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Erdgasfahrzeuge

Erdgasfahrzeuge: Kein anderes Fahrzeug ist zur Zeit kostengünstiger

Erdgas ist in Deutschland zum wichtigsten Energieträger im Haushaltsbereich (Wärmeerzeugung) geworden. Es wird mit seinen Eigenschaften nicht nur zum Heizen und Kochen verwendet, sondern jetzt zunehmend auch im Automobil-Bereich als alternativer Kraftstoff.

Sicherheitsaspekte der CNG-Fahrzeuge

Viele Autofahrer verwechseln Erdgasfahrzeuge ("CNG-Fahrzeuge") mit Flüssiggasfahrzeugen ("LPG-Fahrzeuge"). LPG-Fahrzeuge bergen grundsätzlich ein höheres Sicherheitsrisiko als CNG-Fahrzeuge. So bleibt Flüssiggas bei Leckagen am Boden, es hat eine niedrigere Zündtemperatur, und die Tanks sind weniger stabil als die von Erdgasfahrzeugen. Der Naturkraftstoff Erdgas (CNG) ist dagegen leichter als Luft. Daher verflüchtigt sich Erdgas schneller, und mit 650 °C hat Erdgas eine vergleichsweise hohe Zündtemperatur.

Erdgassorten H-Gas und L-Gas 

In Deutschland unterscheidet man regional zwischen mehreren Erdgassorten. Mit einem Erdgasfahrzeug können grundsätzlich beide Gassorten getankt werden:

  • Erdgas der Gruppe H (kurz H-Gas) kommt aus Russland und aus der Nordsee, den Erdgasfeldern von Norwegen, Niederlande und Dänemark. H-Gas hat einen Methan-Anteil der zwischen 87 und 99,1 Vol. % liegt. H-Gas zeichnet sich durch einen geringen Stickstoff und Kohlendioxid-Anteil aus. Der Heizwert liegt zwischen ca. 10,0 und 11,1 kWh/m3.
  • L-Gas (Low-Gas) hat einen geringeren Methangehalt zwischen 79,8 und 87 Vol. %. Der Stickstoff- und Kohlendioxid-Anteil liegt bei L-Gas etwas höher als bei H-Gas. Der Heizwert liegt zwischen ca. 8,2 und 8,9 kWh/m3. L-Gas kommt verstärkt im norddeutschen Raum vor.

Erdgas ist im Hinblick auf die verbrennungstechnischen Eigenschaften ein fast idealer Ottokraftstoff. Die Oktanzahl liegt etwa zwischen 130 und 134. Durch die hohe Klopffestigkeit hat Erdgas eine ruhigere Verbrennung im Motorblock und das Motorengeräusch wirkt leiser.

Umweltaspekte der Erdgasfahrzeuge 

Mit Erdgas als Kraftstoff können die Kohlenmonoxid-Emissionen (CO) um 50-75% gegenüber Diesel und Benzin reduziert werden. Die Kohlendioxid-Emissionen (CO2) gegenüber den Benzinfahrzeugen werden um rund 25 % reduziert. Der Gesamtausstoß aller Kohlenwasserstoffe (THC) und Stickoxide (NOx ) liegt bei Erdgasfahrzeugen in der Summe um ca. 20 % unter den Werten von Benzinfahrzeugen und um etwa 80 % unter denen von Dieselfahrzeugen. Außerdem können durch den Einsatz von Erdgasfahrzeugen die Emissionen von reaktiven Kohlenwasserstoffen (HC) um bis zu 80 % reduziert werden, was zu einer deutlichen Minderung der bodennahen Ozonbildung ("Sommersmog") führt.

Zudem ist bei Erdgasfahrzeugen der Ausstoß von Benzol sowie von Ruß und Partikeln praktisch zu vernachlässigen - dies ist insbesondere im Hinblick auf die geltenden und zukünftig einzuhaltenden Grenzwerte für die Partikel-10-Konzentration in der Luft (Partikel mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern in Mikrogramm pro Kubikmeter) insbesondere in Ballungsräumen ein großer Pluspunkt.

Die Erdgasmengen, die in den letzten Jahrmillionen entstanden sind, sind groß, aber nicht unendlich. Die heute bekannten, weltweit sicher gewinnbaren Erdgasreserven haben in Anbetracht der heutigen Jahresförderung eine Reichweite von rund 60 Jahren (im Gegensatz zum Erdgas sind beim Erdöl aus heutiger Sicht rund 140 Mrd. Tonnen mit konventionellen Mitteln zu gewinnen - dies entspricht einer Reichweite von nur etwa 40 Jahren.) Dabei ist allerdings zu beachten, dass der technische und der logistische Aufwand der Erdgasförderung immer mehr zunehmen, so dass "sicher gewinnbar" nicht mit "billig" zu verwechseln ist - die Preise werden langfristig steigen. Erdgas besitzt zudem den großen Vorteil, dass damit ein heimischer Energieträger eingesetzt wird.

