Komprimovani prirodni gas (KPG), poznatiji kao „metan“ (eng. Compressed Natural Gas - CNG), je prirodni gas koji se komprimuje na pritisak od 220 do 250 bara i upotrebljava se kao energent u industriji ili kao pogonsko gorivo u vozilima. Korišćenjem ovog goriva ostvaruje se značajna finansijska ušteda koja, u zavisnosti od tipa vozila, može iznositi i do 50%.
Ljudi koriste prirodni gas već hiljadama godina. Veruje se da su ga Kinezi koristili već 500 godina p.n.e. za prokuvavanje vode. Prirodni gas je korišćen za napajanje uličnih svetiljki već od 1785. godine, a tokom XIX veka korišćen je kao osnovni izvor veštačkog osvetljenja.
Vozila na prirodni gas pojavila su se u toku prve polovine XX veka. Prva vozila na prirodni gas kretala su se na nekomprimovani gas, a nazivala su se vozilima sa vrećom gasa (slika 1).
Ovo gorivo je korišćeno kao zamensko, usled nestašice tečnih goriva tokom Prvog svetskog rata, a pogotovo, tokom Drugog svetskog rata. Osim primene za pogon drumskih vozila, prirodni gas je našao primenu i na železnici, za pogon motornih vozova.
Prirodni gas je najzastupljeniji kao energent u industriji. Nakon naftne krize, s početka 70-tih godina XX veka, prirodni gas je počeo da potiskuje mazut.
Za pogon motornih vozila, danas se koristi komprimovani prirodni gas, na pritiscima od 200-300 bara. Na slici 2 dat je prikaz prvog automobila na komprimovani prirodni gas, koji je smešten u čelične rezervoare, a nalazi se na krovnom nosaču.
Tako komprimovan gas se može skadištiti u čeličnim rezervoarima, te se ugrađuje u teretna, putnička ili u vozila javnog gradskog prevoza (autobusi i taxi vozila). Zbog svoje ekonomičnosti i ekološke prihvatljivosti svakako da će, i u buduće, imati sve veću primenu u navedenim motornim vozilima (slika 3).
Prednosti korišćenja CNG kao pogonskog goriva:
1. Ekonomičnost - CNG je trenutno najekonomičnije konvencionalno gorivo u poređenju sa benzinom, dizelom i tečnim naftnim gasom.
2. Očuvanje životne sredine - CNG doprinosi smanjenju emisije štetnih gasova, pre svega CO2, ne sadrži sumpor, kao ni toksične aditive organskog olova ili benzena. Takođe, primenom ovog goriva nivo buke se smanjuje i do 50%.
3. Snaga - CNG je najkaloričnije pogonsko gorivo dostupno na tržištu, a konverzijom motora na CNG, vozilo ne gubi na snazi. U poređenju sa drugim pogonskim gorivima, CNG gorivo karakterišu visoka kalorijska vrednost (oko 13 kWh/Kg) i visok oktanski broj (120-130).
4. Lakši start - gasovito agregatno stanje ovog derivata utiče na bolju startnost i upravljačke performanse, čak i pod izuzetno nepovoljnim vremenskim uslovima.
Zbog svojih prednosti sve više nalazi primenu kao pogonsko gorivo za agregatne motore, komercijalna vozila kao i za vozila u javnom gradskom prevozu. Tako, broj vozila koji koriste CNG u svetu, u 2011. godini, je iznosio 15 miliona da bi 2015. godine porasto na 22,3 miliona vozila.
Postoje tri tipa vozila na prirodni gas:
1. Namenska vozila - isključivo koriste prirodni gas.
2. „Bi fuel“ - tehnologija koja se može primeniti na putnička vozila koja koriste benzin kao pogonsko gorivo, pri čemu vozilo koristi CNG, ali se zadržava mogućnost upotrebe benzina kao rezervnog goriva. Na ovaj način se može ostvariti finansijska ušteda i do 50%.
3. „Dual fuel“ - tehnologija koja se može primeniti za različite vrste vozila koja koriste dizel kao pogonsko gorivo. “Dual fuel” predstavlja kombinovano zamešavanje dizela i CNG-a, u određenoj proporciji što direktno dovodi do smanjene potrošnje dizela i finansijske uštede i do 35%.
Na slici 4 dat je šematski prikaz dizel motora sa mogućnošću korišćenja CNG.
Kakve su osobine motornih ulja za CNG motore?
U poređenju sa dizelskim gorivom ili benzinom koji su tečni, prirodni gas je gasovito gorivo. Osim toga, prilikom sagorevanja CNG ostvaruju se više temperature, pa u skladu sa tim, motorno ulje koje se koristi mora da se odlikuje, pored svih standardnih osobina motornih ulja, i sledećim karakteristikama :
1. Optimalnom količinom pepela;
2. Odličnom otpornošću na oksidaciju;
3. Odličnom otpornošću na nitraciju;
4. Većom otpornošću na isparavanje.
Sadržaj sulfatnog pepela
Jedan od najvažnijih zahteva proizvođača CNG motora je upotreba motornih ulja sa malim sadržajem sulfatnog pepela. Sulfatni pepeo je ostatak koji se javlja nakon sagorevanja ulja tokom rada motora. Pepeo sadrži metalne sulfate iz aditiva na bazi barijuma, kalcijuma, fosfora, magnezijuma i bora. Utvrđeno je da sulfatirani pepeo značajno doprinosi formiranju taloga. Talog pepela sprečava prenos toplote i izaziva lokalni porast temperature. Kada temperatura pređe kritičnu granicu, naslage deluju kao "vruće tačke" izazivajući nekontrolisano paljenje goriva i nepravilan rad motora. Visok sadržaj sulfatnog pepela u motornom ulju, formira taloge na sedištima ventila, ventili ne naležu celom površinom na ležište, te tako omogućuju nekontrolisano isticanje gasova. Mali sadržaj sulfatnog pepela, dovodi do habanja ventila (slika 5), te njegovo nepotpuno naleganje u sedište, što dovodi do opadanja snage motora.
