摘要:綜述了壓縮天然氣公交車的國內外發(fā)展現(xiàn)狀,闡述了壓縮天然氣汽車的性能、優(yōu)勢和前景。
關鍵詞:壓縮天然氣;公交車;壓縮天然氣汽車
Performance and Prospect of Bus Concerted to Compressed Natural Gas
LI Wei-Zun1,MENG Xiang-mei2, BAI Xiao-ling1
(1.School of Environment Science & Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Energy Research Institute,Shandong Academy of Sciences,Jinan 250014,China)
Abstract:The internal and external development situation of compressed natural gas bus is expounded.The performance,advantages and prospect of compressed natural gas bus are described.
Key words:compressed natural gas;bus;compressed natural gas vehicle
隨著我國經濟的快速發(fā)展,機動車保有量迅速增加,以天津為例,2005年機動車保有量突破100×104輛,其中私家車超過30×104輛,城市機動車尾氣已成為大氣污染的主要來源之一。從環(huán)境效益和能源戰(zhàn)略角度出發(fā),迫切需要改變汽車能源結構,尋找新型的清潔能源。目前,汽車代用燃料有甲醇、乙醇、其他醇類、汽油或柴油與醇類的混合物、電力、天然氣和燃料電池等。其中,醇類的能量密度較低,乙醇的熱值僅為柴油的65%;燃料電池汽車由于其成本昂貴,一時難以普及;相比之下,我國天然氣儲量豐富,汽車改用天然氣具有良好的經濟性和可行性。據(jù)悉,到2008年,北京將有5000輛公交車使用壓縮天然氣(CNG)。隨著西氣東輸工程(輸氣能力200×108m3/a)的實施和東海春曉等油氣田正式投產,我國能源結構正在發(fā)生改變[1]。
1 CNG公交車的發(fā)展現(xiàn)狀
①國內發(fā)展現(xiàn)狀
最近幾年,城市公交車改用天然氣發(fā)展迅猛。2002年,天津市客車裝配廠自行設計開發(fā)的首臺純國產壓縮天然氣(CNG)單燃料環(huán)保型城市公交車,經過了國家轎車質量監(jiān)督檢驗中心的檢驗,于2003年3月正式投入批量生產。國內其他的單燃料(CNG)公交車基本上都是引進國外的底盤和發(fā)動機,較高的成本使得整車價格保持在40×104元以上。而天津產CNG客車的底盤和發(fā)動機等核心部件全部由國內廠商提供,從而大大降低了制造成本。天津產CNG客車的初步報價只有22×104元左右,比進口部件組裝的公交車便宜了近1/2,在使用、保養(yǎng)和維修方面,價格優(yōu)勢明顯。這種CNG單燃料客車尾氣排放達到了歐盟的“歐Ⅱ”標準,能滿足國內各城市對汽車環(huán)保方面的要求,尾氣中的CO和HC排放量是國家環(huán)保標準的1/20,是北京地方環(huán)保標準的1/13[2]。
天津市已成功實施了天然氣公交車示范工程,以建“綠色開發(fā)區(qū)”為目標,以泰達公交公司為主體,組建了第一支由40輛天然氣公交車組成的示范車隊。截至2006年3月,天津市擁有壓縮天然氣汽車約1600輛,分別為出租車1000輛、公交車400輛、環(huán)衛(wèi)車及部分社會車輛約200輛。從天津市發(fā)展與改革委員會了解到,2006年5月底,天津市已經在解放南路和濱河小區(qū)又建設了2座天然氣加氣站,主要用于汽車加氣。
