Zapfhahn einer Erdgastankstelle.
Aral
Nutzfahrzeuge mit Erdgasmotor kommen leiser und effizienter weiter. Wegen der Einführung von Euro VI beziehungsweise US10 setzen die Entwickler auf stöchiometrische Brennverfahren mit Dreiwege-Katalysator.
Der Konjunkturmotor läuft derzeit rund mit Erdgas. Zumindest für Hersteller aktueller Erdgasfahrzeuge. Allein im ersten Quartal 2014 wurden 20 Prozent mehr Fahrzeuge auf Basis des alternativen Kraftstoffs verkauft als im Vorjahreszeitraum, vermeldet die Initiative Erdgas Mobil der Gaswirtschaft. Während der Run auf erdgasbetriebene Pkw in vollem Gange ist, zögert die Nutzfahrzeugbranche noch. Dabei bietet sich Erdgas als wirksame Maßnahme zur Verringerung der Treibhausgasemissionen geradezu an. Es besteht Handlungsbedarf. Immerhin konzentriert sich in Europa, USA, Japan und Südkorea die Gesetzgebung speziell beim Nutzfahrzeug verstärkt auf die Verringerung der Treibhausgasemissionen.
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Vorbei sind die Zeiten als die gesetzliche Reglementierung von Motoren für Heavy-Duty-On-Road-und -Non-Road-Applikationen sich auf die Limitierung der Emissionen der klassischen Schadstoffe Stickoxide, Partikel, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid konzentrierte. In die Diskussion um die sich ändernden Rahmenbedingungen bringen die Springer-Autoren Peter Heuser, José Geiger und Yves Rosefort Erdgas als Lösung fast aller Probleme ins Spiel. "Mit seinem niedrigen Kohlenstoffanteil stellt er eine interessante Alternative zum vorherrschenden Dieselkraftstoff dar", schreiben sie in "Gas für Nutzfahrzeugmotoren - Potenzial zur Reduktion der CO2-Emissionen". Gestützt wird seine Argumentation von den im Vergleich zum Diesel niedrigen Preis, staatlicher Förderungen sowie lokaler Verfügbarkeit.
Einfache Abgasnachbehandlung beim Erdgasmotor
Vor allem die Förderung macht Sinn. Denn die Nutzung von CNG und CBG (Compressed Bio Gas) hat nicht nur einen Vorteil in den Tank-to-Wheel(TTW)-Emissionen, sondern auch bei der Well-to-Wheel(WTW)-Betrachtung. "Die Nutzung von CBG führt gemittelt über unterschiedliche CBG Quellen zu einer negativen WTW CO2-Emission, da die Nutzung von Gülle zu einem positiven Effekt bezüglich des CO2-Äquivalents führt", schreiben die Autoren. Somit liegt die WTW-Emission noch unter der von synthetischem Diesel aus Biomasse und deutlich unter derjenigen von herkömmlichem Bio-Diesel.
Weil ein Erdgasmotor seinem Diesel-Pendant auch bei den Geräuschemissionen überlegen ist, "erlaubt dies den Innenstadtbetrieb in denjenigen Tagesrandzeiten, die in der Regel für Diesel-Lkw gesperrt sind". Es gibt auch gute Nachrichten für die Motorenentwickler. Im Vergleich zum Dieselmotor wird eine einfachere Abgasnachbehandlung benötigt. Gasmotoren weisen schon immer Partikelemissionen an der Nachweisgrenze auf. "Bis zur Einführung der neuesten Emissionsgesetzgebungen Euro VI beziehungsweise US10 konnten Magerkonzepte die jeweiligen Grenzwerte für Stickoxidemissionen ohne Abgasnachbehandlung einhalten", berichten die Autoren.
Das beste Konzept für das Brennverfahren
Doch welches Brennverfahren ist für Erdgas am Besten geeignet? Immerhin kommen für den Erdgas-Nutzfahrzeugmotor unterschiedliche Brennverfahrenskonzepte in Frage. "Nachdem in der Vergangenheit neben stöchiometrischen Konzepten oft wirkungsgradgünstigere homogene Magermotoren eingesetzt wurden, hat sich mit Einführung der neuesten Emissionsgesetzgebung in USA und Europa die Situation geändert."
Vor dem Hintergrund, dass in Europa und USA aktuell die Emissionsgrenzwerte von Nutzfahrzeug-Gasmotoren ähnlich definiert sind, ähneln sich die daraus abzuleitenden Randbedingungen für die Verfahrensauslegung und Abgasnachbehandlung weitgehend. Die Autoren sehen daher beim Erdgasmotor einen Trend zu stöchiometrischen Brennverfahren mit Dreiwege-Katalysator. Um den Wirkungsgrad zu verbessern und auch um Abgastemperaturen zu senken, empfehlen sie eine Kombination mit externer gekühlter AGR.
Zudem sehen sie in der zusätzlichen Nutzung der Abgaswärme beim fremdgezündeten Erdgasmotor - im Vergleich zum Dieselmotor mit seinen höheren Abgastemperaturen - erhebliches Potenzial zu einer weiteren Reduktion seiner bereits niedrigen CO2-Emissionen. "Dadurch können seine prinzipbedingten Wirkungsgradnachteile zumindest teilweise kompensiert werden."