天然ガス自動車 – HiSoUR 芸術文化美術歴史

天然ガスビークル（NGV）は、圧縮天然ガス（CNG）または液化天然ガス（LNG）を使用する代替燃料ビークルです。天然ガス自動車は、基本的に異なる組成の燃料であるLPG（主にプロパン）を搭載した車両と混同しないでください。

天然ガス動力車では、本質的にメタンガス（CH4）燃料を酸素（O2）で空気からCO 2および水蒸気（H 2 O）に燃焼させることによりエネルギーが放出される。メタンは最もクリーンな燃焼炭化水素であり、天然ガス中に存在する多くの汚染物質が発生源で除去される。

安全で便利で費用効果の高いガス貯蔵と燃料補給は、天然ガスが加圧されているため、および/またはLNGの場合にはタンクを冷たく保つ必要があるため、ガソリンとディーゼル車に比べて困難です。これにより、頻繁に使用されていない車両にはLNGが適していません。液体燃料と比較してガスの低いエネルギー密度は、高圧縮またはガス液化によって大幅に緩和されるが、貯蔵容器のサイズ/複雑さ/重量、給油停止間の車両の範囲、給油する時間。

類似の貯蔵技術が使用されても同様の妥協案が提案された新しい水素経済の一環として水素自動車に適用されるが、気体燃料としてのメタンは、その低い燃焼性、低い腐食性およびより大きな漏洩締め付けにより水素よりも安全である実績のある技術とコンバージョンに基づいた低価格のハードウェアソリューションを実現します。天然ガスを使用することの重要な利点は、原則として、インフラストラクチャとサプライチェーンのほとんどが水素と交換不可能であることです。今日のメタンは、ほとんどが再生不可能な供給源に由来しますが、再生可能な供給源から供給または生産され、純炭素中性移動性を提供します。多くの市場、特に米州では、天然ガスは、ガソリン、ディーゼル、石炭などの他の化石燃料製品に割り引いて取引されるか、廃棄されるべき生産に関連する価値の低い副産物となる可能性があります。多くの国では、環境に優しい社会のために天然ガス自動車に税制優遇措置を提供しています。都市部の大型車両からの汚染を減らすための運営コストと政府のインセンティブが低下した結果、トラックやバスなどの商業用や公共用のNGVが採用されました。

個人的なモビリティアプリケーション、すなわち比較的価格が高く環境に敏感ではないが利便性の高い個人を求めているプライベートビークルのためのNGVの普及は、多くの要因によって後退している。既存の貿易チャネルと石油精製業者による付加価値の高いガソリンとディーゼル燃料の小ロット販売から得られる良い利益と税、都市部のガス在庫の増加に対する抵抗と安全性の懸念。当初は家庭用ガス供給用に建設されたユーティリティー流通ネットワークの二重使用とネットワーク拡張コストの配分。渋滞、労力、コストの削減につながります。石油車両に関連する威信と郷愁、冗長性と混乱の恐れ。特定の課題は、精製業者が現在、原油から特定の燃料混合物を生産するように設定されているという事実である。航空機燃料は、予測可能な将来のために重量感応のために航空機のための選択の燃料として残る可能性が高い。

中国（5百万人）、イラン（4百万人）、インド（3,045万人）、パキスタン（3百万人）、アルゼンチン（2.295百万人）、ブラジル（17.71億）、イタリアを中心に、2016年までに24.452百万人のNGVが世界的に存在している（110万ドル）。アジア太平洋地域は世界で680万台、次いでラテンアメリカで420万台をリードしています。ラテンアメリカでは、ほぼ90％のNGVがバイフューエルエンジンを搭載しているため、ガソリンまたはCNGのどちらでも走行することができます。パキスタンでは、代替燃料使用に変換された（または製造された）ほぼすべての車両は、通常、ガソリンで走行する能力を保持している。

2016年現在、米国には3,176のLNG車両を含む16万台のNG車両が搭載されています。天然ガスバスが普及している他の国には、インド、オーストラリア、アルゼンチン、ドイツ、ギリシャなどがあります。 OECD諸国では、CNG車が約50万台あります。パキスタンのNGV市場シェアは2010年に61.1％、アルメニアで77％（2014年）、ボリビアで20％ NGV給油所の数も2010年には世界全体で18,202に増加し、前年比10.2％増加しました。

