Motor na zemní plyn je novou nadějí pro dopravu. Na jeho vývoji se v rámci mezinárodního týmu podílejí rovněž čeští odborníci ze Strojní fakulty ČVUT.
Rusové za to zcela jistě nemůžou, ale jeden z nejlepších zemních plynů v Evropě proudí z jejich přírodních ložisek. Naopak nejméně výhřevný a chemicky problematický zemní plyn s vysokým obsahem dusíku těží Nizozemsko, jeden z deseti největších producentů této suroviny.
Různá kvalita se týká i dalších ložisek po celém světě. Prakticky by se dalo říct, že co kontinent, to jiná jakost. Přírodní hořlavý plyn je přitom řadou odborníků považován za palivo budoucnosti. Ve srovnání s vodíkem a propan-butanem, které se už také tankují do nádrží automobilu, je zemní plyn ekologičtější, bezpečnější a levnější.
Problém ovšem vyvolává jeho rozličná kvalita. Do 7. rámcového programu EU se proto dostal projekt na vývoj motoru, který bude mít výborné výkonové, ekonomické a environmentální vlastnosti a přitom se dokáže vypořádat s různou kvalitou nejperspektivnějšího paliva. V mezinárodním týmu vědců bádají také odborníci ze Strojní fakulty ČVUT.
Čerpací stanice si popovídá s autem Výzkum trvá už třetím rokem a letos na podzim mají vědci předložit výsledky. „Několik skupin v mezinárodním týmu vyvíjí motory, naším úkolem je připravit obecná doporučení, co musí hnací jednotka splňovat, aby zvládla palivo různé kvality,“ říká profesor Michal Takáts, vedoucí skupiny ze Strojní fakulty ČVUT v Praze.
Vědci posuzovali, co se stane, když se zvýší plnicí tlak, pod kterým se palivo vhání turbem do motoru. Obecně se ví, že takto dosažený vyšší výkon motoru vede ke klepání. Na mnoha místech se současně vznítí nespálená směs, rázem stoupne tlak ve válci a hrozí ztráta těsnicí funkce pístních kroužků, zadření nebo protavení pístů. Výhřevnost zemního plynu se zvyšuje úpravami, ale tím se může stát motor poměrně málo odolným proti klepání. „V motoru tak proti sobě jdou dva fenomény a my máme určit, co převládne,“ popisuje profesor Takáts.
Velice nadějné je použití elektronického řídicího systému, který by reguloval průběh spalování podle kvality plynu. Flexibilita motoru by mohla být do budoucna velice zajímavá, alespoň pokud se zvládne kompromisní seřízení. „Není totiž zcela jisté, jestli se rafinerie budou snažit vyrábět palivo s přesnou chemickou skladbou. Kolísání kvality je ale pravděpodobnější, proto je nutné mít motory s tolerancí vůči různě jakostnímu palivu,“ poznamenává profesor Takáts.
Technicky je možné vyvinout hnací jednotku, která se dokáže seřídit zcela automaticky. Proti tomuto komfortnímu řešení však stojí zbytečně vysoká cena a fakt, že čím složitější zařízení, tím náchylnější k poruchám. Další komplikace plně automatického nastavení je spojená s tím, že motor musí rozpoznat, jak kvalitní palivo dostává. Čidlo schopné on-line určit poměry chemických látek v palivu je poměrně drahá záležitost.
Praktičtější tak zřejmě bude vyrábět motory zjednodušeně řečeno podle toho, jak velká je záruka stále stejného složení paliva. Zcela optimální by pak bylo, kdyby každá čerpací stanice měla vestavěné zařízení na rozlišení chemické skladby paliva a tuto informaci by například bezdrátově přijímal počítač v autě a podle toho pak nastavil režim spalování.
Skupina vědců vedená profesorem Takátsem rovněž u motoru v laboratoři posuzovala vliv na životní prostředí. Zjistili, že plynový agregát má sice poněkud menší účinnost než naftový motor, ale ve hře je obsah uhlíku a výhřevnost. Z jednoho kilogramu zemního plynu vzniká 2,75 kilogramu oxidu uhličitého, ze stejného množství nafty pak 3,15 kilogramu tohoto skleníkového plynu. Celkem jsou emise CO2 na jednotku energie v palivu asi o 25 procent nižší.
Výbušná směs v garáži Často se zemní plyn porovnává s dalším plynným palivem - propanbutanem (LPG). Tento produkt vyráběný z ropy se obsahem CO2 blíží benzinu a má menší odolnost proti klepání. Navíc je podstatně nebezpečnější než zemní plyn. Při provozu auta se musí předpokládat i nehoda, při které se prorazí nádrž a vznikne požár. Při pokusu napodobujícím tuto situaci u autobusu, unikal zemní plyn trhlinou tak rychle, že před plameny „utekl“ a zpočátku je dokonce hasil. Teprve když se nádrž téměř vyprázdnila, pomalu dohoříval a než vzplanul, zbývalo v lahvi jen pár gramů metanu.
LPG takový ochranný fenomén nemá. Při porušení tlakové nádrže zůstane část obsahu v kapalném stavu a vyteče. Z hladiny se pak odpařuje, až vznikne výbušná směs. Propanbutan je těžší než vzduch, proto auta s tímto palivem nesmí vjíždět do uzavřených garáží. V případě netěsnosti palivového systému, by se LPG musel za přísných bezpečnostních opatření vynášet v kyblících. Zemní plyn naopak stoupá vzhůru a v případě úniku z tlakové lahve ho odsaje klimatizace.
Vejco-slepičí syndrom Uplatní se výsledky výzkumu? A lze očekávat růst zájmu o auta na zemní plyn? Podle statistiky z roku 2010 jezdí ve světě 11,1 milionu vozidel na toto palivo, z toho desetina v Evropě. Česká plynárenská unie odhaduje, že počet osobních a lehkých užitkových aut by v Česku letos mohl stoupnout asi na 3000 vozidel. Nyní je zde registrováno přes 2000 aut, z toho více než 1500 osobních a užitkových, zbytek jsou nákladní a komunální vozy, autobusy. Prodej aut na zemní plyn tvořil v roce 2009 jednu desetinu procenta z celkového prodeje. Kromě poloviční ceny paliva na ujetý kilometr láká nulová silniční a spotřební daň.
Vejco-slepičím syndromem však u nás zatím trpí síť čerpacích stanic. Nyní jich je 25 a letos má přibýt dalších deset. Za dva roky by měly být podél všech hlavních silničních tahů. Podle Bílé knihy evropské dopravní politiky EU má Česko do roku 2020 alespoň deset procent z celkové spotřeby pohonných hmot v dopravě zastupovat zemní plyn. V té době by v tuzemsku mělo být kolem 400 až 450 tisíc aut na zemní plyn.
***
Spalování zemního plynu je k životnímu prostředí šetrnější, než když se v motoru použije jako palivo vodík, pokud tedy přihlédneme k celému procesu výroby vodíku, říká vedoucí výzkumného týmu profesor Michal Takáts
