Merre tovább, gázüzem?

Idestova negyven éve folynak a tesztek és mindennapos alkalmazások a gázüzemű mozdonyokkal, ez is inkább csak Észak-Amerikában, de az utóbbi húsz évben Oroszországban szintén komoly kísérletek, tartós tesztek indultak a gázüzemű meghajtás terén. Európában néhány helyi kivételtől eltekintve nincsenek információk a cseppfolyós- vagy sűrített földgáz üzemanyagként történő alkalmazására. Igaz, ebben kétségtelenül szerepe lehet a villamosított vonalak magas részarányának, illetve a hálózatbővítési terveknek is.

1867 a nevezetes dátum, amikor Nicolaus August Otto és Eugen Langen bemutatták első, működő gázmotorjukat, bár ez még ipari célú, stabil erőforrásként és vezetéken kapta a (világító)gázt. A négyütemű változatra pontosan tíz évet kellett várni, 1877-ig. A XX. század elején a benzines és dízel motorok megjelenésével feledésbe merültek – pontosabba csak ipari alkalmazásra maradtak meg – mert a gáz járműben elhelyezése, töltése akkor megoldhatatlan műszaki kihívásnak bizonyult. Ellenben már 1912-ben elindult Svájcban a világ első dízelmozdonya, több-kevesebb sikerrel.

Az 1970-es évek elején az olajválság sem hozott igazi áttörést, még a közúti alkalmazásban sem, nemhogy a vasút területén. Az első egységes európai emissziós előírások a haszongépjárműveknél 1992-ben jelentek meg, a dízelmozdonyoknál csak 1997-től. A motorgyártóknak alternatív üzemanyag helyett a továbbfejlesztés volt a válaszuk.

Úgy tűnik csak Észak-Amerikában gondolták úgy, hogy környezetvédelmi előírásoktól függetlenül, pusztán gazdasági számításokra támaszkodva felülvizsgálták a gázüzem lehetőségét. Bár vannak ingadozások, de például 2011-2012-ben 1,75–2 dollár volt 1 gallon (1 gallon=3,87 liter) cseppfolyósított földgáz, a gázolaj ára viszont 3,73–4,20 dollár között volt. 2016 őszétől 2017 őszéig kivételesen azonos árban voltak, 2,5-2,6 dollárral. 2018-tól az LNG ára szinte maradt 2,55-2,6 dollár sávban gallononként, de idén januárban ismét azonos árszintre kerültek. Nem elírás, ők így számolnak, még csak nem is fontban (0,45 kilogramm), mi Európában kilogrammban tankoljuk.

A gáz árát eddig alapvetően a hideg téli időjárás befolyásolta, de szakértők mérsékelt, folyamatos áremelkedésre számítanak, amely hátterében egyértelműen az egyre növekvő globális LNG-kereskedelem áll. Továbbá, jelentős piacirészarány-növekedés ment végbe a CNG, LNG üzemű, közúti járműveknél, az utóbbi néhány évben, főleg a szigorodó környezetvédelmi normák és a globális szén-dioxid-kibocsátás csökkentését célzó intézkedések miatt.

A LNG és CNG vasúti alkalmazását is ezek motiválják, de árszinttől függetlenül, a környezetvédelmi előnyök vitathatatlanok, sőt, zordabb időjárási körülmények között szintén előnyösebb a gázolajtól. A nitrogén-oxid, szilárdrészecske (PM) akár 85–95 százalékkal, a szén-dioxid-kibocsátás legalább 20–23 százalékkal csökkenthet.

Mindkettő teljes mértékben alkalmas a vasúti közlekedés számára is, a cseppfolyós gázszállítás egyáltalán nem újdonság. Természetesen a –162 °C fokos cseppfolyós földgáz már merőben más konstrukciót igényel, de valószínűleg egyszerűbb és olcsóbb, mint a sűrített földgázhoz szükséges, 300-350 barra hitelesített tartályokkal telerakott tankvagon. Ugyanakkor már próbálkoznak konténerszállító vázra helyezett, cserélhető tankkonténerrel is. A gázüzemű vasúti vontatás az Egyesült Államokon belül is inkább a Nagy-tavak vidékére, Floridára és Kaliforniára korlátozódik, ahol még szigorúbb, szövetségi előírásokat léptettek életbe.