既存のガソリン車はCNGまたはLNGに変換され、専用（天然ガスのみで走行）またはバイフューエル（ガソリンまたは天然ガスで走行）することができます。重いトラックやバス用のディーゼルエンジンは、また、火花点火システムを含む新しいヘッドを追加して専用にすることも、またはディーゼルと天然ガスの混合物で運転することもでき、主燃料は天然ガスであり、のディーゼル燃料を点火源として使用している。小型ガスタービンでエネルギーを発生させ、ガスエンジンまたはタービンを小型電気バッテリと結合してハイブリッド電気モータ駆動車両を作ることも可能である。大手自動車メーカーがCNGを使用して世界的に生産する車両が増えています。最近まで、ホンダシビックGXは、米国市場で市販されている唯一のNGVでした。最近では、フォード、ゼネラル・モーターズ、ラム・トラックは、それぞれの車種でバイフューエル・サービスを提供しています。 2006年、ブラジルのFIAT子会社は、天然ガス（CNG）で稼働できる4つの燃料車であるFiat Siena Tetra燃料を導入しました。

NGVの充填ステーションは、天然ガスラインが存在するところならどこにでも配置することができます。コンプレッサー（CNG）または液化プラント（LNG）は、通常、大規模に建設されていますが、CNGの小型家庭用給油所が可能です。 FuelMakerという会社は、アメリカのGXモデルでHondaと提携して開発したPhill Home Refuelling Appliance（「Phill」と呼ばれる）というシステムを先駆けて開発しました。 Phillは現在、Fuel Systems Solutions、Inc.の一部門であるBRC FuelMakerによって製造、販売されています。

CNGは、再生可能エネルギーの大量貯蔵とパイプライン輸送のために生成され、使用され、また埋立地からのバイオガスまたは嫌気性消化から得られるバイオメタンと混合される。これは、大気中の炭素濃度を増加させることなく移動性のためのCNGの使用を可能にする。また、地球温暖化対策として厳しいCO2排出規制が義務づけられている現在、再生不可能な化石燃料によるCNG車の継続的な使用が可能になる。

その利点にもかかわらず、天然ガス自動車の使用には、給油所での配達および配給に利用可能な燃料貯蔵およびインフラストラクチャーを含むいくつかの限界に直面している。 CNGは高圧シリンダー（3000psi〜3600psiの作動圧）に保管し、LNGは低温シリンダー（-260F〜-200F）に保管する必要があります。これらのシリンダーは、より多くの燃料を貯蔵し、車載スペースを少なくするために複雑な形状に成形することができるガソリンまたはディーゼルタンクよりも多くのスペースを占有する。 CNGタンクは、通常、車両のトランクまたはピックアップベッドに設置されており、他の貨物のスペースを縮小します。この問題は、タンクを車体の下に設置するか、または屋根（バスの典型）に設置して、貨物区域を自由にして解決することができます。他の代替燃料と同様に、NGVの普及のための他の障壁としては、CNGやLNGステーションの数が少ないだけでなく、給油所への天然ガスの配給や給油所での障壁があります。

CNG駆動車はガソリン車よりも安全であると考えられています。

自動車用燃料としてのCNG / LNG

利用可能な生産車
既存のガソリン車はCNGまたはLNGに変換され、専用（天然ガスのみで走行）またはバイフューエル（ガソリンまたは天然ガスで走行）することができます。しかし、世界各地で増えている車両がCNGで走行するように製造されています。最近まで、現在販売されていないHonda Civic GXは、米国市場で市販されている唯一のNGVでした。最近では、フォード、ゼネラル・モーターズ、ラム・トラックは、それぞれの車種でバイフューエル・サービスを提供しています。 Fordのアプローチは、バイフュエル・プレップ・キットを工場オプションとして提供し、顧客に天然ガス機器をインストールするための認可パートナーを選択させることです。 GMのバイフュエルオプションを選択すると、6.0Lのガソリンエンジンを搭載したHDピックアップがインディアナ州のIMPCOに送られ、CNGで走行するようになります。ラムは現在、米国市場で利用可能な真のCNG工場バイフューエルシステムを搭載した唯一のピックアップトラックメーカーです。

