VELEUČILIŠTE U RIJECI

Andrej Pristavnik Marin Balenović Mario Jauk

KORIŠTENJE PLINA KAO POGONSKOG GORIVA KOD CESTOVNIH MOTORNIH VOZILA (osobito u RH)- stanje i

perspektiva

SEMINAR

Rijeka, 2010.

VELEUČILIŠTE U RIJECI Prometni odjel Specijalistički stručni studij prometa

KORIŠTENJE PLINA KAO POGONSKOG GORIVA KOD CESTOVNIH MOTORNIH VOZILA (osobito u RH)- stanje i

perspektiva

SEMINAR

Predmet : Promet i održivi razvoj

Mentor : Mr. sc. Ivo Brozović

Studenti : Andrej Pristavnik

Marin Balenović Mario Jauk

Studij : specijalistički stručni studij prometa

Rijeka, studeni, 2010.

SAŽETAK

Radi stalnog rasta cijena sirove nafte na svjetskom tržištu, te cijena benzinskog i

dizelskog goriva u lokalnoj potrošnji, kao i sve učestalijim upozorenjima o globalnoj

energetskoj krizi i o topljenju svjetskih rezervi fosilnih goriva, potrošači se sve više moraju

opredjeljivati za raspoloživa alternativa motorna goriva koja se do sada nisu značajno

koristila. Među njima je najpoznatije i do sada najpouzdanije alternativno motorno gorivo

ukapljeni naftni plin (UNP, odnosno engl. LPG). UNP ili autoplin je razvojem potrošnje i

pratećeg sustava zadnjih godina zauzeo značajnu poziciju kao alternativno pogonsko

gorivo za motorna vozila i u Republici Hrvatskoj. Više je čimbenika koji su utjecali na

veliku ekspanziju potrošnje autoplina i povjerenja potrošača, no osnovni razlog je niža cijena

u odnosu na ostale derivate, povoljni uvjeti ugradnje opreme i uređaja, te silan razvoj

izgradnje infrastrukture (servisne radionica i punionice plina). Suočeni smo i sa činjenicama

globalnog zatopljenja Zemlje stakleničkim plinovima, zagađenjima nastalim od korištenja

fosilnih goriva, ozonskim rupama i nepredvidivim klimatskim promjenama, što svakodnevno

utječe na ljudsku nelagodnost zbog neizvjesne budućnosti sadašnjih generacija, a posebno

onih novih koje nas nasljeđuju. Korištenjem alternativnih goriva ne mogu se otkloniti, ali se

mogu bara ublažiti katastrofične posljedice razvoja civilizacije. Kao alternativno motorno

gorivo LPG se može odmah koristiti. Ne zahtijeva ulaganje novca niti vremena u istraživanja,

njegova primjena je već razvijena, a njegove ekološke prednosti su dokazane. Autoplin je

čisto gorivo koje proizvodi 50% manje štetnih emisija ispušnih plinova za razliku od

standardnih (benzin i nafta) goriva. U velikim gradovima visoke gustoće naseljenosti i

prometa, korištenjem autoplina smanjuju se prizemne emisije štetnih supstanci i smoga, čime

se podiže kvaliteta života.

SADRŽAJ

1. UVOD ......................................................................................................... 1 1.1. Predmet istraživanja ..................................................................................... 1 1.2. Svrha i ciljevi istraživanja ............................................................................ 1 1.3. Znanstvene metode ...................................................................................... 2 1.4. Struktura rada .............................................................................................. 2

2. PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA .................................. 3 2.1. Povijest autoplina ......................................................................................... 3 2.2. Ukapljeni naftni plin (UNP) ......................................................................... 4 2.3. Ukapljeni prirodni plin (UPP) ...................................................................... 5 2.4. Stlačeni prirodni plin (SPP) .......................................................................... 6 2.5. Bioplin ......................................................................................................... 8 2.6. Vodik ........................................................................................................... 8

