گاز طبيعي(NG):

    گاز طبيعي (CH4) كه از پوسته زمين استخراج مي‌شود، تنها سوختي است كه تقريباً نيازمند انجام هيچ فرايندي براي قابل استفاده شدن در خودرو نيست و تنها لازم است تا خشك شده و سولفيد هيدروژن (H2S) آن (از گاز ترش) جدا شود. گاز طبيعي تبديل شده به گاز تركيبي به عنوان منبع توليد متانول، DME و هيدروژن به كار گرفته مي‌شود

در كشورهايي همچون ايتاليا، آرژانتين، روسيه و امريكا، خودروهاي NGسوز فراواني وجود دارد در كشور ايران نيز به‌تازگي استفاده از گاز طبيعي فشرده (CNG) مورد توجه قرار گرفته و سعي شده است تا در بخش نتيجه‌گيري به آن پرداخته شود. در حال حاضر اين سوخت به عنوان سوختي مهم براي استفاده در خودروهاي سراسر دنيا مطرح نمي‌باشد و تنها كشورهايي كه داراي شبكه توزيع كافي گاز طبيعي باشند مي‌توانند اين سوخت را به عنوان سوخت خودروهاي خود برگزينند و كشورهاي فاقد چنين زيرساخت‌هايي قطعاًَ چنين كاري را پرهزينه خواهند يافت. سوخت NG همانند LPG داراي عدد اكتان بالا بوده و در نتيجه با استفاده از آن مي‌توان به نسبت‌هاي تراكم بالاتري دست يافت. به اين لحاظ است كه بازدهي حرارتي يك موتور صد در صد NGسوز در حدود 10 درصد بيشتر از موتورهاي بنزيني است. البته بايد توجه داشت كه بازدهي موتور NGسوز در حدود 15 تا 20 درصد كمتر از موتورهاي سنگين گازوئيل‌سوز است.

گاز طبيعي که عمدتاً در مصارف صنعتي و خانگي، تاسيسات توليد بخار و برق کاربرد دارد بعلت کيفيت سوختن خوب، وجود منابع کافي و در دسترس بودن از ديدگاه اقتصادي بعنوان اصلي ترين سوخت جايگزين مطرح است. گاز طبيعي شامل بيش از 95 درصد متان و ترکيبات سنگين تر مانند اتان يا پروپان و درصد ناچيزي از ترکيبات ناخالصي مانند CO2 و ترکيبات گوگردي از مخازن گاز يا به صورت گازهاي همراه با نفت از منابع نفت خام استخراج مي گردد. جهت استفاده از آن به صورت تجاري ابتدا در پالايشگاههاي گاز که در نزديکي منابع استخراج قرار دارند مورد تصفيه فيزيکي و شيميايي قرار گرفته و سپس با مشخصات فني مورد نياز خطوط انتقال به پايانه هاي تحويل گاز جهت مصارف متعدد انتقال مي يابد. در مسير خطوط انتقال گاز ايستگاههاي تقويت فشار نيز مورد نياز است.

    ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ آن قابل قياس با LPG است (يعني كمتر از بنزين و گازوئيل). همچنين گاز طبيعي به غير از هيدروكربن‌ها داراي انتشارات چاه تا چرخ كمتري مي‌باشد

    گاز طبيعي كه سبك‌تر از هوا بوده و دماي اشتعال بالايي دارد، در مقايسه با LPG داراي خصوصيات و ويژگي‌هاي ايمني مناسب‌تري است. NG درشرايط محيطي داراي محتواي انرژي پاييني مي‌باشد، اما زماني كه به شكل مايع تبديل گردد قابل مقايسه با LPG خواهد بود . مخازن سوخت نصب شده بر روي خودرو معمولاً داراي فشار بالا بوده (مانند مخازن CNG) و گاهي اوقات داراي دماهاي پايين مي‌باشند (مانند گاز طبيعي مايع LNG). معمولاً گاز CNG درون مخازن فولادي، كامپوزيتي و يا آلومينيمي تحت فشار 240-200 بار قرار دارد. اين مخازن براي دست يافتن به همان برد رانندگي خودروهاي بنزيني به وزني معادل پنج برابر و حجمي معادل 4 برابر نياز دارند. مخازن سوخت كامپوزيتي يا آلومينيمي داراي وزني معادل 50 درصد مخازن فولادي هستند، اما بهاي آنها نسبتاً گران است.

گاز LNG در مخازن نصب شده روي خودرو تحت فشار 2 تا 6 بار و دماي 161- درجه سلسيوس قرار دارد. يك مخزن LNG با در نظرگيري محتواي انرژي يكسان با مخزن گازوئيل داراي فضايي معادل دو برابر و وزني معادل 40 درصد بيشتر خواهد بود.