米国外では、2004年にBrasil社がCNG、アルコール、ガソリン（E20-E25ブレンド）を燃料として使用できるMultiPowerエンジンを導入し、タクシー市場向けのChevrolet Astra 2.0モデル2005で使用されました。 2006年、ブラジルのFIAT子会社は、フィアットブラジルのMagneti Marelliのもとで開発された4燃料車であるFiat Siena Tetra燃料を導入しました。この自動車は天然ガス（CNG）で走行することができます。 100％エタノール（E100）; E20〜E25ガソリンブレンド、ブラジルの必須ガソリン、純粋なガソリンは、もはやブラジルでは利用できませんが、近隣諸国で使用されています。

2015年には、ハイブリッド車、プラグイン電気自動車、水素燃料電池車などの新世代の電化車の開発に注力するために、天然ガス自動車の商業化を段階的に廃止する決定を発表しました。 2008年以来、ホンダはタクシーや商用車を中心に約16,000台の天然ガス車を販売していました。

LNGとCNG燃料の違い
LNGとCNGはどちらもNGVとみなされていますが、技術は大きく異なります。給油設備、燃料費、ポンプ、タンク、危険、資本コストはすべて異なります。

彼らが共有していることの1つは、ガソリン用に作られたエンジンのために、燃料混合物を制御するコンピュータ制御弁が両方とも必要であり、しばしば専売品であり、製造業者特有であることである。燃料計量のためのエンジン上の技術は、LNGおよびCNGと同じです。

自動車燃料としてのCNG
CNG、または圧縮天然ガスは、高圧、3,000〜3,600ポンド/平方インチ（21〜25MPa）で貯蔵される。必要なタンクは、従来の燃料タンクよりも巨大で高価である。商用のオンデマンド給油所は、圧縮に必要なエネルギーのためにLNGステーションよりも運用コストが高いが、圧縮機は100倍の電力を必要とするが、LNGステーションの場合、引用 – 天然ガスの冷却による初期液化は、ガス圧縮よりも多くのエネルギーを必要とする。 CNGタンクを満たす時間は駅によって大きく異なります。家庭の燃料補給業者は、通常、約0.4GGE /時で充填する。「高速充填」ステーションは、5〜10分で10 GGEタンクを補充することができる。また、エネルギー密度が低いため、CNGの範囲はLNGと比較して制限されています。ガスの組成とスループットを考慮すると、市販のCNG燃料供給ステーションを都市ガスネットワークに接続するか、ガスコンプレッサーを使用して直接CNG車に燃料を供給することが可能でなければなりません。車のバッテリーと同様に、車のCNGタンクは家庭用のエネルギー貯蔵装置としても機能し、コンプレッサーは過不足のない再生可能な電気エネルギーが供給されている時に動くことができます。

自動車燃料としてのLNG
LNGまたは液化天然ガスは、極低温液体である点まで冷却された天然ガスである。液体状態では、それはまだCNGの2倍以上の密度である。 LNGは通常、LNG燃料ステーションのバルク貯蔵タンクから20DGE /分を超える速度で分配される。時にはLNGがユーティリティパイプからローカルに作られることもあります。その低温特性のため、特別に設計された断熱タンクに貯蔵される。一般に、これらのタンクは、CNGと比較してかなり低い圧力（約70〜150psi）で作動する。気化器は、LNGをガス（単に低圧CNGとみなすことができる）に変える燃料システムに取り付けられる。商業用LNGステーションをCNGステーションと比較すると、ユーティリティインフラストラクチャー、資本コスト、および電気は、CNGよりもLNGを大いに好んでいます。既存のLCNGステーション（CNGとLNGの両方）があり、燃料はLNGとして貯蔵され、次にオンデマンドでCNGに気化される。 LCNGステーションは、高速充填CNGステーションだけでなく、LNGステーション以上の資本コストを必要とします。

ガソリンとディーゼルの優位性
LNG、特にCNGは、ガソリンよりも急速にエンジンの部品を腐食して摩耗させる傾向があります。したがって、高い走行距離（500,000マイル以上）のディーゼルエンジンNGVを見つけることはかなり一般的です。 CNGはディーゼルやガソリンよりもCO2排出量が20-29％少なくなっています。排出物はよりクリーンで、炭素の排出量は少なく、同等の距離あたりの微粒子排出量は少ない。一般的に燃料の無駄が少なくなります。しかし、流通、圧縮、冷却のコスト（金銭的、環境的、既存インフラストラクチャー）を考慮する必要があります。