3. AUTOPLIN U RH ...................................................................................... 10 3.1. Ograničavajući čimbenici razvoja tržišta auto-plina ...................................... 10 3.2. Poticajne mjere i čimbenici daljnjeg razvoja tržišta autoplina ....................... 11 3.3. Prednosti primjene autoplina u vozilima ....................................................... 12 3.3.1. Tehnički čimbenici autoplina i utjecaj na motor ........................................... 13 3.4. Komoditet korištenja autoplina ..................................................................... 13 3.5. Nedostaci korištenja autoplina ...................................................................... 14 3.6. Razvoj cijene plina u odnosu na benzin i diesel gorivo ................................. 15 3.7. Odnos emisija stakleničkih plinova i drugih toksičnih plinova ...................... 16 3.7.1. Europska ekološka regulativa i hrvatski prometni sektor .............................. 18 3.7.2. Smanjenje emisije CO2 u automobilskoj industriji i provizorni ciljevi EU ... 21 3.8. Postojeće stanje autoplinom u RH ................................................................ 24 3.8.1. Mogućnosti poboljšanja pozicije autoplinom u RH ....................................... 25 3.9. Budućnost autoplina u RH ........................................................................... 25

4. PLINSKA INSTALACIJA U VOZILU .................................................... 27 4.1. Postupak ugradnje ........................................................................................ 27

5. ZAKLJUČAK ............................................................................................ 32

POPIS LITERATURE ................................................................................ 33 POPIS SLIKA ............................................................................................. 34 POPIS TABLICA ........................................................................................ 34 POPIS GRAFIKONA ................................................................................. 34

1. UVOD

1.1. Predmet istraživanja

Unatrag deset godina zamjećujemo sve veću ekspanziju vozila pogonjenih

plinom. Taj fenomen je globalan i zapravo je preslika ljudske svijesti, ali i ekonomski

pokazatelj. Povoljna cijena plina je nagnala pojedine države da oforme jednu

prepoznatljivu gospodarsku cjelinu. Sama računica ukazuje na brzi povrat investicije u

plinsku opremu kroz svaki prijeñeni kilometar, kako kod osobnih automobila, tako i kod

vozila gradskog i meñugradskog prometa te kod lakih i teških teretnih vozila. Logično je da

će tu ekspanziju pratiti i ekspanzija pratećih infrastruktura.

U skladu s time, predmet istraživanja u ovom radu je zastupljenost i uporaba plina kao

pogonskog energenta kod motornih vozila u Republici Hrvatskoj. Pritom je kao problem

istraživanja definirana uspješnost ispunjavanja predviñenih funkcija kao energenta u realnim

radnim uvjetima.

1.2. Svrha i ciljevi istraživanja

Svrha ovog rada je definirati osnovne značajke uporabe plina kao pogonskog goriva,

značajke pogonskog agregata upravljanim plinom kao gorivom.

Cilj je rada ukazati na važnost uporabe plina s aspekta zaštite okoliša, tj.njegovog

povoljnijeg utjecaja na isti u odnosu na druge energente (benzin, nafta).

U ovom radu daju se informacije i odgovori na sljedeća pitanja:

1. Što je plin i kakve vrste kao pogonskog goriva postoje?

2. Kakva je plinska instalacija u motornom vozila?

3. Koje su prednosti, a koji nedostaci plina kao pogonskog goriva kod motornih vozila?

4. Kakvo je trenutno stanje u pogledu plina kod motornih vozila i kakva je njegova

perspektiva?

1

1.3. Znanstvene metode

Za izradu ovog rada korištene su sljedeće znanstvene metode:

• metoda deskripcije,

• metoda analize,

• metoda sinteze,

• metoda klasifikacije,

• induktivno-deduktivna metoda i

• empirijska metoda.

1.4. Struktura rada

Zadana tema obrañena je kroz niz meñusobno povezanih dijelova.

U prvom dijelu rada, UVODU, napravljen je mali uvod sa svrhom i ciljevima završnog

rada, predmetom i problemima istraživanja, korištenjem znanstvenih metoda i strukturom

rada.

U drugom dijelu, PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA, dat je uvid u

moguća plinska goriva kod vozila na motorni pogon.

Treći dio, AUTOPLIN U RH, obrañuje stanje autoplinom kao pogonskim gorivom u

RH uz njegove prednosti, nedostatke, trenutno stanje i koja je njegova perspektiva.

Četvrti dio, PLINSKA INSTALACIJA U VOZILU, pokazuje nam jedan od načina

ugradnje plinske instalacije u vozilo.

U petom dijelu, ZAKLJUČAK, napravljen je osvrt na stanje autoplinom u Hrvatskoj i

kakva je moguća budućnost iz perspektive autora ovog rada.

2

2. PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA

2.1. Povijest autoplina

Doba primjene propan-butan plina kao gorivo počinje krajem 19. stoljeća u Njemačkoj. P.

