Erdgas – Compressed Natural Gas (CNG)

titelbild_cng_strasseBei dem Verfahren Compressed Natural Gas (CNG) wird das Erdgas unter Druck von 20 MPa gespeichert. Durch die dennoch geringe Dichte nehmen die Masse und das Volumen des erforderlichen Speichers zu. Folglich benötigt man mit CNG für 55 Liter benzinäquivalente Energiemenge einen Drucktank mit 225 kg Gewicht und 244 dm3 Volumen (zum Vergleich: Benzin/Diesel benötigt 46 kg und 68 dm3). Dies führt zu einem höheren Gewicht der CNG-betriebenen Fahrzeuge.

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Vergleich der Masse und Volumina von CNG und Benzin/Diesel

Für den Autofahrer ist der Umstieg auf den CNG-Betrieb finanziell interessant. So liegt der Tankstellenpreis für ein Kilogramm CNG im Juli 2009 bei 1,043 Euro. Um den Preis mit dem von Benzin und Diesel vergleichbar zu machen ist eine Umrechnung notwendig. Da ein Kilogramm Erdgas einen Energiegehalt von ca. 13,0 kWh/kg und ein Liter Benzin 8,88 kWh/l bzw. ein Liter Diesel 9,84 kWh/l aufweisen, entspricht ein Kilogramm CNG etwa 1,5 Litern Benzin bzw. 1,3 Litern Diesel. Der reale Preis für Erdgas bezogen auf den Energiegehalt liegt somit bei 0,70 Euro im Vergleich zum Benzinpreis und bei 0,80 Euro verglichen mit Dieselpreis. Dieser Preisvorteil beruht nicht zuletzt auf dem verminderten Mineralsteuersatz, der bis Ende 2018 festgeschrieben wurde.

In der Vergangenheit fehlte es den erdgasbetriebenen Fahrzeugen an der Akzeptanz der deutschen Kunden vor allem in Bezug auf die begrenzte Reichweite von rund 370 km in Verbindung mit dem dünnen Tankstellennetz. Weltweit hingegen stieg die Zahl dieser Fahrzeuge zwischen 2000 und 2007 von 1,2 Millionen auf etwa 7 Millionen, damit erreichte sie einen Anteil von 1,2 Prozent am globalen Fahrzeugbestand. In Deutschland liegt die Zahl der Neuzulassungen jährlich konstant bei etwas über 11.000 Stück. Der deutsche Bestand der erdgasbetriebener Fahrzeuge verdoppelte sich zwar fast zwischen 2006 und 2009, innerhalb von vier Jahren wuchs die Zahl von 30.554 auf 60.744, dessen Anteil beträgt aber lediglich 0,15 Prozent am Gesamtbestand. Besonders in Südamerika und Asien ist der Bestand anteilig relativ hoch und entwickelt sich stark positiv. Die Zahl der CNG-Fahrzeuge stieg im Jahr 2008 weltweit auf über 9 Millionen.

Die Reichweiten im CNG-Betrieb der heute ab Werk verfügbaren erdgasbetriebenen Fahrzeuge sind zwar nicht deutlich gewachsen, aber die Anzahl der Erdgastankstellen ist von etwa 50 im Jahr 1998 auf etwa 850 Stationen heute deutschlandweit spürbar angestiegen. Außerdem ist der bivalente Betrieb möglich, der sowohl den Antrieb mit Erdgas als auch mit Ottokraftstoff erlaubt. Dies erhöht die Reichweite und die Alltagstauglichkeit enorm.

Die Umrüstung von Ottomotoren von Benzin- auf Erdgasbetrieb ist aufgrund der ähnlichen Werte von Heizwert und Luftbedarf weitgehend unproblematisch. Im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen sind lediglich spezielle Speicher- und Einspritzsysteme erforderlich. Durch die hohe Oktanzahl von ca. 120 (91-99 bei Benzinkraftstoff) ist Erdgas ideal für den Einsatz in fremdgezündeten Verbrennungsmotoren (Ottomotoren). Beim Einsatz in den Automobilen stellt aber die aufwendige Speicherung von Erdgas den größten Nachteil dar.

Der Einbau einer Erdgasanlage ist je nach Fahrzeug und Anlagentyp mit einem Kostenaufwand von 2.500 bis 4.500 Euro verbunden. Die Amortisationsdauer für den Mehraufwand ist dabei von der jährlichen Laufleistung und dem Kraftstoffverbrauch abhängig. Es ist anzumerken, dass der Wirkungsgrad von CNG-betriebenen Motoren unter dem der konventionellen Motoren liegt. Bei monovalenten Lösungen beträgt der Mehrverbrauch an Primärenergie bis zu 5 Prozent, bei Bivalenten sogar bis zu 20 Prozent. Dieser Nachteil kann aber durch die Weiterentwicklung von Erdgasmotoren verringert werden.

Aus ökologischer Sicht besitzt Erdgas die niedrigsten direkten CO2-Emissionen verglichen mit den konventionellen Kraftstoffen. Vor allem der geringe Ausstoß von Stickoxiden (NOx) und Feinstaub spricht für den Einsatz von Erdgas. Ein CNG-betriebener Verbrennungsmotor ist leiser, was zu der Senkung der Lärmemissionen beiträgt. In der Well-to-Wheel (Quelle bis Rad) Betrachtungsweise relativieren sich diese Vorteile, da besonders durch den Transport und den Energieaufwand für die Verdichtung des Erdgases die Schadstoffemissionen ansteigen. Besonders mittel- bis langfristig, sobald die Nachfrage nach Erdgas nicht mehr aus Europa befriedigt werden kann und dieses aus der Russischen Föderation geliefert werden muss, werden die bereits hohen indirekten CO2-Emissionen weiter zunehmen. Dennoch lohnt sich der Einsatz von CNG besonders im Falle kommunaler Fahrzeuge wie Busse oder Müllfahrzeuge durch die geringeren lokalen Schadstoffemissionen als die von Dieselkraftstoff. Derzeit wird das Erdgas in den meisten Fällen in Personenkraftwagen verwendet.

Als ökonomischer Faktor ist einerseits die Minderung der Importabhängigkeit von Erdöl als positiv zu verzeichnen. So haben besonders Länder, die in der Vergangenheit Zahlungsschwierigkeiten aufwiesen oder Länder, die beabsichtigten, ihre Ölexportquote zu steigern, einen hohen Anteil an erdgasbetriebenen Fahrzeugen. Andererseits ist negativ zu vermerken, dass der Aufbau marktwirtschaftlicher Konkurrenz zwischen Erdöl und Erdgas unmöglich ist, da der Preis beider Rohstoffe gekoppelt ist. Zusätzlich verursacht der Einsatz von CNG als Treibstoff hoher Investitions- und Betriebskosten für die Speicherung und die Verdichtung an der Tankstelle, besonders dann wenn sich diese weit von dem Pipelinenetz befindet.

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