西安市公共交通總公司從1996年下半年起就積極開展了天然氣在城市客車上應用的各項研究工作,于1998年9月完成了西安市首批50輛天然氣公交車的改裝,并于1999年5月成立了西安市公共交通總公司天然氣汽車改裝中心。該中心為省級天然氣汽車定點改裝單位,在技術質量、安全生產及售后服務等方面建立一整套嚴格的技術規(guī)范和各項管理規(guī)定,到2001年已成為全省最具規(guī)模的一家改裝單位?,F(xiàn)已改裝各類公交客車逾600輛。這些改裝車輛在公交線路上運行時,各項使用性能良好,尾氣污染物排放量大大減少,受到司乘人員和廣大乘客的歡迎,并得到相關行業(yè)和專家的高度評價[3]。
自1998年以來,北京就開始啟用低排放的壓縮天然氣公交車,以逐步淘汰柴油發(fā)動機公交車。預計到2008年,北京將有8000輛CNG汽車在運營。這些公交車有益于推廣“綠色奧運”主題,并為其他車輛提供了一個很有吸引力的替代方向。
石家莊是河北省大氣污染比較嚴重的城市之一。在石家莊,公交車與出租車雖然只占汽車保有量的10%,但因其運營率高,對市區(qū)大氣環(huán)境污染的分擔率已達到50%。2003年_2005年,石家莊市將8000輛公交車和出租車的燃料由汽、柴油改成天然氣,包括大公共汽車1000輛、小公共汽車500輛、出租車6500輛。每輛大公共汽車改造費用約1×104元,小公共汽車約6000元,出租車約6500元。據(jù)計算,8000輛汽車改用天然氣作燃料后,每年將節(jié)省汽、柴油62600t。
銀川市380輛公交車于2005年8月下旬全部改用了天然氣燃料。加上2004年購進的55輛天然氣燃料車,銀川市的400多輛公交車全部實現(xiàn)“綠色運營”。
②國際發(fā)展現(xiàn)狀
以CNG作為汽車燃料在世界上已有逾70a的歷史。意大利人于1929年在世界上首先應用天然氣作為汽車的燃料,當時是用常壓氣囊裝運天然氣。1931年,意大利人建成世界上第一座CNG加氣站,使汽車加裝和燃用天然氣方便了許多(1997年意大利新比隆公司擁有的20世紀30年代生產的天然氣壓縮機還在廠內一個加氣站正常運行)。直到1939年,意大利人朗弟·倫索(Land Renzo)創(chuàng)建了自己的公司,并制造出世界上第一套混合器式CNG汽車改裝裝置。到2003年上半年,據(jù)世界燃氣汽車協(xié)會統(tǒng)計,世界上已有63個國家和地區(qū)在推廣天然氣汽車。天然氣汽車總擁有量逾281.4×104輛,CNG加氣站6455座。CNG汽車擁有量位居前10位的國家是阿根廷、巴西、巴基斯坦、意大利、印度、美國、中國、埃及、委內瑞拉和烏克蘭[4]。
韓國環(huán)境部稱,自2003年7月1日起,強制一部分公交車及貨車改用天然氣或安裝尾氣凈化裝置。為推廣天然氣汽車的使用,韓國政府將對更換設備所需的費用給予一定補償,并代為申請貸款。2003年韓國新增加的2000輛公交車及80輛清潔車也使用天然氣。目前首爾地區(qū)天然氣公交車正在普及。據(jù)悉,韓國全境將約有4×104輛公交車及貨車被徹底改造成燃用天然氣,這將降低汽車尾氣污染,改善空氣質量。
2 CNG公交車的性能與前景
2.1 GNG的理化性質
CNG是一種無色、無味、無毒的氣體,它的主要成分是甲烷,具有比汽油和液化石油氣都高的辛烷值(Research Octane Number,RON),CNG的辛烷值達到130(而汽油的辛烷值低于100),因而具有很好的抗爆性[5]。根據(jù)目前市場價格,使用天然氣的汽車運營費用要比使用汽油節(jié)省。天然氣在常溫下為氣態(tài),更容易與空氣形成均勻的混合氣,整個燃燒過程更加充分,大幅度降低了CO、HC、NOx的排放,是公認的清潔能源之一。
2.2 CNG公交車發(fā)動機性能
天然氣是辛烷值較高的氣態(tài)燃料,抗爆能力強,發(fā)動機運轉平穩(wěn),噪聲低。天然氣對機動車潤滑油的稀釋作用小,燃燒性能好,氣缸積碳少,不需經常更換潤滑油和火花塞,可延長發(fā)動機的使用壽命。天然氣汽車在冬季的起動性好,其安全性比汽油車好,在美國天然氣汽車發(fā)生的1300多起碰撞事故中,天然氣系統(tǒng)均未引起過爆炸或著火[6]。
