استفاده از سوخت هاي جايگزين يكي از روش هاي مهم بهينه سازي مصرف سوخت و كاهش آلاينده هاي زيست محيطي بوده كه در تمام دنيا با توجه به منابع انرژي منطقه‌اي مورد توجه می باشد.
بخش مهمي از اين فعاليت ها بر تبديل ناوگان در حال فعاليت، متمركز شده و در سال هاي اخير پيشرفت قابل ملاحظه‌اي را در اين زمينه شاهد هستيم. همزمان، توسعه فنآوري هاي مختلف هيبريدي و روش هاي بازيابي انرژي‌هاي تلف شده نيز به نوبه خود موضوع استفاده از سوختهاي جايگزين را تا مرزهاي جديدي پيش برده؛ اين مقاله مروري کوتاه و گذرا دارد بر انواع سوختهاي جايگزين که در خودروهاي سنگين بکار گرفته شده است.
مروري بر مراحل ساخت و تبديل خودروها
خودروهاي سنگين با كاربري متفاومت اغلب مرحله به مرحله ساخته مي‌شوند؛ به اين معني كه قواي محركه و شاسي از يك سازنده تامين شده و در مراحل بعد بسته به نوع سفارش مشتري توسط يك سازنده ديگر كامل شده و تحويل مي شود. در واقع تكميل كننده خودرو، گواهي تاييديه نوع آن خودرو را اخذ كرده و محصول نهايي را وارد بازار مي‌كند.
در خودروهاي با سوخت جايگزين، تركيب شاسي بر اساس نوع كاربري خودرو، انتخاب مي‌شود. اين با حالت معمول انتخاب شاسي تفاوتي ندارد؛ مگر آنكه لازم باشد به واسطه بكارگيري مخازن بزرگتر و سنگين‌تر، رتبه بندي خودرو از نظر حداكثر وزن ناخالص (GVWR) تغيير كند.
سوخت هاي CNG، LNG يا LPG قابليت استفاده در موتورهاي كه بصورت كارخانه‌اي براي سوخت هاي جايگزين طراحي و ساخته یا با موتورهاي ديزل يا بنزيني كه با استفاده از كيت‌هاي تبديل براي مصرف ساير سوخت ها ساخته شده‌اند را دارند. اينها مهمترين سوخت هاي جايگزين براي ديزل و بنزين هستند.
موتورهاي bi-fuel مي‌توانند به نوبت با يكي از سوخت هاي جايگزين يا بنزين كار كنند.
موتورهاي dual-fuel قابليت مصرف همزمان سوخت جايگزين با ديزل را دارند. در اين موتورها سوخت ديزل براي كمك به احتراق مصرف مي‌شود و مي‌تواند تا ميزان بالايي با گاز، جايگزين شود.
خودروهاي هيبريد پيشرفته نيز موتورهاي بنزيني يا ديزلي را همراه با انرژي الكتريكي بكار مي‌گيرند كه مصرف سوخت و آلاينده‌هاي منتشر شده را كاهش مي‌دهد.
موتورهاي سوخت هاي جايگزين
قواي محركه خودروهايي كه از سوخت هاي جايگزين استفاده مي‌كنند؛ مي‌تواند متنوع باشد. در ادامه به تعدادي از مهمترين آنها اشاره مي‌كنيم.
1- گاز طبيعي CNG
موتورهاي گازسوز موجود از سه نوع متفاوت هستند.
آنها كه فقط براي كاركردن با گاز طراحي و ساخته شده‌اند (dedicated)
آنها كه براي كاركردن با يكي از دو سوخت گاز يا بنزين ساخته شده‌اند (bi-fuel)
آنها كه به طور همزمان مي‌توانند از تركيب گازوييل و گاز استفاده كنند (dual-fuel)
موتورهاي dedicated و bi-fuel مجهز به سيستم جرقه براي احتراق هستند. موتورهاي dual-fuel در همان سيكل ديزل كار مي‌كنند و مقدار سوخت ديزل كه با گاز سوزانده مي‌شود؛ براي ايجاد احتراق بر پايه تراكم، بكار مي‌رود.
گاز طبيعي به صورت CNG يا LNG در مخازن ويژه‌اي روي خودرو حمل مي‌شود. استفاده از CNG متداول‌تر است و دانش استفاده از آن سابقه بيشتري دارد. LNG در مواردي كه نياز به سوخت و پيمايش بيشتري باشد توصيه مي‌گردد.
2- پروپان LPG
پروپان يا LPG كه به عنوان گاز مايع نيز مي‌شناسيم از محصولات جانبي تصفيه نفت خام و گاز طبيعي است. دو نوع سيستم انژكتور پروپان موجود است:
سوخت پاش مايع
سوخت پاش بخار
در حالت اول، پروپان به حالت مايع وارد محفظه احتراق مي‌شود. از آنجا كه پروپان، كربن پاييني دارد و سوختي پاك محسوب مي‌شود؛ جايگزيني آن مي‌تواند موجب كاهش انتشار هيدروكربن‌ها، منواكسيدكربن (CO)، NOx و گازهاي گلخانه‌اي (GHG) گردد.
