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Fossile Gasfahrzeuge als Alternative zu Dieselfahrzeugen im Straßengüterverkehr

Erstellt am: 08.11.2023 | Stand des Wissens: 08.11.2023
Synthesebericht gehört zu:

Gasfahrzeuge werde mit drei unterschiedlichen Varianten von fossilem Gas betreiben:
1. Liquified Petroleum Gas (LPG) wird auch gemeinhin als Autogas bezeichnet und besteht aus einem Propan-Butan Gemisch.
2. Compressed Natural Gas (CNG) ist komprimiertes Erdgas.
3. Liquified Natural Gas (LNG) ist Erdgas, welches durch starkes Herunterkühlen sowie Druckeinwirkung verflüssigt wurde
Sowohl bei CNG als auch bei LNG handelt es sich um Erdgas welches hauptsächlich aus Methan besteht [Lin85]. Die Notwendigkeit der Verdichtung von Erdgas entsteht dadurch, dass es im nicht komprimierten Zustand eine zu geringe Energiedichte aufweist, um wirtschaftlich eingesetzt zu werden. Um Fahrzeuge mit wirtschaftlich sinnvollen Reichweiten betreiben zu können, wird durch die Verdichtung des Kraftstoffes die in den Tank des Fahrzeugs zuführbare Energie, und damit die Reichweite, erhöht [vBa15]. CNG und LNG wurden in den letzten Jahrzehnten vorwiegend aus Russland importiert. Da die Handelsbeziehungen mit Russland aufgrund des Angriffskriegs auf die Ukraine im Jahr 2022 unterbrochen wurden, wird der Gasimport aus Norwegen und zukünftig aus Katar durch die Bundesregierung forciert [Tag22].
Funktionsprinzip des Antriebs
Fossile Gasantriebe beruhen ähnlich wie der konventionelle Dieselantrieb auf dem Verbrennungsprinzip. Die Energiedichten unterscheiden sich je nach Art und Aufbereitung des Gases. LPG besitzt einen Brennwert von circa 13,98 Kilowattstunden pro Kilogramm, während Erdgas einen Brennwert von 10 bis 13,9 Kilowattstunden pro Kilogramm aufweist [BNetzA23b]. Die Unterschiede im Brennwert ergeben sich nach der Art des Erdgases. Dieses wird in Low calorific gas (L-Gas) und High calorific gas (H-Gas) unterschieden. H-Gas hat dementsprechend einen höheren Energiegehalt als L-Gas, beide Gasarten können an deutschen Tankstellen als Erdgas gekauft werden [ADAC19a]. Eine höhere Energiedichte bei gleichem Volumen ermöglicht es, den Tank des Fahrzeugs mit mehr Energie zu füllen. Entsprechend der Energiedichten unterscheiden sich ebenfalls die Reichweiten der Gasfahrzeuge und deren Nutzungsszenarien. Die folgende Grafik zeigt den Bestand der LPG- und CNG-Nutzfahrzeuge im Januar 2022 [KBA22i].
LPG- und CNG-Lastkraftwagen Bestand nach Nutzlast (1. Januar 2022)Abbildung 1: LPG- und CNG-Lastkraftwagen Bestand nach Nutzlast (1. Januar 2022)
Anhand der Abbildung 1 wird deutlich, dass LPG- und CNG-Lkw vorrangig in Fahrzeugen mit kleineren Nutzlasten unter einer Tonne zum Einsatz kommen. CNG findet zu einem geringfügigen Anteil zusätzlich Anwendung in Fahrzeugen mit einer hohen Nutzlast von über 12 Tonnen. Einschließlich bivalent bedeutet, dass ebenfalls Fahrzeuge in die Statistik aufgenommen wurden, welche sowohl mit Benzin als auch mit Gas betrieben werden können. Die Statistik des Kraftfahrtbundesamtes führt zum heutigen Zeitpunkt keine Daten über den Bestand an LNG-Fahrzeugen. Aufgrund der hohen Verdichtung des Kraftstoffs auf 1:600 des Ausgangsvolumens werden LNG-Fahrzeuge jedoch als Alternative für Lkw mit großen Nutzlasten und dem Betrieb über weite Strecken konzipiert [Ben22].
