Analiza trendów rozwojowych dotyczących zastosowania paliw gazowych w energetyce i motoryzacji

Analiza trendów rozwojowych dotyczących zastosowania paliw gazowych w energetyce i motoryzacji (Podsumowanie seminarium technicznego Paliwa Gazowe w Energetyce i Motoryzacji orgaznizowanego w Instytucie BOSMAL w dniu 13.09.2012 r.) Piotr Bielaczyc 1 i Marek Sutkowski 2 1) Instutut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. 2) Wärtsilä Finland Oy 1

1. Wstęp Głównym wyzwaniem dla przemysłu energetycznego i motoryzacyjnego jest stosowanie efektywnych źródeł wytwarzania energii przy jednoczesnym zmniejszaniu emisji związków szkodliwych i toksycznych w spalinach oraz zmniejszeniu globalnej, antropogenicznej emisji CO2. Powszechnie dostępna energia elektryczna, zarówno dla przemysłu jak i prywatnych odbiorców, powszechnie dostępne paliwa płynne lub gazowe do zasilnia naszych samochodów zarówno osobowych jak i ciężarowych oraz maszyn roboczych napędzanych silnikami spalinowymi są równie niezbędne w naszym życiu jak woda i powietrze. Światowa produkcja energii wynosi 16 300 000 000 000 W co stanowi niewielki ułamek energii docierającej ze słońca do ziemi (rys.1). Produkowana energia pochodzi w dużym stopniu ze spalania paliw kopalnych: paliw płynnych, gazu ziemnego i węgla, a paliwa kopalne spalone tylko w 2008 były tworzone w ziemi przez milion lat [1]. W ostatnich latach kilka instytucji i organizacji międzynarodowych przedstawiło przewidywane światowe zapotrzebowanie na energię. Zgodnie z tymi publikacjami, światowe zapotrzebowanie na energię wzrośnie w latach 2005 2030 dwukrotnie (rys. 2). Unia Europejska jest uzależniona od importu ropy naftowej i gazu ziemnego, 80% całkowitej ilości zużywanej ropy naftowej pochodzi z importu i udział ten może wzrosnąć do około 90% do 2030 roku [2]. Paliwa kopalne pozostaną głównym źródłem energii dla transportu; jednakże, dostateczne ilości zapasów ropy naftowej mogą stać się problemem w tym okresie czasu, oblicza się że znane zasoby ropy naftowej przy tym rosnącym zapotrzebowaniu wystarcza jeszcze na około 45 lat [2,3]. Emisja gazów cieplarnianych, szczególnie CO 2 cały czas rośnie, emisja ta pochodząca ze środków transportu wzrosła od 1990 roku o około 25% [2]. Energia słońca Energia emitowana przez słonce: 300 000 000 000 000 000 000 000 000 W Energia słońca docierająca do ziemi: 81 000 000 000 000 000 W Światowa produkcja energii: 16 300 000 000 000 W Paliwa kopalne spalone w 2008 były tworzone w ziemi przez milion lat Wärtsilä 2012 Rys. 1. Energia słońca [1] 2

Wszyscy zużywamy coraz więcej energii Za 20 lat światowe zużycie energii elektrycznej podwoi się z obecnych 20 PWh do 40 PWh Kraje rozwijające się, samochody elektryczne, gadżety, pompy ciepła itd. itd. Itd. kiedyś 50W obecnie 2000W Wärtsilä 2012 Rys.2. Wzrost zapotrzebowania na energię [1] W związku z wzrastającą liczbą ludności i stale zwiększającym się zapotrzebowaniem na energie elektryczna i środki transportu (rys. 2) zanieczyszczenie powietrza szkodliwymi składnikami spalin silnikowych i konieczność obniżenia emisji gazów cieplarnianych stają się coraz większym problemem w skali światowej. Zwiększenie ilości wykorzystywanych paliw alternatywnych (biodiesela, mieszanek etanolu z benzyną, CNG i LPG) w jednostkach napędowych pojazdów występuje w krajach Unii Europejskiej, Stanach Zjednoczonych, Japonii, Indiach, Brazylii i wielu innych państwach w związku z wyczerpywaniem się zapasów paliw kopalnych i potrzebie obniżenia antropogenicznej emisji CO2. 3

