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"Audi E-Gas-Project": Ausgeglichene CO2-Bilanz über die Mobilitätskette

Automobilhersteller Audi plant, unter dem Begriff "Audi Balanced Mobility" ein großes Ziel zu realisieren. Nämlich eine ausgeglichene Kohlenstoffdioxid-Bilanz über die gesamte Mobilitätskette. Als Herzstück dieses Vorhabens bezeichnet das Unternehmen aus Ingolstadt das so genannte Audi E-Gas-Project. So setzt das Unternehmen für den Weg in eine Kohlenstoffdioxid(CO2)-neutrale Mobilität der Zukunft auf erneuerbare Energien. Das neue Projekt setzt sich aus zwei Bausteinen zusammen: Windräder erzeugen sauberen Strom und das Unternehmen nutzt einen Teil davon, um seine künftigen E-tron-Fahrzeuge zu bauen. Auch beim Antrieb der E-tron-Fahrzeuge soll der Ökostrom eine Rolle spielen.

Eine neue Anlage soll mithilfe des verbleibenden Ökostroms per Elektrolyse Wasserstoff produzieren. Mit diesem Energieträger sollen sich mittelfristig Brennstoffzellenautos betreiben lassen, so das Unternehmen. Aber der Automobilhersteller plant den Wasserstoff außerdem dazu nutzen, um in einem weiteren Schritt aus ihm und aus CO2 Methan zu erzeugen. Dieses Methan wird auch synthetisches Erdgas genannt. Das Unternehmen bezeichnet es als Audi E-Gas. Mit ihm lassen sich auf Erdgas ausgelegte Verbrennungsmotoren betreiben. Ab dem Jahr 2013 will der Hersteller solche Modelle mit der Bezeichnung TCNG in Serie bringen. Der besondere Nutzen der Methanisierung liege darin, dass die Reaktion mithilfe von CO2 ablaufe, das damit nicht in die Atmosphäre gelange. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossener CO2-Kreislauf, betont das Unternehmen. Zudem habe das E-Gas-Projekt einen Nutzen, von dem die ganze deutsche Energiewirtschaft profitieren könne. Denn es koppele den regenerativ erzeugten Strom auf dem Weg über das Methan an das Erdgasnetz an, so der Hersteller. Damit könne es dazu beitragen, das Problem der Speicherung überschüssigen Wind- oder Solarstroms zu lösen. Aus dem Gasnetz lasse sich dann die Energie, wenn gewünscht, jederzeit ins Stromnetz zurückführen.

Audi hat die Forschungsphase des Projekts bereits abgeschlossen. Ab Mitte dieses Jahres soll mit dem Neubau einer industriell nutzbaren Anlage der zweite Schritt erfolgen. Damit startet der Automobilhersteller zusammen mit seinen Partnern - dem Stuttgarter Unternehmen Solar Fuel, dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart, dem Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel und EWE Energie - ein großes Energieprojekt.

Als den ersten Baustein des Projektes benennt Audi Windräder. In der ersten Projektphase finanziert das Unternehmen, zusammen mit einem regionalen Energieversorger, vier große Anlagen in einem Offshore-Windpark in der Nordsee. Mit jeweils 3,6 Megawatt Leistung sollen sie im Jahr gemeinsam etwa 53 Gigawattstunden Strom liefern - das entspricht dem Bedarf einer mittelgroßen Stadt, wie das Unternehmen weiß.

Die E-Gas-Anlage als zweiter Projekt-Baustein wird Wasserstoff und Methan im industriell nutzbaren Maßstab produzieren. Der Spatenstich ist für Juli 2011 im niedersächsischen Werlte geplant. Die Anlage soll an eine Abfall-Biogasanlage gekoppelt werden. Von ihr beziehe sie dann das zur Methanisierung notwendige konzentrierte CO2, das sonst die Atmosphäre belasten würde. Pro Jahr wird die Anlage etwa 1000 Tonnen E-Gas produzieren und dabei 2800 Tonnen CO2 binden, teilt das Unternehmen mit. Die Anlage besteht aus zwei Hauptkomponenten, dem so genannten Elektrolyseur und der Methanisierungsanlage. Dazu kommen Leitungstechnik, Tanks, Steuer- und Regelelektronik sowie Kompressoren zur Einspeisung von E-Gas ins Erdgasnetz. Eine Laboranlage mit 25 Kilowatt Leistung, im Januar 2011 zu Testzwecken installiert, habe auf Anhieb Gas in der geforderten Einspeisequalität liefern können. Der Elektrolyseur wird mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben. Mithilfe von Polymer-Elektrolytmembranen spaltet er Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Der Wasserstoff könne künftig als Antrieb für Brennstoffzellen-Fahrzeuge wie dem Audi Q5 HFC dienen. Allerdings seien diese Fahrzeugvarianten heute noch nicht serienreif. In der ersten Projektphase werde der Wasserstoff deshalb nicht direkt genutzt. Vielmehr gelange er nach der Gastrennung und -trocknung in einen Speichertank und weiter zur Methanisierungsanlage. Dort wird der Wasserstoff auf der Grundlage der so genannten Sabatier-Reaktion mit Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Methan (CH4) verknüpft. Als Nebenprodukt fällt Wasser (H2O) an. Auf diese Weise entstehe das Methan, ein synthetisches Erdgassubstitut, das in das deutsche Erdgasnetz und somit auch in das CNG-Tankstellennetz weitergeleitet werde.

