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2023 | Buch

Klimaneutraler Verkehr – Erdgas und Methan als Teil der Lösung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Erdgas, erneuerbares Methan und E-Kraftstoffe für den Fahrzeugantrieb

Monovalente und gemischte Verbrennung von gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen – Wege zu einer breiten klimaneutralen Mobilität

herausgegeben von: Richard van Basshuysen, Rudolf Flierl

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Der Fahrzeugantrieb

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das Buch bietet einen detaillierten Überblick über die verschiedenen Aspekte von Eigenschaften, Gewinnung, Speicherung und Anwendung von Erdgas, erneuerbarem Methan und synthetischen E-Kraftstoffen. Der aktuelle Forschungsstand zu elektrisch erzeugten Kraftstoffen (E-Kraftstoffe/Fuels) wird durch einen FVV-Bericht aufgezeigt. In dieser neuen Auflage wird nicht nur die monovalente Verbrennung dieser Kraftstoffe in Fahrzeugen betrachtet, sondern auch die Vorteile einer gleichzeitigen Verbrennung von gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen vermittelt. Neben den fundierten Darstellungen zu Technik und Betrieb wird die aktuelle CO2-Diskussion und die zukünftigen Entwicklungen zu einer klimaneutralen Mobilität erörtert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Klimaneutraler Verkehr – Erdgas und Methan als Teil der Lösung
Zusammenfassung
Verkehr gilt als wichtige Voraussetzung für wirtschaftlichen Austausch und individuellen Wohlstand. Gute Verkehrssysteme helfen, die Mobilitätsbedürfnisse der Menschen zu befriedigen. Im Rahmen des Individualverkehrs nimmt der Pkw-Verkehr eine dominierende Rolle ein, doch auch im Güterverkehr ist der Straßenverkehr der zentrale Verkehrsträger.
Lars Mönch, Katrin Dziekan, Martin Lange, Kirsten Adlunger
Kapitel 2. Geschichtlicher Rückblick
Zusammenfassung
Die sich in Großbritannien im letzten Drittel des 18. Jahrhunderts formierende Industrialisierung beruhte nicht zuletzt auf einer „energetischen Entgrenzung“, als deren Folge sich der durchschnittliche Energiekonsum pro Kopf der Weltbevölkerung in den vergangenen etwa 200 Jahren beträchtlich, nämlich um etwa das 15-fache, erhöhte. Wohlgemerkt: Hierbei handelt es sich um einen durchschnittlichen Wert bezogen auf die gesamte Weltbevölkerung, die sich zudem im gleichen Zeitraum etwa versiebenfacht hat.
Reinhold Bauer
Kapitel 3. E-Fuels/Kraftstoffe
Zusammenfassung
Bis zum Jahr 2050 soll die Bundesrepublik Deutschland – dem Klimaschutzplan 2050 entsprechend – weitgehend treibhausgasneutral werden. Die vollständige Dekarbonisierung des Verkehrssektors ist mit verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen unter Verwendung von fossilen Kraftstoffen nicht zu erreichen. Das gilt auch dann, wenn das gesamte verbleibende verbrennungs­motorische und fahrzeugseitige Optimierungspotenzial aus­geschöpft wird. Um die CO2-Emissionsziele zu erreichen, sind daher geeignete Konzepte erforderlich.
Ulrich Kramer, Stephan Stollenwerk, Ralf Thee
Kapitel 4. Erdgas und erneuerbares Methan
Zusammenfassung
Nach gängiger Hypothese ist Erdgas ein fossiler Energieträger, der wie Erdöl durch Umwandlungsprozesse organischer Stoffe unter hohem Druck und unter Abwesenheit von Sauerstoff im Erdinneren entstand und daher als Naturprodukt abhängig vom geologischen Fundort in seiner Zusammensetzung schwankt. Der Hauptanteil ist immer Methan, der zwischen 75 bis 98 % variiert. Die weiteren Anteile bestehen hauptsächlich aus Stickstoff, Ethan und Kohlenstoffdioxid.
Jörg Neugärtner, Adalbert Wolany, Michael Bargende, Siegfried Bajohr, Frank Graf, Nantje T. Zimmermann, Janet Hochi, Reinhard Schultz, Franziska Müller-Langer, Marco Klemm, Michael Schlüter, Reinhard Otten, Tobias Block, Elias Hammer, Michael Specht, Jochen Brellochs, Volkmar Frick, Bernd Stürmer, Ulrich Zuberbühler, Joachim Krassowski, Oliver Jochum
Kapitel 5. Gemische aus Methan und Wasserstoff
Zusammenfassung
Gasförmige Kraftstoffe, die als Gemische fast immer Anteile von Methan und Wasserstoff enthalten, spielten in der Frühzeit der Verbrennungskraftmaschine (und damit bei ortsfesten Anwendungen) eine entscheidende Rolle. Die in dieser Zeit tätigen und bekannten Erfinder sind die Italiener Barsanti und Matteucci (1854) und vor allem Lenoir, der 1860 Gasmotoren zum praktischen Einsatz bringen konnte [1]. Das Bestreben von Nikolaus August Otto war es zunächst auch, die Lenoir Maschine zu verbessern, wofür ihm dann 1876 auch der Nachweis mit Leuchtgas (einem Gasgemisch mit einem Anteil von 50 Vol.-% Wasserstoff und etwa 25 % Methan [2]) als Kraftstoff gelang und das berühmte Patent erteilt wurde.
Helmut Eichlseder
Kapitel 6. Fahrzeugentwicklung für gasförmige und flüssige Kraftstoffe
Zusammenfassung