2. Gaz ziemny jako najbardziej obiecujące paliwo alternatywne do silników spalinowych Rys. 3. Lokalizacja głównych światowych zasobów gazu ziemnego Gaz ziemny jest jednym z najbardziej obiecujących paliw alternatywnych w aspekcie spełnienia wymagań nowych, obniżonych limitów emisji związków szkodliwych spalin w planowanych przepisach Euro 6 w Unii Europejskiej, umożliwiając przy tym planowaną redukcję emisji CO2 przez pojazdy samochodowe. Dla silników z zapłonem iskrowym rozwiązania konstrukcyjne umożliwiające zasilanie silnika dwoma rodzajami paliwa benzyną i gazem ziemnym są dobrze znane, producenci układów zasilania silnika gazem dysponują obecnie rozwiązaniami gotowymi do zastosowania w nowoczesnych silnikach samochodowych. Rys. 4. Właściwości metanu w porównaniu z innymi paliwami 4

Obecnie, gaz ziemny jest najlepszą alternatywą dla ropy naftowej, jako źródła energii. CNG jest tańszym i łatwiej dostępnym paliwem w porównaniu do ropy naftowej, a dodatkowo jest dostępny w regionach bardziej stabilnych geopolitycznie. Dzięki swojej wysokiej odporności na spalanie stukowe (RON 130) gaz ziemny jest bardzo dobrym paliwem dla turbodoładowanych silników ZI. Komisja Europejska w 2003 r. zaakceptowała jako cel dla transportu zastąpienia konwencjonalnych paliw w 20% przez paliwa alternatywne (biopaliwa, CNG, wodór), z czego udział CNG ma wynosić 10%, w sektorze transport drogowego do 2020 roku. Gaz ziemny jest postrzegany jest jako pomost w kierunku transportu w przyszłości opartego na używaniu głównie wodoru jako paliwa. Główne światowe zasoby gazu ziemnego przedstawiono na rys. 3, a jego podstawowe właściwości fizykochemiczne w porównaniu z innymi paliwami przedstawiono na rys. 4. Gaz ziemny wydobywany jest głównie z szybów gazowych, a także uzyskiwany jako produkt pochodny podczas procesu przetwarzania ropy naftowej. Typowy gaz ziemny zawiera 80-99 % metanu i innych wyższych węglowodorów, niewielkie ilości gazów obojętnych i szlachetnych (hel, azot), a dodatkowo zanieczyszczenia (np. siarkowodór) oraz dwutlenek węgla i parę wodną. Gaz ziemny po wydobyciu wymaga jedynie odwodnienia i niewielu innych procesów oczyszczających. Pod koniec tych procesów technologicznych spręża się go w celu uzyskania sprężonego gazu ziemnego (CNG). Metan, główny składnik CNG, charakteryzuje się spalaniem bez wydzielania sadzy. Emisja CO2 przez pojazdy zasilane metanem jest mniejsza o 25% w porównaniu do emisji z pojazdów zasilanych benzyną czy olejem napędowym. Główne właściwości gazu ziemnego przedstawiono w tabeli 1. CNG, jako paliwo samochodowe wykazuje potencjał obniżonej emisji spalin gazowych i cząstek stałych co zostało przedyskutowane i udowodnione przez wielu specjalistów. Istnieje także potencjalna możliwość redukcji gazów cieplarnianych. Wprowadzenie CNG produkowanego metodami biogenicznymi (biometan) zmniejsza całkowitą emisję gazów cieplarnianych (GHG), obejmującą proces przygotowania paliwa i spalania w silniku, do około 80% w porównaniu z pojazdami napędzanymi benzyną. CNG jest powszechnie używanym paliwem w silnikach o zapłonie iskrowym ponieważ te jednostki napędowe wymagają stosunkowo niedużych przeróbek do zasilania paliwem gazowym. Atrakcyjność tego paliwa dla użytkowników pojazdów polega głównie na jego niższej cenie rynkowej w porównaniu do benzyny czy oleju napędowego. Jest to również paliwo interesujące z punktu widzenia ekologii transportu, gdyż jego użycie charakteryzuje się niższą emisją zanieczyszczeń, a przede wszystkim generuje mniejszą ilość gazów cieplarnianych [3-5]. 3. Wykorzystanie paliw gazowych w energetyce i motoryzacji Firma Wärtsilä z Finlandii, która jest światowym liderem w zakresie innowacyjnego projektowania i produkcji kompletnych bloków energetycznych dla elektrowni i dużych układów napędowych do zastosowań morskich i przemysłowych, oraz Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. z Bielska Białej, który jest wiodącym centrum badawczo-rozwojowym w zakresie pojazdów i układów napędowych stosowanych w pojazdach, byli organizatorami seminarium technicznego Paliwa Gazowe w Energetyce i Motoryzacji. To międzynarodowe spotkanie specjalistów zajmujących się wykorzystaniem paliw gazowych, a szczególnie gazu ziemnego, zarówno w energetyce jak i motoryzacji odbyło się w dniu 13 września 2012 r. w Instytucie BOSMAL w Bielsku- Białej. Spotkanie to było również jednym z wielu organizowanych ostatnio wydarzeń i sympozjów związanych z czterdziestoleciem Instytutu BOSMAL, który jest sukcesorem OBR SM BOSMAL w Bielsku-Białej. W seminarium obok gospodarzy spotkania, specjalistów z firmy Wärtsilä i instytutu BOSMAL, uczestniczyło około 30 specjalistów, przedstawicieli firm z przemysłu energetycznego, motoryzacyjnego i paliwowego oraz instytutów badawczych i uczelni technicznych. Patronem 5

