Alternativkraftstoff Erdgas
Bislang nur ein Nischenkraftstoff, wird Erdgas mittel- und langfristig eine steile Karriere als Energieträger für den Verkehrssektor prognostiziert. Gründe: ergiebige Lagerstätten, vorhandenes (aber ausbaubedürftiges) Tankstellennetz, relativ niedrige Emission und berechenbarer Preis. Tanken wir künftig alle einen gasförmigen Energieträger?
Rund 900 Erdgas-Tankstellen weist die Internetseite www.erdgas-mobil.de aktuell für Deutschland aus. Diese Zahl erscheint gegenüber den etwa 14.700 Möglichkeiten, bundesweit Benzin und Diesel zu tanken, verschwindend gering. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die beiden Zahlen in Zukunft annähern, ist aber hoch. „In fast allen langfristigen Energieszenarien ist Erdgas derjenige fossile Brennstoff, dessen Anteil stetig und am schnellsten von allen fossilen Brennstoffen zunimmt“, verkündete Shells Chefwissenschaftler für Mobilität, Dr. Wolfgang Warnecke, zum Internationalen Wiener Motorensymposium 2013. Die Gründe für die Prognose sind vielfältig, der Hauptgrund dürfte jedoch die hohe Verfügbarkeit von Erdgas sein.
790 Bio. Kubikmeter für 230 Jahre
Übereinstimmende Schätzungen gehen bei mit konventionellen Methoden förderbarem Erdgas von Reserven für gut 120 Jahre aus. Sämtliche technisch verfügbaren Lagerstätten sollen sogar – bei derzeitigem Förderniveau – für ca. 230 Jahre reichen. Als Menge ausgedrückt, handelt es sich um rund 790 Bio. Kubikmeter. Dr. Wolfgang Warnecke in Wien: „Die Erdgasressourcen sind auch geografisch breit über die verschiedenen Regionen der Welt verteilt. Russland und der Nahe Osten verfügen über die größten konventionellen Gasressourcen, wobei davon ausgegangen wird, dass Russland auch bis 2035 der größte Gasproduzent und -exporteur bleiben wird.“
Nicht weniger wichtig erscheint das Thema Klimapolitik, die Senkung der Treibhausgasemission, denn Erdgas ist der an Kohlenstoff ärmste fossile Energieträger. Somit deutet alles auf eine steile Karriere von Erdgas hin. Die Grafik auf Seite 17 unten zeigt, welche Rolle Erdgas am weltweiten Gesamtenergieverbrauch spielt und wie sich die Rolle in Zukunft verändern wird. Dabei geht es nicht nur um den ausgewiesenen prozentualen Anteil, sondern viel mehr darum, welche realen Mengen damit verbunden sind.
Kostenvorteil vs. Akzeptanzproblem
Der Verkehrssektor ist am weltweiten Gesamtenergieverbrauch mit rund 20 Prozent beteiligt. Dr. Wolfgang Warnecke: „Erdgasfahrzeuge machen zurzeit weniger als ein Prozent des gesamten weltweiten Kraftstoffverbrauchs im Straßenverkehr und weniger als ein Prozent des globalen Erdgasverbrauchs aus. Trotz eines starken zweistelligen Anstiegs in den letzten Jahren bilden sie weltweit immer noch einen Nischenmarkt.“
Auch hier wird Erdgas künftig eine neue, wichtigere Rolle einnehmen, obwohl flüssige Energieträger hier eindeutig im Vorteil sind. Die Stichworte lauten Energiedichte, Lagerung und Handhabung. Das möglicherweise auftretende Akzeptanzproblem dürfte der Kostenvorteil, der künftig noch viel spürbarer sein wird, aber schnell lösen.
Welche Hausaufgaben sind noch zu erledigen, um Erdgas als Energieträger für den Verkehrssektor zu etablieren? Zunächst muss das noch lückenhafte CNG-Tankstellennetz erweitert werden. Mit zunehmender Tankstellendichte reduziert sich die Notwendigkeit der bivalenten Auslegung von Kraftstoffsystem und Motorsteuerung. Monovalenz hat höheren Wirkungsgrad (u. a. über Direkteinblasung und Anhebung der Verdichtung; vgl. Kasten „CNG-Direkteinblasung“ rechts oben) sowie Reduzierung von Verbrauch und Emission zur Folge. Zur Erhöhung der Reichweite von CNG-Fahrzeugen ist die Steigerung des Tankdrucks – derzeit 200 bis 250 bar – nötig. Nicht zuletzt ist eine Kraftstoffqualität auf gleichbleibend hohem Niveau sicherzustellen. Erdgas besteht zu 85 bis 95 Pro-zent aus Methan, Nebenbestandteile sind u. a. andere Kohlenwasserstoffe, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser. Je nach Fundstätte schwankt der Methangehalt des Erdgases. Und: Gas, welches bei der Erdölförderung als Nebenprodukt anfällt, hat eine deutlich andere Zusammensetzung als Gas aus einem Erdgasfeld. Peter Diehl
TU Wien/Magna Steyr
Im Rahmen des Projekts Cars Ultra Light Technology (CULT) entwickeln die Techni-sche Universität Wien und der Autobauer Magna Steyr gemeinsam einen Motor für ein Leichtbaufahrzeug des A-Segments. Als Basis dient ein Ottomotor mit drei Zylindern, 0,66 Liter Hubraum, DOHC-Ventiltrieb und Abgasturboaufladung. Bei diesem Motor wurde eine monovalente CNG-Kraftstoffversorgung adaptiert, das Brennverfahren auf Direkteinblasung umgestellt und die Verdichtung angehoben. Durch die Maßnahmen konnte die CO2-Emission im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) und im Vergleich zum Basismotor bereits um mehr als 30 Prozent gesenkt werden. Die Zielemission des CULT-Gesamtfahrzeugs im NEFZ wurde mit „< 50 Gramm CO2/km“ definiert. Vorgestellt zum Internationalen Wiener Motorensymposium 2013, bezeichnete man das Projekt CULT als „attraktive Alternative zu E-Fahrzeugen“.
Magna Steyr
Der Autobauer Magna Steyr ist auch der Entwickler eines Dieselmotors, der wechselweise im Diesel- oder Mischbetrieb CNG/Diesel gefahren werden kann. Auch hier wurde ein existenter Motor als Basis gewählt: ein Vierzylinder mit sieben Liter Hubraum. Umbaumaßnahmen betreffen handelsübliche CNG-Komponenten für äußere Gemischbildung und ein Steuergerät mit zu diesem Zweck entwickelter Software. Ziel der Entwicklung ist nicht nur Emissionsreduzierung – hier: Partikel und CO2 –, sondern auch Kostensenkung vor dem Hintergrund einer unberechenbaren Kraftstoffpreisentwicklung. Berechnungen von Magna Steyr gehen von 60-prozentiger Substitution von Dieselkraftstoff durch CNG aus. „Energetisch stellt das Konzept eine Brückentechnologie zum reinen Erdgasbetrieb dar und kann zum raschen Ausbau der Erdgasinfrastruktur beitragen“, war zum Wiener Motorensymposium zu hören.