オートガス（LPG）パワーとNGVの間の固有の利点/欠点
LPGとしても知られているオートガスは、化学組成は異なりますが、依然として石油系ガスであり、多くの固有の長所と短所、そして非固有のものもあります。 CNGと比較してオートガスの本来の利点は、CNGコストよりもはるかに少ない圧縮（CNGコストの20％）が必要であり、室温で液体であるため密度が高く、CNGよりもはるかに安価なタンク（コンシューマー）と燃料コンプレッサー。 LNGと比較して、それは冷ややかな（したがってエネルギーが少ない）、または凍傷のような極端な寒さに関連する問題を必要としない。 NGVのように、ガソリンとディーゼルに比べてクリーンな排出ガスと、ガソリンよりもエンジンの摩耗が少ないという利点もあります。 LPGの主な欠点は、その安全性です。燃料は揮発性であり、フュームは空気よりも重く、漏れが発生した場合にはそれらを低所に集め、使用するのがはるかに危険であり、取り扱いにはより多くの注意が必要です。これに加え、LPG（原油精製から40％）は天然ガスより高価です。

NGVよりもLPGパワーの利点
米国、タイ、インドのような場所では、燃料をNGVステーションよりもアクセスしやすくするために、5〜10倍のステーションがあります。ポーランド、韓国、トルコなどの他の国、LPGの駅や自動車が普及しているが、NGVはそうではない。さらに、タイなど一部の国では、小売LPG燃料のコストがかなり安い。

将来の可能性
ANG（吸着された天然ガス）は、ステーションや消費者用貯蔵タンクのいずれにも使用されていませんが、低圧縮（500psiと3600 psi）はNGVインフラと車両タンクのコストを下げる可能性があります。

LNG燃料車

大型オーバー・トゥ・トラックを燃料にするLNGの使用
LNGは、オフロード、オフロード、海洋、および鉄道の用途向けに評価され、テストされています。燃料タンクおよびエンジンへのガスの供給に関する既知の問題がある。

中国は、2014年までに道路に10万台以上のLNGを搭載したLNG車を使用するリーダーとしての地位を確立しています。

米国では、2015年2月現在、69台のパブリックトラックLNG燃料センターが存在しています。2013年ナショナルトラッカーズディレクトリには約7,000のトラックストップがあり、米国のトラックストップの約1％がLNGを利用しています。

2013年、Dillon Transportは、ダラスのテキサス州で25のLNG大型トラックを運航すると発表しました。彼らは公共のLNG燃料センターに燃料を補給しています。同年、Raven Transportationは、Clean Energy Fuelsの位置で燃料を供給されるLNG大型トラック36台を購入し、Lowe’sは専用車両の1つをLNG燃料トラックに変換することを完了したと発表しました。

UPSは2015年2月に道路に1200以上のLNG燃料を積んだトラックを所有していました。UPSには16,000台のトラック用トラックがあり、2014年の大型トラック用の新車のうち60台は、テキサス州ヒューストンにあります。民間のLNG燃料センターは、小売燃料センターのラインを避ける。テキサス州アマリロとオクラホマ州オクラホマシティでは、UPSは公共燃料センターを利用しています。

クリーンエネルギーフューエルズは、I-10に沿っていくつかの公共LNG燃料車線を開設し、2014年6月現在、カリフォルニア州ロサンゼルス、テキサス州ヒューストンのLNG燃料トラックがクリーンエネルギーフューエル公共施設に燃料を補給することができると主張している。 2014年にShell and Travel Centers of Americaは、カリフォルニア州オンタリオにある米国のトラック停留所LNGステーションの計画されたネットワークの第1号をオープンしました。代替燃料給油所の追跡サイトごとに、ロサンゼルス地区にはLNG対応の公共燃料ステーションが10か所あり、最も普及した地下鉄市場となっています。 2015年2月現在、Blu LNGには8州に少なくとも23のLNG対応燃料センターがあり、クリーンエネルギーには39の運用LNG施設があります。

2015年の初めには、イリノイ州からロッキー山脈に至る、公共および民間のLNG燃料センターが空いている代替燃料給油所追跡サイトで見ることができます。コロラド北部のNoble Energy LNG生産工場は、2015年第1四半期にオンラインになり、オンロード、オフロード、および掘削事業のための1日当たり100,000ガロンのLNG容量を持つ予定です。