天然氣著火延遲期較長,火焰?zhèn)鞑ヂ?,燃燒速度低,霧化體積大,使得天然氣發(fā)動機的冷啟動性能和瞬間加速性能較差,普通的未加改進的發(fā)動機使用天然氣會存在動力性能差、尾氣超標等問題。為此,應對公交車發(fā)動機在現(xiàn)有基礎上進行改進。首先,根據(jù)天然氣的理化特性重新設計氣化室,或者增加工作容積來提高發(fā)動機的動力性水平;其次,提前點火(相對于汽油機而言),這也是基于天然氣的辛烷值高的特性考慮的;再次,提高發(fā)動機的壓縮比(如提高到9~12),可以使CNG發(fā)動機的動力性能進一步提高。
2.3 CN6公交車優(yōu)勢與前景
當前國家正在全國范圍內推廣CNG公交車。CNG公交車擁有其他公交車無法替代的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在以下6個方面:
①燃料價格便宜。按目前市場價格,93號汽油價格為4.2元/L左右,天然氣價格約1.7元/m3,而1m3天然氣動力值等于1.13L汽油。如1輛公共汽車每天汽油費為300元,用壓縮天然氣只需花107元左右;1輛出租車每天汽油費為118元,用壓縮天然氣只需花42元左右。燃油稅開征后減半征收燃氣稅。
②汽車排氣污染小。CNG汽車可以綜合降低廢氣污染物排放量,其中HC可降低70%,CO可降低90%,NOx可降低25%,微粒物可降低42%,鉛化物可降低100%,硫化物可降低70%以上,非甲烷烴類可降低50%左右。
③不積碳,車輛部件損耗小。發(fā)動機使用天然氣作燃料,運行平穩(wěn),噪聲低,不積碳,能延長發(fā)動機使用壽命,不需經常更換機油和火花塞,可節(jié)約50%以上的維修費用。
④安全可靠。天然氣燃點高達650℃以上,不易點燃;辛烷值高,抗爆性能好,爆炸極限僅為5%~15%,與汽油相比更為安全。車用儲氣瓶都經火燒、爆炸、墜落、槍擊等測試合格后使用。中外發(fā)展天然氣汽車60a來,從未出現(xiàn)過因天然氣爆炸、燃燒而導致的車輛事故。
⑤車輛改裝簡單。在保留原車供油系統(tǒng)的情況下,只需增加1套專用壓縮天然氣裝置。目前,改裝1輛公交車約需8000元,出租車約需3000~4000元,約200d收回改裝成本[7]。
⑥車輛操作簡單,運行平穩(wěn)。CNG汽車駕駛沒有更高的要求,只須在駕駛前經過適當技術培訓,了解一些要點和安全知識即可。天然氣汽車本身的運行平穩(wěn)可靠。
推廣CNG汽車能夠有效改善城區(qū)大氣環(huán)境,降低公交車運營成本,因而,CNG汽車的應用具有廣闊的發(fā)展前景。
3 結語
中國是一個能源相對匱乏的國家,城市人口密度大,隨著2008年奧運會的到來,對環(huán)境質量的要求越來越高,使用環(huán)保型的燃料成為當前的首選。我國建設CNG加氣站網(wǎng)絡具有一些有利條件:公交車線路固定,車型較統(tǒng)一。由于需要解決氣源問題, CNG汽車的實施不能單靠一個企業(yè)或者某幾個企業(yè)來完成。如果政府能夠成立專門領導班子來促進 CNG公交車的實施,并在一定程度上給予政策的支持,相信中國的CNG公交車一定會得到很快的發(fā)展。
參考文獻:
[1]王運閣,王樹信,張力,等.我國天然氣的利用前景[J].煤氣與熱力,2002,22(6):523—525.
[2]資源節(jié)約與環(huán)保編輯部.純國產燃氣公交車在津問世[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2003,19(1):46—46.
[3]楊天明,耿澤岐.天然氣在公交車輛上的應用[J].城市公共交通,2002,(3):32—32、37.
[4]李忠田,張平,楊軼男,等.壓縮天然氣汽車及CNG加氣站的發(fā)展[J].煤氣與熱力,2005,25(8):42—42.
[5]張繼琳.城市公交車宜用天然氣單燃料發(fā)動機[J].城市公共交通,2000,(6):35—35.
