Vozidla CNG

Automobily na CNG

CNG v dopravě a další vývoj a jeho využití

Provoz CNG vozidel a infrastruktura plnicích stanic je technicky i obchodně vyřešena. Zemní plyn (CNG) je připraveným alternativním palivem pro dopravu. Zemní plyn v současnosti představuje levnější variantu k dalším alternativním palivům.

Prodej aut na CNG každoročně narůstá. V roce 2014 jich v Česku bylo registrovaných 8.055, v roce 2018 již přes 22.600. Podle statistik Českého plynárenského svazu (tabulka č. 2) vzrostl meziročně prodej CNG o 12,2 %. Na tuzemských silnicích v současnosti (2019) jezdí téměř 23.000 vozidel na CNG, která mohou tankovat palivo ve více než 185 plnicích stanicích. Plnicí stanice jsou již nyní dostupné napříč celou republikou, infrastruktura se vzhledem k poptávce přirozeně stále rozrůstá. Provoz aut na CNG je levnější a jsou stejně bezpečná i výkonná jako vozy s motorem na benzin nebo naftu. Ceny aut na zemní plyn jsou srovnatelné s běžnými vozy na naftu a benzin.

Vývoj nárůstu vozidel a plnicích stanic CNG a LNG v České republice se nachází v následující doplňkové tabulce č. 3.

Zájem o nákup vozů s pohonem na CNG podporují i poskytovatelé energií, kteří se snaží nabídnout svým zákazníkům výhodnější podmínky pro pořízení takového auta. Mezi hlavní výhody CNG jako automobilového paliva patří hlavně nízké náklady. Pořizovací cena CNG automobilů je srovnatelná s vozy na klasický pohon, přičemž v některých případech nabízejí leasingové společnosti lepší obchodní podmínky pro ekologické vozy. Nezanedbatelné jsou i emise nižší až o desítky procent ve srovnání s tradičními vozy.

Obecné informace o CNG

• Pocit za volantem je stejný jako u konvenčního vozidla. Výkonové parametry motorů na zemní plyn se neliší od motorů na benzin nebo naftu stejné výkonové třídy. Nádrže na stlačený zemní plyn jsou zkonstruovány, vyráběny a homologovány v souladu s nejpřísnějšími průmyslovými normami. Nádrže na zemní plyn jsou vybaveny bezpečnostním ventilem, který v případě požáru vypustí plyn do okolí bezpečným a kontrolovaným způsobem, aby se zabránilo jakémukoli ohrožení vozidla, obr. č. 1.

Obr. č. 1: Nádrž na CNG (foto: Seat)

• Tlak v palivové nádrži dosahuje maximální hodnoty 200 barů a konstrukčně nádrž odolá tlaku více než dvojnásobnému. Zemní plyn nemůže zmrznout, protože ke zkapalnění zemního plynu by došlo až při poklesu venkovních teplot na méně než 160 stupňů pod nulou.
• Nároky na údržbu vozidla na CNG jsou po mechanické stránce podobné jako u klasických vozidel. Jedinou odlišností je povinnost kontroly těsnosti plynového systému. Tyto kontroly dokazují nejvyšší standardy bezpečnosti, které musejí automobily s pohonem na zemní plyn splňovat.

Výhody CNG

Výhody CNG jsou hlavně ekonomické, bezpečnostní a ekologické. Zemní plyn je v současnosti nejperspektivnějším alternativním palivem. Přednostmi CNG:

