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Flüssiggas

durch Kühlung oder Kompression verflüssigte Gase
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Als Flüssiggas, auch LPG (Liquified Petroleum Gas) oder Autogas genannt, bezeichnet man ein Gemisch aus Propan und Butan. Es kann sich aber auch um reines Propan oder reines Butan handeln. Anstelle von Flüssiggas wird zum Teil auch der Begriff „Treibgas“ benutzt. Flüssiggas ist nicht zu verwechseln mit Flüssigerdgas (LNG).

Eigenschaften

Flüssiggas besteht aus leicht verflüssigbaren Kohlenwasserstoff-Verbindungen (CmHn) mit 3 oder 4 Kohlenstoff-Atomen. Es kann sich dabei um eine einzelne Verbindung oder um eine Mischung mehrerer Verbindungen handeln.

Die Hauptbestandteile von Flüssiggas sind:

  • Propan C3H8
  • Propen (Propylen) C3H6 (mit C-Doppelbindung)
  • Butan C4H10
  • Buten (Butylen) C4H8 (mit C-Doppelbindung)

Es ist im gasförmigen Aggregatzustand schwerer als Luft. Es wird aber unter Druck transportiert und gelagert. Bereits unter sehr geringem Druck (etwa 8 bar) wird es bei Normaltemperatur flüssig. Es ist leicht brennbar und verbrennt explosionsartig. Die Explosionsgrenzen liegen je nach Mischungsverhältnis zwischen (1,5 ... 9) % Anteil in der Luft. Der Siedepunkt liegt bei ca. -10 bis 0 °C.
Bei Transporten muss es eine Kennzeichnung nach ADR haben, und zwar mit einer UN-Nummer 1965 und der Kemler-Zahl 23.

Flüssiggas hat einen Energieinhalt von 12,9 kWh/kg und eine Dichte von 0,54 g/cm³ (Propan 0,51 g/cm³ und Butan 0,58 g/cm³)

Heiz- und Kochzwecke

In ländlichen Gegenden, wo es keine Erdgasversorgung gibt. Dazu wird das Flüssiggas in Tanks gelagert, wo es mit Tankfahrzeugen angeliefert wird.
In kleineren Mengen wird es in Gasflaschen oder in Gaskartuschen im Campingbereich eingesetzt.
Zum Grillen im Freien mit Gasgrills wird meist dieses Gas in 5l- oder 11l-Gasflaschen verwendet.

Feuerzeuggas

Das Gas wird vielfach in handelsüblichen Feuerzeugen eingesetzt.

Kältemittel

Verwendung in Klimaanlagen als FCKW-Ersatz

Flüssiggaskraftstoff (Autogas, LPG)

Flüssiggas findet auch Anwendung als Kraftstoff für Ottomotoren. Bereits in den 1970er Jahren war es in Italien sehr verbreitet und ist es geblieben. Auch die gesamte Autobusflotte der Wiener Verkehrsbetriebe fährt seitdem mit Flüssiggas. Es verbrennt umweltfreundlicher als Benzin. Der Schadstoffausstoß von Stickoxiden beträgt etwa 20 %, CO2 Emissionen vermindern sich um 15% und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um 50%. Zudem lassen sich LPG-Abgase durch die bessere chemische Verwertbarkeit bei niedrigeren Temperaturen in Fahrzeugkatalysatoren umsetzen. Durch die rückstandsfreie Verbrennung werden häufig Gabelstapler mit Flüssiggas betrieben und ersetzen somit Dieselstapler, die Ruß und hohe Mengen an Stickoxiden emittieren. Flüssiggasbetriebene Gabelstapler dürfen als einzige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in geschlossenen Räumen betrieben werden. Zuerst war LPG bei den Taxis, später auch im privaten KFZ-Bereich, in den 1980er Jahren in Österreich durch günstige Preise sehr verbreitet. Durch die höhere Besteuerung wurde es in Österreich aber wieder uninteressant.