    روش ANG يا همان گاز طبيعي جذب شده روش ديگر استفاده از اين سوخت است كه همچنان در مرحله تحقيق مي‌باشد. در اين روش گاز متان در يك ساختار كربني متخلخل جذب مولكول‌هاي كربن شده و 12 درصد از حجم موجود را در برمي‌گيرد. با توجه به فشار آزمايشي 35 باري كه براي اين سوخت در نظر گرفته شده، جرم سوخت و مخزن آن در شرايط بينابيني سوخت‌هاي بنزين، گازوئيل و CNG قرار گرفته است. مخزن ANG نسبتاً ارزان و ايمن بوده و به خاطر فشار پايين آن و در نتيجه عدم نياز به استفاده از كمپرسورهاي گران‌قيمت، براي ايستگاه‌هاي سوخت‌گيري خانگي بسيار مناسب است.

الف- محاسن: عدد اكتان بالا (راندمان حرارتي بالا)، ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين و گازوئيل، انتشار هيدرو كربن‌هاي غيرمتان كمتر از بنزين و انتشار بسيار كم ذرات معلق، منواكسيد و دي اكسيد كربن

ب- معايب: هزينه‌هاي بالاي جايگاه‌هاي سوخت‌گيري و تجهيزات گازسوز كردن خودرو، افت توان دموتورهاي دوگانه‌سوز و سنگين و حجيم بودن مخازن سوخت.    

سوخت هاي الكلي:

متانول:

     سوخت مايع متانول (CH3OH) الكلي است كه معمولاً از گاز طبيعي ساخته مي‌شود. به اين صورت كه ابتدا با استفاده از بخار آب، گاز طبيعي به گاز تركيبي تبديل شده و سپس با تغيير نسبت CO/H2 بر روي اين گاز تغييراتي انجام مي‌شود

 CO + H2O ? CO2 + H2 و CH4 + H2O ? CO + 3H2

  در مرحله بعد پس از خروج ناخالصي‌ها، اكسيدهاي كربن و هيدروژن با يكديگر واكنش داده و متانول ايجاد مي‌شود

CO2 + 2H2 ? CH3OH و CO2 + 3H2 ? CH3OH + H2O

    همچنين توليد متانول از بيومس (مواد سلولزي، نشاسته‌اي و چوب) به لحاظ فني امكان‌پذير بوده، اما هنوز از ديد اقتصادي مقرون به صرفه نيست. در اين فرايند ابتدا بيومس به گاز تركيبي تبديل و سپس متانول توليد مي‌شود

    متانول نسبت به بنزين، داراي چگالي انرژي كمتر و عدد اكتان بيشتر مي‌باشد. همچنين بهاي آن از بنزين گران‌تر است. كاربرد متداول متانول در موتورهاي احتراق جرقه‌اي اغلب به صورت مخلوط با بنزين مي‌باشد، اما مي‌توان از آن در موتورهاي احتراق تراكمي به صورت خالص استفاده كرد. البته با توجه به پايين بودن عدد ستان آن بايد جهت ايجاد تطابق از تجهيزات كمك اشتعال يا افزودني‌ها استفاده كرد

     با توجه به پايين بودن چگالي انرژي متانول نسبت به بنزين بايد براي دستيابي به برد يكسان از مخزن سوختي با گنجايش 75 درصد بزرگ‌تر و تقريباً دو برابر وزن بيشتر استفاده كرد. از طرفي سيستم سوخت‌رساني اين نوع خودروها بايد از موادي ساخته شود كه در مقابل خوردگي و اثرات شيميايي الكل مقاوم باشد

     متانول به عنوان متداول‌ترين سوخت مورد مصرف براي خودروهاي پيل‌سوختي به‌كار مي‌رود به اين صورت كه متانول به هيدروژن تبديل شده و هيدروژن به عنوان سوخت استفاده مي‌شود. از جمله كاربردهاي ديگر متانول، تركيب آن با ايزوبوتان و توليد MTBE است كه به عنوان ماده افزودني ضدكوبش به بنزين افزوده مي‌شود و جايگزين افزودني‌هاي سرب‌دار است.

     ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ متانول به‌خصوص زماني كه از بيومس تهيه مي‌شود بسيار بالا مي‌باشد. همچنين ميزان انتشار هيدروكربني چاه تا چرخ اين سوخت به‌خصوص در مورد متانول به دست آمده از گاز طبيعي بالا بوده و ميزان انتشار دي‌اكسيد كربن زماني كه اين سوخت از بيومس تهيه مي‌شود بسيار اندك مي‌باشد. سرعت تبخير متانول پايين است در نتيجه داراي انتشارات تبخيري كمتري نسبت به بنزين خواهد بود.