Sprawność katalogowa [%] Tolerancje wg producentów medialnym tego spotkania było Wydawnictwo Inżynieria sp. z o.o., które wydaje magazyn Paliwa i Energetyka, reprezentowane przez red. Dorotę Skrzynecką. Seminarium zostało otwarte przez Prezesa Zarządu BOSMAL dr. hab. inż. Antoniego Świątka, który przedstawił znaczenie gazu ziemnego jako paliwa dla energetyki i motoryzacji. W dalszej części obrad, na sesji plenarnej prowadzonej przez dr. inż. Piotra Bielaczyca z instytutu BOSMAL i dr. inż. Marka Sutkowskiego z firmy Wärtsilä zostały zaprezentowane referaty wygłoszone przez specjalistów z firmy Wärtsilä i instytutu BOSMAL, których krótki opis przedstawiono poniżej. Inteligentne systemy kogeneracyjne oparte na silnikach i turbinach gazowych (Adam Rajewski, Wartsila Polska sp. z o.o.) - w prezentacji omówiono wyniki przeprowadzonej analizy technicznoekonomicznej porównawczej instalacji kogeneracyjnej opartej o gazowe silniki tłokowe oraz kogeneracyjnego bloku gazowo-parowego z turbiną gazową (rys. 5.). Analizę przeprowadzono dla zapotrzebowania na ciepło dla miasta o wielkości ok. 300 tys. mieszkańców. Dynamiczne elektrownei do stabilizacji sieci (Adam Rajewski, Wartsila Polska sp. z o. o.) w prezentacji przedstawiona została problematyka elektrowni interwencyjnych jako sposobu zapewnienia stabilności systemu elektroenergetycznego z dużym udziałem mocy zainstalowanej w odnawialnych źródłach energii. W szczególności zaprezentowane zostało rozwiązanie wykorzystujące zespoły prądotwórcze z silnikami tłokowymi jego zalety i przykłady zastosowań (rys.6). Silnik tłokowy a turbina gazowa 55 50 45 Turbiny gazowe GE 40 35 30 Turbiny gazowe RR Turbiny gazowe Solar Turbiny gazowe Mitsubishi Turbiny gazowe Siemens Silniki Jenbacher Silniki Wärtsilä Silniki MAN B&W Silniki MAN Silniki MWM 25 20 0,1 1 10 100 1000 Moc [MW e ] Rys. 5. Porównanie sprawności turbiny gazowej i silnika tłokowego w zastosowaniach energetycznych 6

