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LNG-Fahrzeuge als Variante der Gasfahrzeuge

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

Liquified Natural Gas (LNG) ist auf minus 161,5 Grad Celsius abgekühltes Erdgas. Durch den Kühlvorgang verflüssigt sich das Erdgas und reduziert sich somit im Volumen auf ein Sechshundertstel des Ausgangszustands. Diese Eigenschaft ermöglicht eine raumeffizientere Lagerung des Kraftstoffs [HeLa13]. Durch das Verflüssigen wird die Energiedichte (Energie pro Volumeneinheit) durch die Verkleinerung des Volumens um das Dreifache gegenüber dem lediglich unter Druck komprimierten Compressed Natural Gas (CNG) gesteigert (Scania, 2022). LNG-Antriebe haben deshalb eine höhere Reichweite als CNG-Antriebe, liegen jedoch mit bis zu 1.500 Kilometer noch deutlich hinter konventionellen Dieselfahrzeugen mit einer Reichweite von bis zu 3.000 Kilometern [Ive23; eMo21]. Im Gegensatz zu CNG-Lkw sind LNG-Lkw auch für den schweren Güterverkehr und überregionale Transportstrecken geeignet [Lis15]. Erdgasbetriebene Nutzfahrzeuge werden in der Regel mit Ottomotoren eingesetzt. Es wird angenommen, dass LNG-Lkw im Vergleich zu Diesel-Lkw einen 15 bis 20 Prozent höheren Energieverbrauch aufweisen. Bei Einsatz von Dieselmotoren liegt die Erhöhung des Energieverbrauchs im Vergleich zum konventionellen Dieselmotor bei circa 10 Prozent [UBA15g].
Funktionsprinzip des Antriebs
Der Tank eines LNG-Fahrzeugs setzt sich meist aus mehreren Gas-Tanks zusammen. Aufgrund des notwendigen Drucks sowie der niedrigen Temperaturen, lässt sich das Gas effizienter in mehreren kleinvolumigen Gas-Tanks lagern, als in einem großen. Das verflüssigte Erdgas wird nach dem Herauspumpen aus dem Tank durch Zerstäubung in den gasförmigen Zustand gebracht. Der Treibstoff wird ähnlich wie bei einem konventionellen Fahrzeug über das Ansaugrohr in den Verbrennungsmotor eingespritzt, welcher die gewonnene Leistung zum Betrieb des Fahrzeugs bereitstellt [Sta20]. Die Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebstechnologie.
Schematische Darstellung zur Funktionsweise eines LNG-FahrzeugsAbbildung 1: Schematische Darstellung zur Funktionsweise eines LNG-Fahrzeugs (eigene Darstellung in Anlehnung an Sta20)
Ressourcenverfügbarkeit
CNG und LNG bieten den Vorteil, dass es aufgrund der natürlichen Vorräte von Erdgas länger verfügbar sein wird als der auf Erdöl basierende Diesel [Lis15]. Die Beschaffung für Deutschland unterläuft aufgrund der abgebrochenen Handelsbeziehungen mit Russland im Moment einer Umstrukturierung. Die USA sind die zentralen Lieferanten für Europa und auch für Deutschland. Weitere exportierende Länder mit denen Handelsbeziehungen zum Import von LNG denkbar wären sind Katar, Australien, Malaysia oder Nigeria [Ble22].
Tankinfrastruktur
Im Januar 2023 waren im deutschen Raum 150 LNG-Tankstellen in Betrieb und weitere 49 Tankstellen in Planung. Damit wird das Ziel der Deutschen Energie-Agentur (dena) von 200 LNG-Tankstellen bis zum Jahr 2025 aller Voraussicht nach erreicht [dena23a]. Jedoch ist anzunehmen, dass eine Vielzahl der Tankstellen nicht auf die Versorgung von großen Nutzfahrzeugen ausgelegt ist, in welchen die Antriebstechnologie mittels LNG vorwiegend verwendet wird. Der Ausbau der LNG-Tankinfrastruktur geht somit voran. Trotzdem bleibt festzuhalten, dass zum heutigen Stand keine ausreichende Infrastruktur für den Fernverkehr besteht.
Nutzungsszenarien
LNG-Lkw eignen sich aufgrund der komprimierten Lagerung des Kraftstoffes für den Fernverkehr mit hohen Nutzlasten. Die maximale Reichweite von LNG-Lkw liegt bei circa 1.500 Kilometer [BaWü20]. Eine Voraussetzung für den Fernverkehr ist jedoch die Verfügbarkeit des Kraftstoffes durch ein ausreichend ausgebautes Tankstellennetz.
Bewertung der LNG-Fahrzeuge zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Ob LNG-Fahrzeuge wirklich einen Beitrag zur Emissionsreduktion und damit zum Klimaschutz leisten können, bleibt fraglich. Bei der Untersuchung des Reduktionspotenzials zeigt sich, dass LNG-Fahrzeuge in einem direkten Well-to-Wheel Vergleich zu Dieselfahrzeugen zusätzliche Emissionen von 7 Prozent aufweisen [DLR16a]. Well-to-Wheel meint dabei eine Lebenszyklusbetrachtung inklusive Herstellung und Verschrottung des Fahrzeugs. Untersuchungen der Technischen Universität Graz sowie des ifeu kommen auf ähnliche Werte zwischen minus 2,5 bis plus 2,5 Prozent Treibhausgasabweichung [UBA15g].
