A CNG és a fizika


A CNG projektek alapos végigszámolása során nem kerülhetjük el, hogy közelebbről megismerkedjünk a CNG fizikájával is. Ebben az írásunkban ehhez próbálunk segítséget nyújtani.

Mennyi is 1 m3 földgáz?


Megszoktuk hogy a földgázt köbméterben számoljuk, hiszen az egyszerű, olcsó mérőszerkezetek, a gázórák átáramló köbmétert mutatnak.

Azonban a gázok sűrűsége a hőmérséklettől függően változik: így 1 m3 földgáz -20 °C-on sokkal több metán molekulát tartalmaz, mint +30 °C-on. Az eltérés mértéke ebben az esetben több, mint 10%. Ez már igen jelentős különbség, emiatt sok gázmérő képes az úgynevezett "hőmérséklet-kompenzációra", hogy mind hideg, mind meleg gáz átáramlásakor kb. ugyanannyi molekulát számoljon meg.

A helyzetet tovább bonyolítja, hogy 1 m3 gáz kiterjedése még függ a körülötte lévő légkör nyomásától is: nagyobb tengerszint feletti magasságon csökken a légnyomás, és a metán nagyobb térfogatot képes emiatt elfoglalni.

A műszaki világban persze fontos bizonyos szabványokat alkalmazni, így határozták meg a Nm3 (normál köbméter) és a Sm3 (standard köbméter) mértékegységeket.

1 Nm3 = 1 köbméter gáz, 15 Celsius-fokon, 1,01325 bar légköri nyomáson
1 Sm3 = 1 köbméter gáz, 0 Celsius-fokon, 1,01325 bar légköri nyomáson

A CNG világában leginkább a Nm3 (ejtsd: normál köbméter) mértékegység használatos.

Hány kg 1 m3 CNG?


A földgáz alapú CNG általában a metánon kívül tartalmaz etánt, propánt, butánt, szén-dioxidot és nitrogént is. A metántartalom jellemzően 95-98%, a maradék 2-5%-ot az előbb felsorolt anyagok adják.

A biogáz alapú tisztított CNG csaknem tisztán metánból és egy kevés maradvány szén-dioxidból áll.

1 Nm3 földgáz tömege az összetételtől függően 0,71-0,8 kg lehet
A 0,71 kg/Nm3 a tiszta metán tömege, a "szennyezettebb" földgáz általában nehezebb, mivel szinte kizárólag a metánnál nagyobb sűrűségű gázok adódnak hozzá.

A különbség a két szélső érték között több mint 12%. A magyarországi földgáz sűrűsége a mérések alapján általában 0,75-0,8 kg/Nm3 között van.

Mi a fűtőértéke 1 kg CNG-nek?


Hogy mennyit megy az autónk 1 m3 gázzal, azt elsősorban a gáz fűtőértéke határozza meg. A fűtőérték az összetételtől függ.
  • metán fűtőértéke = 32,7 MJ / Nm3
  • etán fűtőértéke = 58,2 MJ / Nm3
  • propán fűtőértéke = 93,7 MJ / Nm3

Azaz a "szennyező" anyagoknak (etán, propán, bután) nem csak a tömege, de a fűtőértéke is magasabb. Emiatt lehetséges az, hogy a földgáz köbméterének átlagos energiatartalma magasabb, mint a tiszta metáné: jellemzően 33-35 MJ / Nm3.

A földgáz fűtőértékét 34 MJ-nak, a sűrűséget 0,78 kg /Nm3-nek feltételezve 1 kg CNG fűtőértéke:

34 / 0,78 = 43,59 MJ / kg

A többi üzemanyag fűtőértéke:
  • Benzin: 32 MJ/l
  • Gázolaj: 36 MJ/l
  • LPG: 25 MJ/l
  • CNG: 43,59 MJ/kg
  • Tiszta metán: 47 MJ/kg

Vagyis a kutakon kapható 1 kg CNG az összes többi üzemanyagfajta literjénél magasabb fűtőértékű (mivel tiszta metán nem vásárolható).

A dízelmotoroknak a hatásfoka valamivel (átlagosan kb. 15%-kal) jobb, mint a szikragyújtású motoroknak, azonban a végleges energiamérleg még így is a CNG javára billen, ahogy azt a tapasztalatok is megerősítik.

36 x 1,15 = 41,4 (dízel)  <  43,59 (CNG)

Ez a gyakorlatban körülbelül a következőt jelenti:
  • VW Passat 1.4 TSI CNG: 5,6 kg / 100 km
  • VW Passat 2.0 TDI: 6 l / 100 km

 

Ebben a példában azonos körülmények között használt, hasonló teljesítményű járművekről beszélünk.

 

A képet tovább árnyalják a dízelmotorok és a CNG motorok karbantartásának, műszaki üzemeltetésének költségei is. Akinek van vagy volt modern turbódízel autója, az körülbelül ismeri a szervizköltségek különbözőségét: ez a dízel üzemnél sokkal magasabb.

Városi legendák a földgáz "hígításáról"


Elterjedt legenda, hogy a gázszolgáltatók és gázkereskedők a gázt "hamisítják", vagy "hígítják". Levegőt, szén-dioxidot, miegymást kevernek hozzá, hogy így termeljenek nagyobb profitot.

A magyarországi földgáz-szállítás és kereskedelem egy olyan iparág, amelynek működtetésében ezrek vesznek részt, és így az ilyesfajta manipulációnak már régen ki kellett volna derülnie. Arról nem is szólva, hogy bármilyen ilyen jellegű manipuláció műszaki költsége jó eséllyel magasabb volna, mint egyszerűen a normál földgázt szállítani és eladni a fogyasztóknak.

A magyarországi gerincvezetékeket üzemeltető FGSZ Zrt. a Földgázminőség Elszámolási Rendnek megfelelően rendkívül szigorúan, több tucat mérőhelyen gáz-kromatográfokkal 4 percenként ellenőrzi az átáramló gáz minőségét, és ezeket folyamatosan dokumentálja. A mérések pontosságát a Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (korábban a Országos Mérésügyi Hivatal) ellenőrzi. A mérések eredménye a nyilvánosság számára hozzáférhető az alábbi címen:

FGSZ Földgázminőség Elszámolási Rend

A teljes képhez hozzátartozik még, hogy az elmúlt 10 évben indított minden, a gázminőséget érintő panaszt a Magyar Energia Hivatal - a kivizsgálás után - alaptalannak talált.