Газомоторное топливо: почему в России выбирают пропан-бутан вместо метана — сравнение и выводы

Есть мнение, что с газовыми заправками для машин все хорошо, а будет еще лучше.

Комплект оборудования для АГНКС (газовой заправки для автомобилей) мощностью 1000 м3/ч на 6 рукавов стоит 33 млн руб. с НДС. Если не [швыряться деньгами], строймонтаж обойдётся ещё во столько же (или в два раза по столько же, если будут проблемы с примыканиями и газом). Мы не сильно экономим, так что пусть общие капитальные затраты будут в районе 100 млн руб.

Все написанное звучит бравурно ( Все цены в статье 2024 года ):

Но в реальности число АГНКС в России растет медленно. В 2016 году число таких станций было 270, а в конце 2021 - 422. Сейчас их общее число 667, что, согласитесь, маловато для такой страны. И стоит их все тот же Газпром, а не частники. Что наводит на мысли, что не все так красиво, гладко и маржинально, как написано в письме.

И это несмотря на то, что существует программа развития газомоторного топлива, которую начал сначала Газпром, а потом подключилось Минэнерго. При этом другой вид газовых заправочных станций, АГЗС развивается давно и очень бурно без всяких федеральных программ. Без Газпрома, а обычными частниками. Как пример две карты Оренбургской области, на первой отражены АГНКС, их семь штук

А на этой далеко не полной - 44 АГЗС (красные указатели)

Прежде чем говорить о том, почему так получается и программа использования природного газа как газомоторного топлива сильно хромает, давайте разберемся с терминологией.

Под газомоторным топливом понимаются различные виды газа, которые можно использовать в виде топлива для ДВС, как бензиновых, так и дизельных. Существует три разных вида газомоторного топлива:

1. Сжиженный природный газ (СПГ, LNG)  - под этим понимается сжиженный природный газ, практически чистый метан. Для его хранения нужны очень низкие температуры (температура кипения −158…−163 °C) и высокое давление. Такие условия создавать очень тяжело, это дорого, и оборудование крайне громоздкое, поэтому не подходит для легкового транспорта. По крайней мере не слышал про такое. А вот в сфере грузового и коммерческого транспорта есть и используется, хотя и очень мало

2. Сжатый (компримированный) природный газ (КПГ, CNG) -  это все тот же природный газ, в основе которого находится метан, только он сильно сжат (200—250 бар) при обычной температуре, поэтому в жидкое состояние не перешел. Именно этот газ так активно продвигают в качестве газомоторного топлива, именно сжатым газом заправляются на АГНКС - автомобильная газонаполнительная компрессорная станция.

3. Сжиженный углеводородный газ или пропан-бутановая смесь (СУГ, ПБС)  - это тоже разновидность сжиженного газа. только в основе ее не метан, а более тяжелые газы алканового ряда - пропан и бутан. Они способны сжижаться при положительных температурах при невысоком давлении. Обычно пропан и бутан входят в состав попутных нефтяных газов, извлекаемых вместе с нефтью, но их много и в обычном природном газе в зависимости от месторождения и их число определяется забавным жаргонным термином  жирность газа.

Именно СУГ - самое популярное газомоторное топливо на современный момент, использующееся на автомобильном транспорте. Именно им заправляются на АГЗС - автомобильных газозаправочных станциях.

Выгодно ли использовать газ в качестве топлива?

Конечно да. Хотя бы потому, что газа гораздо больше, чем нефти. Но далеко не все так однозначно. Давайте посмотрим интересную таблицу, в ней отражена удельная теплота сгорания некоторых  видов наиболее используемых топлив.

Если посмотреть на первые две строчки, то можно сразу увидеть самое выгодное топлив - водород. У него просто огромная теплотворная способность. Но мы водород не рассматриваем в качестве газомоторного топлива, и из имеющихся вариантов нас интересует метан, пропан, и бутан (46,8 МДж/кг)

Но если посмотреть таблицу целиком, то можно отследить несколько зависимостей:

1. Чем меньше в топливе кислорода - тем более оно калорийно.  Это очевидно, кислород сам по себе не горит, а является окислителем

2. Если в топливе есть углерод и водород, то чем выше процентное содержание углерода - тем менее оно калорийно .  И тут все понятно, теплота сгорания углерода куда ниже, чем у водорода.

А вот третья зависимость имеет самое прямое отношение к тем вопросам, которые поставлены в заголовке. Несмотря на  впечатляющие показатели теплотворности топлив по массе с высоким содержанием водорода, эти топлива очень проигрывают топливам с более высоким  содержанием углерода в теплотворной способности одного литра такого  топлива, т. е. по объему.

Так несмотря на то, что в килограмме пропана содержится 117% от  энергии килограмма дизельного топлива, в расчёте на литр его энергетическая  ценность составляет всего 63% от энергетической ценности дизельного  топлива. А все потому, что чем больше содержания водорода - тем ниже плотность топлива.

Следовательно измерять калорийность топлива исходя из объема совсем неверно. Один литр керосина дает в два раза больше энергии,  чем этанол. Литр водорода при сгорании дает меньше всего энергии из возможного топлива, но килограмм водорода дает больше всего энергии. Поэтому и придумали точную единицу для измерения энергетической ценности - учет ведется в тоннах условного топлива (т.у.т.). 1 т.у.т.  равен по теплотворной способности 1 тонне высококачественного угля, или  29,308 МДж или, 7000 (семи тысячам) килокалорий на килограмм.

