Gaz – droga ku przyszłości

Podczas prac nad nowym silnikiem gazowym celem inżynierów Volvo Trucks było opracowanie układu napędowego który może zapewnić natychmiastowe ograniczenie emisji CO2, zaoferować takie same, wysokie osiągi, jak konwencjonalny silnik wysokoprężny i być realnym rozwiązaniem na przyszłość. Dojście do końcowego rozwiązania oznaczało konieczność przemyślenia sposobu wykorzystania obiegu termodynamicznego Diesla.

Volvo FH LNG w wiejskiej scenerii.

Volvo FH LNG i Volvo FM LNG są pierwszymi na rynku pojazdami ciężarowymi o dużej ładowności zasilanymi gazem, które zapewniają moc wystarczającą do spełnienia potrzeb w transporcie regionalnymi i długodystansowym.

Rosnące obawy związane z globalnym ociepleniem wzmagają presję na odchodzenie od paliw kopalnych. W wielu miastach świata władze lokalne rozważają wprowadzenie zakazu wjazdu samochodów osobowych z silnikiem Diesla – i to w perspektywie zaledwie kilku lat, w niektórych przypadkach.

Pytanie brzmi: co będzie alternatywą? Jakie paliwo zapewni mniejszą emisję CO2, wymaganą moc i wydajność, a jednocześnie będzie opłacalną opcją dla przeciętnej firmy transportowej? Zdaniem Volvo Trucks, odpowiedzią – przynajmniej częściową – jest gaz.

Volvo FH LNG i Volvo FM LNG są pierwszymi na rynku pojazdami ciężarowymi o dużej ładowności zasilanymi gazem, które zapewniają moc wystarczającą do spełnienia potrzeb w transporcie regionalnymi i długodystansowym. Obydwa modele, dostępne w wariantach o mocy 420 lub 460 KM, oferują takie same osiągi i właściwości jezdne jak ich odpowiedniki zasilane olejem napędowym i są w stanie pokonać dystans do 1000 km bez tankowania. 

Lars Mårtensson

Lars Mårtensson, dyrektor ds. ochrony środowiska i innowacyjności w Volvo Trucks, uważa, że gaz ziemny ma duży potencjał, zarówno jeżeli chodzi o możliwość natychmiastowego ograniczenia emisji CO2, jak i jako długofalowe rozwiązanie, na co najmniej 20-30 następnych lat.

Tak naprawdę jedyną różnicę stanowi paliwo – skroplony gaz ziemny (LNG) – które jest zarówno tańsze, jak i zapewnia znacznie mniejszą emisję CO2. Zasilane gazem ziemnym – który w perspektywie krótkookresowej jest dla wielu użytkowników bardziej dostępny – emitują o 20 procent mniej CO2, w porównaniu z pojazdem napędzanym konwencjonalnym silnikiem wysokoprężnym. W przypadku pojazdu pokonującego 120 000 km rocznie w transporcie ciężkim oznacza to o 18-20 ton mniej CO2 wyemitowanego w ciągu roku. Ale największy potencjał występuje w przypadku zasilania biogazem, kiedy to emisja CO2 „od zbiornika do koła” maleje o 100%. Co więcej, także zużycie paliwa jest porównywalne z konwencjonalnymi silnikami wysokoprężnymi Volvo, a jednocześnie jest ono o 15 do 25 niższe niż w konwencjonalnych silnikach gazowych. 

– LNG jest obiecującą alternatywą dla oleju napędowego, ponieważ oferuje odpowiednie połączenie korzyści komercyjnych i środowiskowych – mówi Lars Mårtensson, dyrektor ds. ochrony środowiska i innowacyjności w Volvo Trucks. – Na całym świecie gazu ziemnego jest pod dostatkiem, a sieć dystrybucji LNG rozszerza się.

Anneli Soppi

Anneli Soppi, główny menedżer projektu w Volvo Group Trucks Technology, nadzorowała prace nad gazowym układem napędowym.

LNG w żadem sposób nie jest paliwem nowym. Jednak Volvo Trucks jako pierwsze zastosowało je w samochodzie ciężarowym o dużej ładowności. Istotą tego rozwiązania jest wykorzystanie obiegu termodynamicznego Diesla, zamiast obiegu Otto, który jest powszechnie stosowany w silnikach gazowych. Zasadnicza różnica polega na tym, że silniki Otto posiadają zapłon iskrowy, z czym wiążą się ograniczenia w zakresie możliwych do osiągnięcia: mocy, momentu obrotowego i niezawodności, a także większej podatności na spalanie stukowe. Silniki pracujące według obiegu Diesla mogą, dzięki wtryskowi bezpośredniemu i zapłonowi samoczynnemu, rozwijać większą moc i moment obrotowy. 