Nowoczesny silnik w energetyce Wysoka sprawnosć Powyżej 40% Elastyczność Szybki rozruch/odstawienie Płaska krzywa obciążenia Ekonomia Niski koszt inwestycyjny Konkurencyjny koszt eksploatacji Doświadczenie Przeszło 47 GW mocy zainstalowanej w silnikach Wärtsilä Obiekty na całym świecie Technologia prosta, ale nowoczesna i niezawodna 19 November 2012 Rys. 6. Nowoczesny sinik gazowy stosowany w energetyce Trendy rozwojowe w zakresie metod badawczych silników spalinowych na rynkach europejskich i amerykańskich (Piotr Bielaczyc, BOSMAL) przedstawiono w referacie rozwój metod badawczych silników spalinowych zasilanych różnymi paliwami: olejem napędowym, benzyną, biopaliwami oraz paliwami gazowymi jak CNG i LPG stosowanych w badaniach silników stosowanych roznych pojazdach (od samochodów osobowych po ciężarowe i maszyny robocze) w laboratoriach badawczych z hamowniami silnikowymi do badań w stanach statycznych i dynamicznych pracy silnika. Rozwój metod badawczych silników jest spowodowany zmianami w przepisach prawnych dotyczących obniżania emisji związków szkodliwych spalin silnikowych i koniecznością obniżania zużycia paliwa emisji dwutlenku węgla, a także podnoszeniem osiągów silników przy jednoczesnym obniżeniu jego gabarytów i masy co jest związane z zaostrzającą się konkurencją pomiędzy producentami silników spalinowych do różnych zastosowań wymuszana przez uwarunkowania rynkowe (rys. 7-12) [6]. 7

Rys. 7. Czynniki wpływające na rozwój tłokowych silników spalinowych stosowanych w energetyce, przemyśle i transporcie oraz na rozwój ich metod badawczych Rys. 8. Wpływ regulacji prawnych dotyczących ograniczania emisji związków szkodliwych z silników spalinowych na rozwój konstrukcji czystych silników ( Żródło: K. Engeljehringer, AVL) 8

Rys. 9. Stanowiska hamowniane nr 18 i 19 do badania silników Heavy-duty w Instytucie BOSMAL Rys. 10. Schemat stanowiska badawczego silników spalinowych z hamownią silnikowa i urządzeniami do badania emisji związków szkodliwych w Instytucie BOSMAL 9

Rys. 11. Silnik przemysłowy zasilany CNG/Syngas'em badany w Instytucie BOSMAL Rys. 12. Infrastruktura zasilania silników spalinowych LPG na stanowiskach badawczych silników w Instytucie BOSMAL. 10

Elektrownie zasilane LNG (Timo Mahlanen, Wärtsilä Finland) - w prezentacji zostały omówione możliwości wykorzystania skroplonego gazu ziemnego (LNG = liquified natural gas) w obiektach energetycznych ze spalinowymi silnikami tłokowymi. Zaprezentowana została ramowa oferta firmy Wärtsilä w tym zakresie. LNG jest gazem ziemnym w postaci ciekłej i jest przechowywany w temperaturze poniżej -162 C. Az do około 25-30% gazu ziemnego jest w skali światowej transportowane w postaci płynnej, jako LNG, głównie z wykorzystaniem transportu morskiego. Skropleniu do postaci LNG może być poddany gaz o różnym pochodzeniu (rys. 13), ponieważ w czasie tego procesu dokonywane jest jego oczyszczenie z domieszek CO 2, azotu, wody, propanu, butanu, helu i innych składników. Do przechowywania skroplonego LNG, ze względu na konieczność przechowywania w niskiej temperaturze wykorzystuje się zbiorniki kriogeniczne. Rozwoj silników dwupaliwowych Diesel-CNG (Adam Sordyl, BOSMAL) w referacie zaprezentowano rodzaje silników dwupaliowych i przykłady ich zastosowania, a także metody prowadzenia badań rozwojowych silników zasilanych równocześnie olejem napędowym i CNG w Instytucie BOSMAL. Przedstawiono przykładowe wyniki badan takiego silnika, szczególnie wpływ zasilania dwupaliwowego na możliwość ograniczenia emisji związków szkodliwych spalin (rys. 14-16). Rys. 13. Składniki do produkcji LNG 11

Rys. 14. Silnik dwupaliwowy Diesel-CNG na stanowisku hamownianym w Zakładzie Badań Silników w Instytucie BOSMAL w Bielsku-Białej Rys. 15. Redukcja emisji dwutlenku węgla dla 50% momentu obrotowego pochodzącego z oleju napedowego i 50% z CNG. 12

