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Erdgasfahrzeug

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Ein Erdgasfahrzeug oder auch Erdgasauto, NGV Natural Gas Vehicle genannt, ist ein Fahrzeug, das heute vorrangig mit komprimiertem Erdgas (CNG Compressed Natural Gas) als Treibstoff betrieben wird und mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat ausgestattet ist. Die Motoren arbeiten genauso wie herkömmliche Ottomotoren. Anstatt eines Benzin-Luftgemisches wird ein aufbereitetes Erdgas-Luftgemisch in den Zylindern verbrannt.

Da der atmosphärische Druck von Erdgas im Vergleich zum Dieselkraftstoff eine sehr geringe Speicherdichte besitzt und mit 0,036 MJ/Liter einen niedrigeren volumetrischen Heizwert als Diesel mit 34,7 MJ/Liter, wird das Erdgas auf etwa 200 bar verdichtet (CNG = Compressed Natural Gas) oder durch Temperatursenkung auf -162 Grad Celsius verflüssigt (LNG = Liquefied Natural Gas), damit eine ausreichende Energiemenge im Auto mitgeführt werden kann. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes entfällt der Aufbau eines aufwändigen Transport- und Verteilnetzes und es entstehen keine Verteiler- und Lagerkosten wie beim LNG. Das CNG aus Erdgasnetz wird in den Tankstellen komprimiert und deshalb werden heute vorrangig mit CNG betriebene Erdgasfahrzeuge von der Automobilindustrie produziert.

Erdgasfahrzeuge sind nicht zu verwechseln mit den ca. 6.200 Autogasfahrzeugen (Stand: Januar 2004 in Deutschland), die mit LPG (Liquefied Petroleum Gas) betrieben werden. Dieses Treibstoffgemisch aus Butan und Propan ist kein Erdgas und wird größtenteils bei der Verarbeitung von Rohöl als Nebenprodukt in den Raffinerien, aber auch bei der Förderung von Rohöl und Erdgas gewonnen. Aufgrund der größeren Umweltvorteile für Erdgas und den Synergien zu regenerativ gewonnenem Biogas (Biomethan) gibt es für Erdgasfahrzeuge eine längere Steuerbegünstigung in Deutschland (Flüssiggas nur bis 2009) und auch die Europäische Kommission will den Anteil von Erdgasfahrzeugen am europäischen Kraftfahrzeugbestand unterstützen, so dass bis 2020 rund 10 % aller Fahrzeuge mit Erdgas fahren.

Geschichte der Erdgasfahrzeuge

  • 1862 baute Étienne Lenoir das erste Gasmotorenfahrzeug, noch bevor es Benzin- und Dieselfahrzeuge gab.
  • 1862 arbeitete Nicolaus August Otto auch an Experimenten mit Viertakt-Motoren.
  • 1863 wurde die erste Gaskraftmaschine entwickelt.
  • 1876 Entwicklung eines Viertakt-Motors mit Verdichtung eines Gas-Luftgemisches.

Im Laufe der Jahre begann eine immer stärker werdende weltweite Motorisierung und verschiedene Gasfahrzeuge wurden betrieben. Als Treibstoff diente u.a. Biogas, Campinggas, Erdgas, Holzgas, Koksgas oder Stadtgas. Nach dem Zweiten Weltkrieg gab es eine große Nachfrage an Gaskraftstoffen. In Italien gab es zudem ein Boom an Erdgasfahrzeugen durch das im Norden des Landes geförderte Erdgas. Ab den 1950er Jahren konzentrierte sich die Automobilindustrie mehr auf Benzin- und Dieselfahrzeuge und baute keine Erdgas-Serienfahrzeuge. Es gab nur einzelne umgerüstete Erdgasfahrzeuge und wenige Tankstellen. Hinzu kam das die Kosten für Benzin und Diesel bis in die 1970er Jahre immer mehr fielen. Aus Klima- und Umweltschutzgründen nahm der Einsatz von Ergdas als Treibstoff weltweit zu, darunter besonders in den Ländern Argentinien, Brasilien und Italien. 1984 entwickelte Volvo das erste erdgasbetriebene Fahrzeug in Schweden.

