Ce este combustibilul CNG? Înțelegerea vehiculelor pe gaz natural

Gazul natural comprimat (CNG) este compus în proporție de 70% până la 90% din metan, al doilea cel mai important gaz cu efect de seră care contribuie la schimbările climatice, după dioxidul de carbon. În Statele Unite, peste două treimi din gazul natural provine din fracturarea hidraulică, cunoscută și sub numele de fracturare hidraulică. Procentul rămas este un produs secundar al extracției petrolului brut. Comprimarea gazului natural îl reduce la 1% din volumul său original, făcându-l utilizabil ca și combustibil de transport.

Aici, vom explora avantajele și dezavantajele economice și de mediu ale substituirii benzinei și motorinei cu combustibilul CNG, și dacă există alternative mai bune.

Ce sunt vehiculele CNG?

Vehiculele pe gaz natural sunt în principal vehicule de greutate medie și mare. Sunt fabricate fie pentru a funcționa doar pe gaz natural, fie ca vehicule „bi-combustibil” care pot funcționa pe benzină sau motorină atunci când gazul natural nu este disponibil. Vehiculele bi-combustibil necesită un al doilea rezervor de combustibil, ceea ce crește greutatea vehiculului și scade spațiul de depozitare.

Astăzi, CNG alimentează mai puțin de 2% din vehiculele la nivel mondial, dar numărul este în creștere. Deși puține țări au peste 10% din vehiculele lor funcționând pe CNG, numărul total de vehicule CNG a crescut de la mai puțin de un milion în 2000 la aproximativ 28,5 milioane în 2019, dominate în special de China, Iran și India.

Până de curând, prețurile scăzute ale gazului natural și prețurile ridicate ale benzinei și motorinei au stimulat investițiile în vehicule CNG de greutate medie și mare. În India, de exemplu, orașe precum Delhi și-au convertit întregul sistem de transport public, inclusiv taxiuri, tricicluri și autobuze, la gaz natural comprimat, ceea ce a dus la reducerea emisiilor de particule în suspensie – o preocupare importantă în orașele cu niveluri ridicate de poluare a aerului.

În Statele Unite, Centrul de Date pentru Combustibili Alternativi al Departamentului de Energie din SUA (Alternative Fuels Data Center) listează aproximativ 100 de vehicule CNG pe piață, toate fiind vehicule de greutate medie și mare, cum ar fi mașini de măturat stradale, camioane de gunoi, capete de tractor de semiremorcă și autobuze. NGV America estimează că există peste 175.000 de vehicule pe gaz natural pe drumurile din SUA astăzi.

Avantajele vehiculelor CNG

Mai curate

„Funcționează pe gaz natural curat” este o inscripție comună pe părțile laterale ale autobuzelor urbane sau ale altor vehicule grele. Vehiculele CNG ard mai curat decât vehiculele pe benzină și motorină, reducând emisiile de gaze cu efect de seră cu între 15% și 27%, în funcție de studiu și de tipul de vehicul. De asemenea, emisiile de particule în suspensie („funingine”), oxizi de azot și alți poluanți atmosferici sunt reduse semnificativ.

Mai ieftine

Deși există o preocupare crescândă cu privire la scurgeri de metan la sondele de gaz natural, comparativ cu extracția petrolului brut, energia necesară pentru extragerea gazului natural este mai mică. Și pentru că CNG vine sub formă gazoasă, nu este necesară distilarea, astfel încât costurile sale de producție sunt cu aproximativ 50% mai mici decât cele ale benzinei sau motorinei. Vehiculele CNG au, de asemenea, costuri de operare mai mici decât vehiculele pe motorină și benzină. O comparație a ciclului de viață între camioanele de gunoi pe motorină și CNG în Canada a arătat că trecerea la CNG a economisit 100.000 de dolari canadieni (77.230 de dolari americani) pe o perioadă de cinci ani.

Dezavantajele vehiculelor CNG

Eficiență redusă a combustibilului

Gazul natural comprimat are o densitate energetică de 3,5 ori mai mică decât benzina, ceea ce înseamnă că necesită un volum de atâtea ori mai mare pentru a produce aceeași cantitate de energie. Rezervoarele de combustibil CNG trebuie, prin urmare, să fie mai mari decât rezervoarele de benzină sau motorină, reducând spațiul de depozitare disponibil sau spațiul cabinei și crescând greutatea vehiculului. La vehiculele „bi-combustibil”, sunt necesare două rezervoare de combustibil, limitând și mai mult spațiul de depozitare sau spațiul cabinei. Densitatea energetică mai mică și greutatea crescută fac vehiculele CNG mai puțin eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil. Într-un studiu, vehiculele grele CNG au necesitat cu 17% mai multă energie pentru a funcționa decât vehiculele diesel.

Nu întotdeauna mai curate

Promovarea vehiculelor CNG ca fiind „mai curate” depinde de utilizarea lor. Într-un studiu, camioanele de gunoi CNG au emis niveluri „considerabil mai ridicate” de gaze cu efect de seră decât vehiculele diesel. Acest lucru se datorează parțial greutății adăugate a vehiculului, dar și nivelului ridicat de timp de staționare la ralanti pentru vehiculele de gunoi (până la 50% din operațiunile lor), ceea ce duce la concentrații mai mari de metan nears eliberat.

