De motor en overbrenging - Aardgas


Inhoudsopgave - De motor en overbrenging


Aardgas

Inleiding

Momenteel rijden er in Nederland enkele honderden voertuigen op het schone aardgas, Compressed Natural Gas (CNG) genoemd, rond. Dat dit cijfer in de toekomst ongetwijfeld zal stijgen, bewijzen andere landen. In Duitsland rijden er momenteel vijfentwintigduizend voertuigen op aardgas, in Italië zo'n vijfhonderdduizend en in Argentinië zelfs meer dan een miljoen.

In een EU-convenant is afgesproken dat in 2020 tien procent van alle vloeibare brandstoffen vervangen moet worden door aardgas. Dat komt in Nederland neer op zeshonderdduizend voertuigen en zo'n twaalfhonderd tankstations die in de behoefte aan de brandstof moeten voorzien.

Er zijn interessante ontwikkelingen gaande op het gebied van het gebruik van aardgas. Waarbij er sprake is van Compressed Natural Gas (CNG) en van Liquefied Natural Gas (LNG). Wellicht dat het in de toekomst mogelijk is de kampeerauto uit te rusten met een aardgasinstallatie. De techniek is er al.

Aardgasconcept
Het aardgasconcept van Fiat

Compressed Natural Gas (CNG)

Rijden op aardgas (CNG) is een financieel voordelig alternatief voor benzine, diesel en LPG. Voertuigen op aardgas zijn op dit moment duurder in aanschaf dan die op de traditionele brandstoffen, maar dat wordt terugverdiend door de lage brandstofkosten.

In de toekomst zal het prijsverschil tussen een voertuig met een gasgestookte motor en een benzine- en dieselmotor overigens steeds kleiner worden. Dit komt, omdat de eisen rond de uitstoot van voertuigen steeds strenger worden. Vervuilende voertuigen zullen op termijn zwaarder belast worden en gaan daardoor in prijs omhoog.

Een aardgasmotor heeft bovendien minder onderhoud nodig, omdat het gas zeer schoon verbrandt. Uit de praktijk blijkt eveneens, dat voertuigen op aardgas minder vaak nieuwe smeerolie vereisen en ook gaan veel onderdelen van de auto, zoals de bougies, langer mee.

Het rijden op aardgas (CNG) geldt veelal voor personenauto's en bestelwagens die benzine motoren hebben met een aardgasinstallatie. De dieselmotoren in de lichte sector hebben nog niet de mogelijkheid te draaien op aardgas. Alhoewel de techniek daarvoor wel voorhanden is.

In de zware transport- en in de autobussector zijn wel dieselmotoren die geschikt zijn gemaakt voor het rijden op aardgas.

De werking op aardgas (CNG)

Aardgas wordt onder een druk van circa tweehonderd atmosfeer (bar) in het voertuig opgeslagen in een cilinder. Deze cilinders hebben een gemiddelde wanddikte van tien tot twintig millimeter en zijn gemaakt van aluminium, staal of hogesterkte koolstofvezels. Aardgascilinders zijn daarom beter tegen aanrijdingen bestand dan bijvoorbeeld de standaard benzinetank.

De cilinders worden geplaatst in de kofferbak, op het dak (bij bussen bijvoorbeeld) of onder het voertuig. Als de motor brandstof nodig heeft, gaat het vanuit de cilinders via hogedrukleidingen naar een reduceerventiel onder de motorkap. Als de motor voorzien is van een carburateur, vermindert dit ventiel de druk van het gas tot ongeveer de druk van de buitenlucht. Het gas stroomt dan vervolgens naar een mengkamer en wordt met de door de motor aangezogen lucht gemengd en in de motor gevoerd.

Heeft de motor brandstofinjectie, dan brengt het reduceerventiel de druk van het gas terug tot circa zes bar voordat het in de motor wordt geïnjecteerd. In beide gevallen stroomt het gas in de verbrandingskamer, waar het wordt ontstoken om het benodigde vermogen voor het voertuig te ontwikkelen.

