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LPG-Fahrzeuge als Variante der Gasfahrzeuge

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

Liquified Petroluem Gas (LPG), auch Autogas genannt, ist ein Gemisch aus Propan und Butan und wird hauptsächlich aus den Niederlanden, Norwegen und den USA nach Deutschland importiert [DVFG22d]. Das Gas entsteht beim Raffinerieprozess von Erdöl oder bei der Aufbereitung von Erdgas. LPG kann durch eine entsprechende Umrüstung in Ottomotoren verbrannt und somit als Ersatz zu Benzin eingesetzt werden [Sta20]. Autogas wird gemeinhin oft auch als Erdgas bezeichnet. Das ist falsch, bei Erdgas handelt es sich um Compressed Natural Gas (CNG) oder Liquified Natural Gas (LNG).
Funktionsprinzip des Antriebs
In LPG-Fahrzeug befinden sich zwei verschiedene Tanks für den Gas-Kraftstoff, hier das LPG beziehungsweise Autogas, und den flüssigen Kraftstoff Benzin. Das zuvor verflüssigte Gas wird mithilfe eines Verdampfers wieder in den gasförmigen Zustand gebracht. Die Kraftstoffe werden mittels zwei verschiedener Einspritzsysteme über das Ansaugrohr dem Verbrennungsmotor zugeführt, welcher aus beiden Kraftstoffen motorische Energie erzeugt und diese als verfügbare Fahrleistung auf die Räder überträgt. Dabei ist zu beachten, dass das Fahrzeuge immer einen Kraftstoff zurzeit verwendet und niemals beide gleichzeitig. Die Umstellung von Gas auf Benzin beziehungsweise Benzin auf Gas kann vom Fahrer gesteuert werden oder erfolgt automatisch während der Fahrt, beispielsweise wenn der Gas-Vorrat aufgebraucht ist [Sta20]. Zu beachten ist, dass es neben der bivalenten Antriebsform auch Fahrzeuge gibt, die ausschließlich mit LPG angetrieben werden. Die Abbildung 1 zeigt eine sehr vereinfachte schematische Darstellung für ein bivalentes Gas-Fahrzeug.
Schematische Darstellung zur Funktionsweise eines bivalenten LPG-FahrzeugsAbbildung 1: Schematische Darstellung zur Funktionsweise eines bivalenten LPG-Fahrzeugs (eigene Darstellung an Anlehnung an Sta20)
Ressourcenverfügbarkeit
Autogas wird sowohl in Deutschland gefördert als auch aus Ländern der Europäischen Union (EU) importiert. Im Jahr 2021 wurden 3,7 Millionen Tonnen Flüssiggas in Deutschland verbraucht, wovon 1,5 Millionen Tonnen aus EU-Ländern, Skandinavien und den USA importiert wurden. Hauptanwendungsgebiet von LPG ist das Heizen von Wohnhäusern, wo eine Versorgung durch Erdgas aufgrund fehlender Pipelines nicht möglich ist. Der Deutsche Verband Flüssiggas e.V. betont, dass auch trotz der abgebrochenen Handelsbeziehungen mit Russland die Versorgung mit LPG weiterhin gesichert ist. Gründe dafür seien, dass die Importmengen aus Russland an LPG im Vergleich zur eigenen Raffinerie in Deutschland sowie dem Bezug über die genannten Länder ohnehin gering waren. Trotzdem kam es durch die entstehende Gasknappheit zur einer Preiserhöhung für Autogas im Jahr 2022 [DVFG22d].
Umrüstung bestehender Fahrzeuge
Die Umrüstung von Benzin- auf LPG-Fahrzeuge ist über Fachwerkstätten möglich und kommt für nicht alle, aber die Mehrheit der Fahrzeugmodelle infrage. Entscheidend ist, ob der Motorentyp kompatibel ist, beziehungsweise ob die Auslassventile im Ottomotor stabil genug für einen Betrieb ohne schmierende Zusätze sind, welche dem Diesel oder Benzin beigemischt werden. Diese sind im Benzin enthalten, fehlen jedoch im Autogas [ADAC23c]. Das Zulassungsverfahren für eine Umrüstung ist standardisiert, für Lkw gibt es allerdings keine Musterzulassung. Somit muss für jeden Lkw ein eigener Abgastest durchgeführt werden, um eine Ausnahmegenehmigung zu erwirken [Urb20].