Lebon, W.Cecyl, S. Brown, L. Wellman i E. Lenoir izgrañuju motor s pogonom na plin. Tim

studijama riješeni su tehnički i radni problemi, a na temelju njih C.Reithman izradio je

planove za izradu dvocilindričnog motora. Nakon što je motor na plin ušao u proizvodnju

(proizvodni rezultat: preko 30 000 motora) javila se ideja za proizvodnjom bržeg benzinskog

motora, koji je 1882. proizveden u Daimler & Maybach. Nakon toga motore na plin zamijenili

su benzinski motori, a od 1886. koriste se u autoindustriji. Jedan od razloga zašto se u

povijesti kao gorivo za automobile počeo koristiti benzin, a ne autoplin, je problem transporta

autoplina. U to vrijeme proces tlačenja autoplina, kao bi se olakšao transport, nije bilo poznat.

Izmeñu 1920. i 1940. bilježi se veliki porast korištenja motora na plin zbog niske cijene

plina. Od početka sedamdesetih godina do danas njegova se proizvodnja u svijetu povećala

više od dva puta, te bi prema današnjim procjenama trebala iznositi oko 190.000.000 tona

godišnje, pri čemu oko 20% njegove svjetske proizvodnje i potrošnje otpada na europske

zemlje.

U Hrvatskoj je LPG prisutan već četrdesetak godina, a proizvodi se u pogonima

energetske skupine INA d.d. u Rijeci, Sisku i Ivanić Gradu. I proizvodnja i potrošnja od

šezdesetih su godina do danas porasle nekoliko puta, iako je početkom devedesetih godina, u

vrijeme domovinskog rata, došlo do značajnijeg pada. Današnja potrošnja se procjenjuje na

oko 100.000 tona, što čini 1,5% naše ukupne energetske bilance.

3

2.2. Ukapljeni naftni plin (UNP)

Ukapljeni naftni plin (UNP) koji ima meñunarodnu trgovačku oznaku LPG (engl

Liguefied petroleum gas.) je tekuća bezbojna smjesa propana (C3H8) i butana (C4H10) u

približnom odnosu 50 : 50 (odnos meñu plinovima je različit od države do države te hladnijeg

ili toplijeg podneblja) i viših ugljikovodika - etana i propilena. Njegovi se osnovni sastojci

(propan i butan) pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi od 20°C nalaze u

plinovitom stanju, no već pri tlaku od 1,7 bar prelaze u kapljevito stanje, pri čemu im se

volumen smanjuje čak 260 do 270 puta. Kada se govori o UNP-u, valja razlikovati dva

stanja: kapljevito i plinovito te tri faze: kapljevita, parovita i plinovita. Pojam stanja

pri tome je vezan uz pojavnost, agregatno stanje tvari, a faze uz ponašanje plina u

(zatvorenom) spremniku pri ravnotežnim uvjetima. Za prelazak iz jedne u drugu fazu,

odnosno stanje, treba dovesti ili odvesti toplinu.

Kako je ukapljeni naftni plin bez boje i mirisa, a prilikom propuštanja predstavlja

potencijalnu opasnost, dodaju mu se posebni dodaci (npr. etan-etiol ili tetrahidro-tiofen) koji

ukapljenom naftnom plinu daju miris i time olakšavaju otkrivanje propuštanja. Ima vrlo

raširenu upotrebu, kao izvor energije u industriji i domaćinstvu, zatim i kao zamjena za

skuplja goriva u automobilima, a u zadnje vrijeme zamjenjuje razne tipove freona kao aerosol

u raznim bocama pod pritiskom, da bi se smanjio štetan utjecaj čovjeka na okoliš, tj. da bi se

izbjeglo oštećenje ozonskog omotača freonskim plinovima. Važno je napomenuti da je UNP

teži od zraka, pa ukoliko doñe do istjecanja uvijek se treba skloniti više, a nikako u neki

podrum.

Globalno gledano, približno 60 % LPG -a se dobiva kao nusprodukt kod vañenja nafte

iz zemlje, a 40 % nastane kao nusprodukt prilikom rafiniranja nafte i naftnih derivata. Propan

je plin koji potiskuje naftu iz zemlje, a butan se odvaja prilikom derivacije nafte. Vrlo je

važno to, da njihovo pridobivanje ne traži dodatne proizvodne troškove, te da ne zahtijeva

dodatne energije koja bi značila dodatno opterećivanje prirode. Procjene govore da je plina

još za otprilike 100 godina.

