Vlad Krasen
0 
3831
188
ngv Autokultur / Autokultur ® Sammlung / Getty Images -Next Up
|
-Kermit der Frosch sagte einmal: "Es ist nicht so einfach, grün zu sein." Obwohl er sich nicht auf Autos bezog, scheint seine Beobachtung für die heutige Autoindustrie besonders geeignet zu sein: Das Entwerfen, Entwickeln und Vermarkten von "grünen" Autos war keine leichte Aufgabe, weshalb benzinbetriebene Fahrzeuge immer noch die Straße und fossile Brennstoffe beherrschen machen immer noch fast 75 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus. Mit steigenden Benzinpreisen und der Sorge um schädliche Emissionen werden jedoch Autos, die mit alternativen Kraftstoffquellen betrieben werden, immer wichtiger. Ein Erdgasfahrzeug (NGV) ist das perfekte Beispiel für ein solches Auto - es ist sparsam, umweltfreundlich und bietet relativ niedrige Betriebskosten.
Bildergalerie für Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen
David McNew / Getty Images
Phill, ein Erdgas-Tankgerät von FuelMaker, ist an ein Honda Civic NGV-Erdgasfahrzeug angeschlossen. Siehe Bilder von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen.
In diesem Artikel wird die Grundidee von Erdgasfahrzeugen erläutert, die einzigartigen Designherausforderungen untersucht und die Vorteile und Nutzen dieser Technologie untersucht.
Entdeckung Einige Wissenschaftler spekulieren, dass Menschen im Nahen Osten diese Eigenschaft von Erdgas zwischen 6000 und 2000 v. Chr. Entdeckten, als Blitzeinschläge Erdgas entzündeten, das aus dem Boden sickerte. Die Chinesen verbrannten bereits 211 v. Chr. Erdgas, um Steinsalz im Kalkstein zu trocknen. Sie bohrten auch die ersten bekannten Erdgasbohrungen mit Bambusstangen und primitiven Bits, konnten jedoch nur Tiefen von 500 Fuß erreichen. -Das Wort "Gas" ist ein verwirrender Begriff, da es verwendet wird, um viele verschiedene Substanzen zu beschreiben, die ähnlich, aber nicht genau gleich sind. Das "Gas", das Sie in Ihr Auto geben, ist beispielsweise Benzin, eine Komponente von Rohöl oder Erdöl. Erdöl ist eine dunkle, klebrige flüssige Mischung von Verbindungen, die unter der Erde durch den Zerfall alter Meerestiere gebildet werden.
Erdgas stammt ebenfalls aus dem Zerfall alter Organismen, nimmt jedoch natürlich eine gasförmige Form anstelle einer flüssigen Form an. Erdgas tritt üblicherweise in Verbindung mit Rohöl auf. Es wird sowohl aus Landpflanzen als auch aus aquatischen organischen Stoffen gewonnen und bildet sich über oder unter Ölvorkommen. Es wird häufig bei den in einem Reservoir vorhandenen hohen Drücken in Rohöl gelöst. Es gibt auch Erdgasspeicher, sogenannte nicht assoziierte Gase, die nur Gas und kein Öl enthalten.
 |
Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffgasen. Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die nur aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Kohlenwasserstoffe in Erdgas werden als gesättigte Kohlenwasserstoffe bezeichnet, da sie Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten, die durch Einfachbindungen miteinander verbunden sind. Wie die Diagramme zeigen, ist Methan der einfachste gesättigte Kohlenwasserstoff.
 |
Erdgas ist wie Benzin brennbar, dh es kann in einem Verbrennungsmotor wie Benzin verwendet werden. Aber Autos, die Erdgas verbrennen konnten, tauchten erst in den 1930er Jahren auf.
Wir fördern Erdgas, das in unterirdischen Stauseen eingeschlossen ist, indem wir Brunnen in die Erde bohren. Ein moderner Brunnen, der mit diamantbesetzten Bohrern ausgestattet ist, kann bis zu einer Tiefe von fast 25.000 Fuß bohren.
