بخشی از مقاله
چگونگي تغييرات پراكنش آلاينده هاي شاخص ناشي از به كاربري CNG به جاي بنزين و گازوئيل
چکیده
آلودگی محیط زیست و کیفیت هوا مسئله اي است که از سال ها قبل در جوامع بشري مطرح بوده و همواره به عنوان یک عامل تهدید کننده پیش روي انسان قرار داشته است. مرگ بیش از 4000 نفر در سال 1952 در شهر لندن بر اثر مه دود فتوشیمیایی از جمله وحشتناکترین حوادثی است که تا به حال در اثر آلودگی هوا رخ داده است. این حادثه و حوادث مشابه باعث شد تا توجه جهانی به سمت حفاظت از محیط زیست و مسائل ناشی از آن جلب شده و بسیاري از کشورهاي صنعتی و پیشرفته، تحقیقات و برنامه هاي علمی گسترده اي را جهت کنترل آلاینده هاي مضرآغاز نمایند. در این راستا بحث جایگزینی سوخت هاي پاك ،از جمله گاز طبیعی به جاي سوخت هاي متداول نفتی و ذغال سنگ، به عنوان راهکاري در جهت کاهش میزان آلاینده هاي ناشی از احتراق مطرح گردید.
استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوختی با آلودگی محدود می تواند بسیاري ازمشکلات ناشی از آلودگی هاي زیست محیطی را برطرف نماید. در این مقاله CNG به عنوان یک سوخت در وسایل نقلیه به طور کامل معرفی گشته و مزایاي آن از جنبه هاي مختلف اقتصادي، فنی ایمنی و زیست محیطی مورد بررسی قرار گرفته است.
در این مقاله سعی شده با تمرکز بر روي مزایاي زیست محیطی CNG، میزان پراکنش آلاینده هاي شاخصدر سوخت هاي فسیلی
بیان می گردد، تا با مقایسه آنها و CNG، ضرورت استفاده از این سوخت پاك هرچه بیشتر آشکار گردد.
کلمات کلیدي :سوخت، CNG ، پراکنش آلاینده ، بنزین ، گازوئیل .
مقدمه
آلودگی شهر هاي بزرگ از بزرگترین مشکلات حیاتی شهروندان است و از این رهگذر خسارت هاي زیان آوري بر سلامت جسمی و روحی شهروندان وارد می شود. اتومبیل ها یکی از منابع اصلی آلودگی در شهر هاي پر جمعیت جهان هستند. بر اساس مطالعات انجام گرفته سهم بخش حمل و نقل در انتشار آلاینده هاي مختلف حدود 60-70 درصدستا و این سهم نیز عمدتاً ناشی از مصرف سوخت هاي فسیلی است. گازهاي خروجی اگزوز خودروهاي بنزینی مخلوطی از آلاینده هایی نظیر CO ، NOx ، SO2 ، HC می باشد که به همراه ترکیبات سرب در بنزین پس از احتراق در موتور، در فضا منتشر می شود. در خودروهاي گازوئیلی نیز، گازهاي اگزوز شامل انواع آلاینده ها است که NOx ، PM و SO2 از مهمترین آن ها می باشند.
به منظور کاهش مقدار گازهاي آلاینده ي منتشره از اگزوز خودروها، راه حل هاي گوناگونی از جمله استفاده از سوخت هایی با آلودگی کمتر پیشنهاد شده است. لذا از مدت ها قبل، کارشناسان بررسی زیادي روي این موضوع انجام داده اند کهنتیجه آن به وجود آمدن تکنوژيل استفاده از سوخت هاي جایگزین نظیر گاز طبیعی می باشد. استفاده از گاز طبیعی به صورت سوختی با آلودگی کم، نسبت به بنزین و گازوئیل ، به صورت روز افزون در سطح دنیا در حال افزایش است. به طوري که طبق برنامه ریزي انجام شده، در آمریکا تا سال 2010 ،30 درصد از وسایل نقلیه در این کشور با سوخت CNG کار خواهند کرد.
