A közlekedési rendszereinktől olyan megoldásokat kívánunk a jövőben, melyek együttesen a tiszta és alacsony karbonintenzitású közlekedés létrejöttét eredményezik. A földgáz technológiák a leghatékonyabb alternatívát kínálják a nehézgépjármű szektorban a dízelekkel szemben. Teljes mértékben kompatibilis lehetőséget biztosítva a megújuló gáz használatára, amely a dekarbonizációs folyamat felgyorsítását eredményezi.
Az európai dekarbonizációs útiterv szerint 2030-ra az EU-nak az 1990-es kibocsátási szinthez képest 40 százalékkal kell mérsékelnie az üvegházhatású gázkibocsátását. Ehhez a célhoz vezető úton az Európai Uniónak előtérbe kell helyeznie minden alacsony karbon intenzitású és költséghatékony fejlesztést és megvalósítást, mindazon szektorokban, melyek felelősek Európa emissziójáért.
Integrált szemléletre van szükség emiatt, mely figyelembe veszi és számol mindazokkal a lehetőségekkel, amelyek hatékonyan és fenntartható módon járulnak hozzá a karbonsemleges modell kialakításához.
A közúti közlekedést nézve, egy nagyon átható átalakulást lehet tapasztalni. Jelenleg a konvencionális és az összetett hajtásláncok versenye zajlik. Ebben a rendszerben az elektrifikáció integrálódik a hagyományos motorokkal és üzemanyagokkal, egyre erősödnek a megújuló alapú új energiahordozók, amelyek a bio- és szintetikus eljárások széles tárházát vonultatják fel.
A járműhatékonyság vizsgálatok fejlődése és a valós körülmények között mért üvegházhatású gázkibocsátásokból származó mérési eredmények figyelembevétele meghatározóvá kell váljon a következő évtizedben. Az eddigi, a járművek üzemanyag fogyasztásából vetített CO2 kibocsátási mutatója már nem alkalmas a valódi dekarbonizációs pálya támogatására, mivel a kipufogón távozó CO2 mennyisége egyáltalán nem a teljes kibocsátást jelzi számunkra. Annak érdekében, hogy a klímavédelem érdekében tett dekarbonizációs erőfeszítések sikerre vezessenek, az energiahordozó előállítását is figyelembe kell venni. Meg kell jelenjen a mérlegben az energiahordozóra vonatkozó CO2 terhelés, hiszen nem lehet figyelmen kívül hagyni, ha az üzemanyag megújuló forrásból származva semleges hatású. Az sem tekinthető CO2-mentesnek, ha az energiahordozót súlyos kibocsátás és energiaveszteség mellett más energiahordozóból állítják elő.
A nehézgépjárművek számára a földgáz kipróbált és bevált alternatívaként már most is kínál 15 % feletti üvegházhatású gázkibocsátás csökkenést. A megújuló forrásból származó gáz részarányának növelésével azonban teljesen klímasemleges szállítás érhető el. Ezen túlmenően, az elmúlt években több projekt igazolta valós körülmények között, hogy a CNG és az LNG üzemű nehézgépjárművek hatékonyan csökkentik a NOx kibocsátást. Magyarország első, a forgalomban végzett járműemisszió mérése során – a PAN-LNG projekt megbízásából a KTI Közlekedéstudományi Intézet – a CNG autóbuszoknál dízel autóbuszokkal összehasonlítva 98 százalékos csökkenést tapasztalt. A dízelek részecskeszűrős rendszere mellett is jelentősen kevesebb volt a földgázzal hajtott autóbusz szilárdrészecske terhelése.
Európa számos városában a gázüzemű teherautók alkalmazását azok csendes üzeme helyezi előtérbe, mivel halk járásukkal az éjszakai szállításra is alkalmasak.
Szükséges figyelembe venni, hogy a nehézgépjárművek mozgatásához nagy energia koncentrációra van szükség, melyre az akkumulátor technológia előreláthatóan még sokáig nem nyújt valós alternatívát, mivel 100 liter gázolajnak megfelelő Li-Ion akkumulátor csomag megközelítőleg 5 tonnát nyom. Az LNG járművek ezzel szemben – nem utolsó sorban az egyszerű katalizátor rendszerüknek köszönhetően – könnyebbekké váltak a velük azonos képességeket felmutató dízel járműveknél. Ez pedig nem az egyedüli üzemeltetői haszon. Az LNG üzemanyagból legalább 10, de missziótól függően akár 15 százalékkal is kevesebbet fogyasztanak a járművek (kg-ban számolva a gázt, literben a gázolajat) és ehhez még Európa-szerte kedvezőbb üzemanyagár is párosul.