Zbog toga, proizvođači CNG motora precizno određuju dozvoljeni sadržaj sulfatnog pepela u motornom ulju (tzv. OEM standardi).
Otpornost prema oksidaciji
Predstavlja osobinu motornog ulja da se suprotstavi destruktivnom delovanju kiseonika. Pod dejstvom visoke temperature i pritiska, koji se javljaju prilikom sagorevanja goriva unutar motora, dolazi do oksidacije parafina iz motornog ulja, pri čemu nastaju razna hemijska jedinjenja, među kojima su najdestruktivnije organske kiseline. Organske kiseline prvo izazivaju ugušćavanje motornog ulja, pri čemu se povećava njegov viskozitet, da bi na kraju došlo do oksidacije delova motora. Te kiseline se neutrališu aditivima-antioksidantima. Ukoliko se zna da se prilikom sagorevanja smese prirodnog gasa sa vazduhom postiže viša temperatura, nego što je to slučaj prilikom sagorevanja benzina ili dizel goriva, onda je potpuno jasno uloga aditiva-antioksidansa, odnosno, njegov kvalitet i koncentracija u motornom ulju.
Otpornost prema nitraciji
Nitracija predstavlja proces da organska jedinjenja, koja se nalaze u motornom ulju, pod dejstvom povišenih temperatura i pritisaka, u prisustvu azota i kiseonika, stvaranju azotne oksida kao što su: NO, NO2 i N2O4. Ti oksidi, sa kondenzovanom vodom stvaraju azotnu kiselinu ili se vežu za druge organske spojeve koji doprinose zgušnjavanju i stvaranju lakova na metalnim površinama. Na intenzitet nitracije utiče radna temperatura motornog ulja (za motore na CNG preporučena radna temperatura motornog ulja treba da iznosi 82-85oC) kao i odnos vazduh-gorivo. Prema rezultatima istraživanja, najintenzivnija nitracija motornog ulja se odvija pri odnosu vazduh-gorivo 17:1. Pri odnosu 20:1 vazduh-gorivo, intenzitet nitracije se smanjuje za polovinu u odnosu na maksimalnu vrednost nitracije. Stoga, kod motora na CNG veliku pažnju treba obratiti na ispravnost sistema za napajanje motora vazduhom.
Otpornost prema isparavanju
Pod isparljivošću motornog ulja podrazumeva se količina motornog ulja koja ispari pod dejstvom određene temperature. Kao što je napomenuto, prilikom sagorevanja CNG, oslobađa se veća količina toplote nego što je pri sagorevanju benzina ili dizel goriva. Veća isparljivost motornog ulja je nepovoljna osobina, jer povećava potrošnju motornog ulja, njegovo ugušćivanje i otežano podmazivanje. Smanjivanje količine motornog ulja dovodi do povišenja radne temperature motora, te predstavlja potencijalnu opasnost od pojave požara. Veća otpornost prema isparavanju, postiže se korišćenjem kvalitetnih baznih ulja od kojih se proizvode motorna ulja.
Kako odabrati motorno ulje za motore za CNG
Motorna ulja mogu biti mineralna, polusintetička i sintetička.
Motorna ulja namenjena za podmazivanje motora pogonjenih na CNG, nisu obuhvaćena kvalitetnim nivoima po API ili ACEA, ali proizvođači motora su dali nivoe kvaliteta za takva motorna ulja (OEM nivo kvaliteta), npr. Cummins CES 20074 i CES 20085; Mercedes-Benz MB 229.51.
Prema viskozitetu, motorna ulja mogu biti od 0W-30 do 20W-50. Najbitnije je, pogledati na nalepnici sa prednje strane, da li piše da su namenjena za CNG.
Vozila koje pokreću motori na CNG su ekološki prihvatljiva zbog smanjene emisije štetnih gasova. Takođe, i zbog ekonomske isplativosti korišćenja vozila na CNG, vozila sa pogonom na CNG se sve više koriste u gradskom javnom prevozu kao i za pogon komercijalnih vozila.
Ono što još ograničava veće korišćenje ovih vozila su troškovi ugradnje sistema za korišćenje CNG, potrebno atestiranje rezervoara za CNG svake četvrte godine, i za sada, mali broj benzinskih stanica gde se može uzeti CNG (trenutno u Srbiji, postoji 16 benzinskih pumpi gde se može uzeti CNG).
Razvoj motornih ulja za motore na CNG prati tehničko-tehnološke zahteve koje pred njih postavljaju proizvođači motora. Da bi motor na CNG pravilno radio i imao što duži vek korišćenja treba koristiti motorna ulja namenjena za podmazivanje motora na CNG.
Autor:
sci. dipl. ing. Aleksandar Kekić,
Inženjer razvoja, primene i tehničke podrške, ADECO