In Deutschland gingen 1994 die ersten Fahrzeuge in Serie. Einige der ersten Hersteller waren BMW, Ford und Volvo. Ab 1996 folgten weitere Automobilhersteller, darunter: Citroen, Fiat, Ford, Mercedes-Benz, Opel, Peugeot, Volvo und VW. 1997 präsentierte auch Honda mit dem Civic GX NGV ein Fahrzeug mit Erdgasantrieb. Die Anzahl der Erdgasautos in Deutschland beträgt im Juni 2005 über 30.000 Fahrzeuge. Nach einer Studie der Unternehmensberatung Roland Berger wird ein Gesamtbestand an Erdgasfahrzeugen (einschl. Kraftomnibussen und Lastkraftwagen) bis 2010 auf 360.000 Fahrzeugen prognostiziert.

Verbreitung von Erdgasfahrzeugen

Es gibt zahlreiche lokale Verkehrsunternehmen im ÖPNV, die ihre Omnibusse mit Erdgas betreiben, daneben verstärkt auch Taxi-Unternehmen, die Deutsche Telekom, der Autovermieter Avis, der Automobilclub udn Pannendienst ADAC, das Logistikunternehmen TNT, das Einrichtungshaus IKEA und soziale Dienstleister wie DRK, Malteser Hilfsdienst oder Diakoniestationen. Neben Erdgas ist auch - mit passender Fahrzeugausrüstung - Flüssigerdgas (LNG Liquefied Natural Gas) als Kraftstoff in Anwendung.

Weltweit existieren in Argentinien und Brasilien die meisten Fahrzeuge mit 2.413.664 Stück (Stand: 2003). In Deutschland lag der Bestand 2005 bei über 28.000 Fahrzeugen mit steigender Tendenz. In Italien gibt es ebenfalls einen hohen Kraftfahrzeugbestand mit 381.250 Fahrzeugen. In den USA werden 130.000 Fahrzeuge mit Erdgas betrieben.

In den Vereinigten Arabischen Emirate wurde im Sommer 2005 beschlossen, dass Erdgas bis 2012 rund 20 Prozent des gesamten, im Straßenverkehr des Landes verbrauchten Kraftstoffs ausmachen soll.

Brasilien

In dem südamerikanischen Land gibt es über eine Million Erdgasfahrzeuge. Der Preis für 1 Liter Benzin kostet 2,05 bis 2,30 Reais pro Liter (Stand: 2005), das sind umgerechnet ca. 70 bis 80 Euro-Cents. Dagegen kostet 1 kg komprimiertes Erdgas (CNG) 1 Real (ca. 0,34 Euro). Der Umbau von reinen Benzinautos in bivalente Erdgasfahrzeuge kostet in Brasilien etwa 2.000 Reais (ca. 670 Euro) und senkt die Kosten für die Kraftfahrzeugsteuer um 25 Prozent.

Technik bei Serienfahrzeugen

Viele Automobilhersteller haben sich zusammen mit dem Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft, der Mineralölindustrie (u.a. Aral), dem Bundesumweltministerium und dem Automobilklub ADAC im Trägerkreis "Das Erdgasfahrzeug" zusammengetan. Die Automobilindustrie bietet seit 2001 eine zunehmende Modellpalette an serienmäßigen Erdgasfahrzeugen an. Der Hersteller Volvo will bis 2006 rund 90 Prozent seiner Modellpalette auch mit einer Erdgasversion abdecken.

Erdgasfahrzeuge gibt es in zwei Ausführungen: bivalent und monovalent.

