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Über dieses Buch

Das Buch bietet einen allgemeinen Überblick über die verschiedenen Aspekte von Eigenschaften, Gewinnung, Speicherung und Anwendung von Erdgas und erneuerbarem Methan. Speziell wird der Betrieb von Fahrzeugen betrachtet, wobei der aktuelle Stand der Technik insbesondere in der CO2-Diskussion beleuchtet wird. Neben den fundierten Darstellungen zu Technik und Betrieb werden auch die künftigen Entwicklungen zur klimaneutralen Mobilität angesprochen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Grußworte

Erdgas (CNG und LNG) und erneuerbares Methan (Biomethan) können als Kraftstoffe einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Energie- und Klimaschutzziele der Bundesregierung leisten. Wir wollen auch mit Hilfe von Erdgas in einem ersten Schritt bis 2020 den Endenergieverbrauch im Verkehrssektor um 10 % senken. Erdgasmobilität kann hierbei helfen: Sie ist geeignet, die Energieeffizienz zu steigern, die Versorgungssicherheit zu erhöhen sowie die Geräuschemissionen zu mindern. Dies ist eine der Kernbotschaften der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung (MKS). Aus diesen Gründen unterstützt die Bundesregierung die Marktentwicklung von Erdgas und Biomethan in Deutschland. Wir fördern Erdgas als alternativen Kraftstoff mit einem vergünstigten Mineralölsteuersatz über das Energiesteuergesetz. Hierdurch wird Erdgas im Hinblick auf die Gesamtkosten mit konventionellen Antrieben (Diesel/Otto) konkurrenzfähig. Im Koalitionsvertrag ist festgelegt, dass diese Steuerprivilegierung über das Jahr 2018 hinaus fortgesetzt wird, um dem Verbraucher die notwendige Planungssicherheit zu geben.
Rainer Bomba, Ulrich Eichhorn, Jakob Seiler

2. Klimaneutraler Verkehr – Erdgas und Methan als Teil der Lösung

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. Auf die Umwelt und damit auch auf den Menschen hat motorisierter Verkehr, wie er sich derzeit gestaltet, viele negative Auswirkungen: Treibhausgasemissionen, Luftverschmutzung, Lärm, Flächeninanspruchnahme und Ressourcenverbrauch für die Herstellung der Infrastruktur und der Fahrzeuge oder die Bereitstellung der Kraftstoffe (siehe auch [1]). Im Mittelpunkt dieses Beitrages stehen die vom motorisierten Verkehr verursachten Treibhausgasemissionen.
Lars Mönch, Katrin Dziekan, Kirsten Adlunger

3. Geschichtlicher Rückblick

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. Möglich wurde diese energetische Entgrenzung durch den Übergang vom auf regenerativen Energien – also Holz und Muskelkraft, Wind- und Wasserkraft – beruhenden agrarischen Energiesystem der vorindustriellen Zeit zum Fossil-Energiesystem des industriellen Zeitalters. Die nun massenhaft genutzten fossilen Brennstoffe Kohle, und im 20. Jahrhundert dann zunehmend Erdöl, standen zunächst scheinbar unbegrenzt und vor allem ausgesprochen preiswert zur Verfügung.
Reinhold Bauer

4. Erdgas und erneuerbares Methan

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. Bei der Erdgasaufbereitung wird das gewonnene Erdgas zunächst von Schwefel und anderen störenden Komponenten gereinigt, und es werden durch Trocknungsprozesse Wasser und langkettige Kohlenwasserstoffe dem Gas entzogen. Die Rolle des Erdgases beim Ausbau alternativer und erneuerbarer Energien ist von wachsender Bedeutung. Derzeit werden in Deutschland circa 80 % des Erdgases im Wärmemarkt verwendet, das heißt Erdgas wird nur zum geringeren Teil in der Stromerzeugung oder im Bereich der Mobilität eingesetzt [1]. Jedoch wird im Verkehrssektor der Einsatz stetig zunehmen.
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 Hammer, Michael Specht, Jochen Brellochs, Volkmar Frick, Bernd Stürmer, Ulrich Zuberbühler, Joachim Krassowski, Oliver Jochum, Helmut Eichlseder, Hendrik Gosda

5. Fahrzeugentwicklung für Erdgas und erneuerbares Methan

Erdgasfahrzeuge sind eine bereits heute verfügbare und ausgereifte Technologie zur Lösung der durch Automobile verursachten Umweltprobleme. Der Vorteil beruht auf den Eigenschaften des Haupt-Kraftstoffanteils Methan. Bei Einhaltung von Mindest-Kraftstoffstandards ist es für die Fahrzeugtechnik gleich, ob das Methan viele Millionen Jahre oder erst wenige Tage alt ist. Es besteht vollkommene Kompatibilität zwischen fossilen und erneuerbaren Quellen für diesen einfachsten aller Kohlenwasserstoffe. Sein größtmögliches Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff und die daraus resultierenden Eigenschaften machen Methan über die Erzeugung/Verfügbarkeit (fossil & regenerativ), den vertretbaren Aufwand im Kraftstoffsystem und die motorischen und Umwelteigenschaften zu einem idealen Kraftstoff.
Michael Bargende, Andreas Jauss, Holger Winkelmann, Thorsten B. Bender, Ayhan Sarikaya, Mahir Tim Keskin, David Lejsek, Winfried Langer, Andreas Kufferath, Manfred Adolf, Alexander Schenk, Matthias Budde, Michael Becker, Rolf Sauerstein, Sascha Weiske, Helge Wollenhaupt, Klaus Wunderlich, Albert Ebner, Peter Heine, Peter Volz, Eduard Köhler, Ulrich Philipp, Günter Figer, Florian Winke, Timm Kehler, Florian Feix, Claudia Petersen, Michael Schaarschmidt

6. Off-Highway-Gasmotoren

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. Gasbetriebene Verbrennungsmotoren mit einer Leistung von > 500 kW werden heute vor allem zur dezentralen Energieversorgung (Strom oder Strom-Wärmekopplung), zum Antrieb von Verdichtern bei der Förderung und Verteilung von Gas (Mechanical Drive), aber auch zum Antrieb von zum Beispiel Gastankern (Marine) eingesetzt.
Christian Trapp, Robert Böwing, Georg Tinschmann

7. Ausblick

„Erdgas ist Kaviar für den Motor.“
Diesen Satz kennen wir schon so lange, dass wahrscheinlich niemand mehr weiß, welcher kluge Kopf ihn zuerst formuliert hat. Gemeint ist damit, dass Methan als Hauptbestandteil von Erdgas eine fast vollständig partikelfreie, das heißt „rückstandsfreie“ Verbrennung ermöglicht und seine Zündunwilligkeit zu einer hohen Klopffestigkeit führt, welche hohe Verdichtungsverhältnisse und damit gute Wirkungsgrade ermöglicht. In früheren Zeiten, als Vergaser noch den Standard für Gemischaufbereitungssysteme an Benzinmotoren darstellten, ergaben sich weitere Vorteile durch die Verwendung eines Gasmischers. So konnte mit relativ einfachen Mitteln ein recht homogenes Gas- Luft-Gemisch dargestellt werden, und es waren weder Vergaservereisung im Winter noch Dampfblasenbildung im Sommer zu befürchten.
Michael Bargende

Backmatter

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