Rys.16. Redukcja emisji tlenków azotu dla 30% momentu obrotowego pochodzącego z oleju napędowego i 70% z CNG. Inteligentna energetyka (Marek Sutkowski, Wärtsilä Finland) w referacie przedstawiono problemy związane z nadmiernym zużyciem energii z wykorzystaniem paliw kopalnych oraz możliwości, a nawet konieczności, bardziej racjonalnej produkcji energii na potrzeby ludności i przemysłu oraz metody zarzadzania wykorzystaniem energii. Przedstawiono jakie są problemy ze współczesnymi systemami energetycznymi; jakie problemy we współczesnych systemach pojawiają się przy zwiększonym udziale energetyki odnawialnej; pokazano przykłady jak te problemy rozwiązać; jak zbudować niezawodny i przyszłościowy system energetyczny (rys.17). 13

Porównanie technologii Sprawność przy pełnej mocy, % Typowy zakres mocy, MW Typowy czas rozruchu (do pełnej mocy), minuty Dynamika CO 2, g/kwh El. Jądrowe 31-33 1000-2000 >2000 Poor - El. Weglowe 33-45 300-4000 >180 Poor 820-1050 Uklad gazowoparowy (TG) 50-57 200-1500 60-90 Not good 370 Silniki gazowe 46 1-500 5-10 Excellent 430 Turbiny gazowe 33-41 1-300 10-13 Good 500 Przemysłowe turbiny gazowe 30-35 100-1000 13-30 Decent 560 Flexicycle TM 46/50 100-500 10/60 Very good 400 Wärtsilä 2012 Rys. 17. Porównanie sprawności różnych systemów wytwarzanie energii elektrycznej Ważnym elementem tego spotkania była również dyskusja nad wygłoszonymi referatami, w czasie której zaproszeni eksperci, oraz przedstawiciele uczestniczących firm, odpowiadali na pytania dotyczące kluczowych zagadnień związanych z problemami przy wytwarzaniu energii elektrycznej, metodach wytwarzania energii przy zastosowaniu silników spalinowych, zasilaniem gazowym zarówno dużych silników stosowanych w energetyce jak i mniejszych silników spalinowych używanych w transporcie, a także prowadzili dyskusję na temat dalszych kierunków rozwoju konstrukcji nowoczesnych elektrowni, metod rozwoju silników spalinowych i rozwoju ich metod badawczych oraz ograniczania emisji związków szkodliwych z różnych typów silników spalinowych. 4. Podsumowanie - silniki gazowe i silniki dwupaliwowe zasilane olejem napędowym/cng Ponieważ silniki spalinowe będą przez jeszcze wiele lat podstawowym urządzeniem stosowanym w energetyce do napędu generatorów prądotwórczych, a także źródłem napędu różnych pojazdów i maszyn roboczych, tak więc dalsze doskonalenie konstrukcji tych silników, ograniczani emisji CO 2, ograniczanie emisji związków szkodliwych i toksycznych, do których zaliczana jest również emisja cząstek stałych, dostosowanie tych silników do spalania w coraz większym stopniu paliw alternatywnych, w tym paliw gazowych pozostają jednym z najważniejszych problemów dla rozwiązania dla konstruktorów tłokowych silników spalinowych. Paliwa gazowe, a szczególnie gaz ziemny, który może być stosowany do zasilania silników jako gaz sprężony CNG lub płynny LNG jest bardzo dobrym paliwem zarówno dla dużych silników tłokowych stosowanych w energetyce, jak i dla silników stosowanych do napędu samochodowych, szczególnie autobusów miejskich i pojazdów do przewozu towarów. 14

Bilans energii dla silnika Wärtsilä W34SG Energia na wale silnika 46% Energia chemiczna paliwa 100% Energia gazów spalinowych 31% ~400 C Płaszcz wodny 5,5%; ~90 C I Chł. ład. 5,5%; ~90 C Chł. oleju 5,0%; ~60 C II Chł. ład. 4,0%; ~40 C Rys. 18. Bilans energetyczny dla silnika stosowanego w energetyce Rys. 19. Silnik Wartsila do zastosowań energetycznych i morskich przystosowany do zasilania gazowego W zastosowaniach energetycznych i do napędu statków morskich wykorzystywane są obecnie głównie duże silniki ZS i silniki gazowe, których Wärtsilä jest czołowym producentem na świecie. Firma ta produkuje silniki o zakresach mocy od około 1000 kw do około 19 000 kw, które osiągają sprawność na wale do około 46% i są przeznaczone do długotrwałej, niezawodnej pracy (rys. 18 i 19). Przy wykorzystaniu układów kogeneracji całkowita sprawność układu może wzrosnąć nawet do 93% (rys. 20). Silniki gazowe są budowane przez firmę Wärtsilä jako silniki o zapłonie iskrowym (ZI) z wykorzystaniem głównych elementów konstrukcyjnych silników ZS. Paliwo gazowe jest mieszane z powietrzem w kolektorze dolotowym oraz w komorze wstępnej (ciśnienie gazu 5 bar). Zapłon 15