U ovom trenutku LPG je jedino pravo alternativno gorivo benzinu, dok ne krene veća

proizvodnja biogoriva, odnosno dok ne krene serijska proizvodnja vozila koja će za pogon

koristiti vodik.

4

Izvor: www.rgn.hr

2.3. Ukapljeni prirodni (zemni) plin (UPP)

Ukapljeni zemni plin ili ukapljeni prirodni plin (UPP) je pročišćeni zemni plin

rashlañivanjem pretvoren u tekuće stanje, radi lakšeg prijevoza. U meñunarodnom prometu,

kratični naziv je LNG, prema engleskom nazivu liquified natural gas ("ukapljeni prirodni

plin"). Zemni plin se ukapljuje kako bi ga se moglo lakše, brže i ekonomičnije prevoziti, jer se

time njegov obujam smanjuje 614 puta u odnosu na obujam pri normalnim uvjetima.

Ukapljenje se obavlja u LNG-terminalima.

Ishodišna sirovina za ukapljeni prirodni plin je prirodni plin koji se u mnogim

zemljama dobiva iz ležišta fosilnih goriva. Kada se plin pothladi na oko -161 °C, on

kondenzira u čistu tekućinu koja se uglavnom sastoji od metana, najjednostavnijeg

ugljikovodika skupine C 1 . UPP izgara čišće od drugih prijenosnika energije i njegove štetne

emisije od izgaranja u motorima su i danas ispod dopuštenih granica. Nadalje, vozila koja za

gorivo koriste prirodni plin daleko su tiša od vozila s ugrañenim dieselskim motorom. Zbog

Slika 1 : Instalacija UNP-a u automobilu

5

tog pozitivnog djelovanja na okoliš u mnogim se zemljama radi na uvoñenju prirodnog plina

kao motornog goriva, a i procjenjuje se da će u budućnosti prirodni plin biti

raspoloživ dulje od nafte. Ukapljeni prirodni plin ima energetsku gustoću dvostruko veću od

stlačenog prirodnog plina. Vakuumska superizolacija brine se da, unatoč razlici od

gotovo 200 °C izmeñu temperature UPP-a u spremniku i okolice, nastaje samo ekstremno

nizak gubitak topline. Isparavanje plina nije veće od isparavanja iz benzinskog

spremnika pa i pri izloženosti žarkom suncu. Vozila na UPP nemaju posebnih

ograničenja u dosegu i opterećenju teretom.

2.4. Stlačeni prirodni plin (SPP)

Stlačeni prirodni plin je poznat na engleskom jeziku kao Compressed Natural Gas

(CNG),na njemačkom Ergas (CNG), te na hrvatskom jeziku kao Stlačeni Prirodni plin (SPP).

Stlačeni prirodni plin se dobiva kompresiranjem (stlačivanjem) metana (CH4) koji se izvlači

iz prirodnog plina. Metan je najkraća i najlakša molekula ugljikovodika. U prirodnom plinu

ga ima oko 85 %. Često se Stlačeni Prirodni Plin (SPP) ili (CNG) zamjenjuje za Tekući

Prirodni Plin (TPP) ili (LNG) Liquid Natural Gas, razlika je jedino u tome što je SPP u

stlačenom ili kompresiranom ,a TPP je u tekućem stanju. SPP ima vrlo čisto sagorijevanje što

znači da nema prisustva ugljika i kiseline u ulju motora. Nije potrebno ispirati nakupljeno ulje

na vrhu klipnog prstena, što rezultira dužim vijekom trajanja samog motora. Svjećice traju

praktično vječno što se tiče samog plina, naravno, te ulje je još uvijek žute boje kad ga se

mijenja. Primjer toga je, da se kod vozila na benzin ulje mijenja svakih 5000 do 6500 km, a

kod vozila na prirodni plin produžuje se vrijeme promjene ulja na čak 15000 do 16000 km.

SPP se pohranjuje unutar spremnika pri tlaku od oko 200 bara.

Postoji četiri tipa cilindričnih spremnika, a najviše se koristi (u 90% tržišta) „tip I“ načinjen

od čelika. Ostala tri tipa se razlikuju po materijalu od kojeg su izrañeni. Tako mogu

sadržavati staklena

vlakna, aluminijska i ugljična. Kapaciteta su od 50 do 120 litara te ih se u teškim teretnim

vozilima može smjestiti i do 12 komada.

6