Prețuri instabile

La fel ca benzina, prețul global al gazului natural este supus unor fluctuații sălbatice. În India, de exemplu, prețurile scăzute ale gazului natural au stimulat un boom al vehiculelor CNG între 2014 și 2022, numărul stațiilor de realimentare cu CNG crescând de la 938 la 3.500. Cererea pentru vehicule CNG a crescut și mai mult odată cu creșterea prețurilor la benzină și motorină la sfârșitul anului 2021, dar creșterea prețurilor la gazul natural în 2022 a amenințat să diminueze entuziasmul pentru vehiculele CNG. Vehiculele comerciale grele reprezintă investiții semnificative, unde fluctuațiile dramatice ale prețului combustibilului pot determina succesul sau eșecul investiției.

Puține stații de realimentare

Stațiile publice de realimentare cu CNG sunt rare, existând doar 865 de stații de realimentare cu CNG în America de Nord, conform Departamentului de Energie al SUA, inclusiv 821 în SUA. (Prin comparație, existau 47.120 de stații de încărcare pentru vehicule electrice în SUA în 2022). Acest lucru limitează utilizarea vehiculelor CNG la flotele comerciale cu rute standard și la vehiculele cu rază scurtă de acțiune care se întorc la aceeași stație de realimentare la sfârșitul zilei de lucru.

Într-un studiu din 2017, aproape o treime dintre șoferii de flote CNG se bazau exclusiv pe stațiile publice de realimentare, și nu pe stațiile deținute de flotă, ceea ce le-a redus raza de operare și le-a crescut timpul de realimentare. Numărul redus de stații publice de realimentare adaugă, de asemenea, la costul dezvoltării propriei infrastructuri de încărcare pentru flotele care iau în considerare adoptarea vehiculelor CNG.

Alternative la vehiculele CNG

În Statele Unite, vehiculele de pasageri CNG sunt un experiment care a venit și a plecat.

La mijlocul anilor 2010, pe măsură ce revoluția fracturării hidraulice a făcut gazul natural competitiv la preț cu benzina, mai mulți producători de automobile au oferit versiuni CNG sau bi-combustibil (benzină/gaz natural) ale unor vehicule populare precum Chevrolet Impala și Honda Civic, printre altele. La fel ca multe alte vehicule de pasageri CNG, Chevy Impala a rezistat două ani model, fiind condamnat de o scădere a prețului benzinei.

Dar amenințarea la adresa vehiculelor CNG vine mai mult din partea vehiculelor electrice mai curate decât din partea prețului mereu schimbător al benzinei. Pe măsură ce prețul gazului natural crește, atracția vehiculelor electrice se mărește, reducând potențial substanțial cererea pentru vehicule CNG. Acest lucru este valabil mai ales pentru flotele comerciale care, spre deosebire de consumatorii individuali, sunt mai predispuse să calculeze costul total de proprietate al unui vehicul la achizițiile flotei lor. Și deși adoptarea vehiculelor electrice este parțial inhibată de presupusa disponibilitate limitată a stațiilor publice de încărcare, aceeași limitare se aplică și stațiilor de realimentare cu CNG.

Triumful vehiculelor electrice nu este nicidecum inevitabil, totuși. La începutul anilor 2010, vehiculele CNG au început să intre pe piață în același timp cu mașinile complet electrice Nissan Leaf și Tesla Model S, dar speranțele erau încă mari pentru vehiculele CNG. În părți ale lumii unde electricitatea este generată în principal prin arderea cărbunelui, vehiculele electrice nu sunt doar mai scumpe de deținut și operat decât vehiculele CNG, ci și mai poluante. Pe scurt, acolo unde generarea de electricitate este murdară, vehiculele CNG sunt mai curate.

Dar pe măsură ce lumea se angajează să utilizeze surse mai curate de electricitate, avantajele vehiculelor electrice devin mai clare. Chiar și luând în considerare emisiile mai mari de gaze cu efect de seră generate în timpul producției vehiculelor electrice, pe parcursul ciclului lor de viață, chiar și vehiculele electrice ușoare emit niveluri mai scăzute de gaze cu efect de seră și alți poluanți. Beneficiile cresc odată cu greutatea vehiculului.

Conform unui studiu din California, înlocuirea motoarelor pe benzină și motorină cu camioane electrice cu baterii și cu celule de combustibil pe bază de hidrogen ar putea realiza reduceri ale emisiilor cu 25% până la 31% mai mari decât înlocuirile pe bază de CNG.

În 2011, orașul Los Angeles, cu al doilea cel mai mare sistem de autobuze din SUA, și-a retras ultimele autobuze diesel și le-a înlocuit cu autobuze CNG. Un deceniu mai târziu, linia Metro G (Orange) a orașului a devenit prima linie de autobuze complet electrice, cu emisii zero, cu scopul de a înlocui toate autobuzele CNG cu autobuze complet electrice. În 2022, Comitatul Clark, Nevada, s-a angajat să convertească 80% din flota sa, predominant vehicule CNG, la vehicule electrice până în 2030 și la 100% până în 2050. Același proces a avut loc și în alte orașe mari, pe măsură ce agențiile publice caută să reducă atât costurile, cât și emisiile.

Rezumate

Arderea gazului natural în locul combustibililor fosili mai murdari este adesea creditată cu ajutorul la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, ceea ce îi determină pe mulți să îl considere un „combustibil de tranziție” care poate accelera trecerea la energia curată. Cu toate acestea, odată cu disponibilitatea crescândă a vehiculelor electrice, inclusiv a celor grele, și cu utilizarea mai multor surse curate și regenerabile de energie pentru a produce electricitate, utilizarea gazului natural comprimat pentru transport ar putea fi un pod pe care l-am traversat deja.