Liquefied Natural Gas (LNG)

In het Nederlands vloeibaar gemaakt aardgas genoemd. Het aardgas wordt vloeibaar gemaakt door het af te koelen tot -162 graden Celcius. Doordat LNG vloeibaar is, kan een tank tot 3 keer meer aardgas bevatten dan bij CNG. Hierdoor is de actieradius ook 3 keer zo groot.

Het LNG wordt opgeslagen in zeer goed geïsoleerde tanks. Deze tanks worden niet gekoeld en warmen dus langzaam op. Door het opwarmen verdampt LNG en neemt de druk in de tanks langzaam toe.

In geval van te hoge druk in de tank zal een klein gedeelte van het verdampte LNG gecontroleerd kunnen ontsnappen, dit is eigenlijk alleen van toepassing als er meer dan een week niet wordt gereden.

Het LNG is door de hoge energiedichtheid en het feit dat het na verloop van tijd in de tanks verdampt, het meest geschikt voor vrachtwagens en bussen die in korte tijd grote afstanden afleggen.

LNG lijkt qua samenstelling sterk op CNG. Bij beide is het hoofdbestanddeel methaan (CH4). Het verschil is, dat (bijna) alle zuurstof, koolstofdioxide, water, zwaardere koolwaterstoffen en zwavelverbindingen die zich in het aardgas kunnen bevinden tijdens de productie van LNG worden verwijderd.

Deze componenten zouden bevriezen tijdens het vloeibaar maken. LNG bevat door het ontbreken van deze stoffen een veel hoger percentage methaan dan aardgas uit het leidingnet. Een hoger percentage methaan betekent een hogere energetische waarde, wat een hogere actieradius oplevert.

Wanneer er vervolgens van LNG CNG wordt gemaakt, dan heeft dat CNG een hogere energetische waarde dan CNG afkomstig uit het leidingnet. Het gebruik van CNG uit LNG in voertuigen levert hierdoor ook een hogere actie radius op. Een tankstation waar zowel LNG als CNG uit LNG kan worden getankt wordt een L/CNG station genoemd.

Superieure brandstof

Het aardgas is, met zijn octaangetal van honderdtwintig à honderddertig, een superieure brandstof te noemen. Mits de motor aangepast wordt aan de specifieke eigenschappen van het aardgas, blijven de motorprestaties en het brandstofverbruik min of meer gelijk. Verder vertegenwoordigt één kilogram aardgas evenveel energie als circa anderhalve kilogram superbenzine!

Voor aardgas het gebruik van aardgas zijn er geen energievretende raffinageprocessen nodig en het transport is veilig en efficiënt via pijpleidingen onder de grond. Het nadeel van gecomprimeerde aardgas is de geringe energiedichtheid, waardoor er voor een aanvaardbare actieradius relatief veel brandstof in de auto moet worden meegevoerd. En dat in stalen tanks die ook nog eens erg zwaar zijn. Er zijn echter tanks in ontwikkeling die van een veel lichtere constructie zijn.

De geringe energiedichtheid wordt ondervangen door het LNG.

Bij voertuigen, die zowel op aardgas als op benzine of diesel draaien, is er een brandstofkeuzeschakelaar, waarmee voor de gewenste brandstof kan worden gekozen. In een aantal gevallen gebeurt dit automatisch als het gas op is. De auto is in dit soort gevallen veelal voorzien van een brandstofmeter die aangeeft hoeveel gas nog in de cilinders aanwezig is. Een aantal leveranciers, zoals Fiat (Ducato Natural Power), Mercedes, Opel, VW en Volvo, maakt motoren die uitsluitend op aardgas kunnen draaien.

