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11.02.2016 | Betriebsstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

CNG hinkt LPG hinterher

Autor:
Martin Westerhoff

CNG- schlagen LPG-Pkw laut Zulassungsstatistik. Tatsächlich sind LPG-Fahrzeuge deutlich verbreiteter. CNG-Antriebe müssen technologisch aufholen, wenn Benzin und Diesel substituiert werden sollen.

Die Elektrifizierung schreitet voran, um den CO2-Flottengrenzwert für alle neu zugelassenen Pkw ab 2020 auf 95 g/km zu senken. Dabei könnte Erdgas ein Teil der Lösung sein, um das von den EU-Mitgliedsstaaten vereinbarte Limit zu erfüllen. Zumindest liegen die Vorteile klar auf der Hand, wenn es als Kraftstoff in Ottomotoren genutzt wird: Durch das günstige Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis von Methan - vier Wasserstoff-Atome sind jeweils an nur ein Kohlenstoff-Atom gebunden (4:1) - ist der CO2-Ausstoß im Vergleich zu Benzin (2,25:1) um bis zu 30 Prozent geringer. Außerdem liegen die Emissionsvorteile bei CO, NOx und höheren Kohlenwasserstoffen bis zu 80 Prozent unter denen von Flüssigkraftstoffen. Sowohl für komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG) als auch Autogas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) bestehen in vielen Ländern wie Deutschland Steuervergünstigungen, die zu vergleichsweise geringen Betriebskosten führen. Dennoch wurden in Deutschland im Jahr 2014 nach den Zahlen des Kraftfahrtbundesamtes gerade einmal 8194 Pkw mit CNG-Antrieb zugelassen. Die Anzahl der LPG-Pkw im gleichen Zeitraum liegt mit 6234 sogar noch darunter.

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Dennoch zeigt sich ein deutliches Phänomen, das nur dem Aftermarket und der Nachrüstung von Pkw mit LPG-Anlagen geschuldet sein kann: Nach dem Bestand des unabhängigen Tankstellenverzeichnisses gas-tankstellen.info hat sich die Anzahl der LPG-Tankmöglichkeiten in Deutschland in den vergangenen zehn Jahren um mehr als den Faktor 10 vervielfacht, während sich das Angebot an CNG-Tankstellen nur um den Faktor 1,75 gesteigert hat. Stand das Verhältnis im Januar 2005 noch bei 661 LPG- zu 525 CNG-Tankstellen, brachte die Gegenüberstellung im Januar 2015 6718 LPG- zu 921 CNG-Tankstellen. Zum Vergleich: 14209 Tankstellen gab es laut ADAC zum gleichen Zeitpunkt insgesamt in Deutschland.

Erdgasproduktion ist unabhängig

Der Haken an dieser Entwicklung: Die Fahrzeughersteller können sich weder nachgerüstete Gasanlagen anrechnen lassen, noch ist das Propan-Butan-Gemisch LPG trotz seines CO2-Vorteils von bis zu 15 Prozent ein tatsächlicher Ersatz für Benzin oder Diesel. Denn dessen drei Hauptquellen sind Ölraffinationsverfahren, die Erdölförderung selbst und nicht zuletzt Erdgasquellen, wie Javier Ariztegui, Jaime Gutierrez, Alois Fürhapter und Hubert Friedl im Artikel LPG-Flüssiggas-Direkteinspritzung für Turbo-Ottomotoren aus der MTZ 10-2015 ausführen. Das bedeutet: Sinkt die Produktion von Benzin und Diesel, ist ergo auch automatisch weniger LPG verfügbar. Basierend auf Zahlen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) liegt bei Erdgas dagegen die statistische Reichweite für Reserven bei 58 Jahren und für die bekannten Ressourcen bei weiteren 294 Jahren - gemessen am heutigen Verbrauch. Zudem kann Methan über verschiedene Verfahren auch regenerativ hergestellt werden - und ist damit eine Brückentechnologie zur klimaneutralen Mobilität, wie zum Beispiel aus dem Kapitel Klimaneutraler Verkehr - Erdgas und Methan als Teil der Lösung aus dem Buch Erdgas und erneuerbares Methan für den Fahrzeugantrieb von Richard van Basshuysen darstellt.

Direkteinblasung stellt hohe Anforderungen an Injektoren

Während eine LPG-Direkteinspritzung inzwischen bei DI-Ottomotoren sogar nachgerüstet werden kann, steckt die Methan-Direkteinblasung für CNG-Motoren noch in der Entwicklungsphase. Sie gilt als Schlüsseltechnik, um CNG-Motoren leistungs- und drehmomentstärker zu gestalten. So verspricht die Direkteinblasung Füllungsvorteile und keine Probleme bei der Gleichverteilung des CNG-Luftgemischs wie bei der derzeit angewandten Saugrohreinblasung. An entsprechenden Injektoren arbeiten derzeit sowohl Delphi als auch Bosch. Für das Demonstrator-Fahrzeug Cult wurde in Österreich bereits ein monovalenter CNG-Motor aufgebaut, der mit Prototypen-Injektoren von Delphi über eine Direkteinblasung verfügte.

Neben einer "wesentlich verbesserten Zylinderfüllung" hält Professor Dr. Peter Hofmann vom Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der Technischen Universität Wien einen weiteren großen Vorteil fest: "Bei niedrigen Motordrehzahlen und hohen Lasten kann ein spülender Ladungswechsel - bekannt als Scavenging - eingestellt werden. Zusammen mit dem Füllungsvorteil kann das Nenndrehmoment bereits bei einer rund 500/min niedrigeren Drehzahl im Vergleich zur Saugrohreinblasung erreicht werden, wodurch ein wesentlich dynamischeres Fahren erlaubt wird", wird der Forscher im Artikel Erdgas - Die greifbare Chance aus der MTZ 2-2016 zitiert. Mit längeren Getriebeübersetzungen, so Hofmann, kann somit "der durchschnittliche Verbrauch um 1 bis 2 Prozent abgesenkt werden".

Trotz des erfolgreichen Projekts sieht der Wissenschaftler noch einige Hürden. "Die größte Herausforderung bei der Serieneinführung der Methan-Direkteinblasung ist die Darstellung von entsprechenden CNG-DI-Injektoren, die durch die reduzierten Schmiereigenschaften und geringe Gasdichte erhöhten Anforderungen bezüglich Leckage und Abrieb über die Lebensdauer erfüllen und zu konkurrenzfähigen Preisen hergestellt werden können", gibt er zu bedenken.

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