Tanken von Erdgas

Als Erdgastank werden Stahlflaschen oder wesentlich leichtere sog. Kompositeflaschen verwendet, von der EU sind jetzt auch die extrem leichten Kunststofflaschen zugelassen. Der Erdgastank kann innerhalb (z.B. unter der Rücksitzbank), außerhalb des Fahrzeuges, z.B. auf dem Dach - wie bei Niederflurbussen üblich - oder als Unterfluranordnung angebracht werden. Das Erdgas wird bei einem Druck von 200 bar im Fahrzeugtank gespeichert. Der Hochdruckregler setzt den Flaschendruck von 200 bar herab. Alle Flaschen werden mit einem Druck von 300 bar auf ihre Festigkeit überprüft, der Berstdruck liegt bei ungefähr 600- 800 bar. Der Fahrzeugtank übersteht einen Unfall (bis zu 70 km/h) oder einen eventuellen Fahrzeugbrand (bis 700°C) unbeschadet. Der Tank ist die stabilste Komponente im Auto. Sicherheitsventile sorgen im extremen Schadensfall für ein gezieltes Abblasen oder - bei Hitzeeinwirkung - für ein kontrolliertes Abbrennen des Erdgases. So werden mögliche Explosionen verhindert. Die Konsequenz: Bei eventuell auftretenden Leckagen ist die Explosionsgefahr gegenüber konventionellen Fahrzeugen deutlich geringer. Ein Beispiel illustriert die Sicherheit Erdgas betriebener Fahrzeuge in besonderem Maße: Die Frankfurter Feuerwehr setzt u.a. aus Sicherheitsgründen Erdgasfahrzeuge ein, weil sie mit ihnen näher an die Brandherde (!) fahren kann. Dies verdeutlicht, welch hohe Sicherheitsreserven Erdgasfahrzeuge gegenüber Benzin- und Dieselfahrzeugen (und erst recht gegenüber Flüssiggasfahrzeugen) aufweisen.

Bei einem Befüllungsdruck von 200 bar beträgt das Verhältnis von Volumen zu Gewicht etwa 6,2:1, d.h. etwa 6,2 Liter CNG entsprechen einem Kilogramm. Je nach Fahrzeug liegen die Füllmengen etwa zwischen 12 und 27 kg. Der gesamte Tankvorgang dauert nur wenige Minuten. Beim Tanken entsteht zuweilen ein etwas unangenehmes Pfeifgeräusch, das von der hohen Geschwindigkeit des in den Tank einströmenden Erdgases in den Schläuchen herrührt. Füllkupplung, Kupplungshülse, Erdgaszuleitung zum Tank und der Tank selbst erwärmen sich beim Tankvorgang. Die Erwärmung ist eine Folge der adiabatischen Kompression von Gasen. Das bedeutet, dass im Erdgastank innnerhalb weniger Minuten der Druck von z.B. 40 bar auf 200 bar aufgebaut wird. Ähnlich der Erwärmung einer Fahrradpumpe beim Aufpumpen des Fahrradreifens gibt das Erdgas die entstandene Wärme an die umschließenden Flächen ab. Dies ist völlig normal und hat keine negativen Auswirkungen auf die Betriebssicherheit der Erdgasfahrzeuge. Wichtig ist die Erwärmung jedoch in Bezug auf die Menge des getankten Erdgases. Die tatsächliche Füllmenge, d.h. der Enddruck im Erdgastank nach Abkühlung, ist von der Güte des Erdgastank-Befüllungsautomaten abhängig. Bei älteren Modellen fehlt ggf. eine Temperaturmessung. Dann wird der Solldruck im Erdgastank von etwa 200 bar zwar beim Tanken erreicht, doch geht der Druck aufgrund der späteren Abkühlung zurück -die Füllmenge ist geringer. Moderne Erdgastank-Befüllungsautomaten dagegen füllen die Erdgastanks nach den Parametern Druck und Temperatur, so dass eine mögliche Mindermenge durch Erwärmung des Erdgastanks schon beim Tankvorgang durch einen etwas höheren Solldruck ausgeglichen wird - bei Normaltemperatur stellt sich wieder der Druck von 200 bar ein.