Gewinnung und Verarbeitung Die meisten modernen Bohrlöcher fördern gleichzeitig Rohöl und Erdgas. Etwas Erdgas kann verwendet werden, da es ohne Raffination aus dem Bohrloch stammt, die meisten müssen jedoch verarbeitet werden. Die Erdgasverarbeitung besteht darin, alle verschiedenen Kohlenwasserstoffe und Flüssigkeiten vom "nassen" Erdgas zu trennen, bis es "trocken" ist. Trockenes Erdgas ist reines Methan, das für viele Verbraucheranwendungen, einschließlich Erdgasfahrzeuge, der Kraftstoff der Wahl ist.Während des gesamten 19. Jahrhunderts blieb die Verwendung von Erdgas lokalisiert, da es keine Möglichkeit gab, große Gasmengen über große Entfernungen zu transportieren. 1890 ermöglichte die Erfindung einer auslaufsicheren Rohrleitungskupplung den Transport von Gasmeilen von der Quelle. Die Verbesserungen in der Pipeline-Technologie wurden in den nächsten zwei Jahrzehnten fortgesetzt, bis die Ferngasübertragung praktikabel wurde. Von 1927 bis 1931 bauten Arbeiter in den Vereinigten Staaten mehr als 10 große Erdgasübertragungssysteme, wodurch Erdgas für viele Anwendungen zu einer brauchbaren Energiequelle wurde. Die Ölknappheit der späten 1960er und frühen 1970er Jahre führte zu einem erneuten Interesse an Erdgas als Kraftstoffquelle, insbesondere für Automobile.
Heute können Besitzer von Erdgasfahrzeugen ihre Autos an einer von 1.300 Tankstellen in den USA tanken. Honda bietet auch eine persönliche Erdgaspumpe für Personen an, die den erdgasbetriebenen Civic kaufen. Die Pumpe nutzt die vorhandenen Erdgasleitungen eines Hauses und kann für 500 bis 1500 US-Dollar installiert werden.
Im nächsten Abschnitt werden wir diskutieren, wie Erdgasfahrzeuge konstruiert sind.
Biogas Erdgas ist nicht die einzige Methanquelle. Methan kann auch durch Fermentieren von organischer Substanz wie Gülle in geringen Mengen an Sauerstoff erhalten werden. Unter solchen Bedingungen verwenden Bakterien die Nährstoffe in Gülle als Nahrungsquelle und setzen Methan und Kohlendioxid als Abfallprodukte frei. Dieses als Biogas bekannte Methan kann gesammelt und als Brennstoffquelle verwendet werden. Erdgasfahrzeuge verwenden dieselben Grundprinzipien wie benzinbetriebene Fahrzeuge. Mit anderen Worten, der Kraftstoff (in diesem Fall Erdgas) wird mit Luft im Zylinder eines Viertaktmotors gemischt und dann von einer Zündkerze gezündet, um einen Kolben auf und ab zu bewegen. Obwohl es einige Unterschiede zwischen Erdgas und Benzin in Bezug auf Entflammbarkeit und Zündtemperaturen gibt (siehe Tabelle unten), arbeiten Erdgasfahrzeuge selbst nach denselben grundlegenden Konzepten wie benzinbetriebene Fahrzeuge.
| Eigentum | Erdgas | Benzin | Diesel |
| Entflammbarkeitsgrenzen (Volumen% in Luft) | 5-15 | 1.4-7.6 | 0,6-5,5 |
| Selbstentzündung Temperatur (°F) | 842 | 572 | 446 |
| Peak Flame Temperatur (°F) | 3423 | 3591 | 3729 |
Es sind jedoch einige Änderungen erforderlich, damit ein NGV effizient arbeitet. Diese Änderungen betreffen hauptsächlich den Kraftstofftank, den Motor und das Fahrgestell.
Kraftstofflager
Die meisten Erdgasfahrzeuge arbeiten mit komprimiertem Erdgas, sodass der Kraftstoff weniger Platz beansprucht. An einer Tankstelle wird das Gas auf 3.000 bis 3.600 Pfund pro Quadratzoll komprimiert, bevor es in rohrförmige Hochdruckflaschen gepumpt wird, die am Heck, oben oder am Unterwagen des Fahrzeugs angebracht sind. Die Lagertanks früherer Erdgasfahrzeuge waren sperrig und nahmen einen großen Teil des Laderaums des Fahrzeugs ein. Es wurden jedoch neuere, leichtere Zylinder entwickelt. Diese als Integrated Storage Systems (ISS) bezeichneten Vollverbundzylinder sind in einer Glasfaserschale und einem stoßabsorbierenden Schaum enthalten, um sie im Crashfall zu schützen. Die Zylinder haben auch einen kleineren Durchmesser, so dass drei von ihnen zusammen in einer Größe und Form untergebracht werden können, die einem herkömmlichen Benzintank ähnelt.
