天然气载具（Natural gas vehicle NGV）是使用压缩天然气（Compressed natural gas CNG）或液化天然气（LNG）的替代燃料载具。 天然气载具不应与由LPG（主要是丙烷）驱动的载具混淆，LPG是一种具有根本不同成分的燃料。
在天然气动力载具中，通过基本上甲烷气体（CH4）燃料与来自空气的氧气（O2）燃烧到内燃机中的CO2和水蒸气（H2O）来释放能量。 甲烷是最清洁的燃烧碳氢化合物，天然气中存在的许多污染物在源头被清除。
与汽油和柴油载具相比，安全，方便和具有成本效益的气体储存和加油更具挑战性，因为天然气被加压和/或 – 在LNG的情况下 – 储罐需要保持冷却。 这使得LNG不适合不经常使用的载具。 与液体燃料相比，气体的较低能量密度在很大程度上通过高压缩或气体液化来减轻，但是需要在储存容器的尺寸/复杂性/重量，加油停止之间的载具范围方面进行权衡，和时间加油。
尽管可以使用类似的存储技术，并且作为拟议的新氢经济的一部分，类似的妥协将适用于氢气载具，由于其较低的可燃性，低腐蚀性和较大的密封性，甲烷作为气体燃料比氢更安全。分子量/尺寸，基于成熟的技术和转换，产生价格较低的硬件解决方案。 使用天然气的一个关键优势原则上是大多数基础设施和供应链的存在，这是不可与氢气互换的。 今天的甲烷主要来自不可再生资源，但可以从可再生资源供应或生产，提供净碳中性流动性。 在许多市场，特别是美洲，天然气可以以低于其他化石燃料产品（例如汽油，柴油或煤）的折扣进行交易，或者实际上是与其必须处置的生产相关的不太有价值的副产品。 由于对社会的环境效益，许多国家还为天然气动力载具提供税收优惠。 降低运营成本和政府减少城市地区重型载具污染的激励措施推动了NGV用于商业和公共用途，即卡车和公共汽车。
许多因素阻碍了个人移动应用的NGV普及，即私人载具，包括：相对价格和环境不敏感但寻求私人的便利; 通过已建立的贸易渠道和炼油厂从小批量销售增值，品牌汽油和柴油燃料中提取的良好利润和税收; 对城市地区天然气库存增加的抵制和安全问题; 最初为家庭燃气供应和网络扩展成本分配而建的公用事业分配网络的两用; 与转换相关的不情愿，努力和成本; 与石油载具有关的声望和怀旧情绪; 害怕冗余和破坏。 特别的挑战可能是炼油厂目前正在建立以从原油生产某种燃料混合物。 由于在可预见的未来它们的重量敏感性，航空燃料可能仍然是飞机的首选燃料。
截至2016年，全球共有2445.2万台NGV，由中国（500万），伊朗（400万），印度（304.5万），巴基斯坦（300万），阿根廷（222.5万），巴西（178.1万）和意大利领导。 （1.001百万）。 亚太地区拥有680万辆汽车，其次是拉丁美洲，拥有420万辆汽车。 在拉丁美洲，几乎90％的NGV都有双燃料发动机，允许这些载具使用汽油或CNG。 在巴基斯坦，几乎所有转换为（或制造用于）替代燃料的载具通常都保留了使用汽油的能力。
截至2016年，美国拥有160,000辆NG载具，包括3,176辆LNG载具。 天然气动力公交车受欢迎的其他国家包括印度，澳大利亚，阿根廷，德国和希腊。 在经合组织国家，CNG载具约有50万辆。 巴基斯坦2010年的NGV市场份额为61.1％，其次是亚美尼亚，超过77％（2014年），玻利维亚为20％。 截至2010年，全球的NGV加油站数量也增加到18,202个，比上一年增长10.2％。
现有的汽油动力载具可以转换为在CNG或LNG上运行，并且可以是专用的（仅在天然气上运行）或双燃料（在汽油或天然气上运行）。 用于重型卡车和公共汽车的柴油发动机也可以进行改装，可以添加含有火花点火系统的新头，或者可以使用柴油和天然气的混合燃料，主要燃料是天然气和少量柴油燃料用作点火源。 还可以在小型燃气轮机中产生能量并且将燃气发动机或涡轮机与小型电池联接以产生混合动力电动机驱动载具。 全球越来越多的载具正由主要汽车制造商在CNG上制造。 直到最近，本田思域GX还是美国市场上唯一商用的NGV。 最近，福特，通用汽车和拉姆卡车在他们的载具阵容中提供双燃料产品。 2006年，菲亚特的巴西子公司推出了菲亚特锡耶纳Tetra燃料，这是一种可以使用天然气（CNG）的四燃料汽车。
