CNG Sıkıştırılmış Doğalgaz Nedir?

1. GİRİŞ

Sanayi toplumunun getirdiği sorunlardan olan global kirlenme, insanları giderek artan oranda yaşadığı çevreyi korumaya zorlamaktadır. 1970ve 80' li yıllarda yakıt seçiminde stratejik güvenirlilik ve ekonomiklik ön plana çıkarken 90' lı yıllarda çevre faktörü ön plana çıkmıştır. Bu bilincin gelişmesindeki en önemli neden, “kirletmeme”nin maliyetinin sonradan temizlemeye göre daha düşük olmasıdır.

Benzine alternatif sayılan günümüz yakıtları şöyle sıralanabilir.

• Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG)
• Sıkıştırılmış doğal gaz (CNG)
• Sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG)
• Metanol
• Etanol
• Hidrojen

Bu rapor yukarıda sıralanan alternatif yakıtlardan en yaygın durumunda olan LPG ve CNG' yi kapsamaktadır.

3. CNG (OTO DOĞALGAZ)

Doğal gazın enerji yoğunluğu düşüktür. Enerji yoğunluğunun yükseltilmesi amacıyla doğalgaz sıkıştırılır veya sıvılaştırılır. Doğal gaz taşıtlarda 200 bar' da kullanılmaktadır. Bu nedenle sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) olarak anılmaktadır.

Doğal gazın ısıl değeri 47 MJ/kg veya 40MJ/m3'e eşit olup, 1 kg doğal gaz 1,33 litre benzine veya 1,22 litre motorine eşittir. Diğer bir karşılaştırma ile 1 m3 doğal gaz 1,1 litre benzine veya 1,0 litre motorine eşit olmaktadır.

Araç motorlarında kullanılan yakıtların karşılaştırması yapılırken motorun verimliliği de dikkate alınmalıdır. Doğal gazın enerji verimliliği genel olarak benzinden daha iyi, motorinle ise aynıdır. İstanbul'da kullanılan doğalgazın Botaş tarafından garanti edilen özellikleri Tablo 2'de verilmiştir. Garanti edilen minimum metan oranı Tablo 2'ye göre %82 iken bu oran pratikte %94 ile %98 arasında değişmektedir.

Kimyasal Kompozisyon (Mol Yüzdesi Olarak)

Metan C1 Min. %82
Etan C2 Max. %12
Propan C3 Max. %4
Bütan C4 Max. %2,5
Pentan ve Diğer Ağır Hidrokarbonlar C5+ Max. %1
Karbondioksit CO2 Max. %3
Oksijen O2 Max. %0,5
Azot N2 Max. %5,5

Kükürt

Hidrojen Kükürt H2S Max. 5,10 mg/m3
Merkaptan Kükürt Max. 15,30 mg/m3
Toplam Kükürt Max. 110,00 mg/m3

Doğalgaz Özellikleri

Gaz yoğunluğu kg/m3 (STP, 293K, 100kpa) 0,71
Isıl değer MJ/m3 (Kcal/m3) 35,86 (8580)
Isıl değeri KJ/kg (kcal/kg) 49,085 (11,780)
Karbon oranı % 73,98
Hidrojen oranı % 24,57
Yanma hızı m/s 0,43
Gazın ısıl iletkenliği mWcm-1K-1 (STB) 0,33
Havada difüzyon katsayısı cm2/s 0,16
Havada alevlenme oranı hacim % 5,3 - 15
Havada infilak oranı hacim % 6,3 -– 13,5
O2 limitleme indeksi hac. % 12,1
Havadaki stoichiometrik bileşim hac. % 9,48
Havada min. Ateşleme enerjisi mJ 0,29
Kendi kendine ateşleme sıc. K 813

Doğalgaz Özellikleri

Gaz yoğunluğu kg/m3 (STP, 293K, 100kpa) 0,71
Isıl değer MJ/m3 (Kcal/m3) 35,86 (8580)
Isıl değeri KJ/kg (kcal/kg) 49,085 (11,780)
Karbon oranı % 73,98
Hidrojen oranı % 24,57
Yanma hızı m/s 0,43
Gazın ısıl iletkenliği mWcm-1K-1 (STB) 0,33
Havada difüzyon katsayısı cm2/s 0,16
Havada alevlenme oranı hacim % 5,3 - 15
Havada infilak oranı hacim % 6,3 – 13,5
O2 limitleme indeksi hac. % 12,1
Havadaki stoichiometrik bileşim hac. % 9,48
Havada min. Ateşleme enerjisi mJ 0,29
Kendi kendine ateşleme sıc. K 813

Özellikler

Havadaki alev sıcaklığı K 2148
Alev salınımı % 25 - 33
Havadaki maks. Yanma hızı m/s (STP) 0,45
Havadaki patlama hızı km/s (STP) 1,4 – 1,64
Patlama enerjisid kütle esaslı gTNT/g 11
Patlama aralığı % 5 - 15
Patlama enerjisid hacim esaslı gTNT/m3 (STP) 7,03
Baca gazındaki buhar oranı % 16,9
Baca gazı su çiğ. nok. ºC 56
Ocak yükü KJ/m3h 1,6 – 4x106
Ocak sıcaklığı ºC 1500
Teorik özgül hava miktarı Nm3/kg 9,3
Gerçek özgül hava miktarı Nm3/kg 10,3
Teorik özgül duman miktarı Nm3/kg 10,7
Gerçek özgül duman miktarı Nm3/kg 11,6
Hava fazlalığı 1,05 – 1,1
Alev ışınım katsayısı 0,3 – 0,5

