Logo Volvo

Trucks

Inside Volvo – Gas
Technológia a inovácie

Plyn – cesta do budúcnosti

2017-10-19
Text: Nic Townsend Fotografie: Arne Edström a DDR GBG
V prípade nového motora s pohonom na plyn bolo pre inžinierov zo spoločnosti Volvo Trucks výzvou vyvinúť nový pohon, ktorý by dokázal okamžite znížiť emisie CO2, ponúknuť zákazníkom rovnako vysoký výkon ako diesel a nájsť vhodné riešenie pre budúcnosť. Finálne riešenie znamenalo nanovo prepracovať celý princíp dieselového pohonu.
Volvo FH LNG na vidieku.
Vozidlá Volvo FH LNG a Volvo FM LNG sú prvé ťažké nákladné vozidlá na trhu s pohonom na plyn, ktoré ponúkajú dostatočný výkon na splnenie potrieb ťažkej regionálnej a diaľkovej prepravy.

Rastúci záujem o tému globálneho otepľovania zvyšuje tlak na prechod na iné než fosílne palivá. V mnohých zo svetových veľkomiest vedenie samospráv zvažuje zákaz vznetových vozidiel, v niektorých prípadoch už o niekoľko rokov.

Otázka znie: aká bude alternatíva? Ktorý palivový zdroj dokáže znížiť emisie CO2, poskytnúť požadovaný výkon a vlastnosti, a stále byť komerčne použiteľným riešením pre štandardnú prepravnú spoločnosť? Spoločnosť Volvo Trucks veríme, že odpoveďou – aspoň čiastočnou – je plyn.

Vozidlá Volvo FH LNG a Volvo FM LNG sú prvé ťažké nákladné vozidlá na trhu s pohonom na plyn, ktoré ponúkajú dostatočný výkon na splnenie potrieb ťažkej regionálnej a diaľkovej prepravy. Obidva modely, dostupné s výkonom 420 k a 460 k, ponúkajú rovnaké výkon a jazdné vlastnosti ako ich dieselové ekvivalenty a medzi tankovaním majú dojazd až 1 000 km. 

Rozdielne je v skutočnosti len ich palivo – skvapalnený zemný plyn (LNG) – ktoré prináša výrazne nižšie náklady na pohonné hmoty a emisie CO2. V prípade pohonu na zemný plyn, ktorý je krátkodobo vhodnejším riešením pre väčšinu prepravných spoločností, dôjde k zníženiu emisií CO2 o 20 % v porovnaní s naftou. V prípade nákladného vozidla, ktoré za rok najazdí 120 000 km s ťažkým nákladom, to znamená úsporu 18 až 20 ton CO2 ročne. Avšak najväčší potenciál na úsporu je v prípade pohonu na bioplyn, pri ktorom sa emisie CO2 známe ako „od nádrže po kolesá” znížia o 100 percent. Okrem toho, hoci úspora paliva je na rovnakej úrovni ako u vznetových motorov Volvo, je o 15 až 25 percent nižšia než u bežných plynových motorov. 

„LNG je sľubný ako alternatíva k nafte, pretože ponúka výbornú kombináciu výhod v oblasti ekológie aj podnikania,” hovorí Lars Mårtensson, riaditeľ odboru životného prostredia a inovácií v spoločnosti Volvo Trucks. „Zásoby zemného plynu sú na celom svete bohaté a infraštruktúra na tankovanie LNG sa stále rozširuje.”

LNG nie je novým druhom paliva. Volvo Trucks je však prvou spoločnosťou, ktorá ho používa na dosiahnutie takéhoto výkonu u ťažkých nákladných vozidiel s pohonom na plyn. Dosiahli sme to vďaka využitiu dieselového princípu namiesto Ottovej technológie, ktorá je najbežnejšia v prípade motorov s pohonom na plyn. Hlavným rozdielom je, že Ottove motory využívajú zapaľovaciu sviečku, čo so sebou prináša limity v oblasti výkonu, krútiaceho momentu a spoľahlivosti a motory sú tiež citlivejšie na detonačné spaľovanie. Motory s dieselovým princípom môžu dosahovať vyšší výkon a krútiaci moment s využitím priameho vstrekovania a zahrievacej kompresie na zapálenie zmesi. 

„Až doteraz bolo problémom, že plyn nemožno zapáliť samotnou kompresiou – potrebujete niečo, čo spustí proces horenia plynu. Plyn však dokážeme zapáliť vďaka predvstreku nafty, ktorá sa zapáli kompresiou,” vysvetľuje Anneli Soppi, hlavný projektový manažér spoločnosti Volvo Group Trucks Technology. „Tým však vzniká problém, ako vstreknúť dva druhy paliva do valca, pretože použiť dve trysky je veľmi komplikované.”

LNG je sľubný ako alternatíva k nafte pretože ponúka výbornú kombináciu výhod v oblasti ekológie aj podnikania.

Odpoveď prišla v podobe dvoch sústredných ihiel, ktoré dokážu vstreknúť naftu aj plyn priamo. Použitím tejto jedinečnej technológie sa pred plynom vstrekne do valca malé množstvo nafty, ktorá spustí horenie. 

„Nafta v podstate funguje ako tekutá zapaľovacia sviečka,” hovorí Anneli Soppi. „Motor je poháňaný prevažne plynom – ten v skutočnosti nahrádza až 90 percent nafty spotrebovanej v konvenčnom vznetovom motore, pričom stále máme k dispozícii výhody vznetového motora vrátane rovnako vysokého výkonu a krútiaceho momentu.”