Für eine Vergleichbarkeit von Kraftstoffen und Tankstellenpreisen muss die Umrechnung von Erdgas-Mineralölsteuersätzen sowie Tankstellen-Erdgaspreisen (Euro/kg) in Euro/Liter über die Energieinhalte der Kraftstoffe erfolgen. Über die Dichte von Erdgas (H: 0,79 kg/m3 ; L: 0,83 kg/m3 ), die Kraftstoff-Heizwerte (Benzin: 8,77 kWh/Liter, Diesel: 9,86 kWh/Liter) sowie die Kraftstoffdichten (Benzin: 0,76 kg/Liter; Diesel 0,84 kg/Liter) lassen sich die "Kraftstoff-Äquivalente" von H-Gas und L-Gas (in "Liter Kraftstoff je kg CNG") berechnen. Folgende Faustformeln gelten für die Umrechnung der beiden Gassorten:

  • 1 kg H-Gas entspricht ca. 1,5 Liter Benzin bzw. ca. 1,3 Liter Diesel
  • 1 kg L-Gas entspricht ca. 1,2 Liter Benzin bzw. ca. 1,1 Liter Diesel

Für Erdgas als Kraftstoff ist bis zum 31. Dezember 2018 (!) ein deutlich reduzierter Mineralölsteuersatz von 13,90 €/MWh gesetzlich festgeschrieben. Gegenüber Benzin mit 669,80 € und Diesel mit 470,40 € je 1.000 Liter ist das ein sehr niedriger Mineralölsteuersatz, der auch auf lange Sicht dazu führt, dass Erdgas umgerechnet rund 50-60 Ct./Liter gegenüber Benzin und ca. 35-40 Ct./Liter gegenüber Diesel günstiger ist!

Technik und Kosten von Erdgasfahrzeugen

Viele Fahrzeuge haben eine unterflurige Flaschenanordnung, wodurch keine Platzeinschränkungen mehr bestehen. Die Anordnung der Erdgasflaschen kann im Einzelfall das nutzbare Raumvolumen des Fahrzeugs einschränken, z.B. wenn die Flaschen hinter der Rücksitzbank angeordnet sind und dadurch die Rücksitzbank durch Umklappen keinen großen und ebenen Laderaum freigibt.

Entscheidend für die Reichweiten der Erdgasfahrzeuge sind die Größen bzw. Inhalte von Erdgas- und Benzintank sowie die Kraftstoffverbräuche. Somit haben leichtere und sparsame Fahrzeuge grundsätzlich auch bei den Reichweiten erhebliche Vorteile.

Die Mehrkosten für die Anschaffung eines Serien-Erdgasfahrzeugs belaufen sich auf etwa 1.400 - 4.000 Euro. Die nachträgliche Umrüstung dagegen kostet je nach Fahrzeug schon zwischen 3.500 und 6.500 Euro inkl. Mehrwertsteuer. Der hohe finanzielle Mehraufwand einer Umrüstung ist in der Regel eher für "Vielfahrer" wirtschaftlich begründbar. Wer umrüsten lässt, muss zudem damit rechnen, dass er bei Folgeschäden, die durch den Einbau der Gasanlage entstanden sind, keine Garantieansprüche mehr geltend machen kann. Da die Umrüstung auch einen Eingriff in den Motor eines Fahrzeugs darstellt, verändern sich die Kraftstoffverbrauchs- und Emissions-Typprüfwerte, die beim Kraftfahrtbundesamt hinterlegt sind und auf denen die steuerliche Einordnung des Fahrzeugs beruht. Daher ist eine Typgenehmigung oder eine kostspielige Einzelbetriebserlaubnis notwendig, um in den Genuss des Steuervorteils zu kommen.

Viele der regionalen und lokalen Erdgasversorger in Deutschland fördern die umweltfreundlichen Erdgasantriebe. Die Förderprogramme entsprechen typischerweise einem Gegenwert von 200 € bis hin zu über 2.000 €. Damit hat der CNG-Fahrer bis zu 30.000 km "freie Fahrt".

Beratungsleistungen von WiRo Consultants im Zusammenhang mit Erdgasfahrzeugen

  • Im Rahmen von kommunalen Energiekonzepten haben WiRo Consultants schon seit vielen Jahren Konzepte zur Nutzung von Erdgasfahrzeugen im motorisierten Individualverkehr (MIV) und zur Nutzung für z.B. Busse empfohlen.
  • WiRo Consultants haben als ein von Fahrzeugherstellern und Versorgern unabhängiges Ingenieurbüro für die EnergieAgentur.NRW ein Endverbraucherseminar zu allen relevanten Themen und Fragen rund um die Erdgasfahrzeuge entwickelt.
  • Mehrere Vortragsveranstaltungen und Workshops wurden inzwischen durchgeführt.