Bewertung der LNG-Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit
Bedingt durch die kostenintensiven LNG-Tanks sind die Anschaffungskosten für LNG-Lkw circa 20.000 bis 30.000 Euro höher als für vergleichbare Diesel-Lkw [Fra19a; BaWü20]. Durch die geringeren Kraftstoffkosten und die hohen Jahreslaufleistungen amortisieren sich die Anschaffungskosten allerdings und zeigen in einer Total Cost of Ownership (TCO) Berechnung ein Reduktionspotenzial von circa 10 Prozent. Diese Berechnung wurden für einen Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von 40 Tonnen aufgestellt [Fra19a]. Erdgas-Fahrzeuge haben den Vorteil einer vergünstigten Kfz-Steuer, sowie einer steuerlichen Begünstigung von Erdgas (Deutscher Bundestag, 2019). Des Weiteren sind Erdgas-Fahrzeuge seit dem 1. Januar 2019 noch bis zum 31. Dezember 2023 von der Lkw-Maut ausgenommen [Bun20].
Vorteile & Nachteile von LNG-Fahrzeugen im Vergleich zu Dieselfahrzeugen
Für LNG-Lkw sprechen die hohe Reichweite sowie geringere betriebliche Kosten der Fahrzeuge. Eine Herausforderung bleibt das zum jetzigen Zeitpunkt nicht ausreichend ausgebaute Tankstellennetz, wobei der Ausbau in den letzten Jahren vorangeschritten ist. Außerdem sind die höheren Anschaffungskosten nachteilhaft. Zum jetzigen Zeitpunkt ungeklärt ist, ob die Technologie tatsächlich einen relevanten Beitrag zur Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs leisten kann. Aktuelle wissenschaftliche Studien stützen die Annahme einer emissionsmindernden Wirkung der Fahrzeuge nicht. In diesem Zusammenhang können die Befreiung von der Lkw-Maut sowie aktuelle steuerliche Begünstigungen kritisch gesehen werden [UBA20ai].
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
[BaWü20] Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg (Hrsg.) GÜTERVERKEHRSKONZEPT Baden Württemberg, 2020/07
[Ble22] Blechner, Notker Woher Deutschland nun sein Gas bekommt, 2022/08
[Bun20] Bundesregierung (Hrsg.) Lkw-Maut und alternative Antriebs- und Speichertechnologien im Schwerlastverkehr, 2020/12/07
[dena23a] Deutsche Energie-Agentur GmbH (Hrsg.) Öffentliche LNG-Tankstellen in Deutschland, 2023
[DLR16a] Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Ludwig Bölkow Systemtechnik GmbH, Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH , ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, IFOK GmbH LNG und CNG im schweren Lkw-Verkehr: Entwicklungspotenziale der Motorentechnologien, 2016/01
[eMo21] Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW), AVL List GmbH (AVL) Systemvergleich zwischen Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle
im schweren Nutzfahrzeug
, 2021/07
[Fra19a] Technische Universität Hamburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE), IREES GmbH, Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien Klimabilanz, Kosten und Potenziale verschiedener Kraftstoffarten und Antriebssysteme für Pkw und Lkw, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, 2019/09, Online-Referenz doi:10.24406/publica-fhg-299856
[HeLa13] Heidt, C. , Lambrecht, U. , Hardinghaus, M. , Knitschky, G., Schmidt, P. , Weindorf, W. , Naumann, K. , Majer, S. , Müller-Langer, Dr. F., Seiffert, Dr. M. CNG und LPG-Potenziale dieser Energieträger auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Energieversorgung des Straßenverkehrs, 2013/07/31
[Ive23] IVECO Magirus AG (Hrsg.) Der Cursor 9-Erdgasmotor, 2023
[Lis15] Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. , Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST), Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH (DBFZ) Identifizierung von Hemmnissen der Nutzung von LNG und CNG im schweren Lkw-Verkehr sowie Möglichkeiten zu deren Überwindung, 2015/10
[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
[UBA15g] Dünnebeil, Frank, Reinhard, Carsten, Lambrecht, Udo, Kies, Antonius, Hausberger, Stefan, Rexeis, Martin Zukünftige Maßnahmen zur Kraftstoffeinsparung und Treibhausgasminderung bei schweren Nutzfahrzeugen, 2015/04, ISBN/ISSN 1862-4804
[UBA20ai] Umweltbundesamt (Hrsg.) Flüssigerdgas-Lkw haben kaum einen Klimavorteil, 2020
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.
ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Wilckensstraße 3, D-69120 Heidelberg, Deutschland Fon: +49 (0) 6221 / 47 67 -0, Fax: +49 (0) 6221 / 47 67 -19 E-Mail: ifeu@ifeu.de

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

https://www.forschungsinformationssystem.de/?576551

Gedruckt am Dienstag, 28. Mai 2024 19:28:12