NGV加气站可以位于天然气管线存在的任何地方。 压缩机（CNG）或液化厂（LNG）通常是大规模建造的，但CNG小型家庭加油站是可能的。 一家名为FuelMaker的公司开创了这样一个名为Phill Home Refueling Appliance（称为“Phill”）的系统，他们与本田合作开发了美国GX型号。 Phill现在由Fuel Systems Solutions，Inc。旗下的BRC FuelMaker制造和销售。
CNG可以生成并用于可再生能源的散装储存和管道输送，也可以与生物甲烷混合，生物甲烷本身来自垃圾填埋场的沼气或厌氧消化。 这将允许CNG用于移动而不增加大气中碳的浓度。 它还将允许继续使用目前由不可再生化石燃料驱动的CNG载具，当更严格的二氧化碳排放法规被要求对抗全球变暖时，这些载具不会过时。
尽管有其优点，但天然气载具的使用面临若干限制，包括燃料存储和可用于在加油站分配的基础设施。 CNG必须储存在高压气瓶（3000psi至3600psi操作压力）中，LNG必须储存在低温气瓶（-260F至-200F）中。 这些汽缸比汽油或柴油汽缸占用更多的空间，汽油或柴油汽缸可以模制成复杂的形状，以存储更多的燃料，并减少车载空间的使用。 CNG储罐通常位于载具行李箱或拾取床中，减少了其他货物的可用空间。 这个问题可以通过将载具安装在车身下方或车顶（典型的公共汽车上）来解决，从而使货物区域自由。 与其他替代燃料一样，广泛使用NGV的其他障碍是向加油站和加油站分配天然气以及CNG和LNG站数量较少。
CNG动力载具被认为比汽油动力载具更安全。
CNG / LNG作为汽车燃料
可用量产车
现有的汽油动力载具可以转换为在CNG或LNG上运行，并且可以是专用的（仅在天然气上运行）或双燃料（在汽油或天然气上运行）。 然而，全球越来越多的载具正在制造以在CNG上运行。 直到最近，现已停产的本田思域GX是美国市场上唯一商用的NGV。 最近，福特，通用汽车和拉姆卡车在他们的载具阵容中提供双燃料产品。 福特的方法是提供双燃料预备套件作为工厂选项，然后让客户选择授权合作伙伴来安装天然气设备。 选择通用汽车的双燃料选项将带有6.0L汽油发动机的高清皮卡发送到印第安纳州的IMPCO，以便在CNG上运行载具。 Ram目前是唯一一家在美国市场上拥有真正CNG工厂安装的双燃料系统的皮卡制造商。
在美国以外的通用汽车公司，巴西于2004年推出了MultiPower发动机，该发动机能够使用CNG，酒精和汽油（E20-E25混合物）作为燃料，并用于2005款雪佛兰Astra 2.0车型，目标是出租车市场。 2006年，菲亚特的巴西子公司推出了Fiat Siena Tetra燃料，这是一种在菲亚特巴西的Magneti Marelli下开发的四燃料汽车。 这种汽车可以使用天然气（CNG）; 100％乙醇（E100）; E20至E25汽油混合物，巴西的强制汽油; 和纯汽油虽然在巴西不再供应，但在邻国使用。
2015年，本田宣布决定逐步淘汰天然气动力汽车的商业化，专注于开发新一代电动汽车，如混合动力汽车，插电式汽车和氢动力燃料电池汽车。 自2008年以来，本田已售出约16,000辆天然气汽车，主要用于出租车和商用车队。
LNG和CNG燃料之间的差异
虽然LNG和CNG都被认为是NGV，但技术却大相径庭。 加油设备，燃料成本，泵，油箱，危险，资金成本都不同。
他们共同的一点是，由于用于汽油的发动机，两者都需要用于控制燃料混合物的计算机控制阀，这些阀通常是专有的并且特定于制造商。 用于燃料计量的发动机技术对于LNG和CNG是相同的。
CNG作为汽车燃料