 Mit freundlicher Genehmigung der Johns Hopkins University für Angewandte Physik |
Motormodifikationen
Wenn der Motor in einem NGV gestartet wird, strömt Erdgas von den Speicherflaschen in eine Kraftstoffleitung. In der Nähe des Motors tritt das Erdgas in einen Regler ein, um den Druck zu verringern. Dann wird das Gas durch ein Mehrpunkt-Gaseinspritzsystem geleitet, das den Kraftstoff in die Zylinder einführt. Sensoren und Computer stellen das Kraftstoff-Luft-Gemisch so ein, dass eine Zündkerze, die das Gas entzündet, effizient verbrennt. Ein Erdgasmotor umfasst auch geschmiedetes Aluminium, Hochkompressionskolben, gehärtete Nickel-Wolfram-Auslassventilsitze und einen methanspezifischen Katalysator.
 Foto mit freundlicher Genehmigung der Johns Hopkins University für Angewandte Physik Ein installierter Erdgasmotor |
Gehäusemodifikationen
Einige Änderungen an der Aufhängung eines Erdgasfahrzeugs können erforderlich sein, um Platz für die Kraftstoffvorratsbehälter zu schaffen. Im Heck des Fahrzeugs ersetzt eine halbhängende Armaufhängung manchmal die in vielen benzinbetriebenen Autos serienmäßige Querlenkeraufhängung. Dies schafft mehr Freiraum im hinteren Fahrwerk und sorgt dennoch für eine reibungslose und komfortable Fahrt. NGVs entfernen auch das Reserverad und den Wagenheber, was einen flachen Grundriss ermöglicht. "Notlauf" -Reifen wie die Extended Mobility-Reifen von Goodyear Tire werden installiert, um das Fehlen von Reserverad und Wagenheber auszugleichen.
 Foto mit freundlicher Genehmigung der Johns Hopkins University für Angewandte Physik |
Unterschiede beim Tanken
Das Betanken eines Erdgasfahrzeugs kann auch etwas anders sein. Der Tankpunkt befindet sich normalerweise vorne am Fahrzeug, obwohl bei einigen NGVs, wie dem Honda Civic GX, der Tankpunkt hinten liegt. Ein Erdgasfahrzeug kann an einer "Schnellfüll" -Pumpe ungefähr in der gleichen Zeit betankt werden, die zum Betanken eines benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeugs benötigt wird. Alternativ kann ein NGV in fünf bis acht Stunden mit einer "Slow-Fill" -Methode betankt werden. Die von Honda angebotenen Tankstellen sind langsam gefüllt und erfordern, dass Autobesitzer ihre Fahrzeuge über Nacht tanken.
Als nächstes werden wir diskutieren, welche Vorteile Erdgasfahrzeuge gegenüber benzinbetriebenen Fahrzeugen haben und welche Nachteile sie haben.
Der größte Vorteil von Erdgasfahrzeugen besteht darin, dass sie umweltschädliche Emissionen reduzieren. Erdgasfahrzeuge können die Kohlenmonoxidemissionen um bis zu 93 Prozent, die Emissionen verschiedener Stickoxide um 33 Prozent und die reaktiven Kohlenwasserstoffe um 50 Prozent im Vergleich zu Benzinfahrzeugen senken. NGVs weisen auch einen höheren Anteil an Partikel 10 (PM10) -Emissionen auf. PM10-Partikel transportieren und lagern giftige Stoffe durch die Luft. NGVs, die in Dieselanwendungen betrieben werden, können die PM10-Emissionen um den Faktor 10 reduzieren.