• Nádrže na stlačený zemní plyn jsou zkonstruovány, vyráběny a homologovány v souladu s nejpřísnějšími průmyslovými normami. Celá palivová soustava ve vozidle na CNG je několikanásobně jištěna, a proto jsou tato vozidla naprosto bezpečná.
• Tlakové nádrže, vzhledem k vysokým tlakům (20 MPa), jsou mnohem bezpečnější oproti nádržím na kapalná paliva.
• U komponentů byla testována jejich odolnost vůči extrémním podmínkám.
• Zápalná teplota CNG je dvojnásobná oproti benzinu, což zvyšuje jeho provozní bezpečnost.
• Zemní plyn je kvalitní vysokooktanové motorové palivo (oktanové číslo je 128).
• CNG je např. oproti LPG lehčí než vzduch a přirozeně odvětrává, při plnění nedochází k odparům a úkapům a tím ke kontaminaci půdy. Není JEDOVATÝ.
• METAN (CH₄) je nejjednodušší uhlovodík – na jeden uhlík jsou 4 vodíky.
• Při spalování CNG dochází k lepšímu směšování se vzduchem a tím i k rovnoměrnému složení palivové směsi a plnění válců.
• Zemní plyn charakterizuje úzká mez výbušnosti (směs se vzduchem) 4,4 až 15 % objemových jednotek.
• Kvalita zemního plynu v České republice je zaručená a pravidelně sledovaná. Zemní plyn v ČR má 95 až 98 % objemových jednotek metanu, při jehož spalování vzniká výrazně méně emisí znečisťujících látek, zejména pevných částic. U CNG vozidel je významně snížena i produkce emisí těkavých aldehydů a karcinogenních polyaromatických uhlovodíků. Výhodou zemního plynu je rovněž jeho menší potenciál k tvorbě fotooxidačního smogu.
• Vozidla na zemní plyn jsou obecně bezpečnější než vozidla na benzin, naftu nebo LPG. V porovnání s propan-butanem (LPG) se jedná o dva zcela odlišné plyny co do vlastností i původu. Z hlediska bezpečnosti řadí hasiči zemní plyn až do IV. třídy nebezpečnosti, zatímco benzin a LPG do I. třídy a naftu do III. třídy.
• Zemní plyn jako pohonná hmota je možný jako CNG, LNG, L-CNG, CNG/H2, CNG/diesel včetně obnovitelného biometanu.
• CNG auta vykazují snížení hladiny hluku o 10 – 15 dB.
• Výhodou CNG je rovněž cenová atraktivita, tj. nižší provozní náklady za ujetý kilometr a výrazná úspora za pohonné hmoty (cca o 40 až 50 % nižší oproti benzinovému či dieselovému palivu). Na veřejných plnicích stanicích se prodává CNG v kg. Spotřeba paliva se udává také v m³ (1 m³ CNG odpovídá z energetického hlediska cca 1 l benzinu).
• CNG z auta nelze zcizit.
• Dojezd bez nutnosti doplňovat palivo umožňuje pohon na dvě různá paliva. Zemní plyn lze v evropských zemích doplňovat v síti plnicích stanic CNG, protože systém používá univerzální plnicí konektor. Po spotřebování zemního plynu v nádrži vůz automaticky přejde na spalování benzinu. Vozidla na CNG používají přednostně zemní plyn, a lze tak s nimi jezdit bez přepínání na palivo z druhé nádrže. Uvedené množství benzinu by se mělo spotřebovat během šesti měsíců.
• Díky stále se rozšiřující síti plnicích stanic CNG umožňuje plnění požadovaný komfort a snadnou dostupnost.
• Automobily na CNG jsou od roku 2009 osvobozeny od silniční daně (viz. zákon č. 16/1993 Sb., o silniční dani). CNG je zatím zatíženo minimální spotřební daní. Tato je stále výrazně nižší, než daň na benzin či naftu. Česká vláda se nyní zavázala nezvyšovat spotřební daň u CNG minimálně do roku 2025. Díky tomu je spotřební daň u CNG (3 Kč/m³) oproti benzinu nižší o více než 10 Kč.

Základní informace o palivovém systému CNG ve vozidle

Sériově vyráběná auta na CNG mají spalovací motor vyvinutý na stlačený zemní plyn a další části palivového systému (tlakové láhve, přívod plynu, bezpečnostní a pojistné prvky atd.), které jsou na velmi vysoké úrovni a zcela technologicky vyřešeny, obr. č. 3. Základní konstrukční prvky vozidla na CNG jsou znázorněny na obr. č. 2. Celá palivová soustava je několikanásobně jištěna, a proto jsou CNG palivový systém v automobilech i samotné palivo (CNG) velmi bezpečné.

Obr. č. 2: Pohonná soustava vozidla na CNG (Škoda Octavia G-TEC)

Zemní plyn z plynovodní sítě je v CNG plnicích stanicích vysušován v sušičkách plynu a pomocí kompresoru stlačován na tlak 20 – 30 MPa. Pro plnění vozidel je využíván tlak 20 MPa. CNG plnicí stanice mají výkon kompresoru vyšší než 20 m³/hod. CNG je skladován v soustavě vzájemně propojených tlakových zásobníků. Při vlastním plnění CNG do vozidel se přepouští stlačený zemní plyn z tlakových zásobníků prostřednictvím výdejního stojanu (obr. č. 7) do tlakových nádob ve vozidle. Plnicí pistole na hadici výdejního stojanu se připojí pomocí rychloupínacího systému na plnicí koncovku vozidla (obr. č. 4 a č. 5) a palivo (CNG) je přepouštěno z vysokotlakých zásobníků, které jsou součástí plnicí stanice do soustavy tlakových lahví ve vozidle, odkud je CNG tlakovým potrubím přivedeno do redukčního ventilu. Tam dochází k redukci na potřebný tlak pro vstup do vstřikovačů a dále do spalovacího prostoru jednotlivých válců. Doba plnění CNG vozidla je srovnatelná s čerpáním kapalných pohonných hmot (cca 5 minut).

