Баллон сменил галлон

По данным Международной газомоторной ассоциации, в 2010 году в мире ежедневно производилось 4 тыс. автомобилей, работающих на природном газе, и вводилось в строй 8 газовых заправочных станций. Мировой парк автомобилей на компримированном (сжатом) природном газе сейчас превышает 13 млн. Однако в России уровень использования газа как моторного топлива остается на одном из последних мест в мире. Что парадоксально, ведь по разведанным запасам этого топлива и объемам поставок на мировой рынок наша страна является лидером.

Топливом для первого в мире двигателя внутреннего сгорания, запатентованного бельгийским изобретателем Этьеном Ленуаром в 1895 году, был именно газ. Правда, это был светильный газ, получаемый в газогенераторах путем коксования угля. Впрочем, примерно на треть светильный газ состоит из метана, так что метан имеет полное право претендовать на звание первого моторного топлива — как и водород, который составлял примерно половину светильного газа. На светильном газе работали и двигатели Николауса Отто, которые отличались от сконструированных Ленуаром наличием такта сжатия, повысившего эффективность. Однако тяжелый газогенератор затруднял применение двигателя на транспорте. Поэтому Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах в поисках более компактного решения перешли на питание двигателя бензином, который распылялся и смешивался с воздухом в специальном устройстве — карбюраторе.

Бензин в итоге стал самым массовым видом топлива для автомобилей, потому что его было гораздо проще доставлять потребителю и хранить, в том числе в автомобиле. Однако на современном уровне развития техники проблемы с хранением становятся решаемыми и не заслоняют достоинств природного газа. А их достаточно. Прежде всего его не нужно перерабатывать. Даже при использовании современных технологий из тонны нефти получается около 700-750 кг моторного топлива различных видов, в том числе бензина. Однако для этого нужно сложное и дорогостоящее оборудование.

Примерно так же дело обстоит и с водородом. Он обеспечивает абсолютную чистоту выхлопа двигателя внутреннего сгорания и может использоваться для получения электричества в топливных элементах, но процесс производства водорода требует затрат энергии, да и его транспортировка и хранение также требуют специальных технологий.

Впрочем, тут природный газ находится с водородом почти в равных условиях. Температура его кипения — -161,6°C. Хранить его в сжиженном виде сложно, и для использования на автомобилях его закачивают в баллоны под высоким давлением — до 250 атмосфер. Его сжатие производится непосредственно на автомобильной газонаполнительной компрессорной станции. Для компримированного природного газа (КПГ) требуются чрезвычайно прочные баллоны — сейчас их изготавливают из композитных материалов, поэтому они стали легче и компактнее, чем прежде. Обычный же стальной баллон для хранения 50 л сжатого природного газа весит около 100 кг!

О вреде компромиссов

Октановое число природного газа достигает 120-130 единиц, так что теоретически двигатель на нем может иметь более высокую степень сжатия, чем бензиновый. Теплота сгорания метана также выше, чем у бензина, на 9%. Таким образом, двигатель может быть более эффективным. Однако на деле этого не происходит, поскольку практически всегда автомобиль может работать не только на КПГ, но и на бензине. Но компромиссы часто означают "ни вашим ни нашим", и этот случай не исключение: двигатель, предназначенный для работы на двух разных видах топлива, на любом из них работает хуже, чем если бы оно было единственным. А все современные модели представляют собой модифицированные бензиновые, которые дооборудованы аппаратурой для подачи газа и баллоном.

Например, 1,4-литровый мотор Fiat Punto Evo в версии Natural Power развивает 70 л. с. вместо 77 в чисто бензиновом варианте. Автомобиль Natural Power уступает по всем характеристикам бензиновому варианту: максимальная скорость ниже, расход бензина при его использовании выше. Не удивительно, ведь газовая версия из-за наличия баллона, рассчитанного на 84 л (около 13 кг) КПГ, и газовой аппаратуры весит на 145 кг больше бензиновой. Зато при движении на газе выбросы углекислого газа снижаются до 115 г/км — меньше получается только у Punto с суперсовременным дизелем Multijet и системой Start & Stop, которая глушит мотор при остановке.