  • Bivalente Fahrzeuge (auch bifuel genannt) können sowohl mit dem Treibstoff Erdgas als auch mit Benzin fahren. Durch Betätigen eines Schalters per Knopfdruck oder automatisch, kann jederzeit der Betrieb zwischen den Kraftstoffen gewechselt werden. Dadurch ist die Reichweite der Fahrzeuge vergleichbar mit konventionell angetriebenen Personenkraftwagen.
  • Monovalente Fahrzeuge (monofuel) werden nur mit komprimiertem Erdgas betrieben oder haben einen zusätzlichen Nottank für maximal 15 Liter Benzin für ca. 150 Kilometer Reichweite je nach Autotyp. Die Motoren bei monovalenten Fahrzeugen sind allerdings auf den Erdgasbetrieb technisch besser abgestimmt, der einen optimierteren Kraftstoffverbrauch und geringere Schadstoffemissionen bietet.

Bei fast allen Serienfahrzeugen werden die Erdgastanks unterflurig angebracht, so dass keine Einschränkung des Ladevolumens besteht. Auch der zunehmende Gebrauchtwagenmarkt für Erdgasautos ermöglicht den Autokäufer, die Kosten für die je nach Autotyp ca. 1000 bis 2000 Euro höheren Anschaffungskosten gegenüber einem konventionell angetriebenen Serienfahrzeug zu umgehen. Allerdings liegen auch die Gebrauchtwagenpreise für die CNG-Fahrzeuge noch höher.

Im Unterschied zu Benzinfahrzeugen kommen bei Erdgasfahrzeugen noch die entsprechende Technik dazu, die aus Druckgasbehältern, einem Druckregler, Einspritz- und Rückschlagventile sowie eine elektronische Motorsteuerung besteht. Der Antrieb unterscheidet sich dadurch, dass in den Zylindern statt eines Benzin-Luft-Gemisches ein Erdgas-Luft-Gemisch verdichtet, gezündet und verbrannt wird.

Bei einem Tankvorgang gelangt das Erdgas in die Druckgasbehälter wo es von dort durch ein multifunktionales Sicherheitsventil in den Hochdruckregler strömt. Der Speicherdruck des getankten komprimierten Erdgases wird von 200 bar (ungefährer Druck eines Taucher-Atemgerätes) von dem Hochdruckregler auf 7 bar verringert. Eine nachfolgende Filterung verhindert das Verunreinigungen im Erdgas die Gasdosierung verschmutzt. Durch die sequenzielle Gasdosierung wird die Erdgasmenge mittels computergesteuerte Magnetventile entsprechend der benötigten Leistungsanforderung des Fahrzeugs in einen jeweils getrennten Ansaugtrakt getrennt eingeblasen um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Im Otto-Motor wird das Erdgas mit der Ansaugluft verwirbelt und das Gemisch verbrennt im Zylinder wie bei einem konventionellen Verbrennungsmotor mit einem Benzin-Luft-Gemisch. Die Verdichtung ist bei Erdgas aufgrund der hohen Oktanzahl von 134 im Vergleich zu 95 bis 98 bei bleifreiem Superbenzin zudem höher und erzielt damit den besten Wirkungsgrad von Ottomotoren. Die Tankgrößen bei Serienmodellen liegen zwischen 12 und 26 kg Erdgas.

Technik bei umgerüsteten Fahrzeugen

Fast alle Kraftfahrzeuge mit Otto-Motoren können für den alternativen Betrieb mit Erdgas umgerüstet werden. Hier liegt auch der Vorteil des Kraftstoffes, da auf ausgereifte Motorentechnik und Motorenentwicklung der Automobilindustrie zurückgegriffen werden kann, da am Motor selbst keine Veränderungen vorgenommen werden muß. Nur ein Gastank, ein Zuleitungssystem zum Saugrohr und entsprechende Motoren-Managementsysteme müssen integriert und angepasst werden. Außerdem ist in der Regel ein Platzverlust im Kofferraum zu beklagen, da die Tanks nur selten wie bei Serienfahrzeugen unterflurig angeordnet werden. Entsprechende Fachbetriebe (ca. 65 Firmen in Deutschland) können diese Umrüstung vornehmen und die Gasanlage muß in den Kraftfahrzeugbrief und Kraftfahrzeugschein eingetragen sein, sonst erlischt die Betriebserlaubnis des Fahrzeugs.