Znamená to teda, že zemný plyn predstavuje budúcnosť prepravy? V súčasnosti je populárnym názorom, že to bude elektrina. A hoci tá môže predstavovať budúcnosť osobných automobilov, vývoj technológií pre elektromobilitu má pred sebou ešte stále dlhú cestu a je ďaleko od komerčne dostupného riešenia ťažkej nákladnej prepravy na veľké vzdialenosti. 

„Víťaznými palivami budú tie, ktoré dokážu ponúknuť dobrú energetickú účinnosť a malý dopad na klímu,” hovorí Lars Mårtensson, riaditeľ odboru životného prostredia a inovácií v spoločnosti Volvo Trucks. „Budeme svedkami vývoja viacerých alternatívnych palív vrátane elektrickej energie a pre rôzne aplikácie sa budú používať rôzne palivá. Nafta sa však bude aj naďalej používať ešte mnoho rokov, kým sa prejde na iné palivá. Keď však ide o ťažkú regionálnu a diaľkovú prepravu, LNG má dnes jednoznačne najlepšiu pozíciu stať sa rýchlo globálne dostupnou alternatívou k nafte.” 

Z dlhodobého hľadiska – vďaka možnosti použiť bioplyn namiesto zemného plynu – ponúka LNG potenciál na ďalšie znižovanie emisií. „Prechod na biopalivá v budúcnosti sa bude uskutočňovať postupne, takže najúspešnejšie biopalivá budú tie, ktoré možno počas prechodu nahradiť fosílnou verziou,” dodáva Lars Mårtensson. „Zemný plyn, napríklad, zaručuje dostupnosť zdrojov pre všetky vozidlá s pohonom na bioplyn. Keď sa výroba a distribúcia bioplynu zlepší a náklady sa znížia, možnosť prepravy čisto na bioplyn sa adekvátne zvýši. Povedané v skratke, budete môcť výrazne znížiť emisie CO2 jednoducho zmenou zdroja paliva.”




V súčasnosti je najväčšou prekážkou pri používaní LNG – či už ide o zemný plyn alebo bioplyn – nedostatočná infraštruktúra na distribúciu a čerpanie paliva. Avšak s neustále rastúcim záujmom o klimatické zmeny vlády mnohých krajín podporujú investície do infraštruktúry LNG. To znamená, že dodávateľov plynu môže osloviť obrovský komerčný potenciál v oblasti dodávania pre prepravný priemysel. 

„Veríme, že zemný plyn ponúka najväčší potenciál, či už ide o okamžité zníženie emisií CO2 alebo o to, byť dlhodobým riešením najmenej na ďalších 20 až 30 rokov,” hovorí Lars Mårtensson. „Nedostatočná infraštruktúra je problémom, ale nečelíme mu sami. Napríklad, EÚ si to uvedomuje a pre túto oblasť vyčlenila fondy a programy. A vývoj nákladných vozidiel ako Volvo FH LNG a Volvo FM LNG tiež pomôže urýchliť výrobu LNG, takže potenciál je obrovský. 

Až doteraz bolo problémom, že plyn nemožno zapáliť samotnou kompresiou – potrebujete niečo, čo spustí spaľovací proces.

Vozidlá Volvo FH LNG a Volvo FM LNG sú vyvíjané s ohľadom na dlhodobú prevádzku a do vývoja sú zapojení inžinieri spoločnosti Volvo Trucks z viacerých prevádzok z celého sveta. „Dieselové motory sú pre spoločnosť Volvo Trucks známym teritóriom, pretože ich vyvíja a zlepšuje už viac ako 70 rokov. Ale s pohonom na LNG sa púšťame do nových oblastí a to nevyhnutne vyžaduje čas na zhromaždenie interných poznatkov a skúseností,” hovorí Mats Franzén, produktový manažér pre motory spoločnosti Volvo Trucks.

Tento projekt zahŕňa špecifickú požiadavku pri práci z plynom pod vysokým tlakom, a to zabezpečiť, že systém je riadne utesnený. Venovali sme nespočetné množstvo hodín zabezpečeniu toho, aby boli tesnenia nepriepustné a dôkladne sme ich testovali, aby sa zabezpečila ich dlhodobá trvanlivosť. 

Celkovo podstúpili nové vozidlá rovnaké testovacie a schvaľovacie procesy, aké spoločnosť Volvo Trucks používa v prípade všetkých motorov a vozidiel, vrátane crash testov a testov odolnosti, testov v extrémnych podmienkach, v horúcich aj chladných oblastiach a vo vysokých nadmorských výškach.

„Bol to náročný proces, ale výsledkom sú veľmi výkonné nákladné vozidlá,” hovorí Mats Franzén. „Počas jazdy nebudete vedieť určiť, či jazdíte na naftu alebo na plyn. Spájajú v sebe úsporu nákladov na palivo a nízke emisie CO2 s trvanlivosťou vznetových motorov.” 

Volvo FH LNG a Volvo FM LNG

Modely: Dostupné ako ťahače (4x2, 6x2, 6x4) a podvozky určené na dostavbu (4x2, 6x2, 6x4) s celkovou hmotnosťou súpravy do 64 ton.
Motor: Volvo G13C Euro 6 s výkonom 420 k/2100 Nm alebo 460 k/2300 Nm.
Prevodovka: Volvo I-Shift.
Palivové nádrže: Dostupné na 115 kg (275 l), 155 kg (375 l) alebo 205 kg (495 l) LNG v prevádzkovom dosahu do 1 000 km, plus menšia nádrž na naftu.
Dodatočná úprava výfukových plynov: SCR a filter pevných častíc.

Obidva modely, Volvo FH LNG aj Volvo FM LNG, budú dostupné na európskom trhu v priebehu roka 2018.