kuldioxid som affaldsprodukter. Denne metan, kendt som biogas, kan opsamles og bruges som brændstofskilde. Naturgasbiler bruger de samme grundlæggende principper som benzindrevne køretøjer. Med andre ord blandes brændstoffet (naturgas i dette tilfælde) med luft i cylinderen på en firetaktsmotor og antændes derefter af en tændrør for at bevæge et stempel op og ned. Selvom der er nogle forskelle mellem naturgas og benzin med hensyn til antændelighed og antændelsestemperaturer (se skema nedenfor), fungerer NGV'er selv på de samme grundlæggende koncepter som benzindrevne køretøjer.
| Ejendom | Naturgas | Benzin | Diesel |
| Antændelighedsgrænser (volumen% i luft) | 5-15 | 1,4-7,6 | 0,6-5,5 |
| Auto-Ignition Temperatur (°F) | 842 | 572 | 446 |
| Peak Flame Temperatur (°F) | 3423 | 3591 | 3729 |
Der kræves stadig nogle ændringer for at få en NGV til at fungere effektivt. Disse ændringer er primært i brændstofopbevaringstanken, motoren og chassiset.
Opbevaring af brændstof
De fleste NGV'er opererer ved hjælp af komprimeret naturgas, så brændstoffet optager mindre plads. På en brændstofstation komprimeres gas til 3.000-3.600 pund pr. Kvadrat tomme, inden den pumpes i højtryksrørformede cylindre, der er fastgjort til køretøjets bageste, øverste eller understelede. Lagringstankene til de tidlige NGV'er var voluminøse og optog meget af køretøjets lasterum, men der er udviklet nyere, mere lette cylindre. Disse integrerede opbevaringssystemer (ISS'er) er alle kompositcylindre indeholdt i et glasfiberskal og slagabsorberende skum for at beskytte dem i tilfælde af et styrt. Cylindrene har også en mindre diameter, så tre af dem kan holdes sammen i en størrelse og form, der ligner en konventionel benzinbeholder.
 Image høflighed Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory |
Motorændringer
Når motoren i en NGV startes, strømmer naturgas fra opbevaringscylindrene ind i en brændstofledning. I nærheden af motoren kommer naturgassen ind i en regulator for at reducere trykket. Derefter ledes gassen gennem et flerpunktsindsprøjtningssystem med gasformigt brændstof, der bringer brændstoffet ind i cylindrene. Sensorer og computere justerer brændstof-luftblandingen, så når en tændrør tænder gassen, brænder den effektivt. En naturgasmotor inkluderer også smedet aluminium, højkomprimeringsstempler, hærdet nikkel-wolfram udstødningsventilsæder og en metanspecifik katalysator.
 Foto høflighed Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory En installeret naturgasmotor |
Chassisændringer
Nogle ændringer i suspensionen af en NGV kan være påkrævet for at skabe plads til brændstofopbevaringscontainerne. På bagsiden af køretøjet erstatter undertiden en semi-bageste armophæng den sideværts ophæng, der leveres som standard i mange benzindrevne biler. Dette skaber mere åben plads i den bageste undervogn, men giver alligevel en jævn og behagelig ride. NGV'er fjerner også reservehjulet og donkraften, hvilket giver mulighed for en flad grundplan. "Kør-flade" dæk, såsom Extended Mobility Dæk fra Goodyear Dæk, er installeret for at kompensere for det faktum, at reservehjulet og donkraften mangler.
 Foto høflighed Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory |
Forskelle i tankning
Tankning af et naturgasskøretøj kan også være lidt anderledes. Brændstoftpunktet er typisk foran på køretøjet, selvom der i nogle NGV'er, såsom Honda Civic GX, er brændstofpunktet bagpå. En NGV kan brændstof på en "hurtig-fyld" pumpe på omtrent samme tid, som det tager at brændstof på et benzin- eller dieseldrevet køretøj. Alternativt kan en NGV brændes på fem til otte timer ved anvendelse af en "langsom fyld" -metode. De tankstationer til hjemmet, der tilbydes af Honda, er af den langsomme udfyldning, og kræver bilejere at tanke deres køretøjer natten over.
