Metody przechowywania gazu ziemnego

bigpaulnoll.comZbiorniki gazu ziemnego na dachu autobusu w Chinach. Jak widać sprężenie lub skroplenie gazu ziemnego znacznie zmniejsza objętość tego paliwa

Metan jest najprostszym węglowodorem, który ze względu na swą nieskomplikowaną budowę chemiczną jest bardzo dobrym i łatwo (z niewielką emisją szkodliwych składników spalin) spalającym się paliwem.

Z tego powodu trakcyjne silniki zasilane gazem ziemnym często spełniają dobrowolną, bardzo rygorystyczną normę EEV, a spaliny silników gazowych nie zawierają cząstek stałych oraz silnie rakotwórczych związków aromatycznych i formaldechydów, których zawartości nie limitują stosowane normy emisji.

Dodatkowym, bardzo ważnym atutem jest znaczne ograniczenie hałasu emitowanego przez silniki zasilane gazem ziemnym (2-4 dB), co stanowi słyszalny efekt zmniejszenia tej uciążliwości o ok. 40%.

Zastosowanie gazu ziemnego do napędu pojazdów ma swój początek w latach 30 ubiegłego wieku, w czasach bardzo szybkiego rozwoju motoryzacji we Włoszech. Za dynamicznym rozwojem rynku pojazdów stało właśnie zastosowanie gazu ziemnego jako paliwa silnikowego.

Obecnie gaz ziemny w bardzo różnej postaci, wynikającej ze sposobu przechowywania, jest używany w wielu pojazdach, głównie w transporcie publicznym. Jego popularność wynika z dużego potencjału ekologicznego, który idzie w parze korzyściami ekonomicznymi, sprzyjającymi rozwojowi tego sektora.

Poważną zaletą stosowania gazu ziemnego jest uniezależnienie rynku paliwowego od monopolu naftowego, co w czasach niepewnej sytuacji politycznej w krajach arabskich, gdzie występują największe złoża ropy naftowej jest bardzo istotne.

Spalenie 1 kg benzyny (1,3 l) pozwala uzyskać 42-44 MJ energii. Aby otrzymać tą samą ilość energii z gazu ziemnego należy spalić go w ilości około 1,35-1,42 m³ (pod ciśnieniem atmosferycznym). Przyjmując, że średniej wielkości zbiornik benzyny w samochodzie osobowym ma pojemność około 60 l okazuje się, że aby zmagazynować podobną ilość energii w gazie ziemnym należy zgromadzić około 60 m³tego paliwa. Jest to niemożliwe z uwagi na brak miejsca. Zwykle zbiorniki gazu ziemnego w samochodach osobowych pozwalają na zgromadzenie około 20 m³ tego paliwa.

gazeo.plButle do przechowywania sprężonego gazu ziemnego w podwoziu samochodu Mercedes Econic

Aby można było zmieścić nawet taką ilość gazu w ograniczonej objętości należy zastosować odpowiednią technologię przechowywania. Najczęściej wykorzystuje się sprężanie gazu.

CNG (Compressed Natural Gas)
Sprężanie gazu ziemnego jest najbardziej popularną metodą pozwalającą na zmniejszenie jego objętości i polega na podwyższeniu jego ciśnienia do około 20-25 MPa. Proces ten zwiększa gęstość magazynowanej energii około 200 krotnie. Dzięki temu w samochodach zasilanych gazem ziemnym przechowywanym w stanie sprężonym można zastosować stosunkowo niewielkie zbiorniki, których umiejscowienie w pojeździe nie stanowi większego problemu. Wysokie ciśnienia pod jakimi przechowuje się gaz ziemny powodują, że stalowe zbiorniki do jego przechowywania są bardzo masywne i ciężkie. Coraz częściej jednak stosowane są zbiorniki kompozytowe (znacznie droższe od stalowych) lecz charakteryzujące się niższą masą.

