Kraftstoffe (4) - Alternative Kraftstoffe (1) - fossile Energieträger

von kfztech.de

Teil 1 Einführung Kraftstoffe | Teil 2 Ottokraftstoffe | Teil 3 Dieselkraftstoff | Teil 5 Alternative Kraftstoffe 2 |

Die nicht nur im Automobil bei der Verbrennung von Kraftstoffen freigesetzten Abgase bewirken, wie schon in den vorangegangenen Teilen zum Kraftstoff erwähnt, Gesundheits- und Umweltschäden, wie saurer Regen und Treibhauseffekt und sind für die globale Erwärmung mitverantwortlich. Dass der Treibhauseffekt auf unserer Erde zunimmt, und dass sich das Klima wandelt, das bezweifelt mittlerweile wohl kaum noch jemand, außer er heißt vielleicht Donald Trump.

Wir haben nur diese Eine! Sie soll auch noch für unsere Nachfahren bewohnbar bleiben. - Bild DWD

Dass wir deshalb nicht mehr länger auf Erdöl, Erdgas und Kohle setzen können und dürfen, steht wohl außer Frage. Dass der Vorrat an fossilen Brennstoffen auch endlich ist, weiß inzwischen auch fast jedes Schulkind. Letztendlich müssen wir also früher oder später uns sowieso von Benzin und Diesel verabschieden und auf alternative Antriebe und alternative Kraftstoffe setzen. Warum also nicht früher?

Als Alternative Kraftstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können. Hierbei wird unterschieden zwischen Kraftstoffen aus fossilen Energieträgern und solchen, die aus biogenen Energieträgern hergestellt wurden. Im Folgenden sollen die wichtigsten und interessantesten alternativen Kraftstoffe kurz vorgestellt werden.

Erdgas

Erdgas ist seit den 1990er Jahren in Deutschland verfügbar. In Argentinien, Brasilien und Italien fahren bereits Millionen Automobile damit. In Deutschland waren 2016 gerade einmal 80.000 Erdgasautos auf den Straßen unterwegs und diese Zahlen stagnieren seit mehreren Jahren.

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 Kohlenwasserstoffverbindungen, die aus der Erde stammen und brennbar sind. Dies ist im Wesentlichen Methan (CH4). Allerdings besteht der Kraftstoff CNG, den Erdgasautofahrer tanken, auch bis zu 20% aus Biomethan und zu ca. 2% aus Wasserstoff.

Audi A3 gtron Fahrer beziehen übrigens ihren Erdgas-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. Letztendlich wurde das CO2, das der Audi produziert, im Vorfeld aufkommensneutral in Methan umgewandelt! Das ist vorbildlich und sollte weiter Schule machen (s.a. Electrofuels).

Der Erdgas Audi fährt CO2 aufkommensneutral  - Bild: Audi

In einer Anlage in Emsland wir aus Wind Strom erzeugt. Den können z.B. auch E-Autos nutzen.  - Bild: Audi

Durch Elektrolyse wird Wasserstoff gewonnen. Dieser könnte für Brennstoffzellen dienen und wird derzeit zur Methanherstellung verwendet. - Bild: Audi

Aus H2 und CO2 kann CH4 (Erdgas) hergestellt werden. Das CO2 wird dadurch gebunden. - Bild: Audi

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. Übrigens zahlen gasbetriebene Lkw keine Mautgebühren, was für Logistikunternehmen durchaus lukrativ sein kann.

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

CNG befindet sich unter einem Druck von mindestens 200 bar im Tank. 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. Das CO2 beträgt hier 129 g/km.

Erdgas ist um einiges preiswerter als Benzin- oder Dieselkraftstoff. Es ist somit eine sehr günstige Art zu fahren, außerdem liegt der CO2-Ausstoß rund 25% niedriger. Direkte Vergleiche der Benzin- und Gaspreise sind auf Grund der unterschiedlichen Energiedichten und physikalischen Einheiten nicht möglich. Erdgas ist derzeit wohl der günstigste Kraftstoff, da Flüssigerdgas eine viel niedrigere Energiedichte aufweist. Mit Erdgas kommt man mit 20 € fast doppelt so weit wie ein vergleichbarer Benziner.