mieszanki jest wymuszony pomocą świecą zapłonową umieszczoną w komorze wstępnej, z ktorej następnie płomien propaguje do komory głównej silnika [9]. Dodatkowo Wärtsilä produkuje również silniki dwupaliwowe dwóch typów: DF (dual-fuel) i GD (gas-diesel). W silnikach typu DF paliwo gazowe jest mieszane z powietrzem w kolektorze dolotowym (ciśnienie gazu 5 bar) tuż przed zaworem dolotowym. Zapłon mieszanki w komorze spalania następuje od dawki pilotującej oleju napędowego. Tego typu silnik jest w pełni dwupaliwowy, może pracować zarówno przy zasilaniu tylko olejem napędowym jak i zasilaniu w 99% gazem ziemnym i około 1% oleju napędowego potrzebnego jako dawka pilotująca do zapłonu mieszanki paliwo-powietrze [8]. W silnikach typu GD, analogicznie jak w klasycznych silnikach ZS, do cylindrów zasysane jest powietrze, a paliwo gazowe i olej napędowy są wtryskiwane pod wysokim ciśnieniem bezpośrednio do komory spalania pod koniec suwu sprężania (ciśnienie oleju 1500 bar, ciśnienie gazu 350 bar). Takie rozwiązanie umożliwia płynną zmianę proporcji miedzy paliwami w szerokim zakresie udział paliwa gazowego można zmieniać od 15 do 95% [7]. Maksymalizacja sprawności EC, optymalny odzysk ciepła Sprawność elektryczna: 45% Sprawność cieplna: 48% Sprawność ogólna: 93% / 36 Wärtsilä Doc.ID: Revision: Status: Rys. 20. Zwiększenie sprawności silnika tłokowego stosowanego do wytwarzania prądu elektrycznego poprzez zastosowanie kogeneracji W zastosowaniach motoryzacyjnych gaz ziemny jest wykorzystywany do zasilania silników spalinowych napędzających zarówno samochody ciężarowe, autobusy jak i małe samochody dostawcze i osobowe. Przykładowy podział pojazdów zasilanych gazem ziemnym jako podstawowym paliwem lub stosowanym w mieszaninie z olejem napędowym w silnikach dwupaliwowych przedstawiono na rysunku 21. Gaz ziemny (CNG) w zastosowaniach motoryzacyjnych może być 16

używany zarówno jako podstawowe paliwo w silnikach ZI stosowanych w samochodach osobowych, dostawczych, autobusach i silnikach przemysłowych lub jako dodatkowe paliwo w silnikach ZS dwupaliwowych, obok oleju napędowego [10-12]. Pojazdy samochodowe zasilane gazem ziemnym mogą być podzielone na: - Mono-Fuel (lub Monovalent),a wiec takie, które sa użytkowane tylko na paliwie gazowym i w tym przypadku regulacja silnika (silnik typu ZI) jest zoptymalizowana do tego paliwa. Czasami takie pojazdy mogą być dodatkowo wyposażone w małe, rezerwowe zbiorniki na benzynę, tak by pojazd mógł dojechać do najbliższego punktu tankowania gazem, - Bi-fuel (lub Bivalent), pojazdy z silnikami ZI, które są zasilane gazem ziemnym lub benzyną, lub innym paliwem o podobnym właściwościach jak np. etanolem (lub jego mieszaninami z benzyną), - Dual-fuel (DF), są to pojazdy z silnikami ZS, które są zasilane mieszaninami gazu ziemnego i oleju napędowego. W tym przypadku udział CNG w mieszaninie może się wahać od 0-80%, - Tri-fuel ( lub nawet Tetra-fuel), te pojazdy wykorzystują połączenie dwu technik, tzn. flex-fuel, czyli silników zasilanych benzyną, mieszankami benzyny z alkoholem o różnej zawartości alkoholu lub CNG. Tego typu pojazdy są szczególnie produkowane i użytkowane w Brazylii. Rys. 21. Przykłady zastosowań silników zasilanych gazem ziemnym i silników dwupaliwowych do napędu pojazdów Według badań przeprowadzonych przez Mbarawę i Miltona w RPA [13] stwierdzono, że udział gazu ziemnego w silnikach DF, w mieszance z olejem napędowym może wynosić nawet do 86% przy niższych prędkościach obrotowych silnika typu DF. 17

