ก๊าซธรรมชาติ

การใช้ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (NGV)

Natural Gas for Vehicles (NGV) คือก๊าซธรรมชาติที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ โดยก๊าซ NGV นี้ มีส่วนประกอบหลักคือ ก๊าซมีเทนที่มีคุณสมบัติเบากว่าอากาศ ส่วนใหญ่จะมีการใช้ อยู่ในสภาพเป็นก๊าซที่ถูกอัดจนมีความดันสูง (ประมาณ 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) เก็บไว้ในถัง ที่มีความแข็งแรงทนทานสูงเป็นพิเศษ เช่น เหล็กกล้า บางครั้งเรียกก๊าซนี้ว่า CNG (ซี เอ็น จี) ซึ่งย่อมาจาก Compressed Natural Gas หรือก๊าซธรรมชาติอัด การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ มีข้อดีคือ เกิดการเผาไหม้สมบูรณ์ให้มลพิษต่ำ โดยเฉพาะปริมาณฝุ่นละออง (Particulate) และควันดำ ดังนั้นเมื่อคำนึง ถึงปัญหาสภาวะที่อุณหภูมิของโลกร้อนขึ้น และปัญหามลพิษ รวมถึงสภาวะราคาน้ำมันโลกที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างเป็นประวัติกาล นานาประเทศ ก็มุ่งไปสู่การลดปัญหา โดยส่งเสริมและสนับสนุน ให้มีการใช้ยานยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง โดยประเทศที่มีการใช้ยานยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอยู่แล้ว
ก็มีแนวโน้มที่จะขยายการใช้มากขึ้น ได้แก่ สหรัฐอเมริกาออสเตรเลีย ญี่ปุ่น อินโดนีเซีย เกาหลี เป็นต้น ส่วนประเทศที่ยังไม่เริ่มใช้ รัฐบาลก็กำลังส่งเสริมให้มีการใช้ในอนาคต ได้แก่ ฮ่องกง สิงคโปร์ รวมทั้งประเทศไทยของเราด้วยล่ะค่ะ

ตารางข้างล่างนี้แสดงสถิติล่าสุดของข้อมูลจำนวนรถก๊าซ NGV

และสถานีเติมก๊าซในประเทศต่างๆ ของ The International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV)

Country	จำนวนรถก๊าซ NGV	จำนวนสถานีเติมก๊าซ	Last Updated
Argentina	1,439,527	1,402	Apr 05
Brazil	1,018,163	1158	Oct 05
Pakistan	850,000	828	Dec 05
Italy	382,000	509	May 05
India	204,000	198	Apr 04
USA	130,000	1,340	Dec 04
China	97,200	355	Jan 05
Ukraine	67,000	147	May 05
Egypt	62,513	94	Oct 05
Colombia	60,000	90	May 05
Iran	48,029	72	Aug 05
Bangladesh	44,534	106	Nov 05
Venezuela	44,146	149	Apr 04
Russia	41,780	213	May 05
Bolivia	38,855	63	Sep 05
Armenia	38,100	60	Feb 05
Germany	27,200	558	Apr 05
Japan	25,000	289	Sep 05
Canada	20,505	222	Sep 03
Malaysia	14,900	39	May 05
Tajikistan	10,600	53	May 05
Ireland	9,780	10	Jul 04
Thailand	9,000	44	Dec 05
France	7,400	105	Jan 05
Sweden	6,709	86	Nov 05
Indonesia	6,600	17	Jul 05
Korea	6,487	170	Feb 05
Bielorussia	5,500	24	May 05
Chile	5,500	12	May 05
Moldova	4,500	8	May 05
Bulgaria	4,177	9	May 05
Trinidad & Tobago	4,000	13	Apr 05
Myanmar (Burma)	4,343	14	Nov 05
Mexico	3,037	6	Mar 04
Switzerland	1,346	56	Jul 05
Australia	895	12	Aug 01
Great Britain	875	34	Jul 03
Spain	797	28	Jan 05
Poland	771	28	Apr 05
United Kingdom	543	31	Nov 04
Austria	500	68	May 05
New Zealand	471	12	Jun 04
Turkey	400	5	Aug 04
Czech Republic	390	16	May 05
Netherlands	348	8	Jun 04
Latvia	310	4	Oct 04
Belgium	300	5	Aug 04
Slovakia	250	7	Sep 04
Portugal	242	5	Jan 05
Hungary	202	13	Feb 05
Norway	147	4	Apr 05
Algeria	125	3	Oct 04
Croatia	100	1	May 05
Serbia & Montenergro	92	2	Dec 04
Finland	84	3	Mar 05
Yugoslavia	81	1	Jul 03
Nigeria	60	2	May 05
Iceland	45	1	May 05
Cuba	45	1	Feb 01
Greece	40		May 03
United Arab Emirates	35		Dec 05
Macedonia	32	1	Jan 05
Luxembourg	32	3	Jul 04
Liechtenstein	26	1	Sep 04
South Africa	22	1	Jan 00
Uraguay	20		Dec 01
Philippines	12	1	Jul 04
Singapore	7	1	May 05
Denmark	5	1	Feb 00
Taiwan	4	1	Apr 05
North Korea	4	1	Aug 00
Bosnia and Herzegovina	1		Apr 05
TOTALS	4,750,744	8,824