CNG或压缩天然气在高压下储存，每平方英寸3,000至3,600磅（21至25MPa）。 所需的油箱比传统的油箱更加庞大和昂贵。 商用按需加油站的运行成本比LNG站更昂贵，因为压缩所需的能量，压缩机需要100倍的电力，然而，慢速填充（许多小时）对LNG站来说是经济有效的[失踪引文 – 通过冷却初始液化天然气需要比气体压缩更多的能量]。 填充CNG储罐的时间因车站而异。 家用加油机通常填充约0.4GGE /小时。 “快速填充”工作站可以在5-10分钟内重新装满10 GGE油箱。 此外，由于较低的能量密度，与LNG相比，CNG的范围受到限制。 气体成分和吞吐量允许将商业CNG加油站连接到城市燃气网络，或者使用气体压缩机直接对CNG载具进行家庭加油是可行的。 与汽车电池类似，汽车的CNG罐可以兼作家用储能装置，并且在有过剩/可再生的可再生电能的时候可以给压缩机供电。
液化天然气作为汽车燃料
液化天然气或液化天然气是已经冷却到低温液体的天然气。 在液态下，它仍然是CNG的2倍以上。 LNG通常以超过20 DGE / min的速率从LNG加油站的大容量储罐中分配。 有时LNG是由公用管道在当地制造的。 由于其低温性质，它储存在专门设计的隔热罐中。 一般而言，与CNG相比，这些罐在相当低的压力（约70-150psi）下运行。 蒸发器安装在燃料系统中，将LNG转变成气体（可简称为低压CNG）。 在比较建造商用LNG站和CNG站时，公用事业基础设施，资本成本和电力非常有利于液化天然气而不是CNG。 现有的LCNG站（CNG和LNG），其中燃料作为LNG储存，然后按需蒸发到CNG。 与快速填充CNG站相比，LCNG站需要的资本成本更低，但比LNG站更多。
比汽油和柴油更具优势
液化天然气 – 尤其是压缩天然气 – 比汽油更容易腐蚀和磨损发动机部件。 因此，找到具有高里程（超过500,000英里）的柴油发动机NGV是很常见的。 CNG还比柴油和汽油排放的二氧化碳减少20-29％。 排放更清洁，碳排放更低，每行程相等的颗粒物排放更低。 通常燃料浪费较少。 但是，必须考虑分配，压缩，冷却的成本（货币，环境，预先存在的基础设施）。
汽车（LPG）电源和NGV之间固有的优点/缺点
汽车，也称为LPG，具有不同的化学成分，但仍然是石油基气体，具有许多固有的优点和缺点，以及非固有的优点和缺点。 汽车相对于CNG的固有优势在于它需要更少的压缩（CNG成本的20％），因为它在室温下是液体，因此需要比CNG便宜得多的油箱（消费者）和燃料压缩机（供应商）。 。 与LNG相比，它不需要冷却（因此能量更少），或者与极端寒冷相关的问题，例如冻伤。 与NGV一样，它在汽油和柴油方面也具有更清洁排放的优势，同时减少了汽油发动机的磨损。 LPG的主要缺点是其安全性。 燃料是挥发性的，并且烟雾比空气重，这导致它们在泄漏的情况下收集在低点，使得它使用起来更危险并且在处理时需要更多的注意。 除此之外，LPG（40％来自原油精炼）比天然气贵。
LPG电源相对于NGV的当前优势
在美国，泰国和印度等地，有五到十倍的站点，因此燃料比NGV站更容易接近。 其他国家如波兰，韩国和土耳其，液化石油气站和汽车都很普遍，而NGV则不然。 此外，在泰国等一些国家，零售液化石油气燃料的成本要低得多。
未来的可能性
虽然ANG（吸附天然气）尚未用于提供工作站或消费者储罐，但其低压缩（500psi对3600 psi）有可能降低NGV基础设施和载具油箱的成本。
液化天然气燃料汽车
使用液化天然气为大型越野卡车提供燃料
液化天然气正在进行评估和测试，用于越野卡车，越野，海洋和铁路应用。 存在燃料箱和向发动机输送气体的已知问题。
截至2014年，中国已成为使用液化天然气汽车的领导者，拥有超过10万辆液化天然气动力汽车。
截至2015年2月，在美国有69个公共卡车液化天然气燃料中心。2013年国家卡车司机目录列出了大约7,000个卡车停靠站，因此大约1％的美国卡车停靠站有LNG可用。
2013年，Dillon Transport宣布他们将在德克萨斯州达拉斯投入25辆液化天然气大型卡车。 他们正在公共液化天然气燃料中心加油。 同年，Raven Transportation宣布他们购买36辆液化天然气大型卡车，由清洁能源燃料公司提供燃料，而Lowe公司已完成将其专用车队之一转换为液化天然气燃料卡车。