2014年現在、LNG燃料とNGVはヨーロッパで多くの利用を達成していませんでした。

American Gas＆Technologyは、ユーティリティパイプから天然ガスにアクセスし、それを清潔にし、液化し、貯蔵し、分配するために、バンサイズのステーションを使用してオンサイト液化の使用を先駆けて行った。彼らの駅は1日当たり300〜5,000ガロンのLNGを作ります。

高馬力/高トルクエンジン用LNGの使用
内燃機関では、シリンダの容積はエンジンの動力の一般的な尺度である。従って、2000ccエンジンは、典型的には、1800ccエンジンよりも強力であるが、同様の空気 – 燃料混合物が使用されると仮定する。

一例としてターボチャージャーを介して、1800ccエンジンが著しくよりエネルギー密度の高い混合気を使用していた場合、よりエネルギー密度の低い混合気を燃焼させる2000ccエンジンより多くの出力を生成することができる。しかし、ターボチャージャーは複雑で高価です。したがって、高馬力/高トルクエンジンでは、本質的により高エネルギーの高密度の混合気を生成するために使用され得る燃料が、より小型でより簡単なエンジンを使用して同じ出力を生成することができるので好ましい。

従来のガソリンおよびディーゼルエンジンでは、液体燃料がシリンダ内で良好に混合しないため、空気 – 燃料混合物のエネルギー密度は制限される。さらに、ガソリンおよびディーゼルは、エンジン設計に関連する温度および圧力で自動点火する。従来のエンジン設計の重要な部分は、シリンダ、圧縮比、および燃料噴射器を設計して、プレイグニッションを回避するが、同時に可能な限り多くの燃料を噴射し、十分に混合され、完了までの時間を有する動力行程中の燃焼プロセス。

天然ガスは、従来のガソリンおよびディーゼルエンジン設計に関連する圧力および温度で自己発火しないので、天然ガスエンジンの設計においてより柔軟性を提供する。天然ガスの主成分であるメタンは、自己着火温度が580℃/ 1076Fであるのに対し、ガソリンとディーゼルはそれぞれ約250℃と210℃で自着火する。

圧縮天然ガス（CNG）エンジンでは、燃料と空気との混合がより効果的である。なぜなら、ガスは典型的に短時間で良好に混合するからであるが、典型的なCNG圧縮圧力では、燃料自体はガソリンまたはディーゼル最終結果はより低いエネルギー密度の混合気である。したがって、同じシリンダ容積のエンジンの場合、非過給CNG動力エンジンは、典型的には、同様の大きさのガソリンまたはディーゼルエンジンよりも強力ではない。その理由から、ターボチャージャーはヨーロッパのCNG車で人気があります。その制限にもかかわらず、12リットルのCummins Westport ISX12Gエンジンは、トラクター/トレーラーの負荷を80,000ポンドまで引き上げるように設計されたCNG対応エンジンの一例で、CNGは大部分のオンロードトラックアプリケーションで使用できます。元のISX Gエンジンは、空気燃料のエネルギー密度を高めるためにターボチャージャーを搭載していました。

LNGは、ターボチャージャーの必要性を排除することにより、より要求の厳しい高馬力用途向けのCNGに勝る独特の利点を提供する。 LNGは約-160℃で沸騰するので、単純な熱交換器を使用して、少量のLNGを機械的エネルギーをほとんどまたは全く使用せずに極めて高圧でそのガス状に変換することができる。適切に設計された高馬力エンジンは、この非常に高圧のエネルギー密度の高い気体燃料源を利用して、CNGエンジンを用いて効率的に生成することができるよりも高いエネルギー密度の混合気を生成することができる。 CNGエンジンと比較した場合の最終結果は、高圧直接噴射技術が使用される場合に、高馬力エンジンの適用においてより全体的な効率である。 Westport HDMI2燃料システムは、適切なLNG熱交換器技術と連携するとターボチャージャーを必要としない高圧直接噴射技術の一例です。 Volvo Trucksの13リッターLNGエンジンは、高度な高圧技術を活用したLNGエンジンのもう1つの例です。