Heute ist Flüssiggas als Kraftstoff in einigen europäischen Nachbarländern (wie BE, NL, GB, PL, IT, F ...) etabliert. In Deutschland hat es eine wachsende Bedeutung. Momentan (Stand 2005) wird Flüssiggas (LPG/Autogas) und Erdgas (CNG/LNG) zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bezüglich des Brennwertes bis Ende 2009 gleich niedrig besteuert, ab 2010 gilt eine Steuervergünstigung bis 2020 nur noch für Erdgasfahrzeuge (CNG/LNG). In der Schweiz udn Östererich gibt es ab 2006/2007 gleichfalls eine Steuerreduktion nur für Erdgaskraftstoff. Bei Flüssiggas (Autogas/LPG) wird eine Verlängerung der Steuerbegünstigung im Rahmen der EU-Harmonisierung erwartet.

Fahrzeugumrüstung

Eine Umrüstung der PKW auf Flüssiggas (LPG) ist relativ unkompliziert. Fast jedes Fahrzeug mit Benzinmotor kann für etwa 1.500 bis 2.800 Euro umgebaut werden. Das Leergewicht einer LPG-Anlage beträgt nur etwa 25 kg. Der Tank findet seinen Platz entweder in der Reserveradmulde (40 bis 72 Liter, das Reserverad wird dann durch ein Pannenset ersetzt) oder im Kofferraum (60 bis 120 Liter). Die Reichweite beträgt je nach Verbrauch 400 km bis 1.000 km. Beim Umbau bleibt der Benzintank erhalten, so dass das Fahrzeug wahlweise mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden kann (bivalenter Antrieb). Das Umschalten zwischen Benzin- und Flüssiggasbetrieb kann wahlweise während der Fahrt erfolgen. Mit dem Einbau ist also auch eine erhebliche Reichweitenerhöhung verbunden, sofern auch noch entsprechend Benzin mitgeführt wird. Man beachte aber, dass gegenüber Benzin ein Mehrverbrauch von 25% für LPG angesetzt werden muss.

Technik

Technik: Allgemein werden mit Autogas betriebene KFZ auf Benzin gestartet und nach kurzer Vorwärmzeit automatisch auf Gasbetrieb umgestellt. Es ist daher auch immer eine geringe Menge Benzin zum Betrieb notwendig. Es wird zwischen Venturianlagen, sequenziellen Anlagen sowie LPI Anlagen unterschieden.

Die ersten beiden Anlagentypen haben gemeinsam, dass das im Tank unter Druck befindliche flüssige Gas dem Motor über einen Verdampfer und Druckregler gasförmig zugeführt wird. Der Verdampfer muss zur Kompensation der Verdunstungswärme ("Kältesprayeffekt") mit warmem Kühlwasser geheizt werden. Daher wird bei allen Autogasanlagen dieser Typen erst bei Kühlwassertemperaturen von 20 bis 30°C auf Gas umgeschaltet (wenige hundert Meter Fahrstrecke im Sommer bzw. 1-2 km im Winter).

Seit 2004 werden auch LPI-Anlagen angeboten. Diese Systeme fördern mittels einer Kraftstoffpumpe flüssiges Gas unter Druck in einer Ringleitung, von wo es durch Dosierventile in flüssiger Form in den Ansaugtrakt gespritzt wird. Durch die Verdunstungskälte kommt es zu einem Kühleffekt der Ansaugluft, der je nach Last ca 5..15°C betragen kann. Dadurch kommt es zu einer geringfügigen Leistungssteigerung (siehe Turbomotor / Ladeluftkühler).

Venturitechnik

Die Venturitechnik ist die älteste und preiswerteste Lösung. Hierbei wird ein unterdruckgesteuertes Dosierventil in den Ansaugstutzen montiert und Gas unterdruckgesteuert dosiert. Durch die Verengung des Ansaugquerschnitts ist mit einem leichten Leistungsverlust und einem höheren Mehrverbrauch zu rechnen. Diese Technik ist bis zur Abgasnorm E2 ohne Verlust einer Steuerklasse geeignet.

Teilsequenzielle Anlagen

Teilsequenzielle Anlagen verwenden ein präziseres elektronisch gesteuertes Dosierventil, welches das Gas mittels eines sternförmigen Gasverteilers in die Ansaugstutzen der Zylinder leitet. Eine Querschnittsverengung und damit ein Leistungsverlust findet nicht statt. Diese Anlagen verfügen häufig über einen eigenen programmierbaren Kennfeldgeber für den Gasbetrieb. Daher lassen sich auch ältere Automobile und PKW bis zur Schadstoffnorm E3 mit diesem System ausstatten.