Derefter diskuterer vi, hvilke fordele naturgasbiler har i forhold til benzindrevne køretøjer såvel som ulemperne.
Den største fordel ved NGV'er er, at de reducerer miljøskadelige emissioner. naturgasbiler kan opnå op til 93 procent reduktion i kulilteemissioner, 33 procent reduktion i emissioner af forskellige nitrogenoxider og en 50 procent reduktion i reaktive kulbrinter sammenlignet med benzinbiler. NGV'er rangerer også højere i emissioner af partikler 10 (PM10). PM10-partikler transporterer og deponerer giftige materialer gennem luften. NGV'er, der opererer i dieselapplikationer, kan reducere PM10-emissionerne med en faktor 10.
Naturgasbiler tilbyder også disse fordele:
| Build vs. Buy NGV'er kan bygges fra bunden til at omfatte de designforbedringer, der er beskrevet ovenfor. Et helt nyt naturgas-køretøj koster $ 4.000 til $ 8.000 mere end et sammenligneligt benzin-køretøj. Det er også muligt at ændre konventionelle benzinbiler til at køre på naturgas. Dette kan også være dyrt, idet ændringerne typisk koster $ 3.000 til $ 5.000. Køretøjer, der udelukkende kører på naturgas, kaldes "dedikerede" NGV'er. Køretøjer, der kan køre på både naturgas og benzin, er kendt som "bi-fuel" køretøjer. I køretøjer med to brændstof kan chaufføren sikkert skifte fra et brændstof til et andet under kørslen. |
- NGV'er er sikrere. Brændstoflagertanke på en NGV er tykkere og stærkere end benzin- eller dieseltanke. Der har ikke været en NGV-brændstoftankbrud i mere end to år i De Forenede Stater.
- Udgifter til naturgas er lavere end benzin. I gennemsnit koster naturgas en tredjedel mindre end benzin ved pumpen.
- Naturgas er praktisk og rigeligt. En veletableret infrastruktur for rørledninger findes i USA til at levere naturgas til næsten ethvert byområde og de fleste forstæderområder. Der er mere end 1.300 NGV-brændstofstationer i USA, og der tilføjes flere hver dag.
- Priserne på naturgas har udvist betydelig stabilitet sammenlignet med oliepriserne. Historisk har naturgaspriserne vist en betydelig prisstabilitet sammenlignet med priserne på oliebaseret brændsel. Denne stabilitet gør det lettere at planlægge nøjagtigt for langsigtede omkostninger.
- NGV'er har lavere vedligeholdelsesomkostninger. Fordi naturgas brænder så rent, resulterer det i mindre slid på motoren og forlænger tiden mellem tune-ups og olieudskiftning.
Ulemper
En af de største klager over NGV'er er, at de ikke er så rummelige som benzinbiler. Dette skyldes, at NGV'er skal opgive dyrebar last og bagagerum for at rumme brændstoflagringscylindrene. Ikke kun det, disse cylindere kan være dyre at designe og bygge - en medvirkende faktor til de højere samlede omkostninger ved et naturgas-køretøj sammenlignet med en benzindrevet bil.
 Foto høflighed Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Bageste undervogn, der viser brændstofcylindre |
En anden ulempe er NGV'ers begrænsede køreafstand, som typisk er ca. halvdelen af et benzindrevet køretøj. F.eks. Kan Hondas naturgas Civic, Civic GX, gå op til 220 miles uden tankning. En typisk benzindrevet Civic kan gå cirka 350 miles uden tankning. Hvis en dedikeret NGV løb tør for brændstof på vejen, skulle den trækkes til ejerens hjem eller til en lokal tankstation med naturgas, hvilket måske er sværere at finde end en "almindelig" tankstation.