Według danych statystycznych publikowanych przez NGV na koniec 2011 liczba samochodów napędzanych CNG na świecie przekracza 15 mln pojazdów. Z tego 2 576 mln pojazdów przybyło tylko w 2011 roku, czyli dwukrotnie więcej niż w 2010 r., co świadczy o szybko rosnącym zainteresowaniu użytkowników tego typu pojazdami. [14]. Pojazdy te mogą być tankowane CNG na prawie 20 000 stacji paliwowych wyposażonych w odpowiednia infrastrukturę do takiego tankowania. 5. Wnioski Gaz ziemny w postaci sprężonej (CNG) lub płynnej (LNG) jest jednym z najlepszych, stosowanych obecnie paliw do silników spalinowych i może być używany zarówno w silnikach o dużych gabarytach stosowanych w energetyce i do napędu statków, w silnikach stosowanych w transporcie kołowym, do napędu samochodów ciężarowych, autobusów i w mniejszych pojazdach do przewozu towarów, jak i samochodach osobowych. Gaz ziemny może być stosowany do zasilania silników ZI, przy zastosowaniu większych stopni sprężania i w efekcie podobnej lub wyższej sprawności w porównaniu do zasilania benzynowego oraz do silników ZS pracujących jako silniki dwupaliwowe. W zastosowaniach motoryzacyjnych CNG jest powszechnie używanym paliwem w silnikach o zapłonie iskrowym ponieważ te jednostki napędowe wymagają stosunkowo niedużych przeróbek do zasilania paliwem gazowym. Atrakcyjność tego paliwa dla użytkowników pojazdów polega głównie na jego niższej cenie rynkowej w porównaniu do benzyny czy oleju napędowego. Jest to również paliwo interesujące z punktu widzenia ekologii transportu, gdyż jego użycie charakteryzuje się niższą emisją związków szkodliwych spalin, a także generuje mniejszą ilość gazów cieplarnianych. Silniki spalinowe zasilane gazem ziemnym mogą również być przystosowane do wykorzystywania LNG. Skroplony gaz ziemny jest szczególnie wykorzystywany jako paliwo stosowane w transporcie morskim, do zasilania dużych silników spalinowych [15] i kołowym, jako paliwo do dużych samochodów ciężarowych. Zastosowanie tego paliwa w transporcie drogowym rozwija się szczególnie w USA, a w Europie w Hiszpanii i Turcji. W przyszłości gaz ziemny może być również wykorzystywany do produkcji paliwa płynnego GTL (gasto-liquid). Paliwo gazowe w postaci ciekłej GTL jest najbardziej ekonomicznie efektywnym paliwem opartym na gazie ziemnym, które może pomóc Unii Europejskiej spełnić jej przyszłe plany w dziedzinie transportu. Planowany 10% udział paliw nieropopochodnych w strukturze rynku paliwowego do 2020 roku jest możliwe do osiągnięcia z zastosowaniem gazu ziemnego, wypełniając część planowanego udziału paliw alternatywnych na rynku paliw silnikowych. Wraz z rozwojem technicznym i ekonomicznym produkcji GTL, to paliwo może pomóc w przyspieszeniu rozwoju silników zasilanych GTL. Ponieważ gaz ziemny pozyskany z naturalnych źródeł nie jest paliwem odwracalnym konieczny jest dalszy rozwój technologii produkcji biometanu dla zapewnienia możliwości szerszego wykorzystania tego paliwa w dłuższym horyzoncie czasowym [16]. Oblicza się,ze rezerwy gazu ziemnego wystarczą na około 60 lat [17], a więc istniej konieczność zastąpienia źródeł naturalnych innym źródłami pozyskiwania gazu ziemnego i metody biologiczne wydają się tu jednymi z najlepszych. Wszystkie wygłoszone referaty, oraz podsumowanie tego seminarium, zostały opublikowane w materiałach konferencyjnych pod tytułem: Seminarium Techniczne Paliwa Gazowe w Energetyce i Motoryzacji ISBN 978-83-931383-2-6 z 13.09.2012, wydanych na płycie CD. 18