Der Strom aus Windkraft und das Methan aus der Anlage sollen bereits in der ersten Phase des Projekts für insgesamt 2500 Autos ausreichend sein. Mit einem Teil des Stroms aus Wind sollen sich laut Unternehmen 1000 A1 E-tron herstellen und 10.000 Kilometer pro Jahr betreiben lassen. Ein weiterer Anteil werde künftig ins Netz eingespeist, und komme bei Überschüssen im Stromnetz also auch der E-Gas-Anlage zugute. Mit dem regenerativ erzeugten E-Gas können 1500 A3 TCNG jeweils 15.000 Kilometer pro Jahr fahren, heißt es aus Ingolstadt. Dabei bleiben noch 150 Tonnen des Gases für das öffentliche Netz. Bei Bedarf lasse sich dieses Gas wieder rückverstromen.

Mit dem E-Gas-Project stellt Audi drei Energieträger bereit: elektrischen Strom, Wasserstoff und Methangas. Diese eignen sich für unterschiedliche Antriebskonzepte. Nämlich für Elektroautos, für Brennstoffzellenfahrzeuge und für CNG-Fahrzeuge. Somit sind die Autos des Projektes ein A1 E-tron und ein A3 TCNG.

Der A1 E-tron ist das Konzept eines reinen Elektrofahrzeugs. Bei Bedarf lädt ein Range-Extender die Batterie nach. Das Konzept bewegt sich ausschließlich mit der Kraft seiner E-Maschine. Der Elektromotor liefert 45 Kilowatt Dauerleistung und 75 Kilowatt Spitzenleistung, die über ein einstufiges Getriebe an die Vorderräder fließen. Das maximale Drehmoment von 240 Newtonmeter steht vom Start weg bereit. Der A1 E-tron spurtet nach Angaben des Herstellerss in 10,2 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht über 130 km/h Spitze. Die Energie kommt aus einem Paket Lithium-Ionen-Akkus, das in Form eines T unter dem Mitteltunnel und der Fondbank liegt. Die flüssigkeitsgekühlte Batterie speichert zwölf Kilowattstunden Energie, genug für mehr als 50 Kilometer Strecke. Mit Starkstrom dauert ein Ladevorgang weniger als eine Stunde. Bei längeren Distanzen wird ein Range-Extender aktiv. Der kleine Wankelmotor, der unter dem Gepäckraum liegt, lädt den Akku über einen Generator nach.

Der Technikträger A3 TCNG kann das E-Gas nutzen, das Audi in der Methanisierungsanlage erzeugt. Sein Vierzylinder-TFSI und der Katalysator im Abgasstrang sind für den Betrieb mit Erdgas ausgelegt. Über ein so genanntes Bilanzkreisverfahren, wie es in ähnlicher Form auch beim Bezug von Ökostrom funktioniert, soll der A3 TCNG voraussichtlich ab 2013 mit Windenergie im Tank befeuert werden können. In dem Umfang, in dem E-Gas getankt werden könne, werde die zur Erzeugung dieser Menge benötigte regenerative Energie ins Netz eingespeist. Die volumetrische Dichte des E-Gas entspricht der des fossilen Erdgases und ist somit geringer als bei Superbenzin. Bei der Verbrennung von E-Gas entsteht wie bei Erdgas weniger CO2 als bei Superbenzin.

Für das E-Gas-Project bedeutet dies, so das Unternehmen: Die CO2-Emission ist nicht nur in der Gesamtbilanz (well-to-wheel) sehr niedrig, sondern auch am Auspuff (tank-to-wheel). Am Auspuff entweiche kein Gramm CO2, das nicht vorher bei der Herstellung von E-Gas gebunden worden wäre. Zwischen der Herstellung des Kraftstoffs und seiner Verbrennung existiert also ein geschlossener CO2-Kreislauf. Die hohe Oktanzahl von zirka 130 ROZ, die Erdgas, Biomethan und auch E-Gas aufweisen, erlaubt eine hohe effektive Verdichtung im Turbomotor. In den Gastanks des A3 TCNG wird das Gas unter 200 bar Druck gespeichert. Sie sollen ausreichend Volumen auch für lange Strecken bieten. Zudem sei das Fahrzeug bivalent ausgelegt. Wenn sich die Gastanks leeren und keine CNG-Tankstelle in Sicht ist, fahre er ohne Leistungsverlust mit Benzin weiter.
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