Kde se bere LNG a 2 další fosilní plyny

Zásobníky v České republice jsou díky dosavadní mírné zimě stále plné nad 85 procent a lze tedy předpokládat, že aktuální topnou sezónu zvládneme. Dodávky ruského plynu potrubím se podařilo nahradit s využitím plynovodů z jiných zemí, především Norska, a také díky tankerům ze zámoří a stávajícím i nově budovaným terminálům na LNG. Co tato zkratka znamená? A jaký má vztah k LPG nebo CNG?

Zkapalněný zemní plyn – LNG

Zavedená zkratka LNG pochází z angličtiny – Liquefied Natural Gas, jedná se o zemní plyn v kapalné formě. Jeho hlavní složku tvoří metan, zemní plyn se získává z porézních sedimentárních hornin, kde se nachází buď samostatně nebo spolu s ropu či černým uhlím. Ke zkapalňování zemního plynu dochází především z důvodů přepravních a skladovacích.

Při běžné teplotě a atmosférickém tlaku je toto fosilní palivo lehčí než vzduch, hmotnost jednoho krychlového metru (m³) zemního plynu činí přibližně 0,7 kg. Energetická hustota, tedy množství energie uvolněné na jednotku hmotnosti nebo objemu vyjádřené v Joulech, se pohybuje mezi 33 až 38 megaJouly (MJ) na m³,  což je mezi 9,15 a 10,5 kilowatthodinami (kWh) na m³.

Zkapalňování zemního plynu

Zkapalnění je možno provést v zásadě dvěma způsoby, snížením teploty pod bod varu metanu, který je na hranici −162 °C, nebo současným zvýšením tlaku plynu a jeho ochlazením na méně než −82,7 °C, což je kritická teplota metanu, po jejímž dosažení již nelze kapalného stavu dosáhnout jen zvyšováním tlaku.

Ekonomické hledisko hraje pro první variantu, neboť pro další přepravu je nutno zajistit pouze nádoby s tepelnou izolací, zatímco druhá vyžaduje vysokotlaké. Proces zkapalňování je energeticky poměrně náročný, ke zkapalnění kilogramu zemního plynu je potřeba přibližně 0,38 kWh elektrické energie. Naproti tomu z kilogramu LNG je možno získat kolem 13,6 kWh.

Zkapalněním se objem zemního plynu redukuje až šestisetnásobně, výsledný LNG má hustotu 400 kg/m³ a jde o netoxickou, nekorozivní, průzračnou kapalinu namodralé barvy s minimální viskozitou, tvořenou z 90–100 % metanem a zbytky etanu, propanu, vyšších uhlovodíků, dusíku a dalších plynů. Výhřevnost LNG je 55 MJ/kg neboli 22 MJ/litr, což odpovídá asi 6 MWh/m³, a jeho zápalná teplota je 540 °C.

Přeprava LNG

Pro přepravu a skladování LNG se využívají velkoobjemové nádoby s kvalitní tepelnou izolací při běžném atmosférickém tlaku nebo mírném přetlaku, aby byl maximálně eliminován tepelný tok z okolí přes vnější plášť do zásobníku. Nežádoucímu tepelnému toku nelze zamezit zcela a jistá tepelná energie na obsah zásobníku stále působí. Dochází tak k varu LNG a k částečné změně jeho skupenství zpět na plynné čili k vypařování v objemu přibližně 0,17 % denně.

Tato přeměna současně odebírá teplo z okolí a dochází tak ke zpětnému ochlazování LNG v zásobníku, což napomáhá udržení nízké teploty v nádobě. Odpařený zemní plyn se jímá a odvádí ze zásobníku, aby se v něm nezvyšoval tlak, a tento plyn se dále využívá. Například pro pohon motorů lodních tankerů, které LNG přepravují, případně prostřednictvím tepelného čerpadla k ochlazování zásobníků nebo k opětovnému zkapalňování plynu.

Využití LNG

V cílové destinaci je LNG v plovoucích nebo pozemních terminálech opět zplyňován, vtláčen do potrubí a následně distribuován sítí plynovodů jako běžný zemní plyn. Ten slouží jako palivo k vaření či vytápění a rovněž v chemickém průmyslu například při výrobě čpavku.

Kromě výše zmíněných lodních tankerů se LNG využívá především v dálkové autobusové a nákladní dopravě. Vlastnosti LNG (jeho odpařování) umožňují používat jej u chladicích vozů nejen jako palivo pro motory k jejich pohonu, ale také jako chladivo pro nákladové prostory. LNG v menší míře slouží rovněž pro osobní automobily.

