سی‌ان‌جی

منبع ذخیره گاز در یک خودرو

گاز طبیعی فشرده یا همان سی ان جی (به انگلیسی: Compressed natural gas)‏ جایگزینی برای بنزین، سوخت دیزل، یا نفت چراغ می‌باشد. این نوع سوخت نسبت به سوخت‌های یاد شده سوخت «پاک» به حساب می‌آید و چون مانند سوخت‌های یاد شده به محیط نمی‌ریزد ایمنی بیشتری دارد، زیرا گاز طبیعی از هوا سبکتر است و هنگامی که نشت کرده یا بیرون می‌ریزد زود در هوا پراکنده شده و محیط را آلوده نمی‌کند. چندی است که مبحث استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت در وسایل نقلیه، به بحث روز کشورهای خارجی و حتی ایران تبدیل شده‌است. آیا گاز طبیعی قادر خواهد بود تا روزی جای بنزین و گازوئیل را بگیرد؟ ایا واقعاً صلاح است که این سوخت را جایگزین سوخت‌های مایع بکنیم؟ گزارشی که مطالعه خواهید کرد، نقد کوتاهی است بر موضوع استفاده از گاز طبیعی یا همان CNG در وسائط نقلیه . گاز طبیعی چیست؟ گاز طبیعی یا متان، سبک ترین هیدروکربن موجود در زمین است. فرمول شیمیایی این گاز CH۴ است بدین معنا که هر ملکول متان از ۱ اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده‌است. متان همانند نفت و ذغال سنگ یک سوخت فسیلی محسوب می‌شود با این تفاوت که متان از تجزیه بدن موجودات زنده توسط باکتری‌های غیر هوازی بوجود می‌آید.

متان به علت داشتن شکل گازی سریعاً با هوا ترکیب شده و در صورت محترق شدن، با شعله آبی رنگی می‌سوزد.

استفاده از متان در گرمایش ساختمان‌ها و کاربرد آن به عنوان سوخت در نیروگاه‌ها سال‌ها است که ادامه دارد ولی شاید به جرات بتوان گفت که استفاده از ان در صنعت حمل و نقل هیچگاه بصوت اصولی دنبال نشده‌است. دلیل این امر را می‌توان در نفوذ سیاسی و اقتصادی کمپانی‌های عظیم نفتی و سیاست‌های اشتباه خودروسازان جستجو کرد.

Top ten countries with the largest CNG vehicle fleets - 2012 (millions)
Rank	Country	Registered fleet	Rank	Country	Registered fleet
1	ایران	3.30	6	چین	1.50
2	پاکستان	3.10	7	ایتالیا	0.74
3	آرژانتین	2.18	8	اوکراین	0.38
4	برزیل	1.73	9	کلمبیا	0.38
5	هند	1.50	10	تایلند	0.35
World Total = 17.25 million NGV vehicles

ولی جایگاه متان در کشور ما چگونه ارزیابی می‌شود؟

ایران به لحاظ دارا بودن منابع غنی گاز طبیعی در رتبه دوم (و به عقیده بسیاری از کارشناسان در رتبه اول ) جهان قرار دارد و استفاده صحیح از منابع گاز طبیعی می‌تواند به رشد و شکوفایی اقتصاد آن بیانجامد.

متان و موتور اتومبیل: همه ما کمابیش داستان‌های ضد و نقیضی در مورد گاز سوز کردن خودروها و مزایا و معیب آن شنیده‌ایم ولی واقعیت ماجرا از چه قرار است؟ گاز طبیعی بهتر است یا بنزین؟ کدامیک راندمان بالاتری دارد و کدامیک آسیب کمتری به موتور اتومبیل می‌رساند؟

