"CNG kann die CO2-Emissionen um 25 Prozent senken"

Auch wenn der Gaspreis an den Ölpreis gekoppelt ist - aufgrund festgeschriebener Steuervorteile sind Erdgasfahrzeuge bis 2020 konkurrenzlos billig mit Kraftstoff zu versorgen. Hinzu kommen deutliche Vorteile bei CO2- und Schadstoffemissionen. Im Vorfeld der IAV- / HdT-Tagung "Gasfahrzeuge - die passende Antwort auf die CO2-Herausforderung der Zukunft?", die am 20. und 21. September in Berlin stattfindet, sprach all4engineers mit Tagungsleiter Oliver Dingel (Foto) von der IAV GmbH, Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr.

In welche Richtung geht der Entwicklungstrend bei gasförmigen Kraftstoffen im Motoren- und Fahrzeugbereich Ihrer Meinung nach?
Compressed Natural Gas (CNG) und Liquified Petroleum Gas (LPG) sind die kurzfristigen Alternativen. Beide Kraftstoffe sind verfügbar und können im Motor auch ohne großen Modifikationsaufwand verbrannt werden. Bislang sind hauptsächlich bivalente Systeme im Einsatz, bei denen der Motor wahlweise mit Benzin oder Gas betrieben werden kann. Bei verbesserter Tankstellen-Infrastruktur und größerer Speicherkapazität, etwa durch Alternativen zu den zylindrischen Hochdrucktanks, wäre der Umstieg auf monovalenten Antrieb sinnvoll. Die Vorteile monovalenter Systeme liegen vor allem in den geringeren Kosten durch den Wegfall von Benzintank und Einspritzsystem, aber auch in der Möglichkeit, die Motoren auf reinen Gasbetrieb mit erhöhter Verdichtung auszulegen und so effizienter zu machen. Auf dieser Basis ist langfristig dann auch der Einsatz von aus regenerativen Quellen gewonnenem Wasserstoff die logische Weiterentwicklung. Voraussetzungen hierfür sind wiederum eine ausreichende Versorgungsinfrastruktur und die Speicherung in Hochdruck- oder Kryogentanks.

Welche Anforderungen stellt die Serienentwicklung an Gasfahrzeuge?
Gasfahrzeuge sollten den gleichen problemlosen Betrieb unter allen Umwelt- und Verkehrsbedingungen erlauben wie Benzinfahrzeuge. Wartungsaufwand und Dauerhaltbarkeit sollten sich ebenfalls nicht unterscheiden. Die größten Herausforderungen bestehen bezüglich Package und Reichweite. Zylindrische Tanks beanspruchen viel Raum und bieten trotzdem bei gasförmiger Speicherung eine geringere Energiedichte als Tanks für flüssigen Kraftstoff. Als Stahltanks sind sie außerdem sehr schwer. Flaschen aus Aluminium oder Faserverbundwerkstoff bieten Abhilfe, sind aber noch sehr teuer. Hier liegt noch ein großes Kostenpotenzial. Durch die Entwicklung nicht zylindrischer Tanks und deren Berücksichtung bereits bei der Konstruktion des Rohbaus kann das Package- und Reichweitenproblem gelöst werden. Die Optimierung der Motoren auf monovalenten Gasbetrieb erhöht die Leistung und senkt den Verbrauch, was wiederum die Reichweite steigert und die Unterhaltskosten weiter verringert.

Welche Vorteile bieten Gasmotoren und insbesondere CNG gegenüber dem mit Benzin betriebenen Ottomotor hinsichtlich der Emissionen?
Hauptvorteil von CNG ist eine Absenkung der CO2-Emissionen um 20 bis 25 Prozent gegenüber dem Benzinbetrieb. LPG bietet hier hingegen nur geringe Vorteile. Darüber hinaus zeichnen sich gasförmige Kraftstoffe generell durch geringere Schadstoffrohemissionen aus. Besonderheit des CNG: die HC-Emissionen bestehen zu 90 Prozent aus Methan. Daraus resultiert ein großer Vorteil in den USA, wo die HC-Emissionen ohne den Methananteil gemessen werden und wo sich dadurch die Grenzwerte SULEV und PZEV mit konventioneller Abgasnachbehandlung einhalten lassen. Nachteil in Europa: Methan wird mitgemessen und lässt sich bei gealtertem Katalysator schlechter konvertieren als andere HC-Moleküle. Daher muss eine spezielle Katbeschichtung entwickelt werden.

Welche Besonderheiten haben Gasmotoren hinsichtlich Motorsteuerung und Komponenten?
Die Motorsteuerung kann in ihren Grundzügen unverändert bleiben, muss jedoch software- und funktionsseitig an den Gasbetrieb angepasst werden. Hierfür ist viel Know-how erforderlich. Auf Seiten des Grundtriebwerks unterliegen eigentlich nur die Ventilsitzringe erhöhtem Verschleiß. Durch den Einsatz spezieller Werkstoffe wird dieses Problem behoben. Generell besteht bei allen Gassystemkomponenten durch Massenfertigung noch erhebliches Potenzial zur Kosten- und sicherlich auch Gewichtsreduzierung.

Welche der alternativen Kraftstoffe haben aus Ihrer Sicht in Zukunft die größten Chancen?
CNG hat mittelfristig die besten Perspektiven, langfristig wird der Wasserstoff an diese Stelle treten. Für CNG spricht der geringere CO2-Ausstoß und die Tatsache, dass die Vorkommen länger halten als die Ölvorkommen. Aus geopolitischer Sicht kann hier die Abhängigkeit vom Öl und dessen Förderländern drastisch reduziert werden. Viele Staaten, die vom Ölexport abhängig sind, verfügen über eigene Gasvorkommen, eine Verteilungsinfrastruktur besteht dort in den meisten Fällen schon.
Wenn Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen gewonnen werden kann, ist er in der Lage, CO2-Emissionen ganz zu vermeiden. Als Fahrzeugantrieb stehen dann der Verbrennungsmotor und die Brennstoffzelle in Konkurrenz zueinander.
LPG hat als Raffinerienebenprodukt überwiegend lokale Bedeutung. Es basiert auf Erdöl und bietet vergleichsweise geringe CO2-Potenziale. Hauptvorteile sind der günstige Preis und eine hohe Energiedichte durch flüssige Speicherung bei moderatem Druck unter 30 bar. Damit stellt LPG kurzfristig eine durchaus interessante Alternative dar.

Sehr geehrter Herr Dingel, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.

Autor(en): Laurin Paschek

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