Eine Nachrüstung von Benzinfahrzeugen kostet zwischen 2.000 und 4.000 Euro je nach Autotyp und amortisiert sich durch Einsparung der höheren Kraftstoffkosten und geringerer Steuerbelastung erst nach ca. 4 Jahren Nutzungsdauer für Umrüstfahrzeuge. Die Anschaffung von neuen Serienfahrzeugen oder jüngeren Gebrauchtwagen ist meistens rentabler.

Erdgas-Serienfahrzeuge (CNG)

Opel Zafira

Wirtschaftlichkeit

Der Vorteil von Erdgasfahrzeugen liegt in den niedrigeren Kraftstoffkosten und den auch darin enthaltendend geringeren Steuersatz gegenüber anderen Kraftstoffen, als auch in den für die Einstufung der Fahrzeuge für die Kraftfahrzeugsteuer relevanten strengen Abgasnormen.

Für den Kraftstoff Erdgas senkte die deutsche Bundesregierung nach § 3 Absatz 1 des Mineralölsteuergesetzes (Gesetz zur Förderung alternativer Antriebssysteme) den Steuersatz auf Erdgas für alle Fahrzeuge im öffentlichen Straßenverkehr bis zum 31. Dezember 2020 auf 13,90 Euro pro MWh. Umgerechnet auf den Heizwertvergleich ergibt sich bei Erdgas eine 80prozentige steuerliche Vergünstigung gegenüber den Kraftstoff Superbenzin und gegenüber Diesel um ca. 70 Prozent. Preislich bedeutet dies zur Zeit in Deutschland auch ein 40 Cent günstigeren Kraftstoff je Liter gegenüber bleifreiem Benzin.

Die Kraftfahrzeugsteuer in Deutschland, die sich u.a. nach den Emissionsverhalten der Fahrzeugen richtet, ist bei Erdgasfahrzeugen fast immer D4/Euro 3 oder Euro 4-Abgasnorm. Je nach Automodell sind einige Fahrzeuge noch steuerbefreit. In der Schweiz soll es 2006/2007 eine Steuerreduktion der Automobilsteuer für Erdgasfahrzeuge geben und eine Steuerbefreiung für Biogas. In Frankreich gibt es eine Steuerermäßigung von 1.525 Euro für mono- und bivalente neu gekaufte Erdgasfahrzeuge.

Einige Versicherunsggesellschaften (u.a. Gerling-Konzern) bieten außerdem Sonderrabatte bis zu 15 % für Erdgasfahrzeuge an. Stadtwerke und Gasversorger subventionieren zudem den Neukauf von serienmäßigen Erdgasfahrzeugen, die in der Regel nicht älter als 4 Jahre sind, mit Tankguthaben von 800 bis 1500 kg. Beispielsweise E.ON in Deutschland mit 1000 kg Kraftstoff und bis Herbst 2007 in der Schweiz im Versorgungsraum Zürch auch mit 1.000 kg vom Gasversorger.

Umweltaspekte

Datei:Molekulareraufbau.png
Molekularaufbau Erdgas (Methan) und Diesel

Erdgas verbrennt im Motor mit niedrigen Emissionen an Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) sowie fast ohne Partikel. Die bei der Verbrennung beispielsweise im Dieselmotor entstehenden krebserzeugenden Rußpartikel und die stark riechenden Aldehyde und Acroleine entstehen bei einem Erdgasfahrzeug nicht. Das Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist, ist der kohlenstoffärmste Brennstoff und verbrennt daher auch praktisch geruchsfrei, auch wenn odoriertes Erdgas verwendet wird. Zudem ist die Nutzung von veredeltem Biogas, in der Schweiz auch Kompogas genannt, als Treibstoff für Erdgasfahrzeuge möglich.