Bewertung der Gasfahrzeuge zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Ob gasbetriebene Nutzfahrzeuge tatsächlich einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Straßengüteverkehrs leisten können, wird in Forschung und Politik kontrovers diskutiert. Unterschiedliche Studien kamen zu verschiedenen Potenzialen der Emissionsreduktion im Vergleich zum Diesel-Lkw. Als Vorteil wird ein geringerer Anteil an Kohlenstoffdioxid-Emissionen sowie die Möglichkeit, regeneratives Biogas aus nicht-fossilen Quellen zu nutzen, genannt. Argumente gegen Gas-Nutzfahrzeuge ist der Ausstoß von Methan, welches achtundzwanzig- bis dreißigmal treibhauswirksamer ist als Kohlenstoffdioxid. Des Weiteren werden die hohen Treibhausgasvermeidungskosten im Vergleich zum batterieelektrischen Antrieb kritisch gesehen [NPM20b].
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Verkehrsplanung und Logistik, Prof. Dr.-Ing. H. Flämig
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Fossile Gasfahrzeuge als Alternative zu Dieselfahrzeugen (Stand des Wissens: 12.12.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?578543
Literatur
[ADAC19a] Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e. V. (ADAC) (Hrsg.) Erdgas/CNG-Tankstellen in Deutschland nach Ort, 2019/07
[Ben22] Bensmann, Dr.-Ing. Boris , Benz, Dr. Thomas Benz, Brandt, Dipl.-Ing. Torsten, Grube, Dr.-Ing. Thomas , Kleimaier, Dr. Martin , Konstantinidou, Dr.-Ing. Eleni , Meyer, Dipl.-Ing. Stefan , Pokojski, Dipl.-Ing. Martin , Samsun, Dr.-Ing. Remzi Can , Schlosser, Dipl.-Ing. Gerhard, Cremers, Dr. Carsten Klimafreundliche Nutzfahrzeuge, 2022/01, ISBN/ISSN 978-3-931384-98-2
[BNetzA23b] Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (Hrsg.) Brennwert (Gas), 2023
[KBA22i] Kraftfahrt-Bundesamt (Hrsg.) Fahrzeugzulassungen, 2022/01/01
[Lin85] Linde, H. Verflüssigung und Zerlegung von Erdgas, veröffentlicht in Tieftemperaturtechnik, Springer, Berlin, Heidelberg, 1985, ISBN/ISSN 978-3-662-10554-2
[NPM20b] Nationale Plattform Zukunft der Mobilität, Arbeitsgruppe 1 Klimaschutz im Verkehr WERKSTATTBERICHT ANTRIEBSWECHSEL NUTZFAHRZEUGE, 2020/12
[Tag22] Tagesschau (Hrsg.) So plant Deutschland mit Flüssiggas, 2022/11/15
[vBa15] van Basshuysen, Richard Erdgas und erneuerbares Methan für den Fahrzeugantrieb, veröffentlicht in Der Fahrzeugantrieb, Ausgabe/Auflage 1, Springer Fachmedien, Wiesbaden, 2015/03, ISBN/ISSN 978-3-658-07158-5
Glossar
CNG Compressed natural gas = komprimiertes Erdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch die Kompression auf ca. 200 bar erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit z.B. die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen.
LNG
Liquified natural gas = Flüssigerdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch Abkühlen auf -164 Grad Celsius schrumpft das Volumen auf ein sechshundertstel des Normvolumens. Damit erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit zum Beispiel die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen. Für die aufwendige Verflüssigung werden circa 10 bis 25 Prozent der im Erdgas gespeicherten Energie aufgewendet, daher findet man im Straßenverkehr hauptsächlich compressed natural gas = komprimiertes Erdgas (CNG).
CH4
= Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.)
Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
LPG = Liquified Petroleum Gas. Flüssiggas (Propan, Butan und deren Gemische) ist ein Kohlenwasserstoff, der unter relativ geringem Druck verflüssigt und dann nur etwa 1/260 seines gasförmigen Volumens einnimmt.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?576482

Gedruckt am Dienstag, 28. Mai 2024 19:27:45