Vollsequenzielle Anlagen

Vollsequenzielle Anlagen (zur Zeit Stand der Technik) verfügen über ein eigenes Dosierventil je Zylinder. Diese modernen Anlagen verfügen häufig nicht mehr über einen eigenen autonomen Kennfeldgeber, sondern rechnen das im Bordcomputer abgelegte Einspritzkennfeld für Benzin auf äquivalente Gasmengen um. Daher ist die Umrüstung und Programmierung einfacher, erfordert jedoch einen mit der OBD2-Schnittstellennorm ausgestatteten PKW (seit Baujahr 1999 Stand der KFZ-Technik). Die Abgasnorm E4 wird problemlos erreicht bzw. unterboten.

Verbreitung

In Deutschland gibt es (Stand Juli 2005) ca. 867 Autogastankstellen, Tendenz steigend, allerdings in Konkurrenz zu Erdgastankstellen (ca. 605). In anderen europäischen Ländern (Niederlande, Belgien, Italien, Polen, Frankreich usw...) besteht ein flächendeckendes Netz. Die Preise für Autogas liegen in Deutschland bei ca. 0,40 bis 0,63 €/l, im Ausland bei ca. 0,30 - 0,60 €/l Bei dem Preisvergleich mit Benzin muss allerdings noch berücksichtigt werden, dass der Literverbrauch bei Flüssiggasbetrieb um etwa 25 % steigt, da Flüssiggas im Vergleich zum Benzin eine erheblich geringere Dichte und somit einen geringeren Brennwert je Liter hat. Daher kann beim Vergleich der Kraftstoffkosten zwischen Benzin/Super und Flüssiggas von einer Halbierung der Kraftstoffkosten ausgegangen werden. Ottomotoren können daher etwa mit den Kraftstoffkosten eines entsprechenden Diesels betrieben werden und dies bei weit geringeren Schadstoffemissionen bei erhöhter Laufruhe. Autogastankstellen für Firmenflotten können ab etwa 5.000 € eingerichtet und mit etwa 40..45 Cent/l beliefert werden. Eine geeichte Zapfsäule samt Datenübermittlung für Kassensysteme kostet etwa 15.000 bis 20.000 €.

Zum Thema Sicherheit schreibt der ADAC: "Es gibt keine Hinweise aus der Praxis, dass bei diesen Fahrzeugen ein erhöhtes Sicherheitsrisiko besteht, auch nicht aus jenen Ländern, wo relativ viele Autogasautos zugelassen sind. Crash- und Brandtests zeigen, dass Autogasautos nicht gefährlicher sind als vergleichbare Benzinfahrzeuge." Autogastanks sind mit Rohrabrissventilen ausgestattet. Sollte bei einem Crash der Tank aus der Halterung gerissen werden und Leitungen abreissen, so werden die entsprechenden Anschlüsse sofort versiegelt. Alle Tanks sind mit Schmelzsicherungen ausgestattet, sodaß im Brandfall Gas kontrolliert entweichen und abbrennen kann, um ein spontanes Bersten des Stahltanks durch grosse Hitze zu vermeiden.

