Erdgasautos - CNG als Kraftstoff

Ein Blick in die Zulassungsstatistik des Kraftfahrtbundesamts (KBA) verrät, das derzeit (Stand 1.3.2019) 80.800 Pkw mit Erdgasantrieb zugelassen sind. Dies sind nicht einmal 0,2% des Gesamtbestands von rund 47 Millionen zugelassenen Pkw (57 Mio. Kfz). Benziner (65,9%) und Diesel (32,2%) teilen sich den Kuchen im Prinzip allein auf.  Im Vergleich zum Erdgasantrieb kommen die Autogasfahrzeuge immerhin auf einen Anteil von 396.000 Pkw (0,8%). Der Erdgasantrieb, Anfang des Jahrhunderts noch als der Antrieb mit Zukunft gefeiert, erreicht derzeit nur leichte Zuwächse in den Zulassungszahlen. Elektro- (83.000) und Hybridantriebe (341.000) verzeichnen dagegen starke Zuwächse. (hier finden sie aktuellere Zahlen)

kfztech.de möchte deshalb Erdgas als Kraftstoff und das Erdgasauto einmal etwas näher betrachten, um zu sehen, ob denn dieses Nischendasein berechtigt ist, oder ob das Erdgasauto nicht doch eine echte Alternative zum Benziner sein könnte.

Nach guter Zunahme Anfang des Jahrhunderts stagniert der Erdgasantrieb derzeit - Bild: gibgas.de

Kraftstoff CNG

Wenn von Erdgas als Kraftstoff die Rede ist, muss man eigentlich schon gleich einhaken und klarstellen, um welche Art von Kraftstoff es geht. Richtigerweise muss man nämlich von CNG sprechen, von Compressed Natural Gas. Erdgas meint zunächst alle gasförmigen Kohlenwassserstoffverbindungen, die aus der Erde stammen und brennbar sind. Dies ist im Wesentlichen Methan (CH4). Allerdings besteht der Kraftstoff CNG, den Erdgasautofahrer tanken auch aus bis zu 20% Biomethan und ca. 2% Wasserstoff. Audi A3 gtron Fahrer beziehen ihren Kraftstoff im Prinzip indirekt sogar aus einer eigens im Emsland gebauten Anlage über eine spezielle Tankkarte. Dort wird durch Elektrolyse Methan aus überschüssigem Windstrom und dem CO₂ einer nahen Biogasanlage selber hergestellt. Und Audi sorgt dafür, dass die Menge an sauberem Windgas, das Audifahrer tanken, ins Gasnetz eingespeist wird.

Der Audi A3 Sportback g-tron fährt Erdgas, dass Audi über Windenergie selber erzeugt - Bild; Audi

Eines gleich vorweg, die Erdgasvorräte sind riesig und eine Abhängigkeit von einzelnen Ländern ist auch nicht zu erwarten, da 60% des Erdgases aus Quellen in Deutschland und Westeuropa stammen. CNG gelangt über ein riesiges unterirdisches Leitungsnetz (500.000 km) zu den Haushalten und Tankstellen. In Deutschland werden die zwei Gassorten H-Gas und L-Gas unterschieden.

Das H-Gas verfügt über eine hohe Energiedichte und eignet sich deshalb hervorragend für Erdgasfahrzeuge. Nach dem Entwurf des "Netzentwicklungsplans Gas 2014" sollen die Versorgungsnetze ab 2015/2016 schrittweise auf die Gasbeschaffenheit Erdgas H umgestellt und bis 2023 abgeschlossen sein. Erdgas gibt es auch in verflüssigter Form als "Liquefied Natural Gas" (LNG). Dies ist für den Erdgas-PKW-Betrieb aber eher nicht geeignet, jedoch wird LNG ein hohes Potenzial im zukünftigen Schwerlastverkehr zugeschrieben. Mit LNG betriebene Lkw und Busse fahren übrigens auch mautfrei auf Deutschlands Fernstraßen.