Tankinfrastruktur
In Deutschland gibt es circa 6.000 Tankstellen an denen LPG getankt werden kann, damit ist es an fast jeder zweiten Tankstelle verfügbar. Deutschland besitzt somit ein gut ausgebautes Netz an LPG-Tankstellen. Europaweit gibt es circa 31.000 Tankstellen, wobei in den deutschen Nachbarländern das Tankstellennetz überwiegend vergleichbar gut vorhanden ist [DVFG23]. Die Infrastruktur für den Nah- als auch Fernverkehr mit LPG-Nutzfahrzeugen damit ist gegeben. Unklar ist, wie viele der Tankstellen mit schweren und damit größeren Nutzfahrzeugen nutzbar sind. Da es sich bei LPG-Lkw allerdings eher um leichte und somit kleinere Nutzfahrzeuge handelt, gilt die Technologie als einsatzfähig.
Reichweite und Nutzungsszenarien
Der Antrieb mittels Autogas wird überwiegend bei leichten Nutzfahrzeugen bis 2.000 Kilogramm Nutzlast eingesetzt [KBA22i]. Unter Verwendung von Autogas in Ottomotoren lassen sich vergleichbare Reichweiten wie für Benzin- oder Dieselfahrzeuge mit kleiner Nutzlast darstellen [BaWü20]. Die maximale Reichweite von bivalenten LPG-Fahrzeugen mit kleiner Nutzlast liegt bei circa 1000 Kilometern [Ren13]. Ähnlich zum Benzin-betriebenen Nutzfahrzeug kommt auch der LPG-betriebene Lkw kaum im Fernverkehr oder als Fahrzeug mit hoher Nutzlast zum Einsatz. Gründe hierfür sind der circa 10 Prozent kleinere Wirkungsgrad sowie das kleinere Drehmoment des Ottomotors im Vergleich zum Diesel-Motor [Schr21]. Eine Alternative könnte das sogenannte Dual-Fuel Verfahren darstellen, bei dem gleichzeitig LPG und Diesel als Gemisch verbrannt werden. Dual-Fuel-Lkw könnten somit als Alternative zu Diesel-Lkw eingesetzt werden [Urb20]. Nach anfänglichen Tests mit dem LPG Dual-Fuel Verfahren werden diese allerdings aktuell nicht weiterverfolgt, da Brennstoffzelle, Batterieelektrik oder LNG-Antriebe effizientere Alternativen darstellen könnten [Hel15].
Bewertung der LPG-Fahrzeuge zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Im Vergleich zum Benzin-Fahrzeug kann durch LPG-betriebene Fahrzeuge eine Reduktion der Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen von bis zu 10 Prozent erreicht werden. Im Vergleich zum Dieselfahrzeug liegt der CO2-Ausstoß jedoch um circa 2 Prozent höher [ADAC23c]. Für das Duel-Fuel Verfahren berichten andere Quellen von einer Emissionsreduktion von 15 Prozent CO2 im Vergleich zu reinen Dieselfahrzeugen [Urb20]. Da der Einsatz von Autogas zurzeit allerdings nur mittels Ottomotoren infrage kommt, kann hier ein Potenzial zur Dekarbonisierung von Benzinern ausgemacht werden. Ob die Antriebstechnologie mittels Autogas dennoch sinnvoll eingesetzt werden kann, um Dieselfahrzeuge klimaschonend zu ersetzen, bleibt offen.
Bewertung der LPG-Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit
LPG hat den Vorteil geringerer Preise pro Liter als Benzin. Im Januar 2023 kostete der Liter im Durchschnitt 1,10 Euro. Dabei muss beachtet werden, dass der Heizwert von Autogas um circa 25 Prozent niedriger ist als der von Benzin, was sich in einer geringeren Reichweite bei gleichem Tankvolumen bemerkbar macht. Eine nachträgliche Umrüstung von Fahrzeugen mit Ottomotor kostet zwischen 1.800 und 3.500 Euro. Der einzige Hersteller, der Neufahrzeuge mit LPG-Motoren vertreibt, ist Dacia. Trotz der Umrüstungskosten kann eine Umrüstung auf Autogas wirtschaftlich sinnvoll sein, da sich die Mehrkosten durch die geringeren Betriebskosten relativ schnell amortisieren [ADAC23c]. Eine nachträgliche Umrüstung von Fahrzeugen kann zu einer Reduzierung der Kfz-Steuer führen, wenn die Erstzulassung nach dem 1. Juli 2009 erfolgt ist, beziehungsweise für erstmalig zugelassen Fahrzeuge zwischen dem 5. November 2008 und 30. Juli 2009, insofern die alte Hubraumsteuer günstiger ist als die neue CO2-Steuer [ADAC23c]. Im Gegensatz zu CNG und LNG ist der Antrieb mit LPG nicht von der Lkw-Maut befreit [UBA21ab].
Vorteile & Nachteile von LPG-Fahrzeugen im Vergleich zum Dieselfahrzeug
LPG-betriebene Lkw bringen Vorteile mit sich, wie eine gut ausgebaute Tankinfrastruktur sowie eine bewährte Technik und die Verfügbarkeit des Kraftstoffes. Dem gegenüber steht der Aufwand der notwendigen Umrüstung der Fahrzeuge sowie die Ungeeignetheit der Technologie für schwere Transporte im Fernverkehr. LPG kann im direkten Vergleich zum Benziner Emissionen reduzieren, bietet jedoch im Vergleich zum Diesel kein nachweisliches Potential umweltfreundlicher zu sein.
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
[ADAC23c] Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e. V. (ADAC) (Hrsg.) Autogas: eine umweltfreundliche Alternative?, 2023/01/31
[BaWü20] Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg (Hrsg.) GÜTERVERKEHRSKONZEPT Baden Württemberg, 2020/07
[DVFG22d] Deutscher Verband Flüssiggas (DVFG) (Hrsg.) Versorgung mit Flüssiggas (LPG) in Deutschland dauerhaft gesichert, 2022/04/12
[DVFG23] Deutscher Verband Flüssiggas (DVFG) (Hrsg.) Autogas-Tankstellen: alternativ Tanken leicht gemacht, 2023
[Hel15] Helms, Hinrich, Heidt, Christoph, Kräck, Jan Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilen Maschinen und Auswirkungen auf die Luftqualität, 2015/09
[KBA22i] Kraftfahrt-Bundesamt (Hrsg.) Fahrzeugzulassungen, 2022/01/01
[Ren13] Renault Deutschland AG (Hrsg.) Zuverlässiger Partner für den Alltag: der Dokker Express, 2013/06/20
[Schr21] Schrank, Dipl.-Ing. Michael , Langer, Vivien , Jacobsen, Benjamin Wasserstoffverbrennungsmotor als alternativer Antrieb, 2021/03/02
[Sta20] Stan, Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Cornel Alternative Antriebe für Automobile, Springer Vieweg Berlin, Heidelberg, 2020/05, ISBN/ISSN 978-3-662-61757-1
[UBA21ab] Öko-Institut e.V. Institut für angewandte Ökologie Mobilität in die Zukunft steuern: Gerecht, individuell und nachhaltig, 2021, ISBN/ISSN 1862-4804
[Urb20] Urbansky, Frank Autogas als Alternative für Diesel-Lkw, 2020/06/30
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).
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.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie bei einer Umwandlung in die gewünschte Energieform umgewandelt wird, und beschreibt damit die Effizienz beispielsweise einer technischen Anlage.
Betriebskosten
Betriebskosten sind laufende Aufwendungen, die im Zusammenhang mit der Erbringung von Verkehrsleistungen entstehen. Hierzu zählen zum Beispiel Aufwendungen für Energie, Personal, oder Infrastrukturnutzung.

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

https://www.forschungsinformationssystem.de/?576488

Gedruckt am Dienstag, 28. Mai 2024 19:06:43