Vergleich Erdgas (CNG) und Flüssiggas (LPG) für Kraftfahrzeuge

  • chemisch
  • physikalisch
    • LPG wird bei etwa 5..10 bar Druck flüssig gespeichert (ca 400 g Kraftstoff je Liter Tankvolumen)
    • CNG wird gasförmig bei etwa 200 bar gespeichert (ca 160g Kraftstoff je Liter Tankvolumen) und von einem Hochdruckregler auf 7 bar verringert.
  • Tanktechnik
    • CNG erfordert im Kofferraum untergebrachte Zylindertanks oder bei Serienfahrzeugen unterflur angeordnete Tanks um keinen Kofferraumverlust zu haben, welche über 600 bar Prüfdruck standhalten müssen.
    • LPG gestattet Radmuldentanks und somit keinen Kofferraumverlust. Zylindertanks sind mit Volumina bis über 100l verfügbar, Radmuldentanks werden je nach Muldengrösse bis 72l angeboten. Es ist darauf zu achten, daß das Nettotankvolumen 80% des Bruttovolumens beträgt. Dies ist aus Sicherheitsgründen (Ausdehnung im heissen Fahrzeug) erforderlich. Der Prüfdruck dieser Tankanlagen (TÜV) liegt bei 40 bar mit üblichen Betriebsdrücken von 8 bis 12 bar.
  • Verbreitung
    • CNG: bevorzugt Deutschland (ca. 30.000 Fahrzeuge), Schweiz, Österreich, Italien, Argentinien. Aktuell gibt es 602 öffentliche Tankstellen in Deutschland.
    • LPG: Hauptsächlich Frankreich, Polen, Spanien, Benelux und England. Deutschland ist hier EU weit (wie üblich) quasi Schlusslicht. In Deutschland gibt es nach Angaben des Kraftfahrzeugbundesamtes 6.203 Fahrzeuge (Stand: Jnauar 2004).
  • praktische Konsequenzen
    • LPG ist als Kraftstoff etwas teurer als CNG, die Umbauten sind durch den geringeren Druck und die weltweit höhere Verbreitung deutlich billiger und erzielbare Reichweiten allgemein höher. Wird ein Ottomotor auf Gasbetrieb nachgerüstet, so bietet sich aus Kosten- und Platzgründen häufig LPG an.
    • CNG ist als Kraftstoff etwas billiger als LPG (Faustregel: 1 kg Erdgas = 1.4l Super = 1.65 l LPG), erfordert jedoch schwere Tanks und erlaubt nur geringe Reichweiten von meist 240...300 km je nach Verbrauch. Ist ein Fahrzeug ab Werk mit Unterflurtanks ausgestattet, so sind auch bei CNG Reichweiten von über 400 km mit einer Tankfüllung erreichbar. Häufig werden Neuanschaffung und Umrüstung vom örtlichen Gasversorgungsunternehmen gefördert

Fazit: Je nach Tankstellenverfügbarkeit, Fahrzeugtyp, Nutzungsprofil und voraussichtlicher Nutzungsdauer muss jeder daher individuell abschätzen, welche Technik angebracht ist. Als Faustregel kann festgehalten werden:

  • Neufahrzeug bzw. Stadtverkehr: CNG (Reichweite von monovalenten und bivalenten Fahrzeugen im Erdgasbetrieb bis 400 km ohne erneutes Tanken)
  • Gebrauchtwagen bzw. Langstreckeneinsatz: LPG

Vergleich der Kraftstoffarten

  • Superbenzin: Dichte 740 kg/m³ fl., Heizwert 12,0 kWh/kg, CO²-Ausstoß 162 g/km
  • Diesel: Dichte 830 kg/m³ fl., Heizwert 11,8 kWh/kg, CO²-Ausstoß 145 g/km
  • Autogas: Dichte 540 kg/m³ fl., Heizwert 12,8 kWh/kg, CO²-Ausstoß 146 g/km
  • Erdgas H-Gas: Dichte 0,81 kg/Nm³ g., Heizwert 13,0 kWh/kg, CO²-Ausstoß 123 g/km
  • Erdgas L-Gas: Dichte 0,82 kg/Nm³ g., Heizwert 11,3 kWh/kg, CO²-Ausstoß 123 g/km

Sicherheitsbestimmungen

Generell ist beim Betrieb von Flüssiggasanlagen von einer Explosionsgefahr auszugehen. In Deutschland sind Hinweise zum sicheren Betrieb unter anderem in den Technischen Regeln Flüssiggas (TRF) enthalten, des Weiteren gelten Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften (Flurförderfahrzeuge, Flüssiggas).

Besondere Maßnahmen sind erforderlich bei Arbeiten unter Erdgleiche (Keller u.ä.), da Flüssiggas schwerer als Luft ist und sich als "See" sammeln kann. Auch Bodenöffnungen (Kanaldeckel, Luken, Kellerabgänge) sind in die Sicherheitsbetrachtung einzubeziehen.

Literatur

  • Sven Geitmann: Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe, Hydrogeit Verlag, 2. Aufl., Jan. 2005, ISBN 3937863052, 19,90 EUR
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