U CNG vozu je zcela vyloučené zcizení pohonné hmoty. Dávkování CNG zajišťuje řídící jednotka. Vysoké oktanové číslo zemního plynu (128) umožňuje motoru pracovat i v případě výrazného ochuzení palivové směsi a zvyšuje odolnost vůči klepání motoru. Tlakové nádoby na CNG jsou vyráběny z oceli, hliníku nebo nově z kompozitních materiálů.

Spotřeba zemního plynu se pohybuje mezi 3 – 5 kg/100 km. Dojezd osobních automobilů na CNG dosahuje zpravidla 400 – 500 km a víc. Většina sériově vyráběných CNG vozidel jsou tzv. bi-fuel (dvoupalivová).

Obr. č. 3: Umístění palivových nádrží CNG v podvozku

Obr. č. 4: Plnicí hrdlo

Obr. č. 5: Způsob plnění CNG do vozidla (modrý kryt je na CNG, černý na benzin)

Obr. č. 6: Plnící stanice na stlačený zemní plyn, foto: Seat

Obr. č. 7: Výdejní stojan CNG

Při plnění CNG nedochází ke ztrátám paliva, ke kterým běžně dochází odparem při tankování kapalných paliv. U zemního plynu nehrozí ani kontaminace půdy a spodních vod při haváriích způsobených únikem paliva, neboť zemní plyn je lehčí než vzduch a přirozeně odvětrává. Přehled současné nabídky CNG vozidel v ČR lze nalézt na webových stránkách např.:

http://www.cng4you.cz/
případně
http://www.cngplus.cz/

Stav a očekávaný vývoj dalšího rozvoje infrastruktury plnicích stanic CNG a LNG

V březnu 2019 bylo v ČR 186 veřejných plnicích stanic CNG ve více než 80 městech (obr. č. 8, 9) a v provozu je také jedna LNG/LCNG plnicí stanice. Každé okresní město má dnes minimálně jednu plnicí stanici CNG. Tato infrastruktura se dále rozvíjí a NAP ČM považuje za realistické zprovoznění 250 až 300 veřejných plnicích stanic CNG v ČR do roku 2025.

Obr. č. 8: Vývoj počtu plnicích stanic CNG a prodaného CNG v ČR (Zdroj: The GVR)

Cena CNG včetně DPH se v současnosti (2019) pohybuje okolo 25 Kč/kg, což odpovídá cca 17 Kč/m³ (1 m3 CNG odpovídá z energetického hlediska 1 l benzinu). Při použití CNG jako pohonné hmoty činí náklady na palivo cca jen 1 Kč/km. Vývoj cen znázorňuje obr. č. 10.

Cena za odebrané CNG se na výdejních stojanech uvádí v kilogramech. V 1 kg CNG je přibližně stejné množství energie jako v 1,4 litru benzinu, 1,3 litru nafty či 1,9 litru LPG.

1 kg CNG = 1,4 m³CNG
1 m³ CNG = 0,7 kg CNG
1 m³ CNG odpovídá 1 l benzinu

Obr. č. 9: Veřejné plnicí stanice CNG a LNG v České republice – stav prosinec 2018 (Zdroj: ČPS)

Obr. č. 10: Vývoj cen pohonných hmot – 2008 až 2018 (Zdroj: ČPS)

Parkování CNG vozidel v garážích

Ve srovnání s LPG je CNG lehčí než vzduch a v případě náhodného úniku se tedy jednoduše odvětrá, LPG zůstává u země (je těžší než vzduch) a tak za určitých okolností vzniká riziko výbuchu. Automobily s LPG proto mají na rozdíl od vozů na CNG zákaz vjezdu do některých garáží.

CNG vozidla mohou běžně parkovat v nadzemních nebo soukromých garážích. V podzemních garážích, určených pro veřejné užívání (ve znění vyhlášky č. 268/2011 Sb., a českých technických norem např. ČSN 73 6058, ČSN 73 0804), lze s automobily na CNG parkovat, pokud tyto garáže splňují příslušné technické normy. Garáže musejí být vždy vybaveny detektory, signalizujícími výskyt zemního plynu nad stanovenou mez a účinným větráním. V garážích lze parkovat, pokud není před vjezdem do garáží značka zákazu vjezdu vozidel na CNG. Nové garáže u obchodních center, sportovních hal nebo kulturních zařízení se staví podle platných předpisů, kde je navíc uvedena povinnost vyhradit 10 % stání pro vozidla na zemní plyn. Po vzoru např. Německa nebo Rakouska usilují plynárenské společnosti dlouhodobě o odstranění všech omezení a bariér parkování CNG vozidel v ČR.

Pro další úspěšné a bezpečné užití CNG vozidel v dopravě je v ČR platná technická legislativa, která řeší vybavení garáží a jiných prostorů pro motorová vozidla s pohonným systémem CNG. Dále řeší i podmínky provozu, oprav, údržby, kontroly, vystavování a prodeje motorových vozidel s pohonným systémem CNG.