مقایسه مولکولی متان و بنزین: همانگونه که گفتیم هر ملکول متان از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده‌است. درمقابل هر ملکول بنزین با نام علمی "اکتان" از هشت اتم کربن و ۱۸ اتم هیدروژن تشکیل شده‌است. متان بسیار سبک بوده و به سرعت با هوا ترکیب می‌شود در حالی که برای ترکیب بنزین با هوا باید تدابیری چون ایجاد خلاء (اساس کار کاربراتور)، تزریق بنزین به درون منیفولد یا سیلندر (انژکتور) یا گرم کردن بنزین بیاندیشیم. موتور گاز سوز و موتور بنزینی: برای این که بتوانیم از گاز طبیعی در اتومبیل‌ها استفاده کنیم ابتدا باید آن را فشرده کنیم تا به حالت مایع در آید. به همین علت این نوع سوخت را CNG (Compressed Natural Gas) یا گاز طبیعی فشرده می‌نامند. گاز طبیعی دارای عدد اکتان بالای ۱۰۰ است یعنی از بهترین و مرغوب ترین بنزین هم راندمان بالاتری دارد. اکتان بالا یعنی قابلیت ایجاد تراکم بیشتر و تراکم بیشتر یعنی تو.ان فوق العاده و مصرف سوخت کمتر. یک موتور گاز سوز نسبت به یک موتور بنزینی با حجم و تعداد سیلندر مشابه، قدرت بیشتری دارد و در مقابل سوخت کمتری مصرف می‌کند ولی چرا مرتباً شکایت و گلایه رانندگان تاکسی که ماشین خود را گاز سوز کرده‌اند به گوش می‌رسد؟ چرا بسیاری معتقدند که اتومبیل گاز سوز در مقایسه با اتومبیل بنزینی توان کمتر و استهلاک بالاتری دارد؟ باید توجه داشت که موتور اتومبیلی چون پیکان خود یک موتو کهنه با استهلاک بالاست و از ابتدای امر به عنوان یک موتور گاز سوز طراحی نشده‌است. موتور سمند که در واقع موتور پژو است و بسیاری دیگر از اتومبیل‌هایی که ما اقدام به گاز سوز کردن آن‌ها می‌کنیم همین مشخصه را دارا هستند. گاز سوز کردن یک اتومبیل کاری تخصصی است و باید با توجه به اصول مهندسی و مکانیکی صحیح انجام پذیرد ولی بهترین راه برای نیل به یک راندمان بالا همانا طراحی موتور از بدو امر به عنوان یک موتور گاز سوز است. گاز طبیعی بصورت خالص و بدون افزودن هر گونه ماده‌ای سوزانده می‌شود در حالی که بنزین با چندین نوع ماده افزودنی مخلوط می‌شود تا هم فراریت آن افزایش یابد و هم باعث کارکرد نرم تر قطعاتی چون سوپاپ‌ها بشود. از جمله این مواد افزودنی که همگی سرطان زا و کشنده هستند می‌توان به تترا اتیل سرب (در بنزین‌های سرب دار) و بنزین (که باعث سرطان کبد می‌شود) اشاره کرد . خوشبختانه استفاده از این مواد منسوخ و در بسیاری از کشورها ممنوع شده‌است ولی موادی که جایگزین بنزین و تترا اتیل سرب شده‌اند کماکان مضر و بیماری زا هستند. دلیل کارکرد خشک اتومبیل‌های گاز سوز همین است ولی باید یک نکته را در نظر داشت. زمانی که موتور اتومبیل سرد است، بنزین بر روی دیواره سیلندرها تقطیر می‌شود و به پایین یعنی به سمت کاتل روغن سرازیر می‌شود. این مقدار اگر چه بسیار نا چیز و غیر قابل اندازه گیری است ولی در دراز مدت باعث خراب شدن روغن و از بین رفتن خاصیت روانکاری روغن می‌شود در حالی که گاز طبیعی حتی در دمای ۱۰ درجه زیر صفر هم تقطیر نمی‌شود و حتی اگر در مجاورت روغن قرار گیرد باعث خراب شدن آن نخواهد شد. کارکرد خشک موتورهای گاز سوز بیشتر یک ذهنیت اشتباه است چرا که روغن موتور اتومبیل‌های گاز سوز دیرتر خراب می‌شود. با این حال استفاده از مکمل‌های روغن برای کاهش اصطحلاک جداره سیلندرها پیشنهاد می‌شود. در خصوص کند شدن ماشین‌های گاز سوز و کاهش قدرت موتورها، همانطور که گفتیم عدد اکتان متان بسیار بالا است و برای احتراق صحیح و حصول راندمان کافی از آن باید هوای بیشتری به موتور رساند و البته باید کمی هم موتور را دستکاری کرد. موتوری که گازسوز می‌شود در واقع ریتارد می‌شود. به همین علت احساس می‌کنیم که موتور کند شده‌است.

یک موتور گاز سوز و توربو تا ۲ برابر موتورهای بنزینی قدرت دارد ولی مصرف سوخت آن کمتر از موتور بنزینی است!

