Autogas

Autogas (im internationalen Straßenverkehr als GPL verzeichnet, aus dem Französischen gaz de pétrole liquéfié) bezeichnet zum Gebrauch in Fahrzeug-Verbrennungsmotoren vorgesehenes Flüssiggas (LPG, Liquefied Petroleum Gas). Es ist nicht zu verwechseln mit komprimiertem Erdgas (CNG, Compressed Natural Gas) oder Flüssigerdgas (LNG, Liquefied Natural Gas) als Kraftstoff.

Herstellung von Autogas

Flüssiggas tritt bei der Erdgas- und Erdölförderung als “nasses Bohrgas” auf. Da sich das Sammeln, Aufarbeiten und der Transport des Gases wirtschaftlich nicht lohnt, wird es häufig an der Förderstelle als Abfallprodukt abgefackelt.

Weiter entsteht Flüssiggas in der Raffinerie als Nebenprodukt, z.B. bei der Benzin- und Dieselerzeugung. Auch hier war der wirtschaftliche Wert lange Zeit so gering, dass das Gas abgefackelt wurde. Bei räumlicher Nähe zu produzierenden Kunststoff- und Chemiestandorten wird das Gas in der Chemieindustrie verarbeitet, so z.B. in Österreich.

Autogas als Kraftstoff

Fahrzeugumrüstung

Eine Umrüstung der PKW auf Flüssiggas (LPG) ist relativ unkompliziert. Fast jedes Fahrzeug mit Ottomotor kann für etwa 1150 bis 3500 Euro, je nach Zylinderzahl, Leistung und der zu erreichenden Abgasnorm, umgebaut werden. Das Leergewicht einer LPG-Anlage beträgt etwa 40 kg.

Für den Tank gibt es verschiedene Einbaumöglichkeiten:

In der Reserveradmulde (34 bis 94 Liter), das Reserverad wird dann durch ein Pannenspray ersetzt.
Im Kofferraum (60 bis 200 Liter), meist in Zylinderform.
Auch Unterflurtanks sind möglich.

Die Reichweite im Gasbetrieb beträgt je nach Tankgröße und Verbrauch 350 bis 1000 km. Beim Umbau bleibt der Benzintank erhalten, so dass das Fahrzeug wahlweise mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden kann (bivalenter Antrieb). Das Umschalten zwischen Benzin- und Flüssiggasbetrieb kann automatisch oder manuell während der Fahrt erfolgen. Wird der Umschaltzeitpunkt automatisch gewählt, sollte dies durch einen Wassertemperatursensor geschehen. So wird gewährleistet, dass erst umgeschaltet wird, wenn der Motor auf Betriebstemperatur ist und das Flüssiggas optimal verbrennen kann. Mit dem Einbau des Gastanks ist also auch eine erhebliche Reichweitenerhöhung verbunden, sofern auch noch entsprechend Benzin mitgeführt wird.

Einige Umrüster empfehlen zusätzlich den Einbau von Additiv-Beimengern in den Ansaugtrakt oder die Zugabe eines Additives in den Benzin- und Gastank, um den Verschleiß der Ventile und Ventilsitze bei veränderter Kraftstoffart und Verbrennungsbedingungen zu verringern, da die Verbrennungstemperaturen bei gleichem Kraftstoff-Luftgemisch über denen von Benzin liegen. Bei einigen Fahrzeugen sind die Ventilsitze deutlich weniger temperaturbeständig als bei anderen Fahrzeugen (sog. Weichventilsitzer), so dass es im Gasbetrieb unter Umständen zu einem Motorschaden kommen kann. Höhere Verbrennungstemperaturen und ein daraus resultierender Motorschaden lassen sich von vorne herein vermeiden, wenn eine eingebaute Gasanlage im oberen Lastbereich entsprechend „fetter“ (Lambdawert < 1) eingestellt wird. Hin und wieder soll auch beim Verbrauch von Autogas gespart werden, und das Gemisch wird zu “mager” eingestellt. Das führt häufig zum Motorschaden oder langfristig zum vorzeitigen Verschleiß der Ventile. Durch die große Nachfrage bei Nachrüstungen gibt es zeitweise Lieferschwierigkeiten bei den Tankbehältern (2008).

Alternativ zum Einbau eines Additiv-Beimengers gibt es Gasanlagen, die auch im Gasbetrieb geringe Mengen Benzin beimengen. Die für das jeweilige Fahrzeug notwendige Benzinmenge ist einstellbar.

Technik von Flüssiggasfahrzeugen

Mit Autogas betriebene KFZ werden entweder mit Benzin gestartet und danach je nach eingebauter Anlage per Schalter oder automatisch auf Gasbetrieb umgestellt, um eventuelle Warmlaufprobleme zu umgehen, oder sie starten direkt mit Autogas. Es wird zwischen Venturi-Anlagen, sequenziellen Anlagen und LPI-Anlagen unterschieden.

Die ersten beiden Anlagentypen haben gemeinsam, dass das im Tank unter Druck befindliche flüssige Gas dem Motor über einen Verdampfer und Druckregler gasförmig zