بررسی آثار گازسوز كردن خودروها

یكی از مشكلات موجود در كشور, مصرف زیاد سوخت های بنزین و گازوئیل است كه علاوه بر آلوده كردن هوای شهرها, سالانه هزینه های ارزی بسیاری بر اقتصاد ما تحمیل می كند در صورتی كه خودروها با همین كیفیت ساخته شوند و هیچ گونه بهینه سازی در موتورها و در مصرف سوخت صورت نگیرد

یكی از مشكلات موجود در كشور، مصرف زیاد سوخت‏های بنزین و گازوئیل است كه علاوه بر آلوده كردن هوای شهرها، سالانه هزینه‏های ارزی بسیاری بر اقتصاد ما تحمیل می‏كند. در صورتی كه خودروها با همین كیفیت ساخته شوند و هیچ گونه بهینه‏سازی در موتورها و در مصرف سوخت صورت نگیرد، تا چند سال آینده تعداد خودروها به چند برابر افزایش خواهد یافت، هزینه‏های ارزی برای تامین انرژی موردنیاز خودروها و میزان آلودگی هوای شهرها رشد سرسام‏آوری خواهد كرد. اگر بتوان گاز طبیعی را جایگزین سوخت‏هایی مانند بنزین و گازوئیل در خودروها-به خصوص خودروهای عمومی-كرد، سالانه صرفه‏جویی ارزی قابل ملاحظه‏ای به عمل خواهد آمد.

براساس آخرین آمار منتشره، ذخایر تثبیت شده گاز طبیعی جهان در سال ۲۰۰۱ با ۳/۳ درصد افزایش نسبت به سال قبل به ۱۵۵ تریلیون متر مكعب بالغ شد و كشورهای روسیه و ایران به ترتیب با داشتن ۷/۳۰ و ۷/۱۶ درصد از این میزان، بزرگترین ذخایر گازی جهان را در اختیار دارند.

میزان ذخایر گاز قابل استحصال كشور در پایان سال ۱۳۸۰ بالغ بر ۵/۲۶ تریلیون مترمكعب بوده است.

این ارقام به خوبی نشان از اهمیت راهبرد توسعه بهره‏برداری از گاز طبیعی –چه در زیربخش‏های اقتصاد ملی و چه در بخش صادرات-دارد.

به علاوه از آنجا كه در یك دهه گذشته، رویكرد جهانی به كاهش آلاینده‏های محیط زیست وارد مرحله نوینی شده، گسترش استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوختی پاك، در دستور كار بیشتر كشورهای جهان قرار گرفته است. به این ترتیب و براساس پیش‏بینی‏ها، نرخ رشد مصرف گاز طبیعی در قرن ۲۱ بالاترین نرخ رشد را در مقایسه با نرخ رشد مصرف سایر حامل‏های انرژی خواهد داشت تا آنجا كه قرن ۲۱، قرن گاز نامیده شده است.

در حال حاضر مهمترین محور گسترش مصرف گاز طبیعی در داخل كشور،‌ توسعه انتقال گاز به شهرها و روستاهاست. به موازات آن، اتفاق مهم دیگر ایجاد زیرساخت و ساختارهای لازم برای استفاده از سوخت گاز طبیعی در بخش حمل و نقل است، به این ترتیب كه سوختی نسبتاً ارزان به نام CNG در اختیار مصرف‏كنندگان قرار گیرد كه در كاهش سطح آلودگی هوا نیز نقش مهمی خواهد داشت.

سابقه استفاده از موتورهای گازسوز به چند دهه قبل برمی‏گردد. اولین فعالیت مهم برای گازسوز كردن موتورهای درو نسوز در سال ۱۹۳۰ در امریكا انجام شد.

تمایل به گازسوز كردن موتورها در اوایل دهه ۵۰ میلادی افزایش یافت؛ تا این كه مرتفع شدن مسائلی از قبیل سوخت نامناسب، تجهیزات ناقص و نیز گرانی گاز، استفاده از گاز در موتورهای درونسوز را جدی كرد.

از آن زمان تاكنون طرح‏های متنوعی برای گازسوز كردن موتورهای احتراق داخلی ارائه شده است. مهمترین مزایای استفاده از سوخت‏های گازی در موتورهای احتراقی عبارتند از:

صرفه‏جویی در سوخت و روغن موتور

كاهش آلودگی محیط زیست

كاهش هزینه‏های نگهداری موتور

در كشور ما نیز CNG جایگزین بسیار مناسبی است زیرا:

در بیشتر مناطق كشور در دسترس است.

بسیار پاك می‏سوزد و كمترین آلایندگی را دارد.

بسیار ارزان و باصرفه است.

هزینه مصرفی كمتری بر اقتصاد تحمیل می‏كند.

در طول چهار دهه گذشته به علت افزایش جمعیت و مصرف روزافزون انرژی، آلودگی هوای شهرهای بزرگ، اتكای بیش از حد به نفت و كاهش ذخایر نفتی، تلاش‏های بسیاری برای تنوع بخشیدن به انرژی و سوخت‏های جایگزین در جهان صورت گرفته است.

گاز طبیعی یكی از انواع انرژی بود كه به دلیل داشتن كیفیت مناسب و ویژگی‏های خاص به عنوان یكی از سوخت‏های جایگزین شناخته شد. در طول ۲۰ سال گذشته فعالیت‏های بسیاری برای دستیابی به مخازن گاز طبیعی صورت گرفت و با كشف مخازن عظیم گاز طبیعی، سهم گاز طبیعی در تامین انرژی موردنیاز كشور روز به روز افزایش یافت؛ به طوری كه در سال ۱۳۷۲ سهم گاز طبیعی به ۸/۳۲ درصد رسید و سهم نفت خام در تامین انرژی در این سال كاهش یافت و در سال ۱۳۷۳ نیز سهم گاز طبیعی برای مصرف داخلی روزانه به ۹۶ میلیون مترمكعب رسید. این میزان مصرف گاز طبیعی معادل ۸۵۰ هزار بشكه نفت خام برای پالایش است. در سال‏های بعد میزان مصرف گاز طبیعی در كشور سیر صعودی پیدا كرد.

همان گونه كه ذكر شد، میزان ذخایر گاز قابل استحصال كشور در پایان سال ۱۳۸۰ بالغ بر ۵/۲۶ تریلیون مترمكعب بوده است. مصرف داخلی گاز طبیعی در این سال معادل ۶۸ میلیارد مترمكعب بود كه ۶/۳۲ درصد آن به بخش خانگی-تجاری و عمومی، ۹/۱۳ درصد به بخش صنعت، ۱/۳۶ درصد به نیروگاه‏ها، ۳/۴ درصد به پالایشگاه‏ها، ۸/۸ درصد به پتروشیمی و ۲/۴ درصد به حمل و نقل، سوخت شركتی، گازهای اسیدی و تخلیه اختصاص داشت.

براساس آمار تا سال ۲۰۰۱، یك میلیون و ۸۵۰ هزار خودرو در جهان گازسوز شده‏اند و در مجموع چهار هزار ایستگاه سوختگیری در جهان وجود دارد.

هم اكنون در ۱۴ كشور بیش از ۱۰ هزار خودرو تبدیل به گازسوز شده‏اند. خودروهایی كه موتور آنها فقط با گاز CNG كار می‏كند، مواد آلاینده كمتری نسبت به خودروهای تبدیل شده به وجود می‏آورند اما هزینه آنها بیشتر است.

یكی از مشكلات اساسی كشورهای در حال توسعه، تبدیل و CNG‌سوزكردن نادرست خودروها و استفاده از كیت و سیلندر نامرغوب است.

حجم ذخایر اثبات شده و قابل استحصال گاز طبیعی در جهان بالغ بر ۵۴۵۰ تریلیون فوت مكعب است كه ایران ۹۲۹ تریلیون فوت مكعب یعنی ۱۷ درصد از این ذخایر اثبات شده را در اختیار دارد. با درنظر گرفتن ارقام كنونی ذخایر قابل استحصال این سوخت هیدروكربوری، منابع كشف شده گاز طبیعی پاسخگوی حدود ۶۳ سال مصرف گاز در جهان و افزون بر ۴۰۰ سال مصرف گاز در سطح كنونی در ایران است.

سوخت گازی كه در خودروها استفاده می‏شود، از تنوع بسیاری برخوردار است. در صنعت از دو نوع سوخت گازی CNG، LPG استفاده می‏شود كه هر یك از آنها با توجه به شرایط موجود برای خودرو انتخاب می‏شوند.

سوخت CNG (Compressed natural gas) با فشردن گاز طبیعی (معمولاً متان) در فشارهای بالا به دست می‏آید این گاز، سوخت ایده‏آل خودروست اما تهیه و استفاده مناسب از آن به تكنولوژی و تجهیزات پیچیده‏ای نیاز دارد.

سوخت LPG (Liquefied petroleum gas) تركیبی از پروپان و بوتان است كه می‏تواند در فشارهای پایین به مایع تبدیل شود. به كارگیری آسان این سوخت، آن را به عنوان بهترین سوخت گازی خودروها مطرح كرده است.

از جمله مزایای دیگر گاز مایع، بالا بودن عدد اكتان آن است. گاز مایع مخلوطی از گازهای مختلف است و از این رو نمی‏توان برای آن عدد اكتان دقیقی را بیان كرد اما اندازه‏گیری‏های عدد اكتان برای گازهای تشكیل‏دهنده گاز مایع نمایانگر بالاتر بودن این عدد نسبت به بنزین است.

ویژگی دیگر گاز مایع به عنوان سوخت خودرو، بالا بودن ارزش حرارتی آن در مقایسه با بنزین است.

در طرح قبلی گازسوز كردن خودروها، از گاز مایع به عنوان سوخت خودروها استفاده می‏شد كه این سوخت به لحاظ آلایندگی زیست محیطی و همچنین هزینه حمل و انتقال آن از بنادر به نقاط مصرف، شرایطی همانند بنزین داشت بنابراین اجرای این طرح متوقف شد. در طرح جدید، از گاز طبیعی CNG به جای بنزین در خودروها استفاده می‏شود كه این روش دارای تكنولوژی ۲۵ ساله است.

استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت خودروها دارای مزیت‏های بسیاری است. قیمت گاز طبیعی در مقایسه با بنزین بسیار پایین بوده و به لحاظ ایجاد آلاینده‏های زیست محیطی، سوختی استاندارد است و آلودگی زیست محیطی ایجاد نمی‏كند. دولت سالانه بیش از یك میلیارد دلار بنزین وارد می‏كند كه اگر این میزان سرمایه‏گذاری در بخش گاز طبیعی صورت گیرد، از یك سو به دلیل وفور آن در كشور و مزایای فراوان این طرح و از سوی دیگر به دلیل شرایط دشوار صادرات گاز كشور، می‏تواند كمك بزرگی به اقتصاد مملكت باشد.

گاز طبیعی در مقایسه با سایر سوخت‏های فسیلی متداول، پایین‏ترین ارزش حرارتی را دارد و برخلاف سایر هیدروكربورها قابل تبدیل به مواد با ارزش افزوده بالا نیست.

گاز طبیعی به صورت مستقل و یا همراه با نفت خام یا مایعات گازی از چاه‏ها استحصال می‏شود و به طور عمده از متان تشكیل شده و حاوی مقادیر ناچیزی اتان، پروپان، بوتان و پنتان است. در حال حاضر عمده‏ترین مصرف آن در شبكه گازرسانی شهری است و برای استفاده در بخش حمل و نقل بسیار به صرفه است. علاوه بر این با استفاده از گاز طبیعی به جای سوخت‏های فسیلی، انتشار آلودگی‏های ناشی از مصرف سوخت‏های فسیلی قطع می‏شود و در هزینه‏ها نیز صرفه‏جویی خواهد شد.

سوخت CNG در ایران

ایران به لحاظ ویژگی‏های زیر، یكی از گزینه‏های مناسب برای به كارگیری CNG‌ به عنوان سوخت مورد استفاده در خودروهاست:

دارای دومین ذخایر گاز جهان است.

جزء تولیدكنندگان عمده گاز جهان است.

دارای شبكه گسترده خط لوله گاز است كه نصب جایگاه سوخت رسانی در سرتاسر كشور را میسر می‏كند.

به علت طراحی قدیمی و عمر بالای خودرو، مصرف سرانه سوخت خودروهای ایران (در ازای هر خودرو) در مقایسه با معیار متوسط جهانی بسیار زیاد است.

نرخ داخلی گاز طبیعی ایران بسیار ارزان است.

بالاترین نسبت مصرف گاز به كل سوخت‏ها را در جهان دارد.

در ایران برای اولین بار در سال ۱۳۵۶ طرح استفاده از گاز طبیعی در خودروها به صورت آزمایشی در شهرستان شیراز با تبدیل ۱۲۰۰ دستگاه سواری به مرحله اجرا درآمد. به همین منظور دو ایستگاه سوخت‏گیری CNG برای سرویس‏دهی به این خودروها ایجاد شد. هم اكنون نیز یك ایستگاه سوخت‏گیری و ۵۰۰ خودرو در شیراز فعال هستند و قیمت فروش گاز طبیعی برای هر بار شارژ معادل ۱۰ مترمكعب گاز ۵۵۰ ریال است. در مشهد نیز دو ایستگاه سوخت‏گیری گاز طبیعی در سال ۱۳۶۷ و ۱۳۷۴ ایجاد شد. كل خودروهای گازسوز شده از ابتدای طرح تاكنون حدود ۱۲۰۰ خودروست كه ۴۷۵ دستگاه آن در مشهد فعال هستند. قیمت گاز طبیعی برای هر بار شارژ معادل ۱۰ مترمكعب گاز حدود ۷۰۰ ریال است.

در تهران نیز شركت واحد اتوبوسرانی تهران و حومه در سال ۱۳۷۱ تحقیقاتی را برای گازسوز كردن اتوبوس‏های درون شهری آغاز كرد. این طرح در سال ۱۳۷۵ به بهره‏برداری رسید. در حال حاضر ۱۱۶ دستگاه اتوبوس با سوخت CNG در حال تردد هستند و یك ایستگاه سوخت‏گیری گاز طبیعی وجود دارد.

●خودروهایی با سوخت گاز طبیعی NGV (Natural Gas Vehicles)

تفاوت اصلی میان خودروهای گازسوز و خودروهای معمولی، در سیستم سوخت رسانی آنهاست. گاز طبیعی در ایستگاه‏های سوخت‏گیری به میزان مناسب متراكم و در مخزن ذخیره سوخت خودرو ذخیره می‏شود.

سیستم سوخت رسانی در خودروهای گازسوز به این گونه است كه ابتدا گاز با عبور از شیر ایمنی مخزن وارد سیستم سوخت‏رسانی می‏شود، پس از ورود به رگولاتور و كاهش فشار برای اختلاط با درصد مناسبی از هوا، به میكسر انتقال می‏یابد و بعد از اختلاط، به درون محفظه احتراق هدایت می‏شود. استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت در خودروهای گازسوز به صورت دوگانه‏سوز (CNG و بنزین) تك سوخته (CNGسوز) و دوسوخته (CNG و گازوئیل) است.

●خودروهای دوگانه‏سوز

این خودروها دارای دو سیستم جداگانه سوخت‏رسانی بنزین و گاز طبیعی‏اند كه به صورت اختیاری امكان استفاده از یك سوخت را دارند.

طخودروهای تك سوخته

این خودروها صرفاً توانایی استفاده از یك سوخت را دارند و به دلیل عملكرد بهتر موتور به لحاظ بازده، شتاب و صدای آرام موتور در مقایسه با نوع دوگانه‏سوز، بیشتر مورد توجه قرار گرفته‏اند.

●خودروهای دوسوخته

موتورهای دیزل فاقد سیستم جرقه‏زنی‏اند و در صورتی قابلیت استفاده از گاز طبیعی را خواهند داشت كه سیستم جرقه‏زنی روی موتور تعبیه شود یا مخلوط گاز طبیعی و گازوئیل به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

مسعود عابدی

كارشناس مركز تحقیقات و نوآوری صنایع خودرو سایپا

منابع

ترازنامه انرژی سال ۱۳۸۰.

كتاب سوخت و انرژی نوشته دكتر سید خطیب‏الاسلام صدرنژاد و دكتر احمد كرمانپور، موسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، سال ۱۳۸۰

مجموعه مقالات همایش مصرف سوخت در خودرو، دفتر بهینه‏سازی مصرف انرژی وزارت نیرو، تهران، اسفند ۸۱

بروشورهای سازمان بهینه‏سازی مصرف سوخت كشور

www.ieeo.org

---