[6]郭宗華,周儉明,吳祚平.壓縮天然氣汽車的特點[J].煤氣與熱力,2004,24(2):108—1 10.
[7]張玉蘭,郭章林,張洪亮.CNG汽車加氣站的可行性分析[J].煤氣與熱力,2006,26(2):10—12.
關鍵詞:壓縮天然氣;公交車;壓縮天然氣汽車
LI Wei-Zun1,MENG Xiang-mei2, BAI Xiao-ling1
(1.School of Environment Science & Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Energy Research Institute,Shandong Academy of Sciences,Jinan 250014,China)
Abstract:The internal and external development situation of compressed natural gas bus is expounded.The performance,advantages and prospect of compressed natural gas bus are described.
Key words:compressed natural gas;bus;compressed natural gas vehicle
隨著我國經濟的快速發(fā)展,機動車保有量迅速增加,以天津為例,2005年機動車保有量突破100×104輛,其中私家車超過30×104輛,城市機動車尾氣已成為大氣污染的主要來源之一。從環(huán)境效益和能源戰(zhàn)略角度出發(fā),迫切需要改變汽車能源結構,尋找新型的清潔能源。目前,汽車代用燃料有甲醇、乙醇、其他醇類、汽油或柴油與醇類的混合物、電力、天然氣和燃料電池等。其中,醇類的能量密度較低,乙醇的熱值僅為柴油的65%;燃料電池汽車由于其成本昂貴,一時難以普及;相比之下,我國天然氣儲量豐富,汽車改用天然氣具有良好的經濟性和可行性。據(jù)悉,到2008年,北京將有5000輛公交車使用壓縮天然氣(CNG)。隨著西氣東輸工程(輸氣能力200×108m3/a)的實施和東海春曉等油氣田正式投產,我國能源結構正在發(fā)生改變[1]。
1 CNG公交車的發(fā)展現(xiàn)狀
①國內發(fā)展現(xiàn)狀
最近幾年,城市公交車改用天然氣發(fā)展迅猛。2002年,天津市客車裝配廠自行設計開發(fā)的首臺純國產壓縮天然氣(CNG)單燃料環(huán)保型城市公交車,經過了國家轎車質量監(jiān)督檢驗中心的檢驗,于2003年3月正式投入批量生產。國內其他的單燃料(CNG)公交車基本上都是引進國外的底盤和發(fā)動機,較高的成本使得整車價格保持在40×104元以上。而天津產CNG客車的底盤和發(fā)動機等核心部件全部由國內廠商提供,從而大大降低了制造成本。天津產CNG客車的初步報價只有22×104元左右,比進口部件組裝的公交車便宜了近1/2,在使用、保養(yǎng)和維修方面,價格優(yōu)勢明顯。這種CNG單燃料客車尾氣排放達到了歐盟的“歐Ⅱ”標準,能滿足國內各城市對汽車環(huán)保方面的要求,尾氣中的CO和HC排放量是國家環(huán)保標準的1/20,是北京地方環(huán)保標準的1/13[2]。
天津市已成功實施了天然氣公交車示范工程,以建“綠色開發(fā)區(qū)”為目標,以泰達公交公司為主體,組建了第一支由40輛天然氣公交車組成的示范車隊。截至2006年3月,天津市擁有壓縮天然氣汽車約1600輛,分別為出租車1000輛、公交車400輛、環(huán)衛(wèi)車及部分社會車輛約200輛。從天津市發(fā)展與改革委員會了解到,2006年5月底,天津市已經在解放南路和濱河小區(qū)又建設了2座天然氣加氣站,主要用于汽車加氣。