4.1 CNG nin avantajları tercih sebepleri

Doğalgazlı araçların desteklenmesinin en önemli nedeni çevresel avantajlardır. Lokal seviyelerde emisyonlarda ( Hidrokarbon, CO ve NOx) kükürt ve partiküllerde çok büyük bir düşüş sağlamaktadır. Ayrıca sera etkisi gazlarında da % 20 oranında bir azalmaya sebep olmaktadır. Yeni nesil doğal gazlı araçların benzinli ve dizel yakıtlı araçlara göre emisyon değerleri şu şekildedir:

• NOx' de % 77 – 80 azalma,
• CO' de % 76 azalma,
• Benzende % 97' nin üzerinde bir azalma,
• Ozona zararlı hidrokarbonlarda yaklaşık % 90 azalma,
• Partiküllerde % 99 ve üzerinde bir azalma.
• Doğal gaz çevreyi etkileyici toksik ve korozif ürünler üretmediğinden diğer fosil yakıtlara göre en temiz yakıttır.

Ekonomik Yararları

• Doğal gaz temiz yanan bir yakıt olduğundan araç bakımlarını azaltır.
• Yüksek kompresyonlu otobüs motorlarında kullanılan doğal gaz çok iyi bir sürüş performansı sağlamaktadır.
• Doğal gaz diğer sıvı yakıtlara benzemediği için dışarı çekilerek çalınma riski yoktur. Bu durum, özellikle büyük filolarda görülen yakıt çalma işini engellemektedir.
• Araçlar, büyük kompresörlere sahip hızlı dolum istasyonlarında 3 – 4 dakikada doldurulabilmektedir. Ayrıca;
• Bir doğalgazlı motorun sera etkisi yapıcı gaz ve toksik madde salma oranı benzinli bir motora göre oldukça düşüktür.
• Doğalgazlı araçların bir özelliği olmak üzere yakıt alırken veya kullanırken buharlaşma emisyonu oldukça düşük veya sıfırdır denilebilir. Bu durum toplam hidrokarbon emisyonunun en az % 50 sinin değerlendirilmesi demektir.
• Doğalgazlı araçların bir özelliği olmak üzere CO2 emisyon oranı % 20'nin üzerinde azalmaktadır.
• Doğalgaz boru hatları ile taşındığından, karayolu ile taşınan akaryakıt ve LPG göre otoyollarda tehlike unsuru, ekstra masraf ve kirlilik oluşturmamaktadır.
• Amerika' da bir çok şehirde yapılan araştırmalara göre solunum yolu hastalık riskini artıran bir takım çok ince partiküllerin oluşumundan dizel egzoz gazları sorumlu tutulmuştur. Oysa ki doğal gazlı araç egzozunda bahse konu olan partiküllerden sadece çok az miktarda bulunabilmiştir.
• Doğalgazlı araçların bir ülkede veya ülkenin doğalgaz kullanan herhangi bir bölgede kullanımının yaygınlaşmasının yeni istihdam alanları oluşturacağı açıktır. Bir örnek olarak Arjantin'de doğalgazlı araç kullanımın yaygınlaşması ile yaklaşık 10.000 kişilik yeni iş alanları açmıştır.

Güvenlik

Doğal gazlı araçlarda güvenlik unsuru olarak başlıca iki önemli yapıdan söz edilebilir

• Doğalgaz yakıt sistemlerinin özel dizayn edilmiş olması
• Doğalgazın fiziksel ve kimyasal özellikleri

Taşıtlar doğalgazı yakıt olarak kullandıklarında benzin gibi geleneksel yakıtları kullanan araçlar kadar güvenlidirler. ABD gibi ülkelerde bir çok okul idaresinin güvenlik nedeniyle doğalgazlı motorlara sahip okul otobüslerini seçtikleri bir gerçektir. Çünkü, kaza halinde sıvı yakıtlardan farklı olarak doğal gaz açığa çıktığında atmosfere karışarak kaybolur. Oysa ki, sıvı yakıtların zemine yayılarak yangın çıkarma ihtimali oldukça yüksektir. ABD' de her 100 milyon mil başına düşen ölümlü kaza oranı 2,2 iken, doğal gazlı araçlarda ölümlü kazaya rastlanmamıştır.

Doğalgazlı araçların yakıt depoları, benzinli araçların yakıt depolarına göre fiziksel zararlara daha mukavim ve tank yapımında kullanılan kompozit maddeler nedeniyle kimyasal etkilere karşı da korunaklı yapıdadırlar.

Doğalgazın yakıt dolum ve kullanım aşamalarında buharlaşma oranının çok düşük ve sıfıra yakın olması gazın sızma ihtimalini ortadan kaldırmaktadır. Hatta tankın delinme durumunda bile, doğalgaz,havadan hafif bir gaz olması nedeniyle herhangi bir zarara neden olmadan direkt atmosfere karışacaktır.

Tutuşma sıcaklığı 3500C olan benzine göre, tutuşma sıcaklığı 6500C doğalgaz yüksek tutuşma sıcaklığı nedeniyle güvenlik açısından avantaj sağlamaktadır. Ayrıca hava ile % 5 – 15 arası hacimsel bir karışım oluşturulmadan doğal gazın patlaması mümkün değildir. Yüksek tutuşma sıcaklığı ve düşük yanma aralığı nedeniyle doğal gaz diğer sıvı yakıtlarla karşılaştırıldığında kaza anında güvenlik açısından en güvenilir yakıttır.