การนำก๊าซธรรมชาติมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์มีมากว่า 80 ปีแล้ว โดยประเทศ อิตาลีเป็นประเทศแรก ซึ่งปัจจุบันมีรถยนต์ใช้ก๊าซกว่า 300,000 คัน และต่อมาความนิยมใช้ก๊าซ NGV ก็มีแพร่หลายมากขึ้นทั้งในทวีปอเมริกาใต้ (เช่นประเทศอาร์เจนติน่า มีกว่า 1,400,000 คัน ซึ่งเป็นอันดับที่ 1 ในตาราง) ในทวีปอเมริกาเหนือ (สหรัฐอเมริกากว่า 130,000 คัน, แคนาดา 20,000 คัน) และในทวีปเอเชีย (มีในประเทศจีน, ญี่ปุ่น, เกาหลี, ไต้หวัน, มาเลเซีย, อินโดนีเซีย, อินเดีย และปากีสถาน) รวมถึงทวีปอัฟริกา เช่น อียิปต์ (มีประมาณ 62,000 คัน)



ซึ่งในปัจจุบันทั่วโลกมีรถยนต์ใช้ก๊าซธรรมชาติกว่า 4.7 ล้านคัน สำหรับประเทศไทยของเรามีการส่งเสริมอย่างจริงจังมากๆ เลยนะค่ะ ตอนนี้เราอยู่ในอันดับที่ 23 เชียวน่ะ

http://www.vcharkarn.com/varticle/A322/A322_clip_image004.gif

ดร. อรสา อ่อนจันทร์

นักวิทยาศาสตร์

กรมวิทยาศาสตร์บริการ กระทรวงวิทยาศาสตร์

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

1. เครื่องยนต์ที่ใช้ NGV เป็นเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว (Dedicated NGV)

เป็นเครื่องยนต์ที่ออกแบบให้ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงโดยเฉพาะ โดยมีระบบเผาไหม้เชื้อเพลิง แบบที่ต้องใช้หัวเทียนในการจุดระเบิด จะมีทั้งรถที่ผลิตออกมาจากโรงงานรถยนต์โดยตรง (OEM) และที่ทำการดัดแปลงเครื่องยนต์ภายหลัง

ข้อดี :    ส่วนใหญ่ออกแบบมาจากโรงงาน มีประสิทธิภาพ/สมรรถนะดี และ มีคุณภาพไอเสียดี

ข้อเสีย : ราคาสูงและไม่มีความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิง

2. เครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้สองประเภท ซึ่งปัจจุบันเทคโนโลยีที่สำคัญ ได้แก่

