Rudolf Cole
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-Kermit la grenouille a dit un jour: "Ce n'est pas si facile d'être vert." S'il ne faisait pas référence aux voitures, son observation semble particulièrement appropriée pour l'industrie automobile d'aujourd'hui: concevoir, développer et commercialiser des voitures «vertes» n'a pas été une tâche facile, c'est pourquoi les véhicules à essence dominent toujours la route et les carburants fossiles représentent encore près de 75% de la consommation énergétique mondiale. À mesure que les prix de l'essence montent en flèche et que les préoccupations concernant les émissions nocives augmentent, les voitures qui fonctionnent avec des sources de carburant alternatives deviendront de plus en plus importantes. Un véhicule au gaz naturel, ou GNV, est l'exemple parfait d'une telle voiture - il est économe en carburant, écologique et offre un coût de possession relativement faible..
Galerie d'images de véhicules à carburant alternatif
David McNew / Getty Images
Un appareil de ravitaillement au gaz naturel, Phill, de FuelMaker est connecté à un véhicule au gaz naturel Honda Civic GNV. Voir des photos de véhicules à carburant alternatif.
Cet article expliquera l'idée de base des GNV, examinera les défis de conception uniques impliqués et examinera les avantages et les avantages de cette technologie..
Découverte Certains chercheurs pensent que des personnes vivant au Moyen-Orient ont découvert cette propriété du gaz naturel entre 6000 et 2000 avant JC lorsque des coups de foudre ont enflammé du gaz naturel s'échappant du sol. Les Chinois ont brûlé du gaz naturel dès 211 avant JC pour sécher du sel gemme trouvé dans la roche calcaire. Ils ont également foré les premiers puits de gaz naturel connus, à l'aide de poteaux en bambou et de morceaux primitifs, mais ils n'ont pu atteindre que des profondeurs de 500 pieds.. -Le mot «gaz» est un terme déroutant car il est utilisé pour décrire de nombreuses substances différentes qui sont similaires mais pas exactement les mêmes. Par exemple, le «gaz» que vous mettez dans votre voiture est de l'essence, un composant du pétrole brut ou du pétrole. Le pétrole est un mélange liquide sombre et collant de composés formés sous terre par la désintégration d'anciens animaux marins.
Le gaz naturel provient également de la désintégration des organismes anciens, mais il prend naturellement une forme gazeuse au lieu d'une forme liquide. Le gaz naturel est généralement associé au pétrole brut. Il est dérivé à la fois de plantes terrestres et de matière organique aquatique et se forme au-dessus ou au-dessous des gisements de pétrole. Il est souvent dissous dans le pétrole brut aux hautes pressions existant dans un réservoir. Il existe également des réservoirs de gaz naturel, appelés gaz non associés, qui ne contiennent que du gaz et pas de pétrole..
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Le gaz naturel se compose principalement de méthane et d'autres gaz d'hydrocarbures. Les hydrocarbures sont des composés organiques composés uniquement des éléments carbone et hydrogène. Les hydrocarbures du gaz naturel sont appelés hydrocarbures saturés car ils contiennent de l'hydrogène et du carbone liés ensemble par des liaisons simples. Comme le montrent les diagrammes, le méthane est l'hydrocarbure saturé le plus simple.
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Comme l'essence, le gaz naturel est combustible, ce qui signifie qu'il peut être utilisé dans un moteur à combustion comme l'essence. Mais les voitures capables de brûler du gaz naturel ne sont apparues sur les lieux que dans les années 1930.
Nous extrayons du gaz naturel piégé dans des réservoirs souterrains en forant des puits dans la terre. Un puits moderne, équipé de trépans diamantés, peut forer à des profondeurs approchant 25000 pieds.
Extraction et traitement La plupart des puits modernes extraient du pétrole brut et du gaz naturel en même temps. Une partie du gaz naturel peut être utilisée car elle provient du puits sans aucun raffinage, mais la plupart nécessitent un traitement. Le traitement du gaz naturel consiste à séparer tous les divers hydrocarbures et fluides du gaz naturel «humide» jusqu'à ce qu'il soit «sec». Le gaz naturel sec est du méthane pur, qui est le carburant de choix pour de nombreuses applications de consommation, y compris les véhicules au gaz naturel.Tout au long du XIXe siècle, l'utilisation du gaz naturel est restée localisée car il n'y avait aucun moyen de transporter de grandes quantités de gaz sur de longues distances. En 1890, l'invention d'un raccord de canalisation étanche permet de transporter du gaz à des kilomètres de la source. Les améliorations de la technologie des pipelines se sont poursuivies au cours des deux décennies suivantes jusqu'à ce que le transport de gaz à longue distance devienne pratique. De 1927 à 1931, les ouvriers ont construit plus de 10 grands réseaux de transport de gaz naturel aux États-Unis, faisant du gaz naturel une source d'énergie viable pour de nombreuses applications. Les pénuries de pétrole de la fin des années 1960 et du début des années 1970 ont suscité un regain d'intérêt pour le gaz naturel comme source de carburant, en particulier pour les automobiles..