Endelig skal det bemærkes, at naturgas, ligesom benzin, er et fossilt brændstof og ikke kan betragtes som en vedvarende ressource. Mens naturgasreserver i USA stadig er betydelige, er de ikke uudtømmelige. Nogle forudsiger, at der er tilstrækkelig med naturgasreserver til at vare 67,1 år mere, hvis de antager, at produktionsniveauet i 2003 fortsætter.
På trods af nogle af fordelene, som NGV'er tilbyder, er de stadig relativt usædvanlige. Ifølge Natural Gas Coalition er der i øjeblikket 130.000 NGV'er på vej i USA i dag og mere end 2,5 millioner over hele verden. For at sætte dette i perspektiv, skal du overveje, at der var 142,5 millioner registrerede køretøjer i 2001 - hvilket betyder, at gasdrevne køretøjer overstiger NGV'er næsten 1.100 til en i USA. Og alligevel producerer mere end 40 forskellige producenter, inklusive Ford, General Motors, Toyota og Volvo, i øjeblikket NGV'er.
 Foto høflighed Honda Phill Home Tanking Appliance |
Mens køretøjer som Civic GX og E 200 NGT kun er tilgængelige på meget begrænsede markeder (de førstnævnte i visse vestlige stater, sidstnævnte i Europa), forventes NGV'er at blive mere udbredte for forbrugerne i de næste to årtier, især når prisen på olie fortsætter med at stige. Når det sker, vil det være lidt lettere at være grøn.
For mere information om naturgasbiler og relaterede emner, se linkene på næste side.
| NGV-flåder Brændstofintensive flåder, der rejser mange kilometer hver dag, bruger naturgas i årevis. Dette vil omfatte flåder af taxaer, transit- og skolebusser, lufthavnstransport, konstruktionskøretøjer, skraldevogne, leveringsbiler og offentlige arbejdsvogne. Hvorfor er flåder især velegnede til naturgas? For det første gør det større antal køretøjer det mere økonomisk at konvertere køretøjer eller købe dem direkte. Men endnu vigtigere er, at flådevogne centralt vedligeholdes, hvilket gør tankningsprocessen praktisk og pålidelig. Mange langdistancebiler og busser kører på en anden form for naturgas kaldet flydende naturgas eller LNG. LNG fremstilles ved at køle naturgas til -260 ° F og kondensere den til en væske. Den flydende form er meget mere tæt og har således mere potentiel energi til den plads, den tager op. Det betyder, at der kan opbevares mere energi i den samme mængde plads på en bil eller lastbil. |
Tak Tak til Jeff Beckman for hans hjælp med denne artikel.
Relaterede artikler
- Sådan fungerer hybridbiler
- Sådan fungerer elbiler
- Sådan fungerer gaspriser
- Sådan fungerer olieboring
- Sådan fungerer raffinering
Flere gode links
- Naturuddannelsesforeningens uddannelsessted
- Naturgas-koalitionen
- Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory
- Honda's Civic GX-websted
- Naturgasskøretøjer - Pacific Gas & Electric Company
Kilder
- Dickson, T.R. Introduktion til kemi, 7. udg. New York: John Wiley &
Sons, Inc. - Durbin, D. "Honda tilbyder det første detailkøretøj med naturgas og hjem
tanken station, "Detroit News. 22. april 2005.
http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm - Encyclopedia Britannica 2005, s.v. "naturgas." CD-ROM, 2005.
- GermanCarFans.com.
http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006 - Honda's Civic GX-websted
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 - Naturgassikkerhedsverden.
http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html - Uddannelsessted for Natural Gas Supply Association.
http://www.naturalgas.org/ - Naturgasskøretøjer. Pacific Gas & Electric Company.
http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/ - Naturgas-koalitionen. 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.