Erdgasfahrzeuge bieten auch folgende Vorteile:
| Build vs. Buy NGVs können von Grund auf neu erstellt werden, um die oben beschriebenen Designverbesserungen einzubeziehen. Ein brandneues Erdgasfahrzeug kostet 4.000 bis 8.000 USD mehr als ein vergleichbares Benzinfahrzeug. Es ist auch möglich, herkömmliche Benzinfahrzeuge so zu modifizieren, dass sie mit Erdgas betrieben werden. Auch dies kann teuer sein, da die Änderungen normalerweise 3.000 bis 5.000 US-Dollar kosten. Fahrzeuge, die ausschließlich mit Erdgas betrieben werden, werden als "dedizierte" Erdgasfahrzeuge bezeichnet. Fahrzeuge, die sowohl mit Erdgas als auch mit Benzin betrieben werden können, werden als "Bi-Fuel" -Fahrzeuge bezeichnet. In Zweistofffahrzeugen kann der Fahrer während der Fahrt sicher von einem Kraftstoff zum anderen wechseln. |
- NGVs sind sicherer. Die Kraftstofftanks eines Erdgasfahrzeugs sind dicker und stärker als Benzin- oder Dieseltanks. In den USA ist seit mehr als zwei Jahren kein NGV-Kraftstofftankbruch mehr aufgetreten.
- Erdgaskosten sind niedriger als Benzin. Erdgas kostet im Durchschnitt ein Drittel weniger als Benzin an der Pumpe.
- Erdgas ist bequem und reichlich vorhanden. In den USA gibt es eine gut etablierte Pipeline-Infrastruktur, die Erdgas in nahezu alle städtischen Gebiete und die meisten Vorstadtgebiete liefert. In den USA gibt es mehr als 1.300 NGV-Tankstellen, und jeden Tag kommen weitere hinzu.
- Die Erdgaspreise haben im Vergleich zu den Ölpreisen eine erhebliche Stabilität gezeigt. In der Vergangenheit zeigten die Erdgaspreise im Vergleich zu den Preisen für Kraftstoffe auf Erdölbasis eine erhebliche Preisstabilität. Diese Stabilität erleichtert die genaue Planung langfristiger Kosten.
- NGVs haben geringere Wartungskosten. Weil Erdgas so sauber verbrennt, führt dies zu weniger Verschleiß am Motor und verlängert die Zeit zwischen Einstellungen und Ölwechseln.
Nachteile
Eine der größten Beschwerden über Erdgasfahrzeuge ist, dass sie nicht so geräumig sind wie Benzinautos. Dies liegt daran, dass Erdgasfahrzeuge wertvollen Laderaum und Kofferraum abgeben müssen, um die Kraftstoffspeicherzylinder aufzunehmen. Darüber hinaus können diese Zylinder teuer in Konstruktion und Bau sein - ein Faktor, der zu den höheren Gesamtkosten eines Erdgasfahrzeugs im Vergleich zu einem benzinbetriebenen Auto beiträgt.
 Foto mit freundlicher Genehmigung der Johns Hopkins University für Angewandte Physik Hinteres Fahrwerk mit Kraftstoffzylindern |
Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Reichweite von Erdgasfahrzeugen, die typischerweise etwa halb so groß ist wie die eines benzinbetriebenen Fahrzeugs. Zum Beispiel kann Hondas Erdgas Civic, der Civic GX, ohne Auftanken bis zu 220 Meilen weit fahren. Ein typischer benzinbetriebener Civic kann ungefähr 350 Meilen ohne Auftanken zurücklegen. Wenn einem speziellen Erdgasfahrzeug auf der Straße der Kraftstoff ausgeht, muss es zum Haus des Eigentümers oder zu einer örtlichen Erdgastankstelle geschleppt werden, die möglicherweise schwieriger zu finden ist als eine "normale" Tankstelle.
Schließlich ist anzumerken, dass Erdgas wie Benzin ein fossiler Brennstoff ist und nicht als erneuerbare Ressource betrachtet werden kann. Während die Erdgasreserven in den Vereinigten Staaten immer noch beträchtlich sind, sind sie nicht unerschöpflich. Einige sagen voraus, dass noch genügend Erdgasreserven vorhanden sind, um weitere 67,1 Jahre zu halten, vorausgesetzt, das Produktionsniveau von 2003 hält an.