UPS于2015年2月在道路上拥有超过1200辆LNG燃料卡车.UPS在其车队中拥有16,000辆牵引车，2014年大型卡车中的60辆将在德克萨斯州休斯敦地区投入使用，UPS正在那里建造自己的卡车。私人液化天然气燃料中心，以避免零售燃料中心的线路。 在俄克拉荷马州的阿马里洛和俄克拉荷马州的俄克拉荷马市，UPS正在使用公共燃料中心。
清洁能源燃料公司已经开通了I-10的几个公共LNG燃料通道，并声称截至2014年6月，液化天然气燃料卡车可以使用从加利福尼亚州洛杉矶到德克萨斯州休斯敦的路线，专门在清洁能源燃料公共设施加油。 2014年，美国壳牌和旅游中心在加利福尼亚州安大略省开设了第一个美国卡车停靠液化天然气站网络。 根据替代燃料加油中心跟踪站点，大洛杉矶地区有10个LNG公共燃料站，使其成为最具渗透性的单一地铁市场。 截至2015年2月，Blu LNG在8个州至少拥有23个可运行LNG的燃料中心，清洁能源拥有39个可运营的公共LNG设施。
从替代燃料加油中心跟踪站点可以看出，截至2015年初，从伊利诺伊州到落基山脉的公共和私人LNG燃料中心都无效。 科罗拉多州北部的一家Noble Energy液化天然气生产厂计划于2015年第一季度上线，并且每天可为公路，越野和钻井作业提供100,000加仑的液化天然气。
截至2014年，液化天然气燃料和NGV在欧洲的使用量并不高。
美国天然气与技术公司率先使用面积大小的工作站进行现场液化，从公用管道进入天然气，清洁，液化，储存和分配。 他们的工作站每天生产300-5,000加仑的液化天然气。
使用LNG为高马力/高扭矩发动机提供燃料
在内燃机中，汽缸的体积是发动机功率的常用量度。 因此，2000cc发动机通常比1800cc发动机更强大，但是假设使用类似的空气 – 燃料混合物。
如果以涡轮增压器为例，1800cc发动机使用的空气 – 燃料混合物的能量密度要高得多，那么它可能比燃烧能量密度较低的空气 – 燃料混合物的2000cc发动机产生更多的动力。 然而，涡轮增压器既复杂又昂贵。 因此，对于高马力/高扭矩发动机而言，变得清楚的是，可以固有地用于产生能量密度更高的空气 – 燃料混合物的燃料是优选的，因为可以使用更小和更简单的发动机来产生相同的动力。
对于传统的汽油和柴油发动机，空气 – 燃料混合物的能量密度是有限的，因为液体燃料在汽缸中不能很好地混合。 此外，汽油和柴油在与发动机设计相关的温度和压力下自动点火。 传统发动机设计的一个重要部分是设计气缸，压缩比和燃油喷射器，以避免提前点火，但同时可以注入尽可能多的燃料，混合良好，并且仍有时间完成动力冲程期间的燃烧过程。
在与传统汽油和柴油发动机设计相关的压力和温度下，天然气不会自动点燃，从而在天然气发动机的设计中提供更大的灵活性。 甲烷是天然气的主要成分，其自燃温度为580℃/ 1076°F，而汽油和柴油自燃温度分别约为250℃和210℃。
使用压缩天然气（CNG）发动机，燃料和空气的混合更有效，因为气体通常在短时间内很好地混合，但在典型的CNG压缩压力下，燃料本身比汽油或柴油的能量密度低。因此最终结果是能量密度较低的空气 – 燃料混合物。 因此，对于相同的汽缸排量发动机，非涡轮增压CNG动力发动机通常不如类似尺寸的汽油或柴油发动机强大。 出于这个原因，涡轮增压器在欧洲CNG汽车上很受欢迎。 尽管存在这种限制，12升康明斯Westport ISX12G发动机是CNG发动机的一个例子，其设计用于将拖拉机/拖车负载提升至80,000磅，显示CNG可用于大多数（如果不是全部）公路卡车应用。 最初的ISX G发动机采用涡轮增压器来提高空气 – 燃料能量密度。