西安市公共交通總公司從1996年下半年起就積極開展了天然氣在城市客車上應用的各項研究工作,于1998年9月完成了西安市首批50輛天然氣公交車的改裝,并于1999年5月成立了西安市公共交通總公司天然氣汽車改裝中心。該中心為省級天然氣汽車定點改裝單位,在技術質量、安全生產及售后服務等方面建立一整套嚴格的技術規(guī)范和各項管理規(guī)定,到2001年已成為全省最具規(guī)模的一家改裝單位?,F(xiàn)已改裝各類公交客車逾600輛。這些改裝車輛在公交線路上運行時,各項使用性能良好,尾氣污染物排放量大大減少,受到司乘人員和廣大乘客的歡迎,并得到相關行業(yè)和專家的高度評價[3]。
自1998年以來,北京就開始啟用低排放的壓縮天然氣公交車,以逐步淘汰柴油發(fā)動機公交車。預計到2008年,北京將有8000輛CNG汽車在運營。這些公交車有益于推廣“綠色奧運”主題,并為其他車輛提供了一個很有吸引力的替代方向。
石家莊是河北省大氣污染比較嚴重的城市之一。在石家莊,公交車與出租車雖然只占汽車保有量的10%,但因其運營率高,對市區(qū)大氣環(huán)境污染的分擔率已達到50%。2003年_2005年,石家莊市將8000輛公交車和出租車的燃料由汽、柴油改成天然氣,包括大公共汽車1000輛、小公共汽車500輛、出租車6500輛。每輛大公共汽車改造費用約1×104元,小公共汽車約6000元,出租車約6500元。據(jù)計算,8000輛汽車改用天然氣作燃料后,每年將節(jié)省汽、柴油62600t。
銀川市380輛公交車于2005年8月下旬全部改用了天然氣燃料。加上2004年購進的55輛天然氣燃料車,銀川市的400多輛公交車全部實現(xiàn)“綠色運營”。
②國際發(fā)展現(xiàn)狀
以CNG作為汽車燃料在世界上已有逾70a的歷史。意大利人于1929年在世界上首先應用天然氣作為汽車的燃料,當時是用常壓氣囊裝運天然氣。1931年,意大利人建成世界上第一座CNG加氣站,使汽車加裝和燃用天然氣方便了許多(1997年意大利新比隆公司擁有的20世紀30年代生產的天然氣壓縮機還在廠內一個加氣站正常運行)。直到1939年,意大利人朗弟·倫索(Land Renzo)創(chuàng)建了自己的公司,并制造出世界上第一套混合器式CNG汽車改裝裝置。到2003年上半年,據(jù)世界燃氣汽車協(xié)會統(tǒng)計,世界上已有63個國家和地區(qū)在推廣天然氣汽車。天然氣汽車總擁有量逾281.4×104輛,CNG加氣站6455座。CNG汽車擁有量位居前10位的國家是阿根廷、巴西、巴基斯坦、意大利、印度、美國、中國、埃及、委內瑞拉和烏克蘭[4]。
韓國環(huán)境部稱,自2003年7月1日起,強制一部分公交車及貨車改用天然氣或安裝尾氣凈化裝置。為推廣天然氣汽車的使用,韓國政府將對更換設備所需的費用給予一定補償,并代為申請貸款。2003年韓國新增加的2000輛公交車及80輛清潔車也使用天然氣。目前首爾地區(qū)天然氣公交車正在普及。據(jù)悉,韓國全境將約有4×104輛公交車及貨車被徹底改造成燃用天然氣,這將降低汽車尾氣污染,改善空氣質量。
2 CNG公交車的性能與前景
2.1 GNG的理化性質
CNG是一種無色、無味、無毒的氣體,它的主要成分是甲烷,具有比汽油和液化石油氣都高的辛烷值(Research Octane Number,RON),CNG的辛烷值達到130(而汽油的辛烷值低于100),因而具有很好的抗爆性[5]。根據(jù)目前市場價格,使用天然氣的汽車運營費用要比使用汽油節(jié)省。天然氣在常溫下為氣態(tài),更容易與空氣形成均勻的混合氣,整個燃燒過程更加充分,大幅度降低了CO、HC、NOx的排放,是公認的清潔能源之一。
2.2 CNG公交車發(fā)動機性能
天然氣是辛烷值較高的氣態(tài)燃料,抗爆能力強,發(fā)動機運轉平穩(wěn),噪聲低。天然氣對機動車潤滑油的稀釋作用小,燃燒性能好,氣缸積碳少,不需經常更換潤滑油和火花塞,可延長發(fā)動機的使用壽命。天然氣汽車在冬季的起動性好,其安全性比汽油車好,在美國天然氣汽車發(fā)生的1300多起碰撞事故中,天然氣系統(tǒng)均未引起過爆炸或著火[6]。
