CNG i biogaz - najlepsze dla transportu miejskiego

Manuel Lageemisja CO2 na kg paliwa i na kWh uzyskanej energii w zależności od rodzaju użytego paliwa

Prelekcja rozpoczęła się od porównania paliw dostępnych dla transportu miejskiego dziś i tych, które dopiero wejdą do użytku. Wynika z niego, że gaz ziemny i olej napędowy będą przez najbliższe 30 lat szły „łeb w łeb” i to nawet pomimo pojawiających się regulacji ograniczających używanie diesli (w Madrycie nowe taksówki i autobusy transportu publicznego nie będą mogły już korzystać z silników o zapłonie samoczynnym ze względu na zawartość tlenków azotu i cząstek stałych w spalinach). Zdaniem Manuela Lage, na znaczeniu nie będzie zyskiwał biodiesel, ponieważ używanie go w czystej postaci skraca żywotność silników. Może stanowić co najwyżej domieszkę do paliwa stosowanego obecnie, w proporcji 5-30%. Co innego olej napędowy produkowany w technologiach GTL (gas to liquid) i BTL (biomass to liquid), czyli de facto pochodzący z przetworzonego metanu - naturalnego (GTL) lub pochodzenia biologicznego (BTL). Ten ostatni jest o tyle korzystny, że jego produkcja i użycie są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla. Na swoją kolej będzie jednak musiał poczekać wodór, postrzegany dziś jako źródło energii przyszłości. Pomimo swojej powszechności w przyrodzie, nie występuje on w formie wolnej, samodzielnej i wymaga specjalnych procesów technologicznych dla wyprodukowania. To zaś wiąże się z emisją CO₂, co czyni grę niewartą świeczki, przynajmniej na razie. Formą przejściową ku czystemu wodorowi stanie się prawdopodobnie hytan, czyli mieszanina H₂ i metanu.

Kluczowym argumentem na rzecz używania metanu przez pojazdy miejskie jest czystość ich spalin, wolnych od NO_X i sadzy. Fakt, że nadal zawierają one dwutlenek węgla (choć i tak w relatywnie małych ilościach, o 20-25% mniejszych niż w przypadku paliw konwencjonalnych), ma tutaj drugorzędne znaczenie, ponieważ CO₂ nie jest toksyczny i nie wywiera tak szkodliwego wpływu na aglomeracje miejskie i jakość powietrza na ich terenie jak tlenki azotu i cząstki stałe. Póki nie zostaną opracowane sposoby na całkowite wyeliminowanie produktów spalania pochodzących z silników pojazdów, CNG i CBG (sprężony biogaz) wydają się optymalną opcją. A wraz z nimi metan w postaci upłynnionej, czyli LNG i LBG (płynny biogaz).

Manuel Lagezawartość energii w jednostce objętości poszczególnych paliw

Już teraz jednak postęp w stosunku do diesla jest ogromny - według prelegenta, z rur wydechowych pojazdów gazowych, w porównaniu z odpowiednikami wysokoprężnymi, wydostaje się:
- o 85% mniej NO_X;
- o 99% mniej CO (czadu);
- o 85% HC (niespalonych węglowodorów).
Dzieje się tak za sprawą bardzo prostego składu chemicznego metanu, najprostszego istniejącego węglowodoru. Jego cząsteczka to pojedynczy atom węgla (stanowiący 75% masy całej cząsteczki) i 4 atomy wodoru (pozostałe 25% masy cząsteczki), co już „na starcie” zapewnia korzystniejszy dla środowiska przebieg procesu spalania, nieosiągalny dla ropopochodnych paliw płynnych (z LPG włącznie). Ich stosunek masy węgla do masy wodoru przedstawia się następująco:
- benzyna i olej napędowy: 86,5% węgla do 13,5% wodoru;
- LPG: 82,6% węgla do 17,4% wodoru.
Dodatkowa korzyść płynie z wysokiej zawartości energii w jednostce objętości. Spalenie 1 m³ metanu daje 38 MJ, co kolejny raz jest wartością korzystniejszą niż wyniki oleju napędowego, benzyny i gazu płynnego, wynoszące odpowiednio 36, 32 i 24 MJ/l. Ze względu na różną gęstość poszczególnych paliw, bardziej obiektywne wydawałoby się porównanie zawartości energii masowo, a nie objętościowo (kilogram to zawsze kilogram, niezależnie od warunków), ale gaz ma to do siebie, że jego masowy bilans energetyczny jest jeszcze korzystniejszy (nawet kilogram LPG zawiera więcej energii niż taka sama ilość benzyny czy diesla), więc nie ma to takiego znaczenia.

Manuel Lageflota śmieciarek na CNG używanych w Madrycie

Tyle teorii, po której przyszedł czas na bardzo ciekawe przykłady wzięte z praktyki (oparte na używanej w Madrycie flocie 670 śmieciarek na gaz ziemny). Tu ciekawostka: w innym hiszpańskim mieście, Valladolid (oraz stolicy Austrii - Wiedniu) używane są autobusy napędzane LPG, ale jedyne tego rodzaju pojazdy oferuje obecnie MAN, a ten sektor rynku przestał się rozwijać. Tak czy inaczej, ciężarówki na CNG zbierające odpady przynoszą bardzo wymierne efekty - zarówno ekologiczne, jak i ekonomiczne. Grupa 445 pojazdów eksploatowanych przez jednego z operatorów, w porównaniu z dieslowskimi odpowiednikami spełniającymi normę Euro 3, zużywa rocznie 10,5 mln m³ gazu ziemnego, emitując przy tym:
- o ponad 132 t tlenków azotu mniej;
- o 703 t tlenku węgla, węglowodorów i cząstek stałych mniej;
- o ponad 2000 t dwutlenku węgla mniej.
Niezaprzeczalną korzyścią jest także niższy o 30% koszt przejechania każdego kilometra. Z punktu widzenia właściciela floty ma to kolosalne znaczenie, bo przecież nie samym poczuciem odpowiedzialności za stan środowiska człowiek żyje, a eko-idealizm nie płaci rachunków. CNG pozwala jednak równocześnie oszczędzać pieniądze i redukować poziom zadymienia miast, czyli łączy przyjemne z pożytecznym.