مهمترین مسئله‌ای که باعث شده تا دولت ایران به فکر گاز سوز کردن خودروها بیافتد یکی آلودگی هوا و دیگری کاهش واردات بنزین و جلوگیری از خروج ارز از کشور است. اتومبیل‌های گاز سوز، اگر چنانچه موتور آن‌ها درست تنظیم شود، دارای مصرف بسیار کمی هستند و آلودگی آن‌ها به هیچ عنوان قابل مقایسه با اتومبیل‌های بنزینی نیست. میزان اکسید ازت خارج شده از اگزوز اتومبیل‌های گاز سوز تا ۷۵ درصد کمتر از انواع مشابه بنزینی است. گاز طبیعی بر خلاف بنزین فاقد گوگرد است و دود حاصل از سوختن آن عاری از اکسید گوگرد است. میزان مونو اکسید کربن آن بسیار کمتر از سخت ترین استانداردهای موجود در آمریکا و اروپاست. مقدار ذرات معلق نیز عملاً به صفر می‌رسد.

بصورت خلاصه می‌توان اینچنین نتیجه گیری کرد که گاز سوز کردن تاکسی‌ها و اتوبوس‌های شهری چون تهران باعث کاهش آلودگی هوا تا میزان ۴۰ درصد خواهد شد. تاکنون تعدادی از اتوبوس‌ها و تعداد بیشتری از تاکسی‌ها و اتومبیل‌های سواری در ایران (بیشتر در تهران) گاز سوز شده‌اند که جای تقدیر و تشکر دارد ولی این مقدار هنوز کافی نیست. مسئله دیگری که ما را به تفکر وا می‌دارد مصرف بنزین در کشور است. متاسفانه ایران از نظر سرانه مصرف بنزین رکورد دار است. این امر علاوه بر ایجاد آلودگی هوا باعث خروج مقادیر هنگفتی ارز برای واردات بنزین از کشورهای عربی می‌شود. گاز سوز کردن تاکسی‌ها و اتوبوس‌های تهران علاوه بر کاهش آلودگی هوا، تا ۳۰ درصد از واردات بنزین خواهدکاست. اعمال این سیاست در سراسر کشور نتایج بهتری نیز در پی خواهد داشت. بودجه‌ای که به واردات بنزین اختصاص می‌یابد چیزی در حدود سالانه ۲ میلیارد دلار است. اگر همین میزان بودجه را، تنها برای یک بار، صرف تاسیس ایستگاه‌های سوخت رسانی و گاز سوز کردن اتومبیل‌ها کنیم، برای همیشه مشکل کمبود بنزین که به وارد کردن آن و خروج ارز منجر می‌شود، و معضل آلودگی هوا را حل کرده‌ایم . به امید روزی که دیگر بوی زننده دود اگزوز اتومبیل‌ها و اتوبوس مشام ما را آزار ندهد.

انواع سوخت‌های گاز طبیعی

گاز طبیعی فشرده (CNG) گاز طبیعی فشرده (Compress Natural Gas) به عنوان یکی از سوختهای جایگزین مورداستفاده قرار می‌گیرد. ترکیب عمده گاز طبیعی، متان (CH۴) می‌باشد، معمولا گاز طبیعی شامل ۸۵ الی ۹۵ درصد متان و باقی آن دی اکسیدکربن، نیتروژن و مقدار کمی اتان، پروپان و بوتان است. در هنگام سوختگیری، سوخت توسط توزیع کننده‌ها به مخازن نصب شده بر روی خودرو متصل می‌گردد و سوخت تحت فشار ۲۰۰bar تزریق می‌گردد. از مزایای استفاده از گاز طبیعی در مقایسه با بنزین می‌توان به آلایندگی کمتر، عدد اکتان بالا (۱۳۰)، افزایش راندمان ۱۵ درصدی و فراوانی و قیمت مناسب نام برد. در مقابل، هزینه احداث ایستگاههای سوختگیری، وجود محدودیت فضا در نصب مخازن سوختگیری بر روی خودرو، کاهش پیمایش خودرو و نیاز به طراحی و تقویت بخشهای متعددی از خودرو نظیر شاسی، اکسل (بدلیل افزایش وزن)، سیستم خنک کاری و غیره در خوروهای تبدیلی، از معایب استفاده از این سوخت می‌باشد.