Literatura: 1. Klimstra J., Hotakainen M. Smart Power Generation, The Future of Electricity Production, Avain Publishers, Helsinki, ISBN 978-951-692-846-9. 2. Soldner, F.: European Alternative Fuel Strategy. Electromobility in the frame of a European alternative fuels strategy. IAA Frankfurt, 20 September 2011. 3. Bielaczyc, P., Woodburn, J. Global trends in emissions regulation and reduction. Combustion Engines, 2/2012 (149), 94-116, 2012. 4. Bielaczyc, P. (editor) and 21 co-authors. Current and future trends in automotive emissions, fuels, lubricants and test methods - 2012, Proceedings of the 3rd International Exhaust Emissions Symposium,24-25 May 2012, ISBN 978-83-931383-2-6. Combustion Engines, 2/2012 (149). 5. Szczotka, A., Bielaczyc P., Woodburn, J.: The evolution of automotive fuels and fuel test methods in response to emissions and GHG legislation. 2nd International Exhaust Emissions Symposium. Symposium Proceedings on CDRom, 26-27 May 2011, ISBN 978-83-931383-1-9. 6. Bielaczyc, P.: IC Engine Test Method Development Regarding Emissions, Alternative Fuels, Lubricants and Future Trends., Proceedings of the 2nd International Exhaust Emissions Symposium on CDRom, 26-27 May, 2011, ISBN 978-83-931383-1-9. Combustion Engines, 4/2011 (147). 7. Järf, C., Sutkowski, M.: The Wärtsilä 32GD engine for heavy gases, Combustion Engines, Bielsko-Biala, 2009, No. 2/2009, pp. 3-11, ISSN 0138-0346 8. Sutkowski, M., Latvasalo, T.: The Wärtsilä 34DF engine for wide fuel flexibility, Combustion Engines, Bielsko-Biala, 2009, No.2009-SC2, pp.42-48, ISSN 0138-0346 9. Sutkowski, M.: The Wärtsilä 18V50SG the world s biggest four-stroke spark ignited gas engine, 4th PTNSS International Congress on Combustion Engines proceedings, 2011 10. Lim, P.,L.: The effect of Compression ratio on the CNG-Diesel Engine. Dissertation submitted in University of Southern Queensland, Faculty of Engineering and Surveying, Australia, October, 2004. 11. Konigsson, F.: Advancing the Limits of Dual Fuel Combustion. Licentiate thesis, Department of machine Design Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, TRITA MMK 2012:14, ISSN 1400-1179, ISBN 978-91-7501-427-2. 12. Poonia, M.P., at al., Effect of Pilot Fuel Quantity, Injector Needle Lift Pressure and Load on Combustion Characteristics of LPG Diesel Dual Fuel Engine. International Journal of Engineering and innovative Technology (IJEIT) Volume 2, Issue 1, July 2012. ISSN: 2277-3754. 13. Mbarawa, M., Milton, R.,E.: An Examination of the Maximum Possible Natural Gas Substitution for Diesel Fuel in a Direct Injected Diesel Engine. R&D Journal, 2005, 21 (1) Incorporated into The SA Mechanical Engineer. 14. Current Natural Gas Vehicle Statistics. NGV Global, Natural Gas Vehicle Knowledge Base. 2011 NGV Statistics. Available on: www.iangv.org. 15. Andersen, M., L., Clausen, N.,B., Sames, P.,C.: Costs and benefits of LNG as ship fuel for container vessels. Key results from GL and MAN joint study, 2011. 16. Stalhammar, P.: Bio-methane in diesel Engines. Technology overview and influence on emissions and performance. Euro Oil & Fuel 2010. 17. Korakiantis T, et al., Natural-gas fuelled spark-ignition (SI) and compression-ignition (CI) engine performance and emissions. Progress in Energy and Combustion Science (2010), doi: 10.1016/j.pecs.2010.04.002. 19