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