Westportは、エンジンが7リットル以下の場合はCNGを推奨し、20リットルと150リッターの間のエンジンの場合は直接噴射のLNGを推奨しています。 7〜20リットルのエンジンの場合は、いずれかのオプションが推奨されます。 NGV BRUXELLES – INDUSTRY INNOVATION SESSIONプレゼンテーションからスライド13を見る

石油掘削、鉱業、機関車、海洋分野の高馬力エンジンが開発されているか、開発中である。 Paul Blomerousは、2025年から2030年までに高馬力エンジンの世界的な需要を満たすために、年間4000万トンのLNG（約261億ガロン/年または7,100万ガロン/日）が必要とされる論文を発表しました。

2015年第1四半期末現在、Prometheus Energy Group Incは、過去4年間で1億ガロンを超えるLNGを産業市場に供給し、新規顧客の獲得を続けています。

船
MV Isla Bellaは世界で初めてのLNG動力コンテナ船です。 LNG船は貯蔵タンクからのLNGのボイルオフによって動力を得られることがありますが、ディーゼル搭載のLNG船も貨物の損失を最小限に抑え、多目的な燃料補給を可能にするのに共通しています。

航空機
一部の航空機はターボファンに動力を供給するためにLNGを使用しています。航空機は特に重量に敏感であり、航空機の重量の大部分が燃料キャリッジに入ってその範囲を許容する。従来の燃料と比較して液体形態であっても天然ガスの低いエネルギー密度は、飛行用途には明らかに不利な点を与える。

化学組成およびエネルギー含有量
化学組成
天然ガスの主成分はメタン（CH4）であり、炭化水素分子は最も短くて軽い。それはまた、エタン（C2H6）、プロパン（C3H8）およびブタン（C4H10）のようなより重質のガス状炭化水素、ならびに他のガスを様々な量で含むことができる。硫化水素（H2S）は一般的な汚染物質であり、ほとんどの用途の前に除去しなければならない。

エネルギーの内容
1立方メートルの燃焼は38MJ（10.6kWh）になる。天然ガスは、化石燃料のエネルギー/炭素比が最も高く、単位エネルギーあたりの二酸化炭素の発生量が少ない。

保管と輸送
輸送
天然ガスの使用における大きな困難は輸送です。天然ガスパイプラインは、経済的であり、陸上や中規模の水域（Langeled、Interconnector、Trans-Mediterranean Pipelineなど）に共通していますが、大型海域では実用的ではありません。液化天然ガス（LNG）タンカー船、鉄道タンカー、タンクローリーも使用されています。

ストレージ
CNGは、典型的には、高圧（3000〜4000psi、または205〜275bar）で鋼または複合容器に貯蔵される。これらの容器は、典型的には温度制御されないが、局所的な周囲温度に留まることが可能である。 CNGシリンダーには多くの基準がありますが、最も一般的なものはISO 11439です。北アメリカでは標準がANSI NGV-2です。

LNG貯蔵圧力は、典型的には約50〜150psi、または3〜10barである。大気圧では、LNGの温度は-262°F（-162°C）ですが、圧力がかかっている車両タンクでは、温度はわずかに高くなります（飽和液量を参照）。貯蔵温度は、組成および貯蔵圧力の変化により変化し得る。 LNGはCNGの高度に圧縮された状態よりもはるかに高密度である。低温の結果として、典型的にはステンレス鋼製の真空断熱貯蔵タンクがLNGを保持するために使用される。

CNGは、活性炭や金属有機物などの様々なスポンジ状材料の35バール（500psi、天然ガスパイプラインのガス圧）のANG（吸着天然ガス）タンクとして知られている形態で、より低い圧力で貯蔵することができるフレームワーク（MOF）。燃料は、CNGと同等以上のエネルギー密度で貯蔵される。これは、余分なガス圧縮なしに天然ガスネットワークから車両に給油することができ、軽量で強度の低い材料で燃料タンクをスリム化することができることを意味します。

コンバージョンキット
LNG / CNGへのガソリンやディーゼル用の変換キットは、多くの国で入手可能であり、それらを設置する労力もあります。しかし、価格の範囲と変換の質は非常に異なります。

最近では、認定された民間企業を含むように米国の施設の認定に関する規制が緩められており、CNGの同じキットの設置は6,000ドルの範囲（車両の種類によって異なる）に落ちています。