- เครื่องยนต์ระบบเชื้อเพลิงสองระบบ (Bi-Fuel) เป็นเครื่องยนต์เบนซินที่ติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซธรรมชาติ ถังก๊าซ เพิ่มเติมสามารถเลือกใช้เชื้อเพลิงได้ทั้งน้ำมันเบนซิน และ ก๊าซธรรมชาติ

- เครื่องยนต์ระบบเชื้อเพลิงร่วม (Diesel Dual Fuel) เป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซฯและถังก๊าซ เช่นเดียวกับระบบเชื้อเพลิงสองระบบ (Bi-Fuel) ซึ่งต้องใช้น้ำมันดีเซลร่วมกับก๊าซธรรมชาติ โดยใช้น้ำมันดีเซลเป็นตัวจุดระเบิดนำร่อง

ข้อดี :      มีความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิง และราคาติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซธรรมชาติ ถูกกว่าการซื้อรถ NGV ใหม่

ข้อเสีย : ไม่สามารถปรับเครื่องยนต์ให้เหมาะสมกับ NGV ได้อย่างสมบูรณ์

ถังก๊าซ NGV

ถังก๊าซซึ่งต้องรับความดันก๊าซโดยปกติสูงถึง 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว จะต้องมีความแข็งแรงมาก (จากที่เปรียบให้เห็นแล้วข้างต้นว่า เท่ากับท่านใช้มือข้างเดียวถือของหนักถึง 38,700 กิโลกรัมเชียวน่ะค่ะ) โดยทั่วไปแล้วถังก๊าซจะแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ ถังที่ทำด้วยเหล็กหรืออลูมิเนียม และถังที่ทำด้วยพลาสติกและเสริมด้วยวัสดุใยแก้ว ขนาดถังที่ติดตั้งกับรถยนต์ส่วนบุคคลและรถแท็กซี่ ที่ประเทศไทยใช้อยู่ในขณะนี้ส่วนใหญ่เป็นถังเหล็ก ขนาดความจุประมาณ 70 ลิตร (น้ำ) มีน้ำหนักประมาณ  63 กิโลกรัม  เมื่อรวมกับน้ำหนักก๊าซ NGV ที่บรรจุเต็มถังอีกประมาณ 15 กิโลกรัม จะมีน้ำหนักรวมประมาณ  78 กิโลกรัม ติดตั้งอยู่ในกระโปรงหลังรถซึ่งจะทำให้มีที่พื้นที่เก็บของน้อยลงไป เนื่องจากถังบรรจุก๊าซมักมีขนาดใหญ่ และน้ำหนักมาก จึงมีการพัฒนาเพื่อให้น้ำหนักเบาลงและมีความทนทานมากขึ้น ซึ่งในปัจจุบันภาคอุตสาหกรรม มีการผลิตถังอยู่
4 ชนิดด้วยกัน คือ

ชนิดที่ 1	ทำด้วยเหล็ก หรือ อลูมิเนียม
ชนิดที่ 2	ทำด้วยเหล็ก หรือ อลูมิเนียม และหุ้มด้วยวัสดุใยแก้ว5 หรือเส้นใยคาร์บอน6 ล้อมรอบตัวถัง
ชนิดที่3	ทำด้วยแผ่นอลูมิเนียมที่บางกว่าชนิดที่ 2 และหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอนตลอดตัวถัง
ชนิดที่ 4	ทำด้วยแผ่นพลาสติกและหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วและเส้นใยคาร์บอนผสมกัน

⁵วัสดุใยแก้ว (Fiberglass) คือ วัสดุที่เป็นใยของแก้วหรือกระจก มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กกว่าหนึ่งในพันของนิ้ว นำมาทำเป็นผ้าแล้วใช้เรซินบางอย่างเคลือบหรือหล่อ เป็นวัสดุที่ทนต่อแรงดึงและทนฤทธิ์กรดกัดกร่อน จึงใช้ทำเรือขนาดเล็ก หรือตัวถัง หรือส่วนประกอบในตัวถังรถยนต์