Het vullen van aardgasvoertuigen

Een auto op aardgas kan op twee manieren tanken:

  • Fast fill. Bij dit systeem wordt de auto gekoppeld aan een tamelijk grote compressor met vaak enkele buffercilinders. Het voertuig wordt in twee à vijf minuten gevuld.
  • Slow fill. De auto wordt aan een kleine compressor gekoppeld en in vijf tot acht uur wordt de auto gevuld. Dit systeem is bij uitstek geschikt om, vanuit het gasnet, thuis de auto te tanken.

Er is genoeg aardgas

Er is voor circa zestig tot zeventig jaar aardgas in Noordwest-Europa aanwezig. De voorraad neemt zelfs toe tot ongeveer honderdzeventig jaar als alle bekende voorraden kunnen worden aangesproken.

Normaal gesproken is aardgas van fossiele oorsprong, maar het kan ook gewonnen worden uit biomassa. Er is dan sprake van een hernieuwbare, CO2-neutrale energiebron. In Zweden en Frankrijk loopt een aantal projecten waar voertuigen rijden op energie uit biomassa.

Rijden op aardgas is schoner

Rijden op aardgas CNG) is aanzienlijk beter voor het milieu dan rijden op de tot nu toe gangbare brandstoffen. Aardgasvoertuigen stoten minder vervuilende stoffen uit dan voertuigen die op benzine, diesel of LPG rijden. Aardgas bestaat namelijk voor het grootste gedeelte uit methaan. Hierdoor stoot het, relatief gezien, het minste kooldioxide uit, het gas dat bijdraagt aan het broeikaseffect.

Daarnaast produceert een aardgasmotor minder verzurende emissies ofwel uitstoot dan traditionele brandstoffen. Ook de uitstoot van stoffen waar de mens direct last van heeft, zoals roet, giftige, stinkende en kankerverwekkende verbindingen, is minimaal. Voertuigen die op aardgas rijden, voldoen aan alle geldende Europese emissiestandaards. De exacte emissies hangen af van verschillende factoren, zoals het type motor, de onderhoudstoestand van de motor en uiteraard de rijstijl van de bestuurder.

Zo blijkt uit onderzoek dat bijvoorbeeld de uitstoot van stikstofoxiden met ongeveer 90% verminderd (ten opzichte van vergelijkbare dieselmotor).

De kosten

Vanwege de hoge prijzen van benzine en diesel en het feit dat het aardgas beter is voor het milieu, is het niet uitgesloten dat er steeds meer bestuurders zijn die overstappen op het gebruik van aardgas. In vergelijking met andere brandstoffen is aardgas nog moeilijk verkrijgbaar.

Momenteel zijn er vier tankstations waar aardgas getankt kan worden, maar volgens de organisatie Energie Valley, die zich sterk maakt voor duurzame energie, worden in het noorden van het land in de komende tijd tien aardgasstations gebouwd.

Aardgas tankstations

Kijk hier voor aardgas tankstations in Nederland.

Groen gas

Tot slot. Er is ook nog sprake van groen gas. Het is een hernieuwbare energiebron dat wordt geproduceerd uit afvalwaterslib en biomassa, zoals GFT-afval en mest. Rijden op groen gas vermindert de CO2 uitstoot met minimaal 90% in vergelijking tot benzine en diesel. Het verbetert de luchtkwaliteit aanzienlijk ten opzichte van diesel door de sterk verminderde fijnstof en NOx uitstoot.

Het groen gas productieproces bestaat ruwweg uit drie stappen: vergassing, gasreiniging en methanisering. In de vergasser wordt biomassa op hoge temperatuur omgezet in een gas dat naast koolmonoxide (CO) en waterstof (H2) een grote hoeveelheid methaan (CH4) bevat.

Vanwege de biologische oorsprong is groen gas een duurzame energiebron. Groen gas kan worden ingevoed in het aardgasnet en gebruikt in aardgasmotoren. Het gas wordt gezien als de duurzame opvolger van aardgas.