الف- محاسن: عدد اكتان بالاتر از بنزين، قابليت تبديل به هيدروژن مورد استفاده در خودروهاي پيل سوختي، انتشار دي اكسيد كربن كم و انتشارات تبخيري پايين‌تر نسبت به بنزين.

ب- معايب: چگالي انرژي كمتر از بنزين، بهاي بالاتر از بنزين، عدد ستان پايين، سنگين و حجيم بودن مخزن سوخت نسبت به مخزن بنزين، دارا بودن اثر خورندگي بر تجهيزات سوخت‌رساني و سمي بودن بخارات سوخت.

روشهاي توليد:

اتانول از زمانهاي قديم توسط تخميرشکر تهيه مي شده است . در حال حاضر حدود 91 درصد توليد اتانول از طريق تخمير منابع کربني (فرمانتاسيون) و 9 درصد به روشهاي سنتزي توليد مي شود. از جمله منابع کربني متعددي که در کشورهاي مختلف يافت مي شود مي توان به نيشکر ، چغندرقند،ملاس، ذرت ، گندم و ديگر ترکيبات نشاسته دار و کليه ترکيبات ليگنوسلولزي مانند ضايعات چوب ، ضايعات کشاورزي ، کاغذ زباله و حتي خود زباله اشاره نمود.

نتيجه: عليرغم تجديد پذير بودن سوخت اتانول و کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي حاصل از احتراق آن نسبت به بنزين ، بواسطه محدوديت منابع توليد و همچنين مشکلات توزيع و عرضه و بالا بودن هزينه هاي توليد ؛ امکان جايگزيني بنزين توسط اتانول در مقياس وسيع در داخل وجود ندارد

اتانول:

    اين سوخت به لحاظ خصوصيات و ويژگي‌ها بسيار شبيه متانول است، اما تنها از بيومس تهيه مي‌شود. براي تهيه اتانول ابتدا محصولات گياهي كوبيده و فشرده مي‌شوند سپس به كمك مخمرها و انجام عمل هيدروليز اتانول استخراج مي‌شود. بسته به نوع گياه از روش‌هاي هيدروليز گوناگون استفاده مي‌شود. اگر گياه حاوي مواد قندي زياد باشد هيدروليز ضعيف بر روي آن انجام مي‌شود. در صورتي كه گياه داراي نشاسته زياد باشد از روش هيدروليز آنزيمي و اگر مواد سلولزي وجود داشته باشد از شيوه هيدروليز اسيدي استفاده مي‌شود. هزينه تهيه اتانول 3 تا 5 برابر بنزين است و عمدتاً مربوط به هزينه‌هاي مواد اوليه آن دارد. هر دو نوع موتور CI و SI قابليت استفاده از اين سوخت را داشته و همانند متانول مي‌توان از اين سوخت به صورت مخلوط با بنزين و يا پس از تبديل آن به ETBE به عنوان ماده افزودني ضدكوبش استفاده كرد. امروزه با توجه به تجزيه‌پذير بودن ماده اوليه اتانول (بيومس)، جايگزيني ETBE به جاي MTBE مورد توجه قرار گرفته است. مخزن سوخت اتانول بر روي خودرو مانند متانول است

    اين سوخت براي به دست آوردن انرژي معادل با بنزين نياز به مخزني دارد كه 50درصد سنگين‌تر از       مخزن بنزين داشته باشد. اگرچه چگالي انرژي اتانول از متانول بيشتر است، اما هنوز قابل مقايسه با بنزين و گازوئيل نيست. از آنجا كه عدد اكتان اتانول نسبت به متانول كمتر است بازده انرژي كمتري نيز نسبت به آن دارد. ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ اتانول به‌خصوص وقتي كه از مواد سلولزي تهيه مي‌شود زياد است، اما ميزان انتشارات CO2 چاه تا چرخ آن با توجه به تهيه آن از بيومس، در مقايسه با بنزين و گازوئيل پايين‌تر مي‌باشد. اتانول در مقايسه با خودروهاي سبك بنزيني انتشارات CO و HC كمتر و در مقايسه با خودروهاي سنگين گازوئيلي انتشارات CO و HC بيشتري دارد.