– Dotychczas problemem było to, że gaz nie ulega samozapłonowi w wyniku sprężania – do zapłonu gazu potrzebny jest czynnik zapalający. W naszym silniku gazowym czynnikiem tym jest niewielka dawka oleju napędowego, ulegająca samozapłonowi wskutek sprężania – wyjaśnia Anneli Soppi, główny menedżer projektu w Volvo Group Trucks Technology. – Jednak tu pojawia się inny problem: jak dostarczyć do cylindra dwa różne paliwa, gdy zastosowanie dwóch osobnych wtryskiwaczy jest bardzo skomplikowane pod względem technicznym?

LNG jest obiecującą alternatywą dla oleju napędowego, ponieważ oferuje odpowiednie połączenie korzyści komercyjnych i środowiskowych.

Lars Mårtensson,

dyrektor ds. ochrony środowiska i innowacyjności, Volvo Trucks

Odpowiedzią jest wtryskiwacz o dwóch, koncentrycznych rozpylaczach, który jest w stanie zapewnić bezpośredni wtrysk oleju napędowego i gazu. W tym unikatowym systemie, do cylindra wtryskiwana jest najpierw mała dawka oleju napędowego, od którego, chwilę później, zapala się gaz. 

– Olej napędowy jest swego rodzaju płynną świecą zapłonową – dodaje Anneli Soppi. – Silnik pracuje głównie na gazie – paliwo to w ponad 90 procentach zastępuje olej napędowy spalany w konwencjonalnych silnikach wysokoprężnych – ale jednocześnie ma wszystkie zalety jednostki wysokoprężnej, w tym ten sam, wysoki poziom mocy i momentu obrotowego.

Volvo FH LNG wyjeżdżające z miasta.

Obecnie największą przeszkodą w wykorzystaniu LNG – zarówno opartego na gazie ziemnym, jak i biogazie – jest niedobór infrastruktury dystrybucji i tankowania tego paliwa. Jednak zarówno rządy państw, jak i sektor prywatny coraz mocniej inwestują w ten segment rynku.




Czy więc gaz ziemny jest przyszłością transportu? Panuje opinia, że będzie nią elektryczność, lecz o ile napęd elektryczny może być dobry dla samochodów osobowych, potrzeba jeszcze dużo czasu, by technologia ta umożliwiła zbudowanie ekonomicznie opłacalnego długodystansowego samochodu ciężarowego o dużej ładowności. 

– Wygrają te paliwa, które zapewnią dobrą wydajność energetyczną w połączeniu z małym oddziaływaniem na klimat – mówi Lars Mårtensson, dyrektor ds. ochrony środowiska i innowacyjności w Volvo Trucks. – Będziemy świadkami wdrażania wielu rodzajów paliw alternatywnych, w tym elektryczności, zależnie od zastosowania pojazdu. Tymczasem olej napędowy jeszcze przez wiele lat pozostanie w szerokim użyciu. Jednak w ciężkim transporcie regionalnymi i długodystansowym to właśnie LNG ma obecnie największy potencjał do szybkiego stania się globalną alternatywą dla oleju napędowego.  

W perspektywie długofalowej – w związku z możliwością zastąpienia gazu ziemnego biogazem – LNG może okazać jeszcze bardziej korzystne pod względem ograniczenia emisji zanieczyszczeń. – Przechodzenie na jakiekolwiek biopaliwo będzie odbywać się stopniowo, więc przewagę zyskają te biopaliwa, które w okresie przejściowym będą mogły być stosowane w połączeniu z ich kopalnymi odpowiednikami – dodaje Lars Mårtensson. – Na przykład, w przypadku biogazu zabezpieczeniem ciągłości dostaw będzie właśnie gaz ziemny. W miarę rozwoju zaplecza produkcyjnego i dystrybucyjnego biogazu oraz spadku kosztów, możliwości użycia biogazu będą wzrastać. Innymi słowy, możliwe stanie się zmniejszenie emisji CO2 poprzez zwykłą zmianę źródła dostaw paliwa.

Silnik gazowy zasilany LNG

Dzięki wykorzystaniu obiegu termodynamicznego Diesla, zamiast obiegu Otto, gazowy silnik Volvo Trucks może osiągać większą moc i moment obrotowy.




Obecnie największą przeszkodą w wykorzystaniu LNG – zarówno opartego na gazie ziemnym, jak i biogazie – jest niedobór infrastruktury dystrybucji i tankowania tego paliwa. Jednak wraz ze wzrostem świadomości zachodzących zmian klimatycznych rządy wielu państw wspierają inwestycje w infrastrukturę LNG. Dla dostawców gazu oznacza to ogromny potencjał handlowy, związany z zaopatrzeniem branży transportowej w gaz. 