Was CNG aber so interessant als Kraftstoff für Autos macht ist, dass es mit einer ROZ von 130 verbrennungstechnisch ein fast idealer Ottokraftstoff ist. ROZ bedeutet Research Oktan Zahl und steht für die Klopffestigkeit. CNG verbrennt ruhiger und leiser als ein vergleichbarer Motor mit Otto-Kraftstoff, der mit bleifreiem Super-Benzin mit 95 ROZ unterwegs ist.

Tankvermögen, Reichweite und Verbrauch

CNG befindet sich unter einem Druck von 200 bar bei 15° im Tank. Spätestens bei 250 bar schaltet die Zapfsäule ab. Da das Verhältnis von Volumen zu Gewicht etwa 6,2:1, beträgt, kann beispielsweise ein Opel Zafira 1.6 CNG Turbo ecoflex mit einem 155 l Tank ca. 25 kg Erdgas tanken. Der Energiegehalt von 1 kg CNG (Erdgas/Biomethan, H-Gas) entspricht rund 1,5 Liter Super-Benzin (oder 1,33 Liter Diesel). Der Opel Zafira kommt damit 530 km weit bei einem kombinierten Verbrauch von 4,7 kg CNG auf 100 km. Die CO2-Emissionen liegen beim Opel bei 129 g/km. Die Daten stammen von Gibgas.de.

Der Opel Zafira Tourer erreicht mit einem Verbrauch von gerade einmal 4,7 kg CNG die Energieklasse A - Bild: Opel (GM)

Ein weiterer Vergleich: Der Audi A3 Sportback g-tron besitzt einen 1,4l Motor mit 110 PS und 200 Nm Drehmoment. Er verbraucht 3,3 kg CNG/100 km und hat einen CO₂-Ausstoß von weniger als 89 g/km. Die Kraftstoffkosten liegen im Bereich von vier Euro pro 100 Kilometer. Die Daten stammen von Audi.

Erdgas liegt zwischen 1,40 € und 1,50 € (Stand November 2023) und ist noch um einiges preiswerter als Benzin- (1,75 € ) oder Dieselkraftstoff (1,75 €). Es ist eine sehr günstige Art zu fahren, der CO₂-Ausstoß liegt rund 25% niedriger. Direkte Vergleiche der Benzin- und Gaspreise sind auf Grund der unterschiedlichen Energiedichten und physikalischen Einheiten nicht möglich (s.o). Erdgas ist derzeit der günstigste Kraftstoff, da Flüssigerdgas eine viel niedrigere Energiedichte aufweist. Mit Erdgas kommt man mit 20 € fast doppelt soweit wie ein vergleichbarer Benziner.

Daneben bleibt festzustellen, dass bei der Verbrennung von Erdgas kein Feinstaub in die Umwelt gelangt und kaum Stickoxide entstehen.

Monovalent oder bivalent?

 Bei Erdgasautos unterscheidet man bezüglich der Verwendung der Kraftstoffsorten grundsätzlich zwischen monovalent, bivalent und monovalent+ (=quasimonovalent).

Ein monovalentes Fahrzeug startet und fährt nur mit CNG. Es besitzt keinen Benzintank. Das Auto ist voll auf den CNG Betrieb hin optimiert und hat deshalb eine gesteigerte Motorleistung bei geringem Abgasausstoß. Der Nachteil liegt darin, dass das  Tankstellen-Netz mit rund 950 Tankstellen in Deutschland immer noch zu klein ist.

Ein bivalentes Erdgas-Fahrzeug fährt dagegen mit Erdgas und Benzin. Sein zusätzlicher Benzintank fasst mehr als 15 Liter, was durch die beiden Tanks eine sehr große Reichweite sicherstellt. Es ist jederzeit möglich auf Benzinbetrieb umzuschalten oder umgekehrt. Durch die beiden Tanks wird das Auto jedoch etwas schwerer. Da es kein reinrassiges CNG-Fahrzeug ist, ist das Motormanagement auch nur ein Kompromiss zwischen Erdgas- und Benzinfahrzeug.

Ein quasimonovalentes Erdgasauto kombiniert den Erdgasantrieb mit einem Benzin-Nottank für den Fall, dass man nicht rechtzeitig zu einer Erdgastankstelle findet. Man spricht hier auch von Monovalent+. Der Benzintank muss hier kleiner als 15l sein. Das Auto ist wie beim monovalenten Antrieb auf Erdgas hin optimiert, weil der Hauptantrieb Erdgas bleibt. Es ist nur eine relativ geringe Strecke mit Benzin möglich. Bei dem Opel Zafira handelt es sich um ein quasimonovalentes Fahrzeug.