  به لحاظ ايمني چون سوخت‌هاي الكلي سرعت تبخير پاييني دارند لذا در هنگام تصادفات خطر كمتري نسبت به بنزين خواهند داشت. متانول در صورت مصرف شدن يا تنفس ايجاد مسموميت مي‌كند، اما اتانول اين‌گونه نيست. بايد توجه داشت كه متانول و اتانول هر دو قابل تجزيه بيولوژيك هستند

اتانول: ويژگي‌هاي اين سوخت بسيار شبيه متانول است، اما در مقايسه با آن داراي عدد اكتان كمتر و نيز بخارات غيرسمي مي‌باشد.

بيوديزل:

     به گروهي از روغن‌هاي گياهي استري شده گفته مي‌شود كه از محصولات حاوي روغن به دست مي‌آيد. اين محصولات دامنه وسيعي از گياهان را شامل مي‌شود و مهم‌ترين آنها عبارتند از: دانه‌هاي روغني، سويا، آفتاب‌گردان و درخت نخل. براي توليد سوخت بيوديزل ابتدا گياه مورد نظر تحت فشار قرار گرفته و مايع روغني آن جدا مي‌شود

    در اين مرحله محصولي فرعي به نام كيك روغني توليد مي‌شود كه در دامداري‌ها مصرف دارد. سپس بعد از صاف نمودن مايع روغني، به كمك عمل استريفيكاسيون ساختار مولكولي پرانشعاب و پيچيده روغن‌ها به انشعابات كوچك‌تر با ساختار مولكولي راست زنجيره تبديل مي‌شود. در طول فرايند استريفيكاسيون الكل تك ظرفيتي (معمولاً متانول) جايگزين گليسيرين الكل سه ظرفيتي شده و متيل استر توليد و گليسيرين به عنوان دومين محصول فرعي آزاد مي‌شود كه از آن مي‌توان در صنايع آرايشي و دارويي استفاده كرد. ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ بيوديزل بيشتر از گازوئيل (ديزل فسيلي) و كمتر از بنزين است. ميزان انتشارات چاه تا چرخ بيوديزل بسيار نزديك به انتشارات گازوئيل، ميزان انتشارات NOX­ و ذرات معلق آن بيشتر اما CO و هيدروكربن‌هاي آن كمتر مي‌باشد. ميزان CO2 بيوديزل همچنان پايين است زيرا اين سوخت از بيوديزل تهيه مي‌شود. براي كسب برد رانندگي يكسان با گازوئيل، خودرويي با سوخت بيوديزل به 15 درصد وزن سوخت بيشتر و مخزني با 9 درصد حجم بيشتر نياز دارد.

    بيوديزل در مقايسه با گازوئيل خطر بهداشتي كمتري براي انسان و حيوانات داشته و به خاطر تجزيه‌پذير بودن آن به محيط‌زيست، آسيب كمتري مي‌رساند.

الف- محاسن: ميزان مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين، انتشار كمتر دي اكسيد كربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته نسبت به گازوئيل، خطر بهداشتي كمتر نسبت به گازوئيل

 ب- معايب: نسبت به گازوئيل داراي مصرف بالاتر انرژي چاه تا چرخ، انتشار بيشتر اكسيدهاي نيتروژن و ذرات معلق و مخزن سنگين و حجيم‌تر مي‌باشد.

هيدروژن :

   هيدروژن، سوختي است كه مي‌توان آن را از هر ماده اوليه داراي هيدروژن به دست آورد. روش‌هاي عمده تهيه آن عبارتند از: 1. الكتروليز آب 2. تبديل به گاز مواد خام حاوي هيدروژن. همچنين هيدروژني كه به عنوان محصول فرعي در صنايع شيميايي حاصل مي‌شود نيز به عنوان منبع سوم تأمين هيدروژن مطرح مي‌باشد. با انجام فرايند تبديل توسط بخاربر روي گاز طبيعي (به عنوان مهم‌ترين ماده اوليه)، LPG و يا نفتا مي‌توان هيدروژن توليد كرد

     با توجه به آنكه فرايند الكتروليز توسط جريان برق انجام مي‌شود بنابراين در اين روش بايد هزينه‌هاي استفاده از جريان برق و جنبه‌هاي زيست‌محيطي آن مدنظر قرار گيرند. استفاده از انرژي الكتريكي توليد شده توسط انرژي‌هاي قابل تجديدي مانند باد و نيروي آب براي الكتروليز آب منتج به انتشار آلاينده‌هاي كمتر مي‌شود، اما انرژي الكتريكي توليدي توسط نيروگاهي با سوخت زغال منتج به انتشار آلاينده‌هاي بيشتر مي‌شود. هيدروژن در مقايسه با ديگر سوخت‌ها داراي بالاترين مصرف انرژي چاه تا چرخ بويژه در مرحله توليد مي‌باشد. ميزان انتشارات چاه تا چرخ اين سوخت به شدت بسته به فرايند توليد آن است و انتشارات ناشي از خودرو به جز در مورد NOX منتشره از موتورهاي احتراقي، قابل چشم‌پوشي است