Jellemző kombináció, hogy egy húszezer gallonos – 77 ezer 400 liter – tartályvagont üzemanyagtankként két mozdony közé kapcsolnak így képezve egy új egységet, amit inkább csak karbantartás alkalmával kapcsolnak szét. Amikor 2–5 vagy még több mozdony van egy szerelvényben, 150–200 az európaiaktól jóval nagyobb vagonnal, ez nem jelent gondot. Európában, egy mozdonynál nagy eséllyel plusz munka és idő lenne, megnehezítve a tolatásokat és vonat-összeállításokat.

Az oroszoknál egyszerűbb, ők ikermozdonyra dolgozták át a technológiát – nincs tartályvagon – az egyik mozdonyrész hordozza a tartályt és segédberendezéseket, a vonat-összeállítás a szokott módon lehetséges.

0,72 kilogramm gáz energiatartalma azonos 1 liter gázolajéval, 1 kilogramm gáz körülbelül 1,39 liternyi gázolajjal azonos energiát hordoz. Az üzemanyag-rendszerben –140°C-on, már gázhalmazállapotba kerül, 4-5 bar a nyomása, ezért könnyebb tárolni a járművön, de –120 °C-nál már 10 bar lesz a nyomás. Ezen tényezők miatt egy külön vezetéken egyszerű átvezetni a tankvagonból a mozdonyhoz. Tartós leállás nem célszerű, mert a gázosodás és folyamatos nyomásnövekedés miatt, a biztonsági szelepen át minimális veszteség lép fel.

A cseppfolyós gáz légneművé alakulva – például szivárgás, folyás esetén – bár üvegházhatású gáz, de nem szennyezi be sem a talajt, sem az élő vizeket és nem jelent robbanásveszélyt. Az LNG-t könnyű szállítani, régóta megvannak a biztonságos technológiák. Sőt, az LNG akár cseppfolyósított biogáz is lehet, míg a begyújtó üzemanyag HVO, azaz hidrogénezett növényi zsiradék – ami élelmiszeripari hulladékból is előállítható – vagy biodízel is lehet. Ekkor a szén-dioxid-kibocsátás nullának tekinthető, az újrahasznosítás miatt.

A CNG esetében inkább a térfogat-hatótáv aránya és a tartályvagon bonyolult csövezése említhető hátrányként, de szóló mozdonyhoz vagy mozdonypár között, ahogy az amerikai szleng mondja, „szendvicsvagonként” ugyanúgy alkalmas.

Sőt spanyol és litván példa – ami akár hazai is lehetne – alapján a sűrített gáztartályos egységet, Remot program keretében a mozdonyon belül sikerült elhelyezni, sokkal rugalmasabbá téve az alkalmazást. Itt egy-két, az ipari gázpalackok szállításhoz használatos kalodarendszert kell elképzelni. Rövidebb viszonylatokra vagy tolató mozdonyok esetében ideális.

Motorgyártótól függetlenül mindenképpen módosítani kell a hengerfejet, a dugattyú felületét és az üzemanyag-ellátó rendszert, és minimálisan a hűtőrendszert, a nagyobb hőterhelés miatt. A mozdonyok motorjai azonban nem száz százalékig gázzal működnek, hanem minimális gázolajtöltet gyújtja be a gázt, ami az eredeti befecskendező egységen át jut a hengerbe, míg a gáz a henger előtti szívócső-szakaszba kerül befecskendezésre. Vagyis gáz–levegő-keveréket szív be a motor. A pillanatnyi üzemi körülményektől – környezeti hőmérséklet, terhelés – függően a gáz aránya 50–-95 százalék lehet. Ugyanakkor ezen „dual-fuel” motorok alkalmasak csak gázolaj üzemmódra is, amennyiben kifogyna a gáz vagy hiba lépne fel a gázellátó rendszerben. A gázüzem egyaránt működtethet dízel-elektromos vagy dízel-hidraulikus meghajtást.