سوخت و احتراق (بخش سوم)

گاز طبیعی سوختی است که به صورت طبیعی در زمین های نفت خیز یافت می شود. ماده اصلی این گاز که حدود 90 تا % 95 آن را تشکیل می دهد گاز متان (CH2) می باشد، این گاز به همراه مواد دیگری از قبیل % 4 نیتروژن، % 4 اتان و 1 تا % 2 پروپان می باشد. متان گازی گلخانه ای با پتانسیل گرم کردن زمین به میزان ده برابر CO2 است.

گاز طبیعی:

گاز طبیعی سوختی است که به صورت طبیعی در زمین های نفت خیز یافت می شود. ماده اصلی این گاز که حدود 90 تا % 95 آن را تشکیل می دهد گاز متان (CH2) می باشد، این گاز به همراه مواد دیگری از قبیل % 4 نیتروژن، % 4 اتان و 1 تا % 2 پروپان می باشد. متان گازی گلخانه ای با پتانسیل گرم کردن زمین به میزان ده برابر CO2 است.

گاز طبیعی سالیان متمادی است که به عنوان سوخت موتورهای ثابت کمپرسور های گازی و ژنراتور های مولد برق مورد استفاده قرار می گیرد. شبکه گسترده توزیع و خطوط انتقال گاز طبیعی بزرگی جهت مصارف صنعتی و سیستم های گرمایشی وجود دارد. خودرو هایی با سوخت گاز طبیعی از سال 1950 ظهور کردند و کیت های تبدیل آن ها برای هر دو نوع موتور های اشتعال تراکمی و اشتعال جرقه ای موجود است.

تحقیقات زیادی برای توسعه خودرو های دوگانه سوز که هم می توانند با گاز طبیعی و هم با بنزین یا سوخت دیزل کار کنند، در حال انجام است. یک مزیت خودرو های دوگانه سوز آن است که گستره عملکرد آن از خودرو هایی که تنها با گاز طبیعی کار می کنند بیشتر است. در حال حاضر تولید کنندگان تجهیزات اصلی این سیستم ها در حال فروختن محصولات خود به شرکت های خودرو سازی، به ویژه وسائط نقلیه ناوگانی هستند.

برای دستیابی به استاندارد آلاینده های خودرو در موتور هایی با سوخت گاز طبیعی، از مبدل های کاتالیستی استفاده می شود. به دلیل استفاده از مبدل های کاتالیستی، موتور باید در شرایط استوکیو متریک عمل نماید، نگه داشتن احتراق گاز طبیعی در شرایط استوکیو متریک و بازخورانی گاز های سوخته جهت کاهش دمای بیشینه احتراق و بنابراین کاهش سطح تولید اکسید نیتروژن، دلایل کارآمد بودن این نوع سوخت است.

هیدروژن:

هیدروژن (H2) از برخی مواد خام نظیر گاز طبیعی، زغال سنگ و آب به دست می آیند. فرایند های مختلفی برای تولید هیدروژن انجام می شود، یکی از این روش ها بازساخت بخار گاز طبیعی است که در حال حاضر اقتصادی ترین راه تولید هیدروژن می باشد، الکترولیز آب و تبدیل زغال سنگ به گاز که در نتیجه آن CO2 نیز تولید می شود از راه های دیگر تولید هیدروژن می باشد.

هیدروژن گازی بی رنگ، بی بو و غیرسمی است، شعله های هیدروژن نامرئی و بدون دود هستند. از آنجا که در محصولات احتراق هیدروژن همانند هیدروکربن ها مواد کربن دار از قبیل CO، HC و CO2 یافت نمی شود، پتانسیل گرمایش جهانی هیدروژن در مقایسه با سوخت های پایه هیدروکربنی قابل اغماض است.

هیدروژن فشرده تحت فشار 70 MPa دارای یک سوم چگالی انرژی گاز طبیعی فشرده است، همچنین چگالی انرژی حجمی هیدروژن مایع، یک چهارم بنزین است. استفاده از هیدروژن مایع بسیار گران است، چرا که مایع کردن هیدروژن تا دمای -20 °k نیازمند صرف انرژی ای تقریباً برابر با انرژی هیدروژن مایع است. اگر در چند راهه ورودی هیدروژن با هوا ترکیب شود، حجم هیدروژن30 % حجم مخلوط ورودی در شرایط استوکیو متری خواهد بود که باعث کاهش بازده تنفسی می شود. عدد اکتان هیدروژن 106 است، این عدد اکتان اجازه می دهد از نسبت های تراکم بالاتر نیز استفاده کنیم.

متانول:

متانول (CH3OH) سوخت الکلی است که از واکنش های گاز طبیعی، زغال سنگ یا فرایند های بیوماس به دست می آید. متانول را همچنین الکل چوب می نامند. الکل در شرایط محیطی ماده ای مایع می باشد و ساختار شیمیایی آن به صورت مولکول هیدروکربنی با یک رادیال هیدروکسل (OH) می باشد.

رادیکال هیدروکسل باعث افزایش قطبیت هیدروکربن می شود و بنابراین متانول می تواند در آب حل شود، این ماده همچنین فشار بخار نسبتاً کمی دارد. با توجه به وجود اکسیژن در این مولکول، هوای کمتری جهت احتراق کامل آن مورد نیاز است. متانول سمی بوده و خوردن آن باعث کوری و مرگ می شود. متانول از دهه 1900 به عنوان سوخت خودرو ها و موتور های دیزل و همچنین سلول های سوختی مورد استفاده قرار گرفته است.

اتانول:

اتانول با فرمول (C2H5OH) ، یک سوخت الکلی است که از تخمیر ذرات شکر، نیشکر و کله قند که منابع تهی ناپذیر انرژی هستند، تولید می شود. مشخصات و ویژگی های احتراق آن بسیار شبیه متانول است. متانول را الکل دانه ای نیز می نامند. اتانول در شرایط محیط مایع بوده و در غلظت های پایین غیر سمی است.

گازوهل (E10) ترکیبی از اتانول و بنزین با تقریباً % 10 حجمی اتانول است. E85 ترکیبی از 85 % اتانول و % 15 بنزین است. در برزیل تقریباً نیمی از خودرو ها از سوخت پایه اتانول با نام »آلکول « استفاده می کنند. E93 از نیشکر تولید می شود.

در ایالات متحده مهم ترین منبع اتانول از واکنش های حالات نشاسته همچون ذرت است. در حال حاضر در ایالات متحده تلاش هایی برای تولید این ماده از مواد سلولزی مانند فیبر های ذرت، پسماند های جنگلی، علف ها و درخت های صنوبر در حال انجام است. چگالی انرژی حجمی اتانول به عنوان یک سوخت جایگزین، نسبتاً بالا است (تقریباً 2.3 بنزین(. عدد اکتان این ماده 111 بوده که باعث می شود بتواند در نسبت تراکم بالا عمل کند. عدد ستان آن کوچک و در حدود 8 می باشد، اما همانند متانول می تواند در موتور های اشتعال تراکمی با سوخت دیزل احتراق کمکی عمل نماید.

ادامه مطلب در بخش بعدی . .