گاز طبیعی مایع (LNG) (Liquid natural Gas) یا LNG یا گاز طبیعی مایع به عنوان یکی دیگر از سوخت‌های جایگزین می‌باشد.جهت تولید LNG، گاز طبیعی را تا دمای تقریبی ۲/۳۲۷- درجه فارنهایت یا ۱۶۴- در جه سیلسیوس سرد کرده و سپس به مایع تبدیل می‌کنند. آب، دی اکسید کربن، نیتروژن، اکسیژن و ترکیبات سولفور از جمله اجزای تشکیل دهنده گاز طبیعی هستند که طی مراحل تبدیل گاز به مایع، اکسیژن، دی اکسید کربن، آب و ترکیبات سولفور از آن جدا شده و مقدار متان موجود در LNG تقریباً به بیش از ۹۸٪ می‌رسد که در آن مقادیر کمی اتان، پروپان و سایر هیدرو کربن‌های سنگین تر نیز وجود دارد. در حالت گازی، انرژی گاز طبیعی فشرده (CNG) در حدود ۲۰۰ برابر گاز طبیعی غیر فشرده‌است ولی در حالت مایع، انرژی گاز مایع طبیعی (LNG) در حدود ۶۰۰ برابر گاز طبیعی غیر فشرده می‌باشد، که بدلیل هزینه‌های تبدیل گاز طبیعی به مایع و شرایط نگهداری آن، استفاده از گاز مذکور اقتصادی نمی‌باشد.

تکنولوژی ساخت موتورهای گازسوز

موتورهای پایه گازسوز (OEM) موتورهای گازسوز کارخانه‌ای اصطلاحاً به موتورهایی گفته می‌شود که بصورت اولیه و پایه گازسوز در کارخانه تولید می‌شود و کلیه قطعات موتور جهت این نوع سوخت طراحی شده‌است، به این معنی که تغییراتی مانند، تغییر نسبت تراکم، مقاوم سازی بلوک سیلندر، سرسیلندر، تغییر در ساختار سیستم سوخت رسانی، سیستم جرقه، میل بادامک، سیستم خنک کاری، روغن کاری، جانمایی موتور، مخازن، کیت گازسوز و ... به صورت اولیه و اصلی در هنگام تولید درکارخانه طراحی گردیده‌است. در این نوع موتورها به دلیل تولید اولیه به صورت گازسوز مشکلات، افت توان، گشتاور، آلایندگی بالا، مشکل خنک کاری موتور و ... تا حدود بسیار زیادی مرتفع گشته‌است.

موتورهای گازسوز تبدیلی موتورهای تبدیلی به موتورهایی گفته می‌شود که سیستم از حالت اولیه و اصلی دیزل و یا اتو به سیستم گازسوز تبدیل می‌گردد. در این موتورها بدلیل طراحی اولیه بر اساس سیکل دیزل و یا اتو، نمی‌توان از سوخت گاز طبیعی استفاده نمود. لذا بدین منظور می‌بایست تغییراتی در ساختار سیستم سوخت، سیستم خنک کاری و ... ایجاد گردد. با وجود تغییرات ایجاد شده در موتور و سایر قسمت‌های خودرو، بدلیل اینکه ساختار اصلی و طراحی موتور همانند حالت اولیه می‌باشد لذا کارایی سیستم گازسوز تا حدی کاهش یافته، بطوریکه توان و گشتاور خودرو دچار افت ۱۵ تا ۲۰ درصدی گشته و آلاینده‌های خودرو به حد مطلوب نمی‌رسد و در اثر افزایش وزن خودرو به دلیل اضافه شدن تجهیزات کیت گازسوز، مصرف سوخت خودرو در حالت بنزینی نیز افزایش می‌یابد.