Stlačený zemní plyn – CNG

I zde zkratka vychází z anglických slov – Compressed Natural Gas. Obsahuje 96-98 procent metanu, je lehčí než vzduch, a lze jej tak snadno odvětrat. Má vysoké oktanové číslo 128 a slouží pro pohon motorových vozidel jako relativně ekologičtější palivo než benzin nebo nafta, případně zkapalněný zemní plyn LPG.

Spotřeba CNG je běžně o jednotky procent nižší než spotřeba benzinu nebo nafty, ovšem v závislosti na stylu jízdy, kondici motoru i celkovém technickém stavu vozidla. Vozy poháněné CNG vykazují pokles hladiny hluku o 10 až 15 decibelů (dB).

Měrnou jednotkou pro čerpání CNG na plnicích stanicích je kilogram. Jeden kilogram CNG je energetickým ekvivalentem přibližně 1,4 l benzinu nebo kolem 1,3 l motorové nafty. Při převodu na objemové jednotky jeden litr CNG energeticky představuje asi 0,67 litru benzinu nebo 0,59 litru nafty.

Osvobození od silniční daně, povinná pravidelná kontrola

Vozidla s pohonem na CNG jsou v České republice osvobozena od silniční daně. Jejich majitelům však vyvstává povinnost absolvovat s vozem každé dva roky kontrolu těsnosti systému.

Snížení výkonu motoru

U vznětových (naftových) motorů dochází při dodatečném osazení pohonu na CNG k takzvané přestavbě, zážehový (benzinový) motor se nepřestavuje, ale změní se, případně přidá, palivový systém na zemní plyn.

Výkon motoru při dodatečně instalovaném pohonu na CNG klesá o 5 až 10 %, výraznější je pokles u atmosférických motorů, až 20 %. Dochází rovněž ke zmenšení zavazadlového prostoru, kam se zpravidla umisťuje nádrž s CNG.

U vozidel konstruovaných přímo s pohonem na CNG tento problém odpadá, protože jsou nádrže na CNG zabudovány do podvozku. Nicméně u takových vozů chybí rezerva, není místo na roletu zavazadlového prostoru a podobně.

Změna jízdních vlastností

Umístění nádrží může výrazně ovlivnit i jízdní vlastnosti vozu v závislosti na použitém materiálu. Ocelové nádrže mají vyšší hmotnost než kompozitní a jejich umístění do zavazadlového prostoru nebo místo rezervy může snížit přilnavost předních kol, jež bývají obvykle hnaná.

LPG – zkapalněný ropný plyn

Zkratku poskytla opět angličtina – Liquified Petroleum Gas. Jedná se v podstatě o topný plyn dříve známý pod názvem propan-butan, čili směs uhlovodíkových plynů propanu a butanu. Slouží pro vaření, vytápění, svícení i jako palivo do zážehových (obvykle označovaných jako benzinové) motorů.

Podobně jako benzin nebo nafta se i LPG vyrábí rafinací ropy. Lze jej získávat rovněž separací kapalné frakce od metanu v průběhu těžby zemního plynu. Za běžných atmosférických podmínek má propan-butan plynné skupenství. Ochlazením a stlačením je možné jej převést na kapalinu, čímž se dvě stě šedesátkrát sníží jeho objem. LPG je těžší než vzduch a při úniku má tendenci hromadit se v nejníže položených místech terénu.

Specifika využití LPG

Propan se snáze odpařuje než butan, proto se v České republice používá jako topný plyn v 90 procentech případů. Horší odpařování butanu by při nižších teplotách mohlo způsobovat technické komplikace, například v podobě ucpávání trysek.

Různé odpařování obou plynů má vliv také na složení takzvané letí a zimní LPG směsi pro pohon automobilů. Zimní směs LPG tvoří ze 60 procent propan a ze 40 procent butan, u letní LPG směsi je to naopak, obsahuje 40 procent propanu a 60 procent butanu.

Hustota kapalné zimní směsi LPG činí 540 kg/m³, hustota propanu je přitom 510 kg/m³, hustota butanu 580 kg/m³. V plynném skupenství je hustota přibližně 2,1 kg/m³, jak je uvedeno výše, 1 litr v kapalné formě představuje přibližně 260 litrů plynu. Výhřevnost LPG se pohybuje těsně pod 13 kWh/kg, což je kolem 46,44 MJ/kg.

Vliv nižší mazivosti LPG vyřešen

LPG neobsahuje tetraethylolovo, které u dřívějších, takzvaných olovnatých benzinů kromě jiného sloužilo i k mazání některých částí ventilových rozvodů. Proto byla vyvinuta speciální LPG aditiva, zvyšující mazivost paliva s využitím ekologických látek. Konstrukce drtivé většiny současných motorů je již uzpůsobena tak, že olovnatá aditiva v benzinu nepotřebuje, a při provozu na LPG se tak pro tyto účely využívá takzvaný přívstřik benzinu.