LNG, azaz a Cseppfolyósított földgáz – nagy energiasűrűség a kriogén gáztárolásnak köszönhetően
Felismerve az LNG alapú áruszállítás lábnyomának csökkentésében rejlő lehetőséget, az Európai országok többsége jelentős ösztönző lépéseket tett a minél gyorsabb elterjedés előmozdítása érdekében. Ezek között legtöbbször kedvező, vagy sok esetben nulla jövedéki adó tétel szerepel, amely mellett megjelentek a 12, vagy akár 20 ezer eurós járműbeszerzés támogató csomagok, amely által az LNG üzemű járművek dízellel szembeni felára minimálisra apad, de jelentős hatása van a gázüzemű nehézgépjárművek piacára a német autópályadíj elengedésének is.
A földgáz, mint elsődleges fosszilis energiahordozó, túlnyomórészt metánt tartalmaz. Normál környezeti körülmények között gáz halmazállapotú, ezért égése igen tiszta. Sűrítve (CNG) és cseppfolyósítva (LNG) is tárolható.
A metán a legegyszerűbb szénhidrogén, a metánmolekulában egy szénatom és négy hidrogénatom egyszeres kovalens kötésekkel kapcsolódik egymáshoz (azaz telített szénhidrogén). Az égés szempontjából ennek a felépítésnek a legnagyobb előnye, hogy a molekula fajlagos széntartalma az egyik legalacsonyabb a szénhidrogének között, míg az alacsonyabb fajlagos széntartalom alacsonyabb szén-dioxid kibocsátást eredményez. A földgáz kedvező égési tulajdonságai miatt a koromképződés gyakorlatilag ki van zárva, mivel nem tartalmaz olyan összetevőt, amely ezt előidézné.
A földgáz oktánszáma lényegesen nagyobb a benzin oktánszámánál, összetételtől függően 120-135 közötti. A magasabb oktánszám jobb kompressziótűrést jelent, azaz a földgázmotorokban nagyobb kompressziót lehet alkalmazni a benzinmotorokénál, ez pedig jobb motorhatásfokot eredményez.
Környezeti nyomáson a földgáz térfogatra vonatkoztatott energiasűrűsége nagyon alacsony, miközben a járművekben a tüzelőanyag tárolására alkalmas hely erősen korlátolt. Személygépjárművekre és buszokra ez különösen érvényes, mivel ott a tartályok közvetlenül az utas- vagy a csomagtérből foglalják el a helyet, míg haszongépjárműveknél és nyerges vontatóknál a megfelelően nagy hatótáv lehet fontos tényező.
A gáz halmazállapotú tüzelőanyagok környezeti nyomáson való tárolása a járműben mindezek miatt nem célszerű, sűrítéssel és cseppfolyósítással viszont többszörösére növelhető a térfogatra vonatkoztatott energiasűrűség.
Az LNG az angol „Liquefied Natural Gas” elnevezés rövidítése, cseppfolyósított földgázt jelent. A földgáz, mely jellemzően metánból, kisebb részben egyéb szénhidrogén és inert gázmolekulákból áll össze, környezeti nyomáson -160°C és -163°C közötti hőmérsékleten alakul át gázhalmazállapotból cseppfolyósított halmazállapotba. A folyadékok sűrűsége mindig lényegesen nagyobb a gázokénál, ezért a cseppfolyósított földgáz térfogati energiasűrűsége lényegesen nagyobb a sűrített földgázénál. A cseppfolyósított földgázt környezeti nyomáson, speciálisan hőszigetelt, úgynevezett kriogén tartályokban tárolják.
Az LNG üzemanyag mintegy háromszor nagyobb egységnyi térfogatú energiasűrűsége mellett a CNG-vel szemben még az alkalmazandó tartály tömegével is kedvezőbb felhasználást tesz lehetővé. Az LNG technológiához ugyanis – szemben a CNG-vel – nem nagynyomású palackokra van szükség, hanem a vákuummal és más magas szigetelőképességű anyagokkal jól szigetelt vékonyfalú és ezáltal könnyű, kriogén nyomástartó edényekre.
Az import forrásból beszerzett LNG-n kívül fontos nemzetgazdasági érdek lehet az LNG üzemanyagot magyarországi forrásból előállítani. A hazai konvencionális mezők erre alkalmasak, és számos olyan projekthelyszín említhető, ami hasznosítani tudná a jelenleg kihasználatlan infrastrukturális elemeket. A hazai források egy másik lehetősége lehet az olyan kisméretű vagy inertes mezők kitermelése és LNG gyártásra való felhasználása, amelyek alternatív hasznosítása nem megoldott, azonban egy mobil és kisméretű LNG cseppfolyósító segítségével földgázpotenciáljuk sikerrel hasznosítható.
