W walce o czystsze powietrze krakowski naukowiec chce, żebyśmy przesiedli się do aut napędzanych tym samym paliwem, na którym gotujemy obiady
Trwa szósta edycja konkursu ”Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki„, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 17 maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 54 prac nadesłanych przez uczelnie oraz instytuty.
Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi 22 maja podczas kongresu Impact’19 w Krakowie. Nagrodami są 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora.
Jeśli idzie o motoryzację, to Polska jest gazową potęgą. Ale kiedy mówimy o autach na gaz, to najczęściej mamy na myśli pojazdy wyposażone w instalacje LPG, czyli na gaz ciekły (liquefied petroleum gas). I chociaż na tym paliwie też ugotujemy obiad – o czym zaświadczą posiadacze butli w ogródkach działkowych – to LPG jest mieszaniną propanu i butanu. Kiedy zaś mówimy o gazie ziemnym, odnosimy się do mieszanki zawierającej głównie metan.
Z tego względu wykorzystanie go jako paliwa do samochodów jest korzystne dla jakości powietrza: ponieważ jest prostszy chemicznie (ma jeden atom węgla i cztery wodoru), to jego spalanie wytwarza znacznie mniej niepożądanych związków chemicznych niż benzyna, która jest mieszaniną różnych węglowodorów (zawierających od czterech do 12 atomów węgla). – W efekcie, gdyby po naszych miastach jeździły wyłącznie samochody napędzane gazem ziemnym, mielibyśmy znacznie mniej problemów ze smogiem – mówi dr hab. inż. Mirosław Kwiatkowski z Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.
Z gazem ziemnym jest właściwie tylko jeden problem: jego magazynowanie. Ponieważ w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym w zbiorniku wielkości przeciętnego baku nie mieści się go zbyt wiele, to naukowcy uciekają się do różnych sztuczek, aby upakować go jak najwięcej w sensownych gabarytach.
Jedną z nich jest magazynowanie gazu ziemnego w postaci skroplonej (LNG) w temperaturze -161 stopni Celsjusza. Dzięki temu jesteśmy w stanie upchnąć ok. 600 razy więcej błękitnego paliwa w tej samej objętości baku. Niestety, rozwiązanie to wymaga drogich zbiorników i skomplikowanej infrastruktury.
Kolejną sztuczką jest jego sprężanie, czyli zwiększanie ciśnienia magazynowanego gazu ziemnego (CNG, compressed natural gas); napędzane takim paliwem auto ma zasięg około jednej czwartej benzyniaka. – Niestety, główna wada tej technologii jest taka, że to skomplikowany proces. Ponieważ w grę wchodzą duże ciśnienia, nawet 200 razy większe niż atmosferyczne, potrzebne są bardzo drogie sprężarki oraz odpowiednia konstrukcja zbiorników, które, aby wytrzymać takie ciśnienie, muszą być duże i ciężkie. W efekcie technologia ta jest niepraktyczna dla indywidualnych odbiorców – tłumaczy dr hab. Kwiatkowski.
Dlatego naukowiec z Krakowa postanowił sięgnąć po jeszcze inną technologię – adsorbowanego gazu ziemnego (ANG, adsorbed natural gas). Wykorzystuje się tutaj materiały mikroporowate – np. aktywny węgiel – które potrafią ”uwięzić„ w sobie cząstki metanu. – Dzięki zastosowaniu takich materiałów możemy upakować więcej gazu ziemnego do zbiornika bez uciekania się do wysokich ciśnień, co oznacza prostszą konstrukcję, cieńsze ściany, bezpieczniejsze użytkowanie, a w efekcie niższe koszty całego rozwiązania – mówi dr Kwiatkowski. Naukowiec dodaje, że jego celem jest opracowanie zbiornika, który będzie miał wielkość koła zapasowego.
/>
Krakowski badacz wskazuje też, że taki zbiornik wciąż może się opłacać, biorąc pod uwagę, że musi być wyposażony w układ regulacji temperatury. Chłodzenie jest potrzebne, ponieważ zbiornik podczas napełniania będzie się nagrzewał (jest to związane z tym, że cząsteczki metanu osiadają w porach, oddając energię w postaci ciepła), a wraz ze wzrostem temperatury maleje objętość gazu, jaka się w nim zmieści. Z kolei jeśli na zewnątrz zbiornika temperatura jest wyższa, gaz niechętnie wydostaje się na zewnątrz; wtedy będzie potrzebne delikatne podgrzanie.
Niestety, pojazdy napędzane ANG mają podstawową wadę: mniejszy zasięg niż ich benzynowi kuzyni. Przy tej samej objętości zbiorników auto na gaz ziemny jest w stanie przejechać jedną piątą–jedną czwartą tego, co benzyniak. Nie zmienia to jednak faktu, że naukowcy na całym świecie starają się udoskonalić tę technologię od ponad 20 lat, a tu i ówdzie podejmowane są próby jej komercjalizacji. Jedną z nich jest zaprezentowana przez dostawcę takich rozwiązań z USA modyfikacja Forda F-150, najbardziej popularnego pick-upa w Stanach Zjednoczonych, napędzanego gazem ziemnym właśnie.