Trotz einiger Vorteile, die NGVs bieten, sind sie immer noch relativ selten. Laut der Natural Gas Coalition sind derzeit in den USA 130.000 Erdgasfahrzeuge unterwegs und weltweit mehr als 2,5 Millionen. Um dies ins rechte Licht zu rücken, bedenken Sie, dass im Jahr 2001 142,5 Millionen Fahrzeuge zugelassen waren. Dies bedeutet, dass in den USA mehr gasbetriebene Fahrzeuge als 1.100 zu einem NGV fahren. Derzeit stellen mehr als 40 verschiedene Hersteller, darunter Ford, General Motors, Toyota und Volvo, Erdgasfahrzeuge her.
 Foto mit freundlicher Genehmigung von Honda Das Phill Home Betankungsgerät |
Während Fahrzeuge wie der Civic GX und der E 200 NGT nur in sehr begrenzten Märkten erhältlich sind (erstere in bestimmten westlichen Staaten, letztere in Europa), wird erwartet, dass NGVs den Verbrauchern insbesondere in den nächsten zwei Jahrzehnten in größerem Umfang zur Verfügung stehen da der Ölpreis weiter steigt. Wenn das passiert, wird es ein bisschen einfacher sein, grün zu sein.
Weitere Informationen zu Erdgasfahrzeugen und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.
| NGV-Flotten Kraftstoffintensive Flotten, die täglich viele Kilometer zurücklegen, verwenden seit Jahren Erdgas. Dazu gehören Taxiflotten, Transit- und Schulbusse, Flughafen-Shuttles, Baufahrzeuge, Müllwagen, Lieferwagen und Fahrzeuge für öffentliche Arbeiten. Warum sind Flotten besonders für Erdgas geeignet? Erstens macht es das größere Fahrzeugvolumen wirtschaftlicher, Fahrzeuge umzubauen oder direkt zu kaufen. Noch wichtiger ist jedoch, dass Flottenfahrzeuge zentral gewartet werden, was den Tankvorgang bequem und zuverlässig macht. Viele Langstrecken-Lkw und -Busse fahren mit einer anderen Form von Erdgas, dem Flüssigerdgas (LNG). LNG wird hergestellt, indem Erdgas auf -260 ° F gekühlt und zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Die flüssige Form ist viel dichter und hat daher mehr potentielle Energie für den Raum, den sie einnimmt. Das bedeutet, dass mehr Energie auf der gleichen Fläche in einem Auto oder LKW gespeichert werden kann. |
Danke Danke an Jeff Beckman für seine Unterstützung bei diesem Artikel.
Verwandte Artikel
- Wie Hybridautos funktionieren
- Wie Elektroautos funktionieren
- Wie Gaspreise funktionieren
- Wie Ölbohrungen funktionieren
- Wie Ölraffinierung funktioniert
Weitere großartige Links
- Die Bildungsstätte der Natural Gas Supply Association
- Die Erdgasfahrzeugkoalition
- Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University
- Hondas Civic GX-Website
- Erdgasfahrzeuge - Pacific Gas & Electric Company
Quellen
- Dickson, T.R. Einführung in die Chemie, 7. Aufl. New York: John Wiley &
Sons, Inc.. - Durbin, D. "Honda bietet das erste Einzelhandels-Erdgasfahrzeug und -haus an
Tankstelle "The Detroit News. 22. April 2005.
http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm - Encyclopedia Britannica 2005, s.v. "Erdgas." CD-ROM, 2005.
- GermanCarFans.com.
http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006 - Hondas Civic GX-Website
http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1 - Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University.
http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm - Erdgassicherheitswelt.
http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html - Bildungsseite der Natural Gas Supply Association.
http://www.naturalgas.org/ - Erdgasfahrzeuge. Pacific Gas & Electric Company.
http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/ - Die Erdgasfahrzeugkoalition. http://www.ngvc.org/ngv/ngvc.nsf
- Das Erdgasfahrzeug-Forum. http://www.ngv.org/ngv/ngvorg01.nsf
- Parfit, M. "Powering the Future", National Geographic. August 2005, pp.
2-31. - Wright, Michael und Mukul Patel, Hrsg. 2000. Scientific American: Wie
Dinge funktionieren heute. New York: Crown Publishers.