Bei monovalenten Fahrzeugen bringt man die Erdgasflaschen unterflur an und spart so wertvollen Stauraum - Bild: Daimler

Autos, die nachträglich auf Erdgas umgerüstet werden, sind nicht auf den Erdgasbetrieb hin optimiert, weshalb sie insgesamt eine schlechtere Leistung bringen. Der zusätzliche Erdgastank muss in der Regel auch in den Kofferraum integriert werden, was Stauraum kostet. Das Umrüsten auf CNG ist auch im Vergleich zu Autogas aufwändiger und teurer. Auf Grund der hohen Drücke von 250 bar ist ein Nachrüsten auf Erdgas nicht so leicht zu bewerkstelligen wie bei Autogasumrüstungen und aus genannten Gründen auch nicht zu empfehlen. Hier kommt es in der Praxis häufiger zu Problemen, wie kfztech.de von aus erfahrener Quelle weiß.

kfztech.de Tipp: Es wäre deshalb besser gleich eine Neuanschaffung eines CNG-Autos ins Auge zu fassen. Es gibt zahlreiche interessante Modelle mit mono- und bivalentem CNG-Antrieb. Von der Umrüstung auf CNG-Antrieb rät auch Birgit Maria Wöber, die Geschäftsführerin und Frontfrau von GIBGAS, ab.

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Sicherheit ist großgeschrieben

CNG ist leichter als Luft und steigt nach oben. Dies ist ein wichtiger Punkt. Denn das CNG wird von Laien oft mit dem Autogas verwechselt. Denn das Flüssigerdgas ist schwerer und sammelt sich am Boden, wo es sich dann auch sehr leicht entzünden könnte. Bei CNG kommt noch hinzu, dass die Zündtermperatur bei 650° C liegt und eine Unfallgefahr dadurch sehr gering ist. Der Tank steht unter einem Druck von über 200 bar, der Berstdruck liegt aber bei 600 bar. Sicherheitsventile sorgen im Schadensfall für ein gezieltes Abblasen bzw. Abbrennen. Explosionen á la Hollywood sind deshalb nicht zu erwarten.

Das Sicherheitsmagnetventil sorgt für zusätzliche Sicherheit, falls es zu einem Unfall kommt - Bild: Opel

Das Parken in öffentlichen Tiefgaragen ist aus diesen Gründen seit einigen Jahren für CNG-Fahrzeuge gesetzlich erlaubt! Trotzdem können private Hausbesitzer die Einfahrt von gasbetriebenen Autos durch entsprechende Verbotsschilder einschränken.

Die Sicherheit con CNG-Fahrzeugen wurde im Übrigen in zahlreichen Crashtests der Hersteller und der Automobilclubs hinlänglich bewiesen.

Erdgas Förderung

Neben der reduzierten Kfz-Steuer fördern viele regionale Energieversorger z.B. mit Tankgutscheinen die Anschaffung eines umweltfreundlichen Erdgasautos. Zuschüsse von bis zu 2.500 € können da schon drin sein.

Unter Umständen kann man auch Fördermittel für Kauf oder Leasing von Erdgasautos erhalten. Diese sind regional aber sehr unterschiedlich. Unternehmen können bei der Kreditanstalt für den Wiederaufbau (KfW) Fördermittel beantragen.

Erdgas ist an den Ölpreis gebunden. Auf den Erdgaspreis wird jedoch laut Energiesteuergesetz (EnergieStG) noch bis zum 31. Dezember 2018 ein reduzierter Steuersatz erhoben. Und wie viel Kfz-Steuer muss man zahlen?Als Beispiel soll wieder der Audi A3 herhalten. Vergleicht man jeweils die 110 PS Versionen (Bild) so zahlt man für den CNG 28 € Steuern, für den 1.2 TFSI von Audi muss man 62 € berappen und der 1.6 TDI kostet sogar 110 €. Die Zahlen stammen wieder von gibgas.de.