3- موتورهاي الکتريکي
خودرو تمام الكتريكي، خودرويي است كه از توان انباره‌هاي باتري براي موتور الكتريكي خود استفاده مي‌كند كه تنها قواي محركه آن مي‌باشد. باتري‌ها با اتصال به برق شارژ مي‌شوند. اين خودروها به تنهايي آلايندگي توليد نمي‌كنند؛ اما بايد توجه داشت كه توليد برق مورد نياز آنها، خود عامل ايجاد آلاينده‌ها در نيروگاه‌ها مي‌باشد.
4- پيل‌هاي سوختي
در پيل‌هاي سوختي، واكنش شيميايي بين هيدروژن و اكسيژن (بطور معمول) الكتريسته توليد مي‌كند. محصولات جانبي اين واكنش آب و گرما مي‌باشد. در خودرو مجهز به پيل سوختي، برق حاصل از پيل سوختي در باتری ها ذخیره شده و در موتورهاي الكتريكي كه قواي پيش‌رانه خودرو هستند؛ مصرف مي‌شود.
5- ميکروتوربين ها
ميكروتوربين به عنوان يك منبع توليد توان كمكي (APU) در خودروهاي هيبريد موازي همچون اتوبوس ها يا كاميونها به كار مي‌رود. ميكروتوربين، باتري‌ها را شارژ مي‌كند كه به نوبه خود، برق الكتروموتور را تامين مي‌كنند كه چرخ هاي خودرو را به حركت در مي‌آورد.
ميكروتوربين مي‌تواند از سوخت هايي مانند گاز طبيعي، بيو ديزل، ديزل يا پروپان استفاده كند. ميكروتوربين موجب كاهش استهلاك موتور، كاهش آلاينده‌ها و البته کاهش مصرف سوخت مي‌شود.
6- بيوديزل
بيوديزل يا تركيب بيوديزل براي كاهش مصرف سوخت هاي نفتي و آلاينده‌ها در خودروهاي سنگين به كار مي‌رود. بيوديزل سوختي قابل استحصال در محل و تجديدپذير براي موتورهاي ديزل است.
بيوديزل از روغن‌هاي گياهي، چربي‌هاي حيواني يا زيست توده قابل توليد مي‌باشد. سوخت B5 (5% بيوديزل + 95% گازوييل) مي‌تواند در هر موتور ديزلي مصرف شود. سازندگان موتور مي‌توانند موتورهايي را براي سوخت B20 نيز تاييد نمايند. (20% بيوديزل + 80% گازوييل)
با سوخت B20 كاهش قابل ملاحظه‌اي در انتشار ذرات معلق (PM)، CO و هيدروكربن‌ها خواهيم داشت. معمولاً به دليل چگالي انرژي كمتر بيوديزل، به ميزان كمي گشتاور موتور تحت تاثير قرار مي‌گيرد؛ اما راندمان حرارتي تغييري نخواهد كرد.
سيستم هاي هيبريد بر اساس نوع سوخت
1- هيبريدهاي ديزل
هيبريدهاي ديزل-الكتريك از دو موتور (ديزل و الكتريك) بهره مي‌برند. موتور ديزل به خودرو نيرو داده و براي موتور الكتريكي برق توليد مي‌كند. موتور الكتريكي توان خود را از ژنراتوري كه به يك منبع ذخيره مثل باتري يا خازن‌هاي ظرفيت بالا متصل است؛ تامين مي‌كند. خودروهاي سنگيني كه غالباً در حال توقف و حركت هستند؛ براي اين منظور مناسب مي‌باشند. از توان ترمز براي تامين توان موتور الكتريكي استفاده مي‌شود. نهايتاً، آلاينده‌ها كاهش يافته و مصرف سوخت نيز كم خواهد شد.
2- هيبريدهاي CNG
سيستم هيبريد الكتريكي CNG شامل يك موتور CNG سوز، يك موتور/ژنراتور الكتريكي، مبدل‌ها و مجموعه باتري مي‌باشد. موتور الكتريكي از باتري‌ها يا خازن‌هاي ظرفيت بالا توان مي‌گيرد.
گاز طبيعي عمدتاً از متان تشكيل شده، بنابراين خودروهاي گازسوز (NGVs) كمتر از خودروهاي بنزيني هيدروكربن‌هاي غير متان (NMHC) توليد مي‌كنند. از طرفي، از آنجا كه مدار سوخت مداري بسته مي‌باشد؛ آلايندگي ناشي از تبخير هم بسيار ناچيز است. آلاينده‌هاي استارت سرد خودروهاي گازسوز نيز كم است زيرا نياز به غني كردن سوخت نيست؛ كه اين موجب كاهش انتشار CO مي‌شود.
3- هيبريدهاي پيل سوختي (Fuel Cell)
هيبريد پيل سوختي، تقريباً مانند ساير هيبريدها مي‌باشد؛ كه در آن پيل‌هاي سوختي، الكتريسيته لازم براي شارژ باتري‌ها را توليد مي‌كنند. موتور الكتريكي نيز از انرژي باتري‌ها براي به حركت درآوردن خودرو استفاده مي‌كند.
اعظم اردستانی
رئیس امور بهبود و توسعه سوختهای نوین