Hiszpania oczywiście nie jest jedynym krajem w Europie ani na świecie, gdzie używa się miejskich pojazdów na gaz ziemny. Duże ich liczby eksploatowane są np. w Rosji (8000), Włoszech (ponad 2300), Francji (2000), Niemczech (1300), Szwecji (860) czy Grecji, gdzie ponad 400 autobusów na CNG zaczęło kursować po Atenach w czasie trwającej tam kilka lat temu olimpiady. Igrzyska minęły, a pojazdy zostały, podobnie zresztą jak 4 lata później w Pekinie, gdzie do służby wcielono aż 2000 ekologicznych autobusów. W Polsce nadarza się dobra okazja do naśladownictwa (zbliżające się wielkimi krokami piłkarskie Euro 2012), ale skorzystanie z niej może nie należeć do najłatwiejszych zadań ze względu na słabo rozwiniętą infrastrukturę. Wprawdzie niektóre z miast-gospodarzy meczów Mistrzostw Europy (czy już w ogóle wiadomo na pewno, które to miasta?) mają u siebie stacje tankowania gazem ziemnym, ale czy to wystarczy, by w dwa lata wymienić całe tabory przedsiębiorstw komunikacji miejskiej? Wątpliwe... Być może w pewnym stopniu ekologiczny wizerunek turnieju obroni Ukraina, która ma już 300 tys. wszelkiego rodzaju pojazdów na CNG, choć głównie są to konwertowane samochody osobowe.

Manuel Lageliczba autobusów na CNG w poszczególnych krajach europejskich

Skoro o tym mowa, to nowym autom osobowym (oraz dostawczym) również poświęcono nieco czasu w prezentacji. Bestsellerami pozostają Fiaty (Panda i Punto), ale także inni producenci nie przyglądają się bezczynnie rosnącemu rynkowi modeli na gaz ziemny i przygotowują własne propozycje. Pisaliśmy zresztą o tym niedawno, dlatego czytelników spragnionych szczegółów odsyłamy do naszej publikacji nt. przeglądu rynku LPG/CNG. Pan Lage powiedział także kilka słów na temat autobusów CNG, które prawie wszyscy znaczący producenci (z wyjątkiem DAF-a) już mają lub są w trakcie opracowywania. Przedstawił także interesujące prototypy ciągników siodłowych na LNG, które jednak nie korzystają ze zbiorników kriogenicznych, lecz działających na zasadzie izotermy, z powłoką izolacyjną pomiędzy płaszczem a zasadniczym pojemnikiem na paliwo. Taka technologia jest prostsza i tańsza, a więc może mieć przed sobą interesującą przyszłość.

Według naszego prelegenta, metan jako paliwo lub składnik paliw w ogóle ma przed sobą jasne dni, ponieważ daje się wykorzystać na wiele różnych sposobów, m. in. w hybrydach, silnikach typu dual fuel (diesel z domieszką CNG dla wyższej mocy i efektywniejszego spalania), w mieszance hytanowej, do produkcji GTL i wodoru. Ponadto, metan daje się przechowywać pod dwiema postaciami (lotną lub płynną) i można go uzyskiwać z rozmaitych źródeł (głównie ze złóż naturalnych i biomasy, ale także z wysypisk śmieci). W wariancie produkcji z biomasy (biogaz) uzyskuje się zresztą najwyższą wydajność ze wszystkich biopaliw. Z jednego hektara upraw można wyprodukować następujące ilości poszczególnych nośników energii (liczone w ekwiwalencie ropy naftowej):
- biogaz - 4500 l;
- BTL (diesel z biogazu) - 3900 l;
- bioetanol - 1500-3300 l (zależnie od rodzaju użytej biomasy);
- biodiesel - 1400 l.
Pomijając jednak nawet źródła odnawialne, CNG można, według Manuela Lage, uznać za jedyne „prawdziwie” alternatywne paliwo, ponieważ jego używanie i cena nie są zależne od istniejących zapasów ropy naftowej. Można by się spierać, że złoża gazu ziemnego również nie są wieczne i pewnego dnia także tego surowca zabraknie, ale póki co ta kwestia nie jest tak paląca jak w przypadku „czarnego złota”.

Manuel Lageliczba stacji CNG w Niemczech

Dla Polski natomiast ważna wydaje się dywersyfikacja źródeł dostaw, byśmy nie pozostawali zdani na dyktat Rosjan, używających gazu jako narzędzia do osiągania celów politycznych.

Słuchając tej prelekcji, naprawdę łatwo było dać się przekonać do zalet gazu ziemnego i biometanu oraz ich (a może „jego” - w końcu jedno i drugie to zasadniczo metan) przydatności dla komunalnych rozwiązań komunikacyjnych. Drobne wady pozostają, ale które znane dziś źródło energii ich nie ma? My jesteśmy „za”!