Если взять таблицу, то наиболее выгодным газомоторным топливом с точки зрения энергетической ценности будет не метан, даже если он жидкий, а пропан, которому немного уступает бутан. Но если взять газообразный метан - то все будет еще хуже. Ведь именно в жидком состоянии в один и тот же объем влазит максимально возможная масса (если речь идет про одно и то же вещество в жидком и газообразном агрегатном состоянии). Сжатого же метана по массе будет еще меньше, чем жидкого.

Посмотрел баллон для своей машины, а она не такая уж и маленькая

Это самый легкий композитный, металлический стоит дешевле, но и масса у него 60 килограмм. Более того, композитный безопаснее.

Но 50 литров - это объем баллона, а не газа, который в него помещается. Этот объем зависит, в первую очередь, от температуры и давления.

То есть если общее давление составляет 200 бар, а температура воздуха от -30 до +40 °С, тогда согласно расчетам, в 50-литровую емкость можно вместить приблизительно от 11,63 до 14,93 кубов природного газа. При 20 градусах по Цельсию в этот баллон помещается всего 12,5 м3 метана. В среднем пробег на кубическом метре метана составляет такой же, как на 1,1 литра бензина. То есть, если я засуну такую дуру в багажник длинной 90 сантиметров и диаметром 32,7 сантиметра, то даже согласно паспортному расходу в смешанном цикле я проеду невероятных 182,6 километра!!! На уровне какой-то убогой электрички типа Ниссана Лиф.

А если учесть, что АГНКС в целях безопасности ставят за пределами жилой зоны, на объездных дорогах, то все будет еще печальнее. Посмотрел по карте, от квартиры моей дочери до АГНКС мне надо доехать 17 километров!!! То есть съездив на заправку и обратно у меня пробег составит 148,6 километра. Таксисты просто плачут от восторга и записываются в очередь на метановое оборудование. Можно, конечно, поставить еще баллоны, но куда ставить вещи в багажнике? И машина будет таскать с собой лишних 70-120 килограмм, по сути дюжего мужика или толстую женщину, что просто не может не отразиться на расходе.

Теперь возьмем газобаллонное оборудование для ПБС. И выберем баллон на те же самые 50 литров

Он немного меньше и гораздо дешевле. Но, самое главное, в него влазит 50 литров пропан-бутановой смеси. Даже учетом того, что она менее теплотворна и на одном литре смеси можно проехать как на 0,85 литре бензина, то на одной заправке я могу проехать в смешанном цикле 566 километров. Это вполне неплохой результат, особенно если учитывать, что АГЗС в разы больше, чем АГНКС.

Также сравним стоимость оборудования. В нашем Оренбурге цена ГБО для ПБС под ключ составляет от 28 тысяч рублей. А вот цена ГБО под метан с баллонами первого и второго типа, а не композитным, не менее 65 тысяч и это акционная цена.

Теперь поговорим о стоимость газомоторного топлива. Цена одного кубического метара метана в Оренбурге сейчас 25 рублей. Но и стоимость СУГ все те же 25 рублей. Если взять разницу в величине пробега, то на метане можно проехать больше на целых 25 процентов. То есть стоимость километра пробега на моей машине составляет 3,03 рубля. А на СУГ - 3,78 рубля. Это неплохие показатели, на бензине выходит гораздо дороже - 6,66 рубля.

Но чтобы просто окупить разницу в оборудовании, мне надо проехать без малого пятьдесят тысяч километров. Столько я проехал на предыдущей машине за пять лет. Но, самое главное - это очень малый пробег. 188 километров - это очень мало даже для города, особенно если учитывать то, что заправок мало и они находятся далеко за пределами жилой зоны.

Выводы:

1. Существует несколько видов газомоторного топлива - СПГ, СУГ и КПГ

2. Наиболее выгодным с точки стоимости километра видом газомоторного топлива будет сжатый природный газ

3. Стоимость 1 километра пробега на сжиженном углеводородном газе выше, чем на КПГ. Но из-за более дешевого и простого оборудования, более легких баллонов и, самое главное, величины пробега на одной заправке, установка ГБО под СУГ зачастую более выгодна и обеспечивает большую автономность

4. Сжатый природный газ больше подходит для коммерческого транспорта, так как для него менее критичен размер и масса оборудования

5. Ввиду этого парк машин на КПГ будет значительно уступать парку машин на СУГ

Ну а какая альтернатива может быть - спросите вы меня? Неужели мы так и не будем массово ездить на метане?

Не знаю, я не пророк. Но как по мне, то альтернатива может быть только в виде сжиженного природный газ. Если даже учесть, что его плотность совсем невелика и составляет 0,39 кг/литр (исходя из того, что метан чистый, в среднем же плотность СПГ 0,41-0,5 кг/литр), то на пятидесяти литрах СПГ можно будет проехать 440 километров, что уже обеспечивает более-менее хорошую автономность. Хотя бы если это будет коммерчески транспорт. Но все упирается только в цену и технологии. На настоящий момент  в России имеется всего 24 криогенных заправки (данные 2022 года), что будет потом - покажет только время

PS

Есть еще один способ создания жидкого топлива - сделать синтетическую нефть. Этот способ называется GTL –  Gas to liquids, газожидкостная конверсия, но про это как-нибудь в другой раз

Источник

У меня же на сегодня все, если было интересно - ставьте лайк и подписывайтесь