  • Erdgasfahrzeug (H-Gas) im Vergleich zum Benzinfahrzeug
bis zu 25 % weniger Kohlendioxid (CO2), bei Biomethan sogar bis zu 100 %.
bis zu 75 % weniger Kohlenmonoxid (CO)
bis zu 60 % weniger reaktive Kohlenwasserstoffe (HC)
  • Erdgasfahrzeug (H-Gas) im Vergleich zum Dieselfahrzeug
bis zu 50 % weniger Kohlenmonoxid (CO)
bis zu 80 % weniger reaktive Kohlenwasserstoffe (HC)
bis zu 99 % weniger Rußpartikel
bis zu 70 % weniger Stickoxide (NOx)

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
  • 1 kg Erdgas (H-Gas mit einem Methangehalt von 84-99%) entspricht etwa 1,5 Liter Benzin oder 1,33 Liter Dieselkraftstoff.

Reichweitenvergleich bei einer Kraftstoffbefüllung von 15,00 Euro mit einem Fahrzeug vom Typ Opel Zafira CNG:

  • Erdgasfahrzeug - 352 km
  • Dieselfahrzeug - 221 km
  • Superbenzin-Fahrzeug - 161 km

Berechnungsgrundlagen: 1 Liter Superbenzin für 1,239 € (Vebrauch: 7,5 l/100 km), 1 Liter Dieselkraftstoff für 1,079 € (Verbrauch: 6,3 l/100 km) und 1 kg Erdgas (CNG) für 0,709 € (Verbrauch: 6,0 kg/100 km).

Tankstellennetz für Erdgasfahrzeuge

An Tankstellen ist Erdgas als H-Gas (High Gas) und/oder L-Gas (Low Gas) erhältlich, wobei das H-Gas einen etwas höheren Energiegehalt als das L-Gas hat. Seit Juli 2005 gibt es in Deutschland 602 Erdgastankstellen und das Versorgungsnetz soll bis Ende 2007 auf 1000 Tankstellen erweitert werden.

Der Preis für 1 kg Erdgas (H-Gas) liegt im August 2005 in Deutschland und Österreich bei ca. 0,79 Euro, bei L-Gas bei ca. 0,59 Euro. In der Schweiz kostet 1 kg im Juni 2005 ca. 1,38 bis 1,50 CHF.

Autofahrer die eine Erdgastankstelle suchen können sich an entsrpechenden Wegweiserkarten orientieren oder einen deutschlandweiten SMS-Service nutzen, der je nach Standort des Fahrers, über die nächstgelegene Tankstelle informiert.

Staaten mit Erdgastankstellen für Kraftfahrzeuge

Erdgastankstellen (CNG) in Europa Anfang 2005 - Tendenz steigend:

  • Deutschland - 602 (bis 2007: 1.000 geplant)
  • Italien - 528
  • Ukraine - 130
  • Schweiz - 66 (bis 2007: über 100 geplant)
  • Schweden - 45
  • Großbritannien - 35
  • Österreich - über 40, davon 28 öffentlich
  • Frankreich - 105 (26 öffentlich mit Tankkarte)
  • Tschechien - 19
  • Weißrussland - 16
  • Polen - 9
  • Niederlande - 6 (daneben viele nicht öffentliche)
  • Portugal - 5
  • Norwegen - 4
  • Slowakei - 4
  • Lettland - 4
  • Ungarn - 3 (7 nicht öffentliche)
  • Luxemburg - 2
  • Irland - 2
  • Liechtenstein - 1
  • Kroatien - 1
  • Spanien - 10 nicht öffentliche oder auf Anfrage)
  • Russland - 218 (inkl. asiatischer Bereich)

Erdgastankstellen (CNG) außerhalb Europas Anfang 2003 (teilw. nicht öffentliche):

  • Argentinien - 1.342
  • USA 1.300
  • Brasilien - 1.000
  • Pakistan - 740
  • Japan - 288
  • Volksrepublik China - 270
  • Kanada - 222
  • Südkorea - 158
  • Venezuela - 140
  • Australien - 127
  • Ägypten - 79
  • Banglasdesch - 79
  • Kolumbien - 78
  • Bolivien - 59
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