انواع موتورهای گاز طبیعی فشرده

موتورهای دوگانه سوز (Bi Fuel) موتورهای دوگانه سوز دارای دو سیستم جداگانه سوخت رسانی بنزینی و گاز طبیعی می‌باشد که بصورت اختیاری امکان استفاده از یک سوخت را دارا می‌باشند. بدین شکل که راننده در صورت تمایل به استفاده از هر یک از سوخت‌ها با فشار کلید انتخابگر (Fuel select switch)، نوع سوخت مورد نظر خود را انتخاب کرده و موتور به کمک تجهیزات کیت گازسوز با سوخت مورد نظر کار خواهد کرد. در حال حاضر خودروهای دو گانه سوز موجود در کشور از نوع تبدیلی می‌باشد. در این قبیل خودروها طراحی اولیه خودرو برای استفاده از بنزین صورت گرفته‌است در نتیجه امکان بهره گیری از عدد اکتان و ضریب تراکم بالای گاز مقدور نمی‌باشد و غالباً موتور این خودروها با کاهش ۱۵٪ توان مواجه می‌گردند. مصرف گاز معادل بنزین خودروهای گازسوز در هر کیلومتر مسافت، تقریباً معادل سوخت این خودروها در حالت بنزین سوز بوده و مسافت پیمایش خودرو بستگی به مشخصات خودرو، تعداد، حجم و نوع مخازن مورد استفاده دارد.

موتورهای دو سوخته دیزل و گاز طبیعی (Dual-Fuel) در این موتورها سوخت خودرو بصورت ترکیبی از گاز طبیعی و گازوئیل می‌باشد و جهت تزریق گاز طبیعی به درون سیلندر دو روش وجود دارد : تزریق مستقیم گاز در این روش همزمان با تزریق سوخت دیزل، سوخت گاز نیز توسط شیرهای برقی سرعت بالا به داخل سیلندر تزریق

می‌گردد. در این روش گاز تامین کننده بیشتر انرژی مورد نیاز موتور بوده و گازوئیل به عنوان سوخت آتش زا بکار می‌رود.

استفاده از کاربراتور برای مخلوط کردن هوا و گاز در این روش با استفاده از از میکسر، همزمان با ورود هوا به داخل سیلندر، گاز نیز وارد شده و در سیلندر یک مخلوط همگن از گاز و هوا وجود خواهد داشت. سپس در انتهای مرحله تراکم گازوئیل به عنوان سوخت آتش زا به درون سیلندر تزریق می‌گردد. در این روش با تغییر بار موتور نسبت ترکیب دو سوخت تغییر می‌کند.

موتورهای تک سوخته گازسوز (Dedicated) این موتورها با یک سوخت کار کرده و بدلیل عملکرد موتور به لحاظ بازده، شتاب و صدای آرام موتور در مقایسه با نوع دوگانه سوز تبدیلی، بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. بطور کلی موتورهایی که با گاز طبیعی طراحی شده‌اند، بازده بیشتری نسبت به انواع بنزینی و دیزلی مشابه خود دارند. موتورهای تک سوخته CNG نسبت تراکم بالاتری در مقایسه با انواع مشابه بنزینی داشته که در عمل باعث کاهش مصرف سوخت و افزایش عملکرد خودرو می‌گردد. توسط: امیر پارسیان

مقايسه سوخت بنزین و گاز طبیعی از نظر زيست محيطي

گاز CNG ، گازي به مراتب تميزتر نسبت به سوخت بنزين از نظرآلاينده هاي خروجي اگـزوز بـوده است. مـيزان آلاينده هاي خروجي از اگزوز که اندازه گيري شده نشان می دهد CNG سوختی به مراتب سالمتر از بنزین است. مقايسه سالمتر بودن گاز CNG نسبت به بنزين از اين ديدگاه حائز اهميت است كه بواسطه حوادث مرگبار به وجود آمده ناشي ازآلودگي، جان انسانهاي زيادي گرفته شده كه ميتوان به عنوان نمونه از حادثه دره ميور بلژيك در سال 1930 نام برد كه بواسطه تجمع آلودگي هاي ناشي ازكارخانجات در يك روز 40 نفر بواسطه آلودگي ناشي از مه شديد كه اين شهر را در بر گرفته بود جان خود را از دست داده و يا در سال 1952 در شهر لندن تجمع آلودگي هاي واقع شده بر روي شهر لندن باعث از دست رفتن جان 4000 نفر گرديد ، اشاره نمود و همين عوامل باعث شد تا توجه جهاني نسبت به سمت حفاظت محيط زيست و مسائل ناشي از جلب شده بر روي شهر لندن باعث از دست رفتن با آلودگي هوا و حفاظت محيط زيست بسته و مقررات خاصي در رابطه با انتشار آلاينده ها به خصوص در زمينه خودروها وضع گردد. توسط: مهدی صادقی

منابع

• ویکی‌پدیای انگلیسی
• وب سایت ماشینبازار. «بررسی اجمالی تفاوت های بنزین و CNG». 10 دی 1390. بازبینی‌شده در 9 فروردین 1392.