Beim Kfz-Steuervergleich schneidet der CNG Audi auch besser ab - Bild: gibgas.de

Wie funktioniert das Tanken?

Der Tankvorgang bei einem CNG-Auto dauert nicht länger als bei einem Benziner oder Diesel! Die Einhand-Tankkupplung lässt sich ohne Probleme auf den (zweiten) Tankstutzen aufsetzen und verriegeln und sorgt so für einen reibungslosen Tankvorgang. Das Video zeigt den Tankvorgang besser als es mit Worten zu beschreiben ist.

Hintergrund Erdgas-Druck

Erdgas kommt via Pipeline unter hohem Gasdruck vom Erdgaserzeuger oder steht via Gastank an den Tankstellen bereit. Auf dem Weg verliert es etwas von seinem Druck. Kompressorstationen halten bei Ferngasleitungen alle 80 bis 160 Kilometer den Gasdruck aufrecht, der bei Pipelines aus Stahl bis zu 200 Bar betragen kann. Die Kompressorstationen verdichten das Erdgas in der Erdgasleitung aus Stahl und kompensieren dadurch Drucksenkungen (Quelle: verivox).

Als Kompressoren kommen Luftkompressoren, Membrankompressoren oder Kolbenkompressoren mit hydraulischem Antrieb zum Einsatz. Ein Membrankompressor verdichtet beispielsweise Wasserstoff, Helium, Argon, Ethylen, Fluor, Schwefelwasserstoff, Chlor, Monosilan oder Stickstofftrifluorid. Wasserstoffantrieben und Brennstoffzellenantrieben gehört, wenn man manchen Herstellern glauben darf, besonders im Nutzfahrzeugbereich die Zukunft.

Bauteile des CNG-Antriebs

Der CNG-Antrieb des Erdgasautos besteht im Wesentlichen aus den Erdgasbehältern (Stahltanks oder Aluminium-Kunststoff-Tank), die entweder unterflur unter dem Fahrzeugboden liegen oder in die Bodengruppe des Fahrzeuges eingearbeitet sind (s. Bild oben). An den Erdgasbehältern sind Sicherheits-Magnetventile (wie weiter oben beschrieben) angebracht.

Bevor das CNG-Gas in das Saugrohr vor die Zylinder eingeblasen werden kann, wird der Druck über den Druckminderer reduziert. Die geänderte Elektronik sorgt für die jeweils richtige Menge sowohl für Benzin- als auch Gasbetrieb. Je nach Hersteller kann über einen Umschalter zwischen Gas-und Benzinbetrieb gewechselt werden. Ein Start im Benzinbetrieb wie bei Flüssigerdgasantrieb ist nicht erforderlich. Bei Fahrzeugen des VW-Konzerns wird zuerst mit CNG gefahren. Eine Anzeige zeigt die Gasmenge im Tank an.

Fazit

Erdgas/CNG ist ein schadstoffarmer Kraftstoff mit einem hohen Energiegehalt, das sehr sauber verbrennt. Der COsub>2-Ausstoß ist gegenüber einem Benziner rund ca. 25 % niedriger. CNG ist derzeit die mit Abstand günstigste Art zu fahren, und wegen des höheren Energiegehalts auch gegenüber Autogasfahrzeugen. Die Mehrkosten durch die Neuanschaffung amortisieren sich in den ersten drei bis vier Jahren; eine jährliche Laufleistung von rund 15.000 Kilometern zugrunde gelegt.

CNG als Antrieb ist eine echte Alternative zum Benziner, wenn nicht sogar zum Diesel, dessen Image nicht gerade das Beste ist. Unserer Ansicht nach hat Erdgas//CNG als Kraftstoff im Auto eine Chance verdient. Um die angestrebte CO₂-Reduktion zu erreichen, müsste Erdgas eigentlich stärker in den Fokus von Autoherstellern und Bundesregierung rücken und die Werbung und Förderung ausgeweitet werden.

Umweltliste des VCS mit Erdgasmodellen

Quellen: Audi, Opel, Daimler, VW, gibgas.de (Erdgasfahrzeugportal), BMWI, KBA, KfW, verivox, Hofer-Hochdrucktechnik,