Es bleibt noch festzustellen, dass bei der Verbrennung von Erdgas kein Feinstaub in die Umwelt gelangt und auch kaum Stickoxide entstehen!

Den Opel Zafira CNG kann man vom Werk aus direkt mit Erdgasantrieb bestellen - Bild: Opel

Sicherheit wird bei CNG-Fahrzeugen 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 Zündtemperatur 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 erst bei 600 bar. Sicherheitsventile sorgen im Schadensfall für ein gezieltes Abblasen bzw. Abbrennen. Explosionen á la Hollywood sind deshalb nicht zu erwarten.

Flüssigerdgas (LPG)

Flüssigerdgas bezeichnet man auch als Autogas, im internationalen Sprachgebrauch wird es kurz LPG (engl.: Liquefied Petroleum Gas) genannt und in Frankreich GPL, (frz.: Gaz de pétrole liquéfié). Flüssigerdgas ist ein Gasgemisch, das bei der Erdölgewinnung als Nebenprodukt anfällt und hauptsächlich aus Butan und Propan besteht. Es darf nicht mit dem eben beschriebenen Erdgas verwechselt werden. LPG sind bei Raumtemperatur unter vergleichsweise geringem Druck flüssig. Was es als alternativen Kraftstoff attraktiv macht, ist, dass es umweltfreundlicher als Benzin verbrennt. Unter Berücksichtigung des volumenbezogenen Mehrverbrauchs (5-20% zu Benzin) verringert sich der Schadstoffausstoß von NOx um etwa 80 % und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) sinken um ca. 50 %. Die CO2-Emissionen verringern sich um durchschnittlich 16,4 %. Die geringere Dichte des LPG gegenüber Benzin wird teilweise durch den höheren Brennwert von 46 MJ/kg (12,8 kWh/kg) gegen 43,6 MJ/kg (12,1 kWh/kg) kompensiert.

LPG ist vorwiegend im Umrüstmarkt anzutreffen. Spezialisierte Werkstätten bieten Umrüstungen für 2.000 bis 2.500 € an, die sich in der Regel bereits nach rund 3 Jahren amortisiert haben, da der LPG Preis an der Tankstelle durch eine noch bis 2019 gültige Steuererleichterung relativ günstig ist. Die Fahrzeuge sind nach der Umrüstung in der Regel bivalent, das bedeutet, dass man z.B. beim Kaltstart mit Benzin fährt und dann über einen Umschalter auf Autogas stellt. Bei neueren Systemen mit direkteinspritzenden Düsen wird je nach verbauter Anlage kein Startbenzin oder Benzin während des Betriebes benötigt. Die Reichweite ist durch den bivalenten Betrieb sehr groß. Das Tankstellennetz ist inzwischen, anders als beim Erdgas, sehr dicht.

Mehr zum Autogasantrieb

Ein Autogasfahrzeug lässt sich relativ leicht und schnell betanken.  - Bild: Opel

Die Reihe über Kraftstoffe wird mit dem letzten Teil fortgesetzt: den alternativen Kraftstoffen aus biogenen Energieträgern wie Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Bio-Gas, BtL und den e fuels.

Quellen (auch der Texte 1 - 4): Aral, Shell, wikipedia, Kraftfahrtbundesamt (KBA), Umweltbundesamt (UBA), Deutscher Wetterdienst (DWD), Toyota, kfztech.de, gibgas.de, desy.de, Audi, Opel, BMW, Bundesverband der deutschen Bioethanolwirtschaft e.V., h2-mobility.de, heise.de, Bosch,

Dieser Artikel erschien bereits 2017 im AMS Technik Profi. Mehr zum Technikprofi und zum Abo  Der Technikprofi