⁶เส้นใยคาร์บอน (Carbon fiber) คือ วัสดุที่ทำด้วยเส้นใยสารอินทรีย์ มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 7 ไมโครเมตร ใช้ในการเสริมเนื้อสารต่างๆ เช่น พลาสติก กระเบื้อง หรือโลหะ โดยใช้เส้นใยคาร์บอน 600,000 เส้นต่อพื้นที่หน้าตัดหนึ่งตารางเซนติเมตร ทำให้ได้วัสดุที่มีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง เช่น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด

ทั้งนี้ชนิดแรกจะมีน้ำหนักมากที่สุด แต่ต้นทุนต่ำสุด ส่วนชนิดที่ 3 และ 4 มีน้ำหนักเบากว่า แต่ต้นทุนค่อนข้างสูง โดยสามารถเปรียบเทียบเป็นอัตราส่วนร้อยละให้เห็นความแตกต่างได้ดังนี้

ชนิดที่	วัสดุที่ใช้ทำตัวถัง	ต้นทุน (%)	น้ำหนัก (%)
1	เหล็ก	40	100
2 2	เหล็ก, วัสดุใยแก้ว อลูมิเนียม, วัสดุใยแก้ว	80 95	65 55
3 3	อลูมิเนียม, วัสดุใยแก้ว อลูมิเนียม, เส้นใยคาร์บอน	90 100	45 25
4	พลาสติก, วัสดุใยแก้วผสมเส้นใยคาร์บอน	90	30

ที่มา : Norman L. Newhouse, Ph.D., P.E. Manager, Design Engineering และ Dale B. Tiller, P.E. Manager, NGV Product Development "Development of All-Composite NGV Fuel Containers" May 1998.

การรับรองมาตรฐานของถังบรรจุก๊าซมีหน่วยงานทั้งที่เป็นภาครัฐและหน่วยงานอาสาสมัครเข้ามา ดำเนินการ ได้แก่

 

• มาตรฐาน NGV2 (ของสหรัฐอเมริกา โดย The American National Standards Institute)
• มาตรฐาน FMVSS 304 (ของสหรัฐอเมริกาโดย The U.S. Department of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration)
• มาตรฐาน CSA B-51 Part 2 (เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศแคนาดา)
• มาตรฐาน ISO/DIS 11439 (โดยคณะกรรมการซึ่งอยู่ภายใต้ The International Association of Natural Gas Vehicles) เป็นต้น

 

มาตรฐานมากมายขนาดนี้แล้วจะเชื่อใครดีล่ะ เมื่อเกิดความสับสนเกี่ยวกัยมาตรฐานของถังก๊าซเอ็นจีวี สุดท้ายแล้วในช่วงกว่าสามปีที่ผ่านมา คณะกรรมการของ ISO/DIS 11439, NGV 2 และ CSA B-51 Part 2 ได้มี การปรับประสานมาตรฐานให้มีความสอดคล้องกับมาตรฐานที่จำเป็นต้องมีการทดสอบ โดยครอบคลุมถึงสภาพ การใช้งาน การรับประกันคุณภาพ การทดสอบวัสดุที่ใช้ การทดสอบการผลิต และการทดสอบคุณสมบัติของถัง ดังนี้

 