Главное на сегодня достоинство КПГ — экологичность. При сгорании метана образуется меньше вредных веществ. Не случайно его используют в кухонных плитах без всякой дополнительной очистки "отработавших газов". За экологичность приходится платить: автомобили, рассчитанные на использование двух видов топлива, стоят заметно дороже. Fiat Punto Evo Natural Power в Европе обойдется в €16,5 тыс.— на €3 тыс. дороже, чем бензиновый автомобиль в той же комплектации. Почему же их покупают? Стоимость КПГ заметно меньше, и, по расчетам Volkswagen, пробег в 100 км обойдется хозяину модели Touran EcoFuel меньше чем в €5, ведь средняя стоимость КПГ чуть ниже €1 за 1 кг. Бензин сегодня стоит в Германии более €1,5 за 1 л, так что обычный Touran потратит на тот же пробег €9,9 — вдвое больше! Но все же чтобы окупить повышенную цену EcoFuel, необходим пробег в 44 тыс. км. Поэтому основными потребителями таких автомобилей Volkswagen видит профессионалов, в частности таксистов. Для них менее актуальна и другая проблема — небольшое число автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). В Германии всего 891 станция, где можно заправиться КПГ. Притом что сжиженным газом можно заправиться на 6271 станции, а АЗС с бензином и дизельным топливом — около 12 000.

Инфраструктурная проблема

В России ситуация еще хуже. В Германии парк автомобилей на КПГ насчитывает около 85 тыс. единиц, то есть на каждые 100 машин приходится одна станция. У нас развитие сети АГНКС началось еще в 1980-е годы, однако сегодня в РФ насчитывается 250 АГНКС — в среднем одна станция на 400 потенциальных потребителей. И во многих городах, а то и целых регионах есть только одна точка, где можно заправиться КПГ. Профильный сайт www.agnks.ru сообщает только о четырех станциях в Москве — все они на МКАД.

АГНКС сложнее по устройству, чем обычная АЗС: здесь стоят компрессоры, которые доводят давление газа из обычного газопровода до необходимых 200-250 атмосфер. В принципе метан относительно безопасен: он легче воздуха и легко рассеивается в атмосфере. Однако при таком давлении опасен любой газ: при повреждении части баллона или другого оборудования осколки разлетаются с огромным ускорением. Именно от осколков должны защищать перегородки, установленные между заправочными постами на АГНКС.

Стоимость небольшой АГНКС, рассчитанной на заправку нескольких десятков автомобилей в сутки, начинается с 250 тыс. рублей, поэтому ее приобретение экономически оправданно только при наличии хотя бы небольшого парка автомобилей. Установка газового оборудования на машину обходится в 20-50 тыс. рублей, и при этом даже современные баллоны все-таки отнимут заметный объем в багажнике и увеличат массу машины. Для легкового автомобиля это иногда критически важно. Именно поэтому наиболее привлекателен переход на КПГ для коммерческого транспорта с его предсказуемыми маршрутами, значительными пробегами и сравнительно большим расходом топлива. Важны и большие размеры самих автомобилей. Хотя и в этих случаях для баллонов иногда приходится искать место. Например, в автобусах баллоны часто ставят на крыше.

Тем не менее дешевизна природного газа стимулирует быстрое увеличение числа работающих на нем автомобилей. Лидируют в этом направлении не слишком богатые страны, в которых или в соседних с ними регионах имеются значительные запасы природного газа. В Иране и Пакистане парк автомобилей на КПГ в конце 2010 года превысил 2 млн и 2,5 млн соответственно, в Аргентине и Бразилии превышает 1,5 млн. А в России не дотягивает до сотни тысяч и при этом уменьшается. Однако экологическая составляющая учитывается и в более богатых государствах — в США правительственные ведомства обязаны закупать такие автомобили.

Взгляд в будущее

Уже сейчас любой желающий может дополнить автомобиль оборудованием для работы на природном газе. А многие производители уже предлагают специальные версии своих моделей. Примерами могут служить упомянутые выше Fiat и Volkswagen. Оригинальный путь выбрала Audi: она проводит в жизнь специальную программу Balanced Mobility, в рамках которой планирует комплексное решение. Компания закупила несколько ветровых турбин, смонтировала в Северном море, и вырабатываемое ими электричество используется в добыче метана.

Впрочем, не все автопроизводители рассматривают газ как самое перспективное альтернативное топливо. Nissan, который первым в мире выпустил на рынок семейный электромобиль LEAF, считает необходимым сконцентрироваться именно на направлении электромобилей. Volvo сочла, что природный газ оптимален только для коммерческих автомобилей. Это же направление развивает и Daimler. Свой взгляд на использование газа как моторного топлива и у нефтегазовых компаний. Например, Shell разработала технологию получения из газа синтетическогого дизеля и уже производит его на заводе в Катаре (подробнее об этом производстве можно прочесть на стр. 6).

Кажется, единообразию подходов, царившему в автомобилестроении почти целый век, приходит конец. Однако у природного газа есть мощное преимущество: он не потребует существенного изменения конструкции автомобилей, и перевести на него можно даже уже существующий парк.