LNG通过消除对涡轮增压器的需求，提供了优于CNG的独特优势，可满足更高要求的高马力应用。 由于LNG在约-160℃沸腾，使用简单的热交换器，可以在极高压力下使用很少或没有机械能将少量LNG转化为其气态。 正确设计的高马力发动机可以利用这种极高压力能量密集的气体燃料源来产生比使用CNG动力发动机有效产生的更高能量密度的空气 – 燃料混合物。 与CNG发动机相比，最终结果是在使用高压直接喷射技术的高马力发动机应用中具有更高的整体效率。 Westport HDMI2燃油系统是高压直喷技术的一个例子，如果与适当的LNG换热器技术配合使用，不需要涡轮增压器。 沃尔沃卡车13升液化天然气发动机是利用先进高压技术的液化天然气发动机的另一个例子。
Westport建议CNG用于7升或更小的发动机，LNG用于直接喷射用于20至150升发动机的LNG。 对于7到20升之间的发动机，建议使用任何一种选择。 请参阅他们的NGV BRUXELLES – INDUSTRY INNOVATION SESSION演示文稿中的幻灯片13
已经或正在开发石油钻探，采矿，机车和海洋领域的高马力发动机。 Paul Blomerous写了一篇论文，总结每年约4,000万吨液化天然气（约261亿加仑/年或7100万加仑/天），以满足2025年至2030年间大马力发动机的全球需求。
截至2015年第一季度末，普罗米修斯能源集团公司声称在过去4年内已向工业市场交付了超过1亿加仑的液化天然气，并将继续增加新客户。
船舶
MV Isla Bella是世界上第一艘液化天然气动力集装箱船。 液化天然气运输船有时可以通过液化天然气从储油罐中蒸发来提供动力，尽管柴油动力液化天然气运输船也很常见，可以最大限度地减少货物损失并实现更多功能的加油。
飞机
一些飞机使用LNG为其涡轮风扇提供动力。 飞机对重量特别敏感，并且飞机的大部分重量进入燃料运输以允许该范围。 与常规燃料相比，即使是液体形式的天然气的低能量密度也使其在飞行应用中具有明显的缺点。
化学成分和能量含量
化学成分
天然气的主要成分是甲烷（CH4），这是最短和最轻的烃类分子。 它还可能含有较重的气态烃，如乙烷（C2H6），丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10），以及其他不同量的气体。 硫化氢（H2S）是一种常见的污染物，必须在大多数使用之前将其除去。
能量含量
一立方米的燃烧产生38兆焦耳（10.6千瓦时）。 天然气具有任何化石燃料的最高能量/碳比率，因此每单位能量产生的二氧化碳较少。
储存和运输
运输
使用天然气的主要困难是运输。 天然气管道在陆地上和中等长度的水域（如Langeled，Interconnector和Trans-Mediterranean Pipeline）是经济和常见的，但在大洋中是不切实际的。 还使用液化天然气（LNG）油轮船，铁路罐车和油罐车。
存储
CNG通常在高压（3000至4000psi，或205至275巴）下储存在钢或复合容器中。 这些容器通常不受温度控制，但允许保持在当地环境温度下。 CNG气瓶有许多标准，最受欢迎的是ISO 11439.对于北美，标准是ANSI NGV-2。
LNG储存压力通常为约50-150psi，或3-10巴。 在大气压下，LNG的温度为-260°F（-162°C），然而，在压力下的载具油箱中，温度稍高（参见饱和流体）。 存储温度可能因组成和存储压力的变化而变化。 液化天然气甚至比高压缩状态的CNG密度更大。 由于低温，通常由不锈钢制成的真空绝热储罐用于容纳LNG。
CNG可以在较低的压力下以称为ANG（吸附天然气）罐的形式储存在35巴（500 psi，天然气管道中的气体压力）中，在各种类似海绵的材料中，例如活性炭和金属有机物框架（MOF）。 燃料以与CNG相似或更高的能量密度储存。 这意味着载具可以从天然气网络加油而无需额外的气体压缩，燃料箱可以减薄，并且由更轻，不太坚固的材料制成。
转换套件
许多国家都有汽油或柴油转换成LNG / CNG的转换套件，以及安装它们的劳动力。 但是，价格范围和转换质量差别很大。
最近，涉及美国安装认证的法规已经放宽，包括经过认证的私营公司，CNG的相同套件安装已降至6000美元以上（取决于载具的类型）。