معرفی گاز طبیعی
گاز طبیعی سوختی فسیلی استاین. سوخت به صورت گاز و یا گاز همراه چاههاي نفت ویا مایعات حاوي گاز از چاه ها استخراج می گردد.گاز طبیعی به عنوان یک سوخت فسیلی طبیعی داراي مخازن جداگانه می باشد و یا اینکه همراه با نفت خام در مخازن عمیق در زیر زمین قرار دارد. این مخازن تقریبا به فواصل 3000-1500 فوت زیر سطح زمین قرار دارند.گاز چنانچه در نفت خام حل شده باشد گاز محلول (Solution Gas)نا مارد و اگر در تماس مستقیم با نفت از گاز اشباع شده، باشد گاز همراه
( (Associated gasنام دارد. گاز طبیعی یک سوخت نفتی محسوب نمی شود واز ترکیبات ساده ي هیدروکربنی تشکیل می شود. بخش عمده ي گاز طبیعی توسط CH4 (متان)تشکیل شده استاما. داراي مقادیر ناچیزي C2H6 (اتان)، C3H8 (پروپان)، C4H10 (بوتان) و )C5H12پنتان) می باشد.جدول 1 اجزاء تشکیل دهنده ي گاز طبیعی را نشان می دهد.
•کتهن قابل توجه اینکه مقادیر تشکیل براي چاه هاي مختلف متفاوت است. براي مثال گاز سرخس 98% متان و یا 7% نیتروژن دارد.
گاز طبیعی از مرحله اکتشاف و استخراج تا مرحله ي مصرف بهفرایند خیلی کمی نیاز دارد. این در حالی است که دیگر سوخت ها مثل بنزین و گازوئیل باید در فرایندهاي طولانی و پیچیده و سنگین در پالایشگاه ها از نفت خام گرفته شوند.گاز طبیعی سوختی
با احتراق پاك و تمیز می باشد و با شعله اي کم رنگ و نسبتا روشن می سوزد.این گاز در حالت طبیعی بی رنگ و بی بو و غیرسمی است.اگر چه گاز طبیعی گازي بی بواست اما همواره موادي مانند" اتیل مرکاپتان" به عنوان ماده معطر به آن اضافه می شود تا بتوان نشت آن را تشخیص داد.چگالی گاز طبیعی حدودا 0.57 است. این عدد نشان می دهد که گاز طبیعی از هوا سبک تر است و در نتیجه هنگام نشت به سمت بالا حرکت می کند و در سطح زمین تجمع نمی یابد. همچنین درجه خود اشتعالی گاز طبیعی حدود 649 است که 315 درجه بالاتر از درجه خود اشتعالی بنزین می باشد.ارزش حرارتی هر متر مکعب از آن تقریبا معادل ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفید می باشد.
گاز طبیعی به عنوان سوخت در وسایل نقلیه :(CNG)
CNG مخفف Compressed Natural Gas می باشد. NG همان گاز طبیعی است که ما روزانه آن را در خانه، محل کار خود و یا کارخانجات با فشار پایین استفاده می کنیم.بدیهی است ذخیره سازي گاز در چنین فشاري به واسطه ي حجم زیاد مورد نیاز از آن به صرفه نیست.همچنین گاز طبیعی در مقایسه با سوخت مایع داراي انرژي دانسیته کمتري می باشد. در نتیجه هنگامی که گاز طبیعی به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد آن را در سرماي شدید متراکم می کنند. در این صورت نه تنها انرژي دانسیته ي گاز افزایش خواهد یافت، بلکه در یک حجم ثابت مقدار بیشتري از گاز در دسترس خواهد بود ودر صورت استفاده در خودرو زمان تجدید سوخت گیري طولانی تر خواهد شدلذا. اگر گاز طبیعی را تا فشار حدوداً 3000 -3600 psi و یا 200 -220 bar فشرده نمایند، CNG خواهیم داشت.CNG با فشرده سازي گاز طبیعی تا حدود 75%ساخته می شود و از لحاظ ترکیب شیمیایی هیچ تفاوتی با گاز طبیعی ندارد و دقیقا همان سوختی است که در خانه ها و ادارات براي مصارف مختلف استفاده می شود. گاز طبیعی فشرده شده یکی از مناسب ترین و در دسترس ترین جانشین هاي بنزین به شمار می آید و از آن به عنوان یک سوخت پاك و تا حد بسیار زیادي عاري از آلاینده هاي زیست محیطی یاد می شود.چرا که خروجیاگزوز خودروهاي CNG سوز شامل بخار آب و CO2 و جزء کوچکیCO می باشد، که در مقایسه با دیگر سوخت ها بسیار بیشتر حافظ محیط زیست است. CNG غیر سمی و تهی از سولفور و سرب است و استفاده از آن سبب کاهش چشمگیر مواد مضر منتشره از موتور وسایل نقلیه می گردد.مقادیر بالاي متان در گاز طبیعی باعث،عدد اکتان بالا (حدود 120 الی 130 )، تمیز سوختن آن،بازده ي بالاي موتوروسیله ي نقلیه و پراکنش خیلی کم در وسایل نقلیه ي CNG سوز می گردد.
تاریخچه مصرف گاز طبیعی در وسایل نقلیه و کاربرد کنونی:
در سال 1860 ان.اتی لینور (Etienne Lenoir) از فرانسه در یک طرح زمایشیآ موتوري ساخت که به وسیله گاز زغال سنگ
(Coal Gas) شروع به کار کرد. این ازگ زغال سنگ در داخل کیسه ها و مخزن هاي پلاستیکی و پلیمري((Rubber Bladder ذخیره می شد. این گاز یکی از محصولاتی بود که در جریان تولید کک ایجاد و به طور عمده از متان که جزء اصلی تشکیل دهنده ي گاز طبیعی است و مقداري هیدروژن تشکیل می شد .در سال 1862لینور وسیله نقلیه اي ساخت که به وسیله ي موتوري که ساخته بود شروع به کار و حرکت نمود.
سالیان سال است که بنزین زوئیلگا به عنوان سوخت هاي اصلی بخش حمل و نقل در بسیاري از کشورها از جمله ایران مورد استفاده قرار می گیرند.در حالیکه مصرف این سوخت ها علاوه بر تحمیل هزینه هاي مستقیم گزاف ناشیاز تامین آنها موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی مختلف می شوند، که به نوبه خود باعث ایجاد صدمات زیست محیطی و تحمیل هزینه هاي غیر مستقیم می گردند. این امر سبب شد کشورهاي مختلف با توجه به ساختار نظام اقتصادي خود، منابع اولیه و امکان دسترسی ارزانتر و ساده تر به انواع سوخت ها وهمچنین شرایط جوي و زیست محیطی به سیاست گذاري و تدوین برنامه ها در مساله تامین سوخت در بخش حمل ونقل بپردازند.
تلاشهاي در جهت جایگزینی یک سوختمناسب به جاي بنزین و گازوئیل که علاوه بر تامین انرژي مورد نیاز دوستدار محیط زیست نیز باشد صورت گرفت. براي مثال از سال 1920در ایتالیا گاز طبیعی به عنوان سوخت خودروها به کار گرفته شد و این امر پس از جنگ جهانی دوم شدت گرفت و جنبه ي تجاري نیز پیدا کرد. در امریکا وسایل نقلیه ي گاز سوز قبل از سال 1980 شروع به کار کردند. در ایران نیز براي اولین بار در سال 1356طرح استفاده از گاز طبیعی در خودروها به صورت آزمایشی در شهرستان شیراز با تبدیل 1200 دستگاه تاکسی پیکان به اجرا در آمد. به همین منظور دو دستگاه سوخت گیري جهت سرویس دهی به خودروها ایجاد گردید . در مشهد نیز در سال 1367دو دستگاه سوخت گیري گاز طبیعی شروع به فعالیت نمود و حدود 600 دستگاه تاکسی گاز سوز شدند. در تهران شرکت اتوبوسرانی در سال 1371 تحقیقاتی را جهت گازسوز کردن اتوبوس هاي درون شهري آغاز نمود.این پروژه در سال 1375 اغاز و در سال 1380 به بهره برداري رسید. در این راستا طی سال هاي اخیر گسترش استفاده از سوخت هاي جایگزین به خصوص CNG بیش از گذشته مدنظر قرار گرفته است. شکل 1 تعدادایستگاههاي سوخت گیري CNG و شکل 2 تعداد خودروها را تا پایان سال 2007 در کشورهاي مختلف نشان می دهد.(منبع: سازمان بهینه سازي مصرف سوخت)
مزایاي CNG به عنوان سوخت در وسایل نقلیه نسبت به بنزین و گازوئیل:
استفاده از بنزین و گازوئیل به عنوان سوخت اصلی در بخش حمل و نقل در اکثر کشورها از جمله ایران مسائل و مشکلات وتنگناهاي خاصی را به دنبال داشته است. لذاکشورهاي مختلف همواره به دنبال جایگزینی مناسب براي این دو سوخت بوده اند. طی سال هاي گذشته سیاست هاي مختلفی جهت جایگزین کردن سوختهاي مناسب تر و با صرفه تر مانند CNG اتخاذ گردیده است که بخشی از انها تحقق یافته اند. جایگزینی CNG به عنوان سوخت در خودروها مزیت هاي زیادي به دنبال خواهد داشت. به طور کلی مزیت هاي استفاده از CNG به عنوان سوخت در وسایل نقلیه به چهار دسته اصلی تقسیم بندي می گردند(جدول :(2
الف- مزایاي اقتصادي:
یکی از علل اصلی افزایش تمایل براي استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت در خودرو ها صرفه ي اقتصادي آن می باشد. با توجه به اختلاف قیمت بین CNG و بنزین و با توجه به میزان مناسب انرژي تولیدي توسط CNG، استفاده از آن در خودروها از هر لحاظ به صرفه است. یکی از علل این اختلاف قیمت ذخایر زیرزمینی فراوان گاز طبیعی می باشد.این مسئله در ایران شهود بهتري می یابد چرا که ایران با دارا بودن حدود 16 درصد از کل ذخایر گاز طبیعی به عنوان دومین کشور دارنده این سوخت در دنیا مطرح می باشد . شکل 3کشورهاي دارنده بیشترین ذخایر گاز طبیعی به همراه میزان سهم آن ها را نشان می دهد.
استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت وسایلنقلیه باعث صرفه جویی اقتصادي چشمگیري به صورت ریالی و ارزي به علت قطع یا کاهش واردات بنزین خواهد شد. در این صورت علاوه بر استفاده از ذخایر عظیم گاز در داخل کشور کاهش شدید وابستگی به نفت را شاهد خواهیم بود.این مسئله در نهایت باعث حفظ ذخایر نفتی شده و می تواند در طولانی مدت جهش اقتصادي کشور را باعث شود.
یکی از موارد دیگري که می تواند به عنوان مزیت اقتصادي در استفاده از CNGمطرح گردد مسئله قاچاق سوخت است. قاچاق سوخت ومقدار ملاحظه آن در کشور و به خصوص در مناطق مرزيهمواره به عنوان یک معضل مهم مطرح بوده است. استفاده از واعان سوخت ها که امکان حمل و نقل آن به راحتی میسر نباشد به عنوان یک راه حل مناسب براي پیشگیري از قاچاق مفید خواهد بود. لذا استفاده از CNG به خاطر خاصیت گازي آن باعث عدم امکان قاچاق سوخت و یا سختی قاچاق در مقایسه با بنزین می گردد.
ب - مزایاي فنی :
گاز طبیعی سوختی با احتراق پاك وتمیز و بهینه است که سبب افزایش عمر موتور و کاهش تعمیرات ان می گردد. تعویض شمع در موتور هاي بنزینی تا 32 هزار کیلومتر دوام دارد ولی در موتور هاي گاز سوز این عدد به 120 هزار کیلومتر افزایش می یابد.
یکی دیگر از مزایاي CNGنسبت به بنزین وگازوئیل عدد اکتان بالاتر ان می باشد. عدد اکتان CNG ،130می باشد در حالی که عدد اکتان بنزین 87 می باشد. اکتان بالا مقاومت سوخت را در برابر ضربه افزایش می دهد خواص ضد ضربه اجازه می دهد که از
یک نسبت تراکم و راندمان بالاتري برخوردار باشیم.