– Uważamy, że gaz ziemny ma największy potencjał, zarówno jeżeli chodzi o możliwość natychmiastowego ograniczenia emisji CO2, jak i jako długofalowe rozwiązanie, na co najmniej 20-30 następnych lat – stwierdza Lars Mårtensson. – Brak infrastruktury jest wyzwaniem, ale w zmaganiu się z nim nie jesteśmy osamotnieni. Problem ten dostrzega na przykład Unia Europejska, zabezpieczając odpowiednie środki finansowe i przygotowując programy. Pojawienie się na rynku samochodów ciężarowych, takich jak Volvo FH LNG i Volvo FM LNG, także wpłynie na przyspieszenie produkcji LNG. Możliwości są więc ogromne. 

Dotychczas problemem było to, że gaz nie ulega samozapłonowi w wyniku sprężania – do zapłonu gazu potrzebny jest czynnik zapalający.

Anneli Soppi

Główny menedżer projektu, Volvo Group Trucks Technology

Mats Franzén.

Mats Franzén, menedżer produktu ds. silników w Volvo Trucks, utrzymuje, że podczas jazdy nie da się stwierdzić, czy prowadzi się pojazd z silnikiem gazowym, czy też konwencjonalnym silnikiem wysokoprężnym.

Volvo FH LNG i Volvo FM LNG zostały opracowane z myślą o dłuższej perspektywie, z udziałem inżynierów Volvo Trucks z różnych ośrodków na świecie. – Silniki wysokoprężne są dziedziną dobrze znaną Volvo Trucks, które buduje i doskonali je od ponad 70 lat. Wraz z układem napędowym LNG dokonujemy przełomu, a proces ten musi być czasochłonny ze względu na konieczność zbudowania wewnętrznej bazy wiedzy i doświadczenia – mówi Mats Franzén, menedżer produktu ds. silników w Volvo Trucks.

Jednym z wyjątkowych wyzwań w tym projekcie jest zapewnienie całkowitej szczelności wysokociśnieniowej instalacji gazowej. Dlatego dużo czasu poświecono na dopracowanie uszczelnień oraz skrupulatne testy ich skuteczności i trwałości. 

Nowe pojazdy przeszły tę samą procedurę badań i walidacji, jakiej poddawane są wszystkie silniki i samochody ciężarowe Volvo Trucks, w tym także testy zderzeniowe i zakrojone na dużą skalę testy eksploatacyjne w zimnych i gorących strefach klimatycznych, a także w warunkach górskich.

– Był to szczegółowy program, ale dzięki temu można oczekiwać samochodów ciężarowych o bardzo wysokiej wydajności – podkreśla Mats Franzén. – Podczas jazdy nie da się stwierdzić, czy prowadzi się pojazd z silnikiem gazowym, czy też konwencjonalnym silnikiem wysokoprężnym. Zapewniają one niższe koszty eksploatacji i mniejszą emisję CO2 w połączeniu z trwałością silnika wysokoprężnego!  

Volvo FH LNG i Volvo FM LNG

Modele: Ciągniki siodłowe (4x2, 6x2, 6x4) i podwozia samochodu ciężarowego (4x2, 6x2, 6x4) o maksymalnej dopuszczalnej masie całkowitej zestawu drogowego do 64 t.
Silnik: Volvo G13C Euro 6 420 KM/2100 Nm lub 460 KM/2300 Nm.
Skrzynia biegów: Volvo I-Shift.
Zbiorniki paliwa: Zbiorniki LNG o pojemności 115 kg (275 l), 155 kg (375 l) lub 205 kg (495 l), zapewniające zasięg do 1000 km, oraz dodatkowo niewielki zbiornik oleju napędowego.
Układ oczyszczania spalin: Katalizator SCR i filtr cząstek stałych.

Zarówno Volvo FH LNG, jak i Volvo FM LNG będą dostępne na rynkach europejskich od pierwszej połowy 2018 r.

Treści powiązane

Skąd biorą się silniki

Odwiedź fabrykę silników Volvo w Skövde, w Szwecji, gdzie powstają wszystkie jednostki napędowe firmy, i spotkaj się z inżynierami odpowiedzialnymi za technologię Euro 6....

Do branży transportowej szybko wkracza cyfrowa rewolucja

Telematyka, łączność, big data, usługi w chmurze i internet przedmiotów prowadzą do cyfrowej rewolucji w branży samochodów ciężarowych. Największy potencjał tkwi w usługach, a Volvo Trucks za wszelką cenę dąży do całkowitego wyeliminowania ...

„Nie” dla oporu powietrza

Koszty paliwa stanowią jedną trzecią całkowitych kosztów firmy transportowej. Dzięki udoskonaleniu własności aerodynamicznych, w połączeniu z nowym silnikiem, spełniającym normę EURO 6 Step C, Volvo Trucks stwarza szansę zaoszczędzenia nawet trzech ...

Filtruj artykuły

5 true 5