Nach Definition gelten Motoren die mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden können, als bivalent. Dies bedeutet, dass die beiden Kraftstoffe gemeinsam im Fahrzeug mitgeführt werden und eine Umschaltung der Kraftstoffart ohne Hardwareänderung möglich ist.
Jörg Neugärtner, Adalber Wolany, Michael Bargende, Mahir-Tim Keskin, David Lejsek, Winfried Langer, Andreas Kufferath, Manfred Adolf, Alexander Schenk, Matthias Budde, Rolf Sauerstein, Sascha Weiske, Michael Becker, Helge Wollenhaupt, Klaus Wunderlich, Albert Ebner, Peter Heine, Peter Volz, Eduard Köhler, Ulrich Philipp, Andreas Jauss, Holger Winkelmann, Thorsten B. Bender, Ayhan Sarikaya, Florian Winke
Kapitel 7. Zweistoffverbrennung von gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen
Zusammenfassung
Methan als wesentlicher Bestandteil des Erdgases ist ein ausgezeichneter Kraftstoff, der aufgrund des chemischen Aufbaus mit nur einem C-Atom und 4 H-Atomen die geringsten CO2-Emissionsmengen der kohlenstoffbasierten Kraftstoffe bei der Verbrennung emittiert. Gegenüber einem Dieselmotor werden.
Rudolf Flierl, Andreas Wegmann, Christoph Hörhammer, Thorsten Fuchs
Kapitel 8. Motorenkonzepte für LKW mit gasförmigen Kraftstoffen
Zusammenfassung
Für die Anwendung für mittlere und schwere Nutzfahrzeuge stellen Erdgasmotoren eine wirtschaftlich interessante Antriebsstranglösung als Alternative zum Dieselmotor dar. Die Kombination aus langfristig niedrigem Erdgaspreis sowie staatlichen und lokalen Subventionen für treibhausgasreduzierende Antriebslösungen stellen für Flottenbetreiber oft überzeugende Argumente dar, um den Umstieg von Diesel- auf Erdgasantrieb zu forcieren. Darüber hinaus führt der stetig wachsende Straßentransportsektor trotz immer effizienterer Antriebstechnologien zu steigenden CO2-Emissionen.
Günter Figer
Kapitel 9. Off-Highway-Gasmotoren
Zusammenfassung
Der Einsatzbereich von Gasmotoren ist heute äußerst vielfältig. Off-Highway-betriebene Gasmotoren – also Motoren, die nicht für Straßenfahrzeuge vorgesehen sind – werden zunehmend auch für Anwendungen vorgesehen, die noch vor wenigen Jahren fast ausschließlich mit Dieselmotoren bedient wurden.
Christian Trapp, Robert Böwing, Georg Tinschmann
Kapitel 10. Gesamtsystemvergleich: Mobilität mit Methan im Vergleich zu anderen Antriebskonzepten und Energieträgern
Zusammenfassung
Methan als Kraftstoff – wie die vorherigen Kapitel gezeigt haben, hat das Thema viele unterschiedliche Facetten, und aus der Perspektive einer Welt, in der über 99 % der Fahrzeuge über einen Verbrennungsmotor verfügen und zu über 90 % erdölbasierte Energieträger verwenden, ist Methan als Energieträger für den Verkehr ganz offensichtlich ein Schritt in die richtige Richtung. Doch für viele Marktteilnehmer und Entscheidungsträger erscheinen CNG- und LNG-Fahrzeuge schon jetzt, wo sich auch in Europa die Chance auf einen Durchbruch abzeichnet, als eine überholte Alternative. Denn erste batterie- oder wasserstoffbetriebene Elektrofahrzeuge sind auf dem Markt und künden von einer kohlenstofffreien Nullemissions-Zukunft mit Tank-to-Wheel-Wirkungsgraden, die auf den ersten Blick jedes Auto mit Verbrennungsmotor alt aussehen lassen.
Reinhard Otten, Hendrik Gosda
Kapitel 11. Der Markt für den Kraftstoff Erdgas
Zusammenfassung
Auch wenn sich die Öffentlichkeit momentan mehr für die nur langsam Fahrt aufnehmende Elektromobilität interessiert, bieten Autohersteller seit einigen Jahren verstärkt neue Modelle mit Erdgasantrieb an. Das hat den Hintergrund, dass die Politik zunehmend fordert, Treibhausgas- und Schadstoffemissionen zu reduzieren, aber auch darauf aus ist, die Abhängigkeit von Ölimporten abzubauen. Die Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung aus dem Jahr 2013 sieht deshalb vor, den Endenergieverbrauch im Verkehr gegenüber 2005 um rund zehn Prozent bis 2020 und um 40 % bis 2050 zu verringern.
Timm Kehler, Florian Feix, Claudia Petersen, Michael Schaarschmidt
Kapitel 12. Ausblick
Zusammenfassung
Der Herbst 2019 war geprägt durch eine weltumfassende und detaillierte Diskussion, wie ein für uns alle gefährlicher und unberechenbarer Klimawandel noch abgewendet werden kann. Die deutsche Regierung hat im September 2019 ein umfangreiches Klimapaket verabschiedet, das zu erheblichen Diskussionen geführt hat. Greta Thunberg, eine bekannte Umweltaktivistin, die eine bemerkungswerte Rede zum UN-Klimagipfel hielt, versucht die Weltgemeinschaft wachzurütteln und verlangt drastische Maßnahmen, um die Klimaerwärmung zu begrenzen.
Rudolf Flierl
Backmatter
Metadaten
Titel
Erdgas, erneuerbares Methan und E-Kraftstoffe für den Fahrzeugantrieb
herausgegeben von
Richard van Basshuysen
Rudolf Flierl
Copyright-Jahr
2023
Electronic ISBN
978-3-658-28857-0
Print ISBN
978-3-658-28856-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28857-0

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