• สภาพการใช้งาน (Service Conditions) ได้กำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และ ความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซให้มีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ (200 – 240 เท่า ของบรรยากาศ) ณ อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส (หรือเท่ากับ 3,000 – 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ณ อุณหภูมิ 70 องศาฟาเรนไฮท์) และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุกๆ 3 ปี หรือ หลังจากการเกิดอุบัติเหตุ
• การรับประกันคุณภาพ (Quality Assurance) เกี่ยวข้องกับระยะเวลาในการทดสอบ และ ตรวจสอบคุณภาพของถัง เพื่อให้ผู้ผลิตผลิตถังได้ตามมาตรฐานการออกแบบและทดสอบ ซึ่งส่วนใหญ่จะควบคุม ดูแลโดยหน่วยงานของรัฐ และมีคณะกรรมการ NGV 2 เป็นผู้กำหนดแนวทางปฏิบัติในด้านนี้ ทั้งนี้ ผู้ผลิตซึ่งมี ระบบตรวจสอบคุณภาพจะต้องมีการลงทะเบียนให้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 9001-9002 เพื่อนำไปสู่การ ตรวจสอบและทดสอบการผลิต หรืออาจจ้างผู้ตรวจสอบอิสระ เข้ามาทำหน้าที่ตรวจสอบ และทดสอบระบบคุณภาพ ของผู้ผลิตเป็นระยะๆ โดยผู้ตรวจสอบจะต้องให้การรับรองว่า วัสดุที่ใช้และการออกแบบเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด
• วัสดุและการทดสอบวัสดุที่ใช้ (Materials and Material Testing) ตัวถังบรรจุก๊าซที่เป็นถังชั้นนอก และถังชั้นใน ต้องทำด้วยเหล็ก หรืออลูมิเนียม ซึ่งได้รับการทดสอบแล้วว่า มีความแข็งแรงทนต่อแรงกระทบ และการผุกร่อน ในส่วนที่เสริมด้วยเส้นใย ต้องทำจากเส้นใยคาร์บอน และเส้นใยแก้วตามสัดส่วนที่กำหนด ซึ่งทดสอบแล้วว่าทนต่อแรงระเบิดได้ นอกจากนี้ เรซินที่ใช้เคลือบ ต้องเป็นวัสดุพลาสติก ที่ทำให้อ่อนตัวได้โดยใช้ความร้อน โดยคุณสมบัติเดิมไม่เปลี่ยนแปลง (Thermoplastic) หรือเป็นพลาสติกชนิดที่ถูกความร้อนครั้งหนึ่ง แล้วก็หมดคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (Thermosetting plastic)
• การทดสอบการผลิต (Batch and Production Testing) เป็นการสุ่มตัวอย่างในการผลิตแต่ละครั้ง เพื่อทดสอบให้มั่นใจว่าในการผลิตถังบรรจุก๊าซแต่ละครั้ง มีการออกแบบ และทำตัวถังเหมือนกันทุกครั้ง หรือมีความคงที่ในกระบวนการผลิต โดยไม่มีการปรับลดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการผลิต การทดสอบจะรวมถึงการขยายตัวของถังชั้นนอก และถังชั้นใน การเคลือบ การรั่ว ความสมดุลของของเหลว การระเบิด และระยะเวลาการใช้งาน เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีความชำรุดเสียหายหรือรอยร้าวของถัง
• การทดสอบคุณสมบัติของถัง (Qualification Testing) เป็นการทดสอบเพื่อให้มั่นใจว่าการ ออกแบบถังบรรจุก๊าซจะมีความปลอดภัยตลอดอายุการใช้งาน โดยจะมีการทดสอบเมื่อมีการออกแบบถังใหม่ หรือเมื่อมีการปรับปรุงถังที่ใช้งานอยู่แล้ว การทดสอบคุณสมบัติของถังมีหลายวิธี ได้แก่
• การทดสอบการระเบิด (Burst) เพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบถังมีพื้นฐานที่สมบูรณ์ และมี การเสริมเส้นใยตามอัตราส่วนที่กำหนดไว้

การทดสอบรอบการใช้งานในสภาพบรรยากาศ (Ambient Cycling) เป็นการทดสอบการรั่ว หรือการแตกร้าวของถัง โดยทดสอบรอบการใช้งาน ณ ระดับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน


+ การทดสอบการไหม้ไฟ (Bonfire) เป็นการทดสอบโดยนำถังบรรจุก๊าซไปวางไว้ในกองไฟ ณ ระดับแรงดันใช้งานที่ 25% และ 100% เพื่อตรวจสอบการออกแบบและการติดอุปกรณ์ลดแรงดันของถังที่เหมาะสม