A hazai földgázforrásból termelt LNG esetében érdemes megemlíteni a szénkészletek és biomassza elgázosításával nyerhető szintetikus metángázt, ami cseppfolyósítva LNG-vé alakítható. Hazánk lignitvagyona jelentős. Elméletileg akár hosszú távon is megoldást jelenthet az elgázosításhoz, valamint a Mátrai Erőmű bányáiban már aktív kitermelésben álló – így azonnal hozzáférhető – lignitmező.
A földgáz molekula szerkezete és a gáz jelleg okozza az égés lefolyásának tisztaságát. A szigorodó emissziós előírások a jövő belsőégésű motorjainál még hagyományos üzemanyagok esetén is biztosítani fogják azok tisztaságát. De az elkövetkező valós forgalmi viszonyokra vonatkozó előírások teljesítésére képes katalizátortechnika összetettsége és költsége tovább fog emelkedni, különösen a dízel motorok esetében.
A mai gázmotor technológia főként szikragyújtással, széles terhelési tartományra a sztoichometrikus keverési jellemzőkkel készül; a 3-utas katalizátorok magas hatékonysága biztosítja a CH/CO/NOx emissziós területek tökéletes közeli kezelését.
A földgáz a legegyszerűbb szénhidrogén üzemanyag és – köszönhetően gáz halmazállapotának – a szennyező anyagok csökkentése terén azonnali előnyöket biztosít, nem csak mennyiségi, de azok minősége terén is. Így például amikor az emberi légzésfunkciókat nézzük, a járművek emissziójából a napsugárzás hatására a felszínen ózon képződhet, ami elsősorban az üzemanyagra vezethető vissza.
A közelmúltban a svájci kutató központ, az EMPA összehasonlított egy Euro 6b bifuel járművet benzines és CNG üzemmódban. Beigazolódott, hogy az ózonképződés a NOx és az NMHC (nem metán szénhidrogének) arányától függ, ahol a földgáz összetétele nagy előnyt jelent.
A tanulmány rámutatott arra is, hogy bár benzines módban is teljesül a szilárdrészecskék számára (PN) vonatkozó határérték, azonban a földgáz egy óriási, 30-szoros csökkentést eredményez.
Manapság az ultrafinom méretű részecskék kibocsátásáról és hatásáról folynak a latolgatások: jelenlegi mérőeszközök a 23 nanométer feletti tartományban képesek mérni, bár a következő emissziós előírás nagy valószínűséggel már a 10 nm, vagy még az annál is kisebb tartományig fog lehúzódni. Az Európai Bizottság emiatt három Horizon2020 projektet is támogat, hogy kifejlesztésre kerüljön a 23 nm alatti tartományban működő eszköz. A CNG motorokban fejlődő csekély szilárdrészecske nem az égési folyamat terméke, hanem a motorolaj fogyasztásával függ össze és annak viszkozitásán is múlik.
A NOx kibocsátás kapcsán érdemes megismerni, hogy a francia Equilibre Projet egy CNG és hasonló Euro VI-os dízel kamion valós körülmények közötti összehasonlítása során megállapította, hogy bármely forgalmi viszonyban a gázmotor óriási előnyt eredményezett.
További hatalmas előnyt jelent a járművek zajkibocsátásának csökkenése. Az Otto ciklusnak köszönhetően a motorok kisebb égéstéri zajt fejlesztenek, kisebb vibrációt keltenek és összefoglalóan legalább 3 dB-el kisebb zajt idéznek elő, ami fele akkora zajhatásnak felel meg.
Becslések szerint a CNG és LNG hajtású autók száma Európában 2030-ra meghaladhatja a 13 millió járművet, ami sokszorosa a mai állománynak. Ezzel párhuzamosan a megújuló gáz előállítása is erős növekedés előtt áll, 2030-ra konzervatív becslések szerint az éves termelési potenciál elérheti a 45 milliárd köbmétert (amely jelenleg mintegy 2 milliárd m3). Ez elméletileg lehetővé tenné, hogy a teljes 13 milliónyi jármű parkot (mintegy 30 milliárd köbméter fogyasztást) kizárólag megújuló gázzal üzemeltessünk majd.
Az Európai Szövetség, az NGVA Europe az Európai Biogáz Szövetséggel (EBA) készített számításaiban 2030-ra mindemellett az európai földgáz üzemanyag felhasználásának 30 százalékos mértékű megújuló részesedésével számol. A megújuló termelés legnagyobb része olyan szervesanyag lebomlásából származik, mint a kommunális hulladék, vagy a szennyvíz. Az elgázosításos, valamint a Power-to-Gas technológia 2025-öt követően fog várhatóan nagyobb szerepet betölteni.