LNG (Liquefied Natural Gas)
Inną metodą zwiększenia gęstości magazynowanej energii gazu ziemnego jest jego skroplenie. Skroplenie gazu ziemnego odbywa się na drodze obniżenia jego temperatury do wartości -162° C. S kroplony gaz ziemny ma 630 razy mniejszą objętość w stosunku do gazu ziemnego, zatem metoda ta jest jeszcze bardziej efektywna niż sprężanie.

SolbusZbiornik LNG w autobusie miejskim

Aby jednak utrzymać ciekły stan skupienia gazu należy tak niską temperaturę utrzymywać w całym okresie przechowywania LNG. Wymaga to stosowania specjalistycznych zbiorników kriogenicznych, wykorzystujących skomplikowane technologie izolacji. Niestety nie ma doskonałych izolacji termicznych. Przechowywany gaz stopniowo się ogrzewa i przechodzi w stan gazowy. Podnosi to ciśnienie w zbiorniku, co powoduje zadziałanie zaworów bezpieczeństwa, które upuszczają gaz na zewnątrz. LNG nie może być zatem zbyt długo przechowywany w zbiorniku, ponieważ po pewnym czasie, zgodnie z opisanym mechanizmem po prostu go już tam nie będzie. W przypadku używania LNG powinno się tankować tyle paliwa ile można, w krótkim czasie zużyć. Inaczej przewoźnik jest narażony na duże straty związane z odparowaniem LNG w zbiorniku.

Z 1 tony LNG w wyniku całkowitej regazyfikacji otrzymuje się 1338 m³ gazu ziemnego.

technogra.phGaz ziemny przechowywany w postaci adsorbowanej (trójkołowiec na Filipinach)

ANG (Adsorbed Natural Gas)
Adsorbowanie gazu ziemnego jest technologią polegającą na jego przechowywaniu w porowatych strukturach różnych materiałów. Poważną zaletą tej metody są niższe niż w przypadku CNG ciśnienia gazu, co pozwala na stosowanie tańszych zbiorników. Z uwagi na niższe ciśnienia pracy mówi się także o możliwości wykonywania zbiorników w kształtach innych niż walcowy, co w przypadku zastosowania w samochodach ma niebagatelne znaczenie i pozwala na zwiększenie ilości przechowanego gazu przy jednoczesnym zredukowaniu wymiarów zewnętrznych zbiorników.

Biogaz
Biogaz jest mieszaniną metanu i dwutlenku węgla, powstającą w procesach przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych (w specjalnych instalacjach zwanych biogazowniami) lub w oczyszczalniach ścieków czy na składowiskach odpadów, w których jest on, coraz częściej wykorzystywanym, naturalnym produktem ubocznym. Odzyskiwanie metanu z takich obiektów (nie dopuszczanie do jego emisji do atmosfery) jest niezwykle istotne ponieważ gaz ten ma dużo większy (21-krotnie) wpływ na efekt cieplarniany niż dwutlenek węgla. Oznacza to, że ograniczenie emisji do atmosfery 1 tony metanu jest równoznaczne ograniczeniu emisji 21 ton CO₂. Często biogaz używany do zasilania silników jest określany jako biometan.

Podsumowanie
Potencjał tkwiący w metanie został już dawno dostrzeżony w przemyśle motoryzacyjnym. Dowodem na to są pojawiające się nowe technologie umożliwiające jego powszechne zastosowanie jako paliwa silnikowego. Największą przeszkodą w jego popularyzacji jest jednak brak odpowiednio rozwiniętej, kosztownej infrastruktury. Ostatnie działania UE, zmierzające do ograniczenia emisji CO₂ sprawiają jednak, że dzięki mechanizmom ekonomicznym (ulgi podatkowe, programy wspierające) producenci, użytkownicy oraz poszczególne rządy, coraz bardziej życzliwym okiem zerkają na gaz ziemny.