天然氣著火延遲期較長,火焰?zhèn)鞑ヂ?,燃燒速度低,霧化體積大,使得天然氣發(fā)動機的冷啟動性能和瞬間加速性能較差,普通的未加改進的發(fā)動機使用天然氣會存在動力性能差、尾氣超標等問題。為此,應對公交車發(fā)動機在現(xiàn)有基礎上進行改進。首先,根據(jù)天然氣的理化特性重新設計氣化室,或者增加工作容積來提高發(fā)動機的動力性水平;其次,提前點火(相對于汽油機而言),這也是基于天然氣的辛烷值高的特性考慮的;再次,提高發(fā)動機的壓縮比(如提高到9~12),可以使CNG發(fā)動機的動力性能進一步提高。
2.3 CN6公交車優(yōu)勢與前景
當前國家正在全國范圍內推廣CNG公交車。CNG公交車擁有其他公交車無法替代的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在以下6個方面:
①燃料價格便宜。按目前市場價格,93號汽油價格為4.2元/L左右,天然氣價格約1.7元/m3,而1m3天然氣動力值等于1.13L汽油。如1輛公共汽車每天汽油費為300元,用壓縮天然氣只需花107元左右;1輛出租車每天汽油費為118元,用壓縮天然氣只需花42元左右。燃油稅開征后減半征收燃氣稅。
②汽車排氣污染小。CNG汽車可以綜合降低廢氣污染物排放量,其中HC可降低70%,CO可降低90%,NOx可降低25%,微粒物可降低42%,鉛化物可降低100%,硫化物可降低70%以上,非甲烷烴類可降低50%左右。
③不積碳,車輛部件損耗小。發(fā)動機使用天然氣作燃料,運行平穩(wěn),噪聲低,不積碳,能延長發(fā)動機使用壽命,不需經常更換機油和火花塞,可節(jié)約50%以上的維修費用。
④安全可靠。天然氣燃點高達650℃以上,不易點燃;辛烷值高,抗爆性能好,爆炸極限僅為5%~15%,與汽油相比更為安全。車用儲氣瓶都經火燒、爆炸、墜落、槍擊等測試合格后使用。中外發(fā)展天然氣汽車60a來,從未出現(xiàn)過因天然氣爆炸、燃燒而導致的車輛事故。
⑤車輛改裝簡單。在保留原車供油系統(tǒng)的情況下,只需增加1套專用壓縮天然氣裝置。目前,改裝1輛公交車約需8000元,出租車約需3000~4000元,約200d收回改裝成本[7]。
⑥車輛操作簡單,運行平穩(wěn)。CNG汽車駕駛沒有更高的要求,只須在駕駛前經過適當技術培訓,了解一些要點和安全知識即可。天然氣汽車本身的運行平穩(wěn)可靠。
推廣CNG汽車能夠有效改善城區(qū)大氣環(huán)境,降低公交車運營成本,因而,CNG汽車的應用具有廣闊的發(fā)展前景。
3 結語
中國是一個能源相對匱乏的國家,城市人口密度大,隨著2008年奧運會的到來,對環(huán)境質量的要求越來越高,使用環(huán)保型的燃料成為當前的首選。我國建設CNG加氣站網(wǎng)絡具有一些有利條件:公交車線路固定,車型較統(tǒng)一。由于需要解決氣源問題, CNG汽車的實施不能單靠一個企業(yè)或者某幾個企業(yè)來完成。如果政府能夠成立專門領導班子來促進 CNG公交車的實施,并在一定程度上給予政策的支持,相信中國的CNG公交車一定會得到很快的發(fā)展。
參考文獻:
[1]王運閣,王樹信,張力,等.我國天然氣的利用前景[J].煤氣與熱力,2002,22(6):523—525.
[2]資源節(jié)約與環(huán)保編輯部.純國產燃氣公交車在津問世[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2003,19(1):46—46.
[3]楊天明,耿澤岐.天然氣在公交車輛上的應用[J].城市公共交通,2002,(3):32—32、37.
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[6]郭宗華,周儉明,吳祚平.壓縮天然氣汽車的特點[J].煤氣與熱力,2004,24(2):108—1 10.
[7]張玉蘭,郭章林,張洪亮.CNG汽車加氣站的可行性分析[J].煤氣與熱力,2006,26(2):10—12.