A megújulógáz termelés egy nagyon határozott lépést eredményezhet a dekarbonizációs folyamatban: 30 százalékos megújuló gáz részarány 45 százalék üvegházhatású gáz kibocsátáscsökkentést eredményez a konvencionális üzemanyagokhoz képest, a teljes energia körfolyamatot (WtW) szemlélve. 80 %-os megújuló részarány mellett teljesen CO2 semleges közlekedésről beszélhetünk. Jó példát nyújt Svédország arra, hogy mennyire valós törekvés ez, ott folyamatos növekedéssel 2018-ban már 90 százalékát megújuló forrásból fedezték a közlekedésben felhasznált gáznak.
A megújuló forrásból származó CNG és LNG üzemanyagok ezáltal a teljes energiafolyamat figyelembevétele mellett – az összes alternatív hajtástechnológia közül – a klímavédelem szempontjából a legkedvezőbb eredményt tudják felmutatni. Mindezt Európa-szerte egy kedvező CNG és LNG üzemanyagár kíséri.
Dacára annak, hogy a megújuló metán előállítása jelenleg a földgázénál magasabb költséget eredményez, de a hagyományos benzin, vagy dízel üzemanyagoknál még így is kedvezőbb üzemanyagköltséget lehet elérni.
Az áruszállító nehézgépjárművek várhatóan egyre nagyobb szerepet játszanak a globális gazdaságban, ahol a logisztika mind nagyobb áruszállítási teljesítményt igényel egész Európában. Ezzel párhuzamosan a közösségi közlekedés és a távolsági autóbuszok növekő utasforgalmat kell kiszolgáljanak a városi, valamint a városközi viszonylatokban, hogy biztosítsák a személyközlekedési igényeket, javítsák a városok közlekedési lehetőségeit.
A nehézgépjármű szektorban az alternatív hajtások felé történő átmenet meglehetősen összetett kérdés, mely során a nagymennyiségű energia fedélzeti tárolása elkerülhetetlen. 100 liter gázolaj energiatartalmának kiváltása megközelítőleg 5 t Li-ion akkumulátor beépítését igényli.
A földgáz és a megújuló forrásból származó metán esetén a térfogat alapú energiasűrűség a gázolaj és a 200 baros CNG között 4,5-szörös, míg a gázolaj és a dízel között ez az érték 1,6-szeres. Ez jól mutatja, hogy a CNG és az LNG mind a városi-elővárosi, valamint a távolsági feladatok ellátására alkalmassá teszi az üzemanyagot. A ma kínált LNG kamionok 1600 km-t meghaladó hatótávolságot is nyújtanak, miközben a nyomaték és teljesítmény karakterisztikájuk megfelel a dízel változatokénak.
A dekarbonizáció terén a CNG és LNG motorokat a dízelekkel szükséges hasonlítani, ahol a teoretikus 23-24 százalékkal kedvezőbb CO2 kibocsátás a gázmotor technológiai szintjének megfelelően csökken. Egy 40 t-ás távolsági járműszerelvény a Thinkstep tanulmány szerint szikragyújtású motor esetén akár 12 százalékos üvegházhatású gáz emissziócsökkenést is eredményezhet. A közvetlen befecskendezéses dízel elven működő rendszer emissziócsökkentő képessége 20 százalékot éri el, mivel ennek termikus hatékonysága nagyon közel áll a dízeléhez. Mivel azonban a gázüzemű járművek üzemanyagaként használt fosszilis földgáz a nullától a 100 százalékos tartományig bármilyen arányban keverhető megújuló forrásból származó, ún. biometánnal, ezért az üvegházhatású gázkibocsátás csökkentése elérheti a 100 százalékot, vagyis a teljes energetikai körfolyamatra igazzá válhat a CO2-mentes közlekedés, szállítás.
A nehézgépjármű gázmotorok előtt is még hosszú fejlesztési út áll, melyet a közel múltban bizonyított a Horizon 2020 által társfinanszírozott HDGAS project, bemutatva, hogy a ma piacon lévő legfejlettebb motorokhoz képest további 10 százalék feletti hatékonyság növekedést lehet felmutatni a következő fejlesztési időszakban. A hibrid és a gázmotor technológiák integrációja szintén nyerő irány a nehézgépjárművek esetében, különösen az energiamenedzsment optimalizálásával.
A földgáz és a biogáz több évtizede áll rendelkezésre a nehézgépjárművek hajtására, mind a busz, mind pedig az áruszállító alkalmazásoknál: a jármű technológiák kipróbáltan rendelkezésre állnak, megbízhatóak, megfizethetőek, biztonságosak és készen állnak arra, hogy integrált szerepük legyen a tiszta és fenntartható közlekedési rendszerekre való átállásban.
Bármely felmerült LNG-vel kapcsolatos kérdésével forduljon szakemberhez, küldjön üzenetet az info@lng.hu címre, vagy olvasson tovább az angol nyelvű oldalon.