2 Productiemethoden

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

1

-----------------------------------------------------------------------------------

6 Andere milieuvriendelijke mogelijkheden1 6.1 LPG 6.1.1 Wat is LPG?

2 3

LPG, ofwel Liquified Petroleum Gas of autogas, bestaat hoofdzakelijk uit “lichte” koolwaterstoffen met drie of vier C-atomen per molecule zoals propaan en butaan. Vroeger werd LPG aanzien als een afvalproduct maar nu heeft het een plaats verworven als goedkope en milieuvriendelijke brandstof. LPG wordt gewonnen bij de destillatie van ruwe olie. Het is namelijk ook een fractie van ruwe olie, net zoals diesel en benzine. Het gas slaat in de destillatie toren neer bij zo’n 35°. Er rijdt niemand op, het aanbod is dus groot waardoor de prijs laag is. Doordat de olieprijs stijgt zal dus ook de prijs van LPG stijgen en de beschikbaarheid dalen. Bij een druk van ongeveer 4 bar wordt het gas een vloeistof, en het wordt in vloeibare toestand getankt. Wanneer de druk op deze vloeistof kleiner wordt dan 4 bar, wordt het gasvormig. Daarbij onttrekt het warmte aan zijn omgeving, waardoor bij het tanken soms een beetje ijs rond de vulopening wordt gevormd. Wat kost LPG ongeveer? De kost voor het ombouwen van een benzinemotor naar een LPG motor bedraagt ongeveer 2000€. De eigenaars van een auto met LPG installatie betalen vandaag de dag een jaarlijkse verkeersbelasting die schommelt tussen de 80€ en 200€ in functie van het aantal pk. De brandstof zelf kost nu (15 maart 2006) €0,499/l terwijl benzine €1,338/l kost. 6.1.2 Hoe werkt het? Bijna alle LPG -voertuigen zijn omgebouwde voertuigen die vroeger op benzine of diesel reden. Voor personenwagens zijn dat benzinevoertuigen waarin de LPG installatie meestal wordt geïnstalleerd naast het oorspronkelijk brandstofsysteem. In vrachtwagens en bussen, die meestal op diesel rijden, wordt de gehele dieselinstallatie, de cilinderkop en dieselpomp, vervangen door een systeem met bougie. Motoren die een bougie hebben en dus een vonk nodig hebben voor de ontsteking zijn het meest geschikt voor het rijden op LPG. Het LPGbrandstofsysteem bestaat uit een tank waarin het LPG onder druk wordt 1

EMIS, Technologie licht verkeer, http://www.emis.vito.be/autoverbruik/index.asp?pageChoice=Lichtverkeer, 14 maart 2006 2 VROM, Dossier LPG, http://vrom.nl/pagina.html?id=9179#10, 14 maart ’06 3 Van Meenen, LPG Forum, http://www.vanmeenen.com/LPG-autogas-Vlaanderen/lpg-informatie.html, 14 maart 2006

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

2

----------------------------------------------------------------------------------opgeslagen en het aangepast brandstofregelsysteem kan zonder grote problemen in een benzinewagen geplaatst worden. Doordat het gewone benzinesysteem bruikbaar blijft, kunnen wagens met LPG ook worden gebruikt in gebieden waar geen LPG verkrijgbaar is en wordt voorkomen dat de brandstofleidingen uitdrogen. Het LPG-brandstofsysteem1 Zoals hierboven vermeld wordt het LPG-brandstofsysteem gewoon naast het benzine systeem gebouwd. De onderdelen die bijgevoegd worden zijn: de gastank, de gasafsluiter, de verdamper-drukregelaar, het mengstuk, de gasdoseerklep en een omschakelaar voor gas of benzine.

1: 2: 3: 4: 5:

Gastank Gasafsluiter Verdamper Gasdoseerklep Mengstuk

Werking: Als de schakelaar voor LPG ingeschakeld is wordt de gasafsluiter(2) geopend door de boordcomputer. Deze schakelt ook de benzine inspuiting uit. De LPG die in vloeibare toestand uit de tank komt passeert de gasafsluiter. Eens het in de verdamper(3) aankomt wordt de vloeistof omgezet in gas. Dit komt doordat de verdamper warm is door de warme koelvloeistof van de motor. Het gas passeert nu de gasdoseerklep(4) die ook gestuurd wordt door de boordcomputer. De gasdoseerklep zorgt ervoor dat de juiste hoeveelheid gas naar het mengstuk(5) gaat. Eens uit 1

Voertuigtechniek CVO, Autogassysteem, 15-1

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

3

----------------------------------------------------------------------------------het mengstuk, wordt het gas gemengd met lucht en zo de cilinder ingezogen. 6.1.3 Uitstoot in vergelijking met benzine en diesel

 Emissies van LPG vergeleken met benzine en diesel

benzine diesel

CO [g/km]