    محتواي انرژي هيدروژن (برمبناي حجمي) نسبتاً پايين است بنابراين به استفاده از منبع سوخت بزرگي بر روي خودرو نياز خواهد بود، اما به هر جهت از آنجا كه هيدروژن داراي محتواي انرژي بالا در واحد جرمي بوده (تقريباً 3 برابر بنزين) و عدد اكتان بالا دارد لذا موتورهاي هيدروژن‌سوز داراي بازده حرارتي بهتر نسبت به همتاهاي بنزيني خود مي‌باشد. موتورهاي SI و پيل‌هاي سوختي مي‌توانند از هيدروژن استفاده كنند، اما اين نوع خودروها و سوخت‌ها نسبت به انواع متعارف خود بسيار گران‌قيمت هستند. ذخيره‌سازي هيدروژن به شكل هيدريد و هيدروژن مايع انجام مي‌شود. در شيوه ذخيره‌سازي به صورت هيدريد وزن مخزن سوخت 20 برابر وزن مخزن بنزين مي‌باشد و در شيوه ذخيره‌سازي به روش هيدروژن مايع وزني معادل 5/1 برابر و حجمي معادل چهار برابر مخزن بنزين را خواهد داشت  

     هيدروژن نيازمند انرژي اشتعال بسيار پاييني است لذا مسئله ايمني آن به‌خصوص در فضاي بسته و ذخيره‌سازي آن روي خودرو بسيار مورد توجه مي‌باشد. از آنجا كه اين گاز در تركيب با هوا داراي قابليت اشتعال در دامنه مخلوط خيلي رقيق تا مخلوط خيلي غليظ مي‌باشد لذا حتي كوچك‌ترين جرقه‌اي (مانند زدن يك كليد برق) مي‌تواند آغازگر حادثه باشد.

الف- محاسن: عدد اكتان بالا (سه برابر بنزين) و بسيار پايين بودن تمامي آلاينده‌ها به جز اكسيدهاي نيتروژن

ب- معايب: هزينه بالاي تجهيزات، مخزن بسيار حجيم سوخت و ايمني بسيار پايين.

DME (دي متيل اتر) :

    دير زماني نيست كه DME به عنوان سوخت مطرح شده است. نحوه توليد اين سوخت بسيار شبيه به متانول است كه در آن گاز طبيعي يا بيومس به گاز تركيبي تبديل شده و سپس در فرايند سنتز اكسيژنه، DME توليد مي‌گردد. حمل و نقل و اقدامات احتياطي اين سوخت مشابه LPG مي‌باشد. DME در شرايط محيطي به صورت گاز بوده و در فشاري متوسط (6 بار) مي‌توان آن را به صورت مايع ذخيره كرد.

   DME در مقايسه با بنزين بسيار گران‌قيمت‌تر است و احتمالاً تا مدت‌ها به اين صورت باقي خواهد ماند. اين سوخت داراي چگالي انرژي معادل 50 درصد گازوئيل است لذا به مخازن سوخت بزرگ بر روي خودرو نياز دارد. عدد ستان بالاي DME نسبت به گازوئيل آن را براي موتورهاي CI بسيار مناسب ساخته و بازده موتور را قابل رقابت با موتورهاي CI گازوئيل‌سوز كرده است. ميزان مصرف انرژي مربوط به خودرو اين سوخت (خودروهاي سبك) كمتر از بنزين است. به‌طوري كلي داده‌هاي مربوط به انتشار آلاينده‌هاي خودروهاي با سوخت DME نشانگر مقادير بسيار پايين آنها نسبت به ديگر سوخت‌ها مي‌باشد. ميزان انتشار CO و HC آن معادل گازوئيل و ميزان NOX و ذرات معلق آن معادل بنزين است. ذخيره DME در خودرو مانند LPG و در فشار 9 بار مي‌باشد. مخزن اين سوخت داراي حجمي حدود 66 درصد و وزني حدود 47 درصد بيشتر از مخزن سوخت بنزين است

DME هيچ‌گونه مسموميتي براي انسان ايجاد نمي‌كند، اما مي‌تواند موجب تحريك چشم‌ها و سيستم تنفسي شود

الف- محاسن: عدد ستان بالا (در حد گازوئيل)، مصرف انرژي چاه تا چرخ كمتر از بنزين و انتشار آلاينده‌هاي كم (منواكسيد كربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته در حد گازوئيل- اكسيدهاي نيتروژن و ذرات معلق در حق بنزين).