Aujourd'hui, les propriétaires de véhicules au gaz naturel peuvent faire le plein de leurs voitures dans l'une des 1 300 stations-service situées aux États-Unis. Honda offre également une pompe à gaz naturel personnelle aux personnes qui achètent sa Civic au gaz naturel. La pompe utilise les conduites de gaz naturel existantes d'une maison et peut être installée pour 500 $ à 1500 $.
Dans la section suivante, nous discuterons de la conception des véhicules au gaz naturel.
Bio-gaz Le gaz naturel n'est pas la seule source de méthane. Le méthane peut également être obtenu en fermentant de la matière organique, comme le fumier, dans de faibles niveaux d'oxygène. Dans de telles conditions, les bactéries utiliseront les nutriments contenus dans le fumier comme source de nourriture et libéreront du méthane et du dioxyde de carbone en tant que déchets. Ce méthane, connu sous le nom de biogaz, peut être collecté et utilisé comme source de carburant. Les véhicules au gaz naturel utilisent les mêmes principes de base que les véhicules à essence. En d'autres termes, le carburant (gaz naturel dans ce cas) est mélangé à de l'air dans le cylindre d'un moteur à quatre temps puis enflammé par une bougie d'allumage pour déplacer un piston de haut en bas. Bien qu'il existe certaines différences entre le gaz naturel et l'essence en termes d'inflammabilité et de températures d'inflammation (voir tableau ci-dessous), les GNV eux-mêmes fonctionnent sur les mêmes concepts fondamentaux que les véhicules à essence..
| Propriété | Gaz naturel | De l'essence | Diesel |
| Limites d'inflammabilité (% volume dans l'air) | 5-15 | 1,4-7,6 | 0,6-5,5 |
| Auto-allumage Température (°F) | 842 | 572 | 446 |
| Flamme de pointe Température (°F) | 3423 | 3591 | 3729 |
Néanmoins, certaines modifications sont nécessaires pour qu'un GNV fonctionne efficacement. Ces changements concernent principalement le réservoir de stockage de carburant, le moteur et le châssis.
Stockage de carburant
La plupart des GNV fonctionnent au gaz naturel comprimé, de sorte que le carburant prend moins de place. À une station de ravitaillement en carburant, le gaz est comprimé à 3 000-3 600 livres par pouce carré avant d'être pompé dans des cylindres à haute pression en forme de tube qui sont fixés à l'arrière, au sommet ou au train de roulement du véhicule. Les réservoirs de stockage des premiers GNV étaient volumineux et occupaient une grande partie de l'espace de chargement du véhicule, mais des cylindres plus récents et plus légers ont été développés. Appelés systèmes de stockage intégrés (ISS), ces bouteilles entièrement composites sont contenues dans une coque en fibre de verre et une mousse absorbant les chocs pour les protéger en cas de collision. Les cylindres ont également un diamètre plus petit de sorte que trois d'entre eux peuvent être logés ensemble dans une taille et une forme ressemblant à un réservoir d'essence conventionnel..
 Image courtoisie Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins |
Modifications du moteur
Lorsque le moteur d'un GNV est démarré, le gaz naturel s'écoule des cylindres de stockage dans une conduite de carburant. Près du moteur, le gaz naturel entre dans un régulateur pour réduire la pression. Ensuite, le gaz passe par un système d'injection de carburant gazeux multipoint, qui introduit le carburant dans les cylindres. Les capteurs et les ordinateurs ajustent le mélange air-carburant de sorte que lorsqu'une bougie d'allumage enflamme le gaz, il brûle efficacement. Un moteur au gaz naturel comprend également de l'aluminium forgé, des pistons à haute compression, des sièges de soupape d'échappement en nickel-tungstène trempé et un convertisseur catalytique spécifique au méthane..
 Photo avec l'aimable autorisation du Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins Un moteur au gaz naturel installé |
Modifications du châssis
Certaines modifications de la suspension d'un GNV peuvent être nécessaires pour créer de l'espace pour les conteneurs de stockage de carburant. À l'arrière du véhicule, une suspension à bras semi-remorqué remplace parfois la suspension à bras latéraux qui est de série dans de nombreuses voitures à essence. Cela crée plus d'espace libre dans le train de roulement arrière, tout en offrant une conduite douce et confortable. Les GNV retirent également le pneu de secours et le cric, ce qui permet un plan d'étage plat. Les pneus «run-flat», tels que les pneus Extended Mobility de Goodyear Tire, sont installés pour compenser le fait que le pneu de secours et le cric sont manquants.
 Photo avec l'aimable autorisation du Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins |
Différences de ravitaillement
Faire le plein d'un véhicule au gaz naturel peut également être un peu différent. Le point de ravitaillement se trouve généralement à l'avant du véhicule, bien que dans certains GNV, comme la Honda Civic GX, le point de ravitaillement se trouve à l'arrière. Un GNV peut être alimenté par une pompe à «remplissage rapide» à peu près le même temps qu'il faut pour alimenter tout véhicule à essence ou diesel. Alternativement, un GNV peut être alimenté en cinq à huit heures en utilisant une méthode de «remplissage lent». Les stations de ravitaillement à domicile proposées par Honda sont du type à remplissage lent, obligeant les propriétaires de voitures à faire le plein de leurs véhicules pendant la nuit..
Ensuite, nous discuterons des avantages des véhicules au gaz naturel par rapport aux véhicules à essence, ainsi que des inconvénients..
Le principal avantage des GNV est qu'ils réduisent les émissions nocives pour l'environnement. Les véhicules au gaz naturel peuvent atteindre une réduction de 93% des émissions de monoxyde de carbone, 33% des émissions de divers oxydes d'azote et une réduction de 50% des hydrocarbures réactifs par rapport aux véhicules à essence. Les GNV enregistrent également des émissions de particules 10 (PM10) plus élevées. Les particules PM10 transportent et déposent des matières toxiques dans l'air. Les GNV qui fonctionnent dans des applications diesel peuvent réduire les émissions de PM10 d'un facteur 10.
Les véhicules au gaz naturel offrent également ces avantages:
| Construire ou acheter des NGV peuvent être créés à partir de zéro pour inclure les améliorations de conception décrites ci-dessus. Un tout nouveau véhicule au gaz naturel coûte de 4 000 $ à 8 000 $ de plus qu'un véhicule à essence comparable. Il est également possible de modifier les véhicules à essence classiques pour qu'ils fonctionnent au gaz naturel. Cela aussi peut être coûteux, les modifications coûtant généralement entre 3 000 et 5 000 dollars. Les véhicules fonctionnant uniquement au gaz naturel sont appelés GNV «dédiés». Les véhicules qui peuvent fonctionner à la fois au gaz naturel et à l'essence sont appelés véhicules «bicarburant». Dans les véhicules bicarburant, le conducteur peut passer en toute sécurité d'un carburant à un autre pendant la conduite. |
- Les GNV sont plus sûrs. Les réservoirs de stockage de carburant sur un GNV sont plus épais et plus solides que les réservoirs d'essence ou de diesel. Il n'y a pas eu de rupture de réservoir de GNV depuis plus de deux ans aux États-Unis.
- Les coûts du gaz naturel sont inférieurs à ceux de l'essence. En moyenne, le gaz naturel coûte un tiers de moins que l'essence à la pompe.
- Le gaz naturel est pratique et abondant. Une infrastructure de pipeline bien établie existe aux États-Unis pour fournir du gaz naturel à presque toutes les zones urbaines et la plupart des zones suburbaines. Il y a plus de 1300 stations de ravitaillement en GNV aux États-Unis, et de plus en plus sont ajoutées chaque jour.
- Les prix du gaz naturel ont affiché une stabilité significative par rapport aux prix du pétrole. Historiquement, les prix du gaz naturel ont montré une stabilité de prix significative par rapport aux prix des carburants à base de pétrole. Cette stabilité facilite la planification précise des coûts à long terme.
- Les GNV ont des coûts de maintenance inférieurs. Parce que le gaz naturel brûle si proprement, il réduit l'usure du moteur et prolonge le temps entre les mises au point et les changements d'huile..
Désavantages
L'une des plus grandes plaintes concernant les GNV est qu'ils ne sont pas aussi spacieux que les voitures à essence. En effet, les GNV doivent abandonner de précieux espaces de chargement et de coffre pour accueillir les cylindres de stockage de carburant. De plus, ces bouteilles peuvent être coûteuses à concevoir et à construire - un facteur contribuant aux coûts globaux plus élevés d'un véhicule au gaz naturel par rapport à une voiture à essence..
 Photo avec l'aimable autorisation du Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins Train de roulement arrière montrant les cylindres de carburant |
Un autre inconvénient est l'autonomie limitée des GNV, qui est généralement environ la moitié de celle d'un véhicule à essence. Par exemple, la Civic au gaz naturel de Honda, la Civic GX, peut parcourir jusqu'à 220 miles sans faire le plein. Une Civic à essence typique peut parcourir environ 350 miles sans faire le plein. Si un GNV dédié venait à manquer de carburant sur la route, il devrait être remorqué jusqu'au domicile du propriétaire ou à une station de ravitaillement en gaz naturel locale, ce qui pourrait être plus difficile à trouver qu'une station-service «ordinaire».
Enfin, il convient de noter que le gaz naturel, comme l'essence, est un combustible fossile et ne peut être considéré comme une ressource renouvelable. Si les réserves de gaz naturel aux États-Unis sont encore considérables, elles ne sont pas inépuisables. Certains prédisent qu'il reste suffisamment de réserves de gaz naturel pour encore 67,1 ans, en supposant que le niveau de production de 2003 se maintienne.
Malgré certains des avantages offerts par les GNV, ils sont encore relativement rares. Selon la Natural Gas Coalition, 130 000 GNV sont actuellement en circulation aux États-Unis et plus de 2,5 millions dans le monde. Pour mettre cela en perspective, considérons qu'il y avait 142,5 millions de véhicules immatriculés en 2001 - ce qui signifie que les véhicules à essence sont plus nombreux que les GNV à près de 1 100 pour un aux États-Unis. Et pourtant, plus de 40 fabricants différents, dont Ford, General Motors, Toyota et Volvo, produisent actuellement des GNV.
 Photo gracieuseté de Honda L'appareil de ravitaillement Phill Home |
Alors que des véhicules tels que la Civic GX et la E 200 NGT ne sont disponibles que sur des marchés très limités (le premier dans certains États occidentaux, le second en Europe), les GNV devraient devenir plus largement disponibles pour les consommateurs au cours des deux prochaines décennies, en particulier. alors que le prix du pétrole continue d'augmenter. Quand cela arrivera, être vert sera un peu plus facile.
Pour plus d'informations sur les véhicules au gaz naturel et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
| Flottes de GNV Les flottes à forte consommation de carburant qui parcourent de nombreux kilomètres chaque jour utilisent le gaz naturel depuis des années. Cela comprendrait des flottes de taxis, d'autobus de transport en commun et scolaires, de navettes d'aéroport, de véhicules de construction, de camions à ordures, de camions de livraison et de véhicules de travaux publics. Pourquoi les flottes sont-elles particulièrement adaptées au gaz naturel? Premièrement, le plus grand volume de véhicules rend plus économique la conversion des véhicules ou leur achat pur et simple. Mais plus important encore, les véhicules de la flotte sont entretenus de manière centralisée, ce qui rend le processus de ravitaillement pratique et fiable. De nombreux camions et bus long-courriers utilisent une forme différente de gaz naturel appelée gaz naturel liquéfié, ou GNL. Le GNL est fabriqué en réfrigérant le gaz naturel à -260 ° F, en le condensant en un liquide. La forme liquide est beaucoup plus dense et a donc plus d'énergie potentielle pour la quantité d'espace qu'elle prend. Cela signifie que plus d'énergie peut être stockée dans la même quantité d'espace sur une voiture ou un camion. |
Merci Merci à Jeff Beckman pour son aide avec cet article.
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- Comment fonctionne le raffinage du pétrole
Plus de liens intéressants
- Le site pédagogique de la Natural Gas Supply Association
- La Coalition des véhicules au gaz naturel
- Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins
- Site Web de la Honda Civic GX
- Véhicules au gaz naturel - Pacific Gas & Electric Company
Sources
- Dickson, T.R. Introduction à la chimie, 7e éd. New York: John Wiley et
Fils, Inc. - Durbin, D. "Honda offre le premier véhicule et maison au gaz naturel au détail
station de ravitaillement, "The Detroit News. 22 avril 2005.
http://www.detnews.com/2005/autosinsider/0504/22/autos-159034.htm - Encyclopédie Britannica 2005, s.v. "gaz naturel." CD-ROM, 2005.
- GermanCarFans.com.
http://www.germancarfans.com/news.cfm/newsid/2050207.006 - Site Web de la Honda Civic GX
http://automobiles.honda.com/models/model_overview.asp?ModelName=Civic+GX&bhcp=1 - Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins.
http://www.jhuapl.edu/programs/trans/ANGV.htm - Monde de la sécurité du gaz naturel.
http://www.ngridsafetyworld.com/ngsw/more/vehicles.html - Site éducatif de la Natural Gas Supply Association.
http://www.naturalgas.org/ - Véhicules au gaz naturel. Pacific Gas & Electric Company.
http://www.pge.com/about_us/environment/natural_gas_vehicles/ - La Coalition des véhicules au gaz naturel. http://www.ngvc.org/ngv/ngvc.nsf
- Le forum des véhicules au gaz naturel. http://www.ngv.org/ngv/ngvorg01.nsf
- Parfit, M. «Powering the Future», National Geographic. Août 2005, pp.
2-31. - Wright, Michael et Mukul Patel, éds. 2000. Scientific American: Comment
les choses fonctionnent aujourd'hui. New York: éditeurs de la Couronne.