20-83%

HC [g/km] NOx [g/km] CO2 [g/km] PM [g/km]

150300% 33-86% 80-150% 62-33% 10-50% 10583-88% 120% 535-15% 100%

Zoals we zien in de tabel heeft LPG in het algemeen een lagere uitstoot dan benzine maar een hogere dan bij diesel

6.2 Hybride 6.2.1 Wat is een hybride voertuig? Een hybride voertuig is een voertuig met 2 motoren. Een gewone verbrandingsmotor en een elektromotor. De verbrandingsmotor kan met benzine of met diesel werken. Wanneer het voertuig remt of vertraagt, dan werkt de elektromotor als alternator en wordt de opgewekte elektriciteit opgeslagen in batterijen om later opnieuw de elektromotor mee aan te drijven.

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

4

----------------------------------------------------------------------------------6.2.2 Verschillende types

1 2

Er bestaan 3 soorten systemen: de seriële hybride, de parallelle hybride en de gecombineerde hybride

 De seriële hybride Bij de serie hybride wordt het voertuig de hele tijd aangedreven door elektromotoren. De motor gekoppeld aan de versnellingsbak is een elektromotor. Deze wordt gevoed door elektriciteit van de de verbrandingsmotor en de batterijen. Men noemt dit een in serie geschakeld systeem omdat de motoren elkaar opvolgen.

1

KNEUTS I., De hybride auto, http://www.nieuwsblad.be/GT/Index.aspx?genericId=78&articleId=DMA12082005_006, 15 maart 2006 2 RONDEL M., Techniek van de hybride voertuigen, www.nibra.nl/cms/servlet/nl.gx.nibra.client. http.GetFile?id=387448&file=1031_101_29_hybridevoertuigen.ppt, 15 maart 2006

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

5

-----------------------------------------------------------------------------------



De parallelle hybride

Bij dit systeem worden de wielen door zowel de verbrandingsmotor als door de elektromotor aangedreven. Welke motor werkt hangt af van de omstandigheden. In dit systeem wordt de batterij geladen via de elektromotor die indien nodig gaat werken als een generator. Daarna wordt de in de batterij opgeslagen elektriciteit gebruikt om, wanneer het nodig is, de elektromotor aan te drijven. Het nadeel van dit systeem is, dat op het moment dat de elektromotor wordt gebruikt voor de aandrijving, hij geen elektriciteit kan opwekken om de batterij opnieuw op te laden. De krachtige elektromotor fungeert bij de start als startmotor en tijdens het rijden op de verbrandingsmotor als generator. Wanneer er, bijvoorbeeld tijdens de acceleratie meer kracht nodig is, gaat de elektromotor een handje helpen. Dankzij die assistentie is het mogelijk om een kleinere verbrandingsmotor in de auto in te bouwen. Dit geeft een gunstige invloed op het verbruik. Het verbruik wordt verder ook beperkt bij stilstand. Dan slaat de motor namelijk af. Bij het vertrekken slaat de motor onmiddellijk terug aan.

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

6

-----------------------------------------------------------------------------------



De gecombineerde hybride

1

Bij dit systeem worden 3 motoren gebruikt, een verbrandingsmotor en 2 elektromotoren waarbij de ene optreedt als alternator en de andere als elektromotor. Elke motor is gestuurd door de boordcomputer. Deze bepaaldt aan de hand van de gereden snelheid, de belasting en de acculading in welke mate de verbrandingsmotor en elektromotor vermogen afgeven aan de wielen. Bij het wegrijden zorgt alleen de elektromotor voor de aandrijving. Deze wordt gevoed door de batterij. Vanaf ongeveer 40 km/h wordt de verbrandingsmotor bijgeschakeld. Deze geeft vermogen af aan de wielen en aan de alternator. De alternator geeft nu op zijn beurt vermogen af aan de elektromotor en aan de accu voor het bijladen. Wanneer plots veel vermogen nodig is krijgt de elektromotor extra stroom van de accu. Bij dit systeem is het dus zo dat bij normaal bedrijf de verbrandingsmotor en de elektromotor tegelijk werken. 6.2.3 Uitstoot in vergelijking met diesel  Seriële hybride bus vergeleken met diesel CO [g/km] HC [g/km] NOx [g/km] PM [g/km]

Emissies 61% 80% 61% 78%

In de tabel gaat het over de uitstoot van een seriële hybride bus i.v.m. een bus op diesel. Doordat bij het parallelle en het gecombineerde systeem de verbrandingsmotor minder werkt of minder vermogen moet leveren zal de uitstoot bij deze voertuigen dus nog lager liggen.

1

A.N. Cupédo, “Veelbelovend hybride-concept van Toyota”, Auto&Motor Techniek, 1997, juli, nr.42

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

7

-----------------------------------------------------------------------------------

6.3 De waterbrandstofcel1

2

6.3.1 Wat is een waterbrandstofcel? Een waterbrandstofcel is een apparaat dat waterstof en zuurstof omzet in water en elektrische energie. Als brandstof wordt meestal waterstof gebruikt of een grondstof met een hoog gehalte aan waterstofatomen zoals methaan (CH4). De chemische omzetting is in feite een omgekeerde elektrolyse. Een bekende elektrolyse is de splitsing van water tot zuurstof en waterstof met elektrische stroom. Een brandstofcel is te vergelijken met een batterij. Beide produceren elektriciteit in een chemisch proces. Het verschil is dat in een batterij energie wordt opgeslagen. Deze energie kan eenmalig worden afgegeven door de batterij. Daarna is de batterij leeg of ze moet weer worden opgeladen. Een brandstofcel geeft continu energie zolang er maar brandstof wordt toegevoerd. 6.3.2 Werking van een waterbrandstofcel? Een waterbrandstofcel bestaat uit 4 delen: 2 elektroden, een elektrolyt, een membraam dat de brandstof en zuurstof gescheiden houdt en een katalysator.

Waterstof komt binnen aan de anode. Zuurstof wordt toegevoegd aan de Kathode. Gestimuleerd door de katalysator splitst het waterstof atoom in een proton en een elektron. Deze gaat op een verschillende manier door de cel. Het proton gaat door het elektrolyt en vormt samen met de aanwezige zuurstof water. Het elektron doet een spanning ontstaan. Een aandrijfsysteem met een brandstofcel bestaat uit vier componenten: een opslagtank voor de brandstof, een brandstofcel, een elektromotor en

1

Fuel cells 200, Fuel cell basics, http://www.fuelcells.org/basics/how.html, 16 Maart 2006 Thinkquest, Brandstofcel, http://mediatheek.thinkquest.nl/~ll103/tep/nl/future_energy/fuel_cells.html, 16 Maart 06 2

GIP – 6 IW – VTI Waregem – 2005-2006 Een vergelijkende studie tussen diesel, biodiesel en onveresterde oliën – PL

8

----------------------------------------------------------------------------------al dan niet een batterij. Als een andere brandstof dan waterstof wordt gebruikt, is daarnaast een ‘reformer’ noodzakelijk waarin de brandstof wordt omgezet in waterstof. De ‘reformer’ zit voor de brandstofcel en splitst bijvoorbeeld methaan (CH4) in koolstof en 4 waterstoffen. Het koolstofatoom zal ook reageren met zuurstof. Bij dit type brandstofcel zal dus ook CO en CO2 gevormd worden. Het principe is dus eigenlijk simpel. Maar dankzij een paar praktische moeilijkheden rijden we nu nog niet op waterstof. De oorzaken zijn:  Nog niet geschikt voor massaproductie Hoewel er veel onderzoek gedaan wordt, is de brandstofcel nog niet rijp voor massaproductie. Het samenbrengen van waterstof en zuurstof en het zorgen dat deze met elkaar reageren en ook nog eens elektriciteit afstaan is een gevoelig proces dat nu nog moeilijk beheersbaar is. Hiervoor is extra meet- en regelapparatuur nodig. Bovendien levert een brandstofcel een lage spanning, waardoor er extra apparatuur aangekoppeld moet worden om de elektriciteit naar een goed bruikbare spanning om te zetten. Het is mogelijk om een aantal brandstofcellen in serie te plaatsen maar zo neemt deze groep cellen ook meer ruimte in.  Beschikbaarheid van waterstofgas Waterstof is een zeer licht gas. Om bruikbare hoeveelheden energie hieruit te halen is er al gauw een groot volume nodig. Ook onder druk samengeperst levert het minder energie dan bijvoorbeeld benzine of dieselolie. Bovendien moeten de tanks gasdicht zijn en bestand tegen hoge druk. Brandstofcellen hebben zeer zuivere waterstof nodig, de productie hiervan is duur. Waterstof is ook een brandbaar gas waardoor er gevaar is voor brand of explosies. Ook moeten er nieuwe tankstations gebouwd worden want nu is er geen enkele voorziening voor de verdeling van waterstofgas. Bij het halen van waterstof uit bijvoorbeeld methaan komt er te weinig vermogen vrij om hiermee een voertuig aan te sturen. 6.4.3 Uitstoot Bij het rijden op pure waterstof komt er in principe enkel maar water uit de uitlaat. In werkelijkheid worden nog minieme concentraties van andere emissiecomponenten teruggevonden. Ook moet de uitstoot bij het productieproces meegeteld worden. De meest economische methode is het halen van waterstof uit aardgas. Elektrolyse van water is ook mogelijk maar dit is nog zeer duur. Een goede oplossing is het aan boord brengen van een ‘reformer’ zodat er aan boord waterstof gewonnen kan worden uit aardgas, methaan of andere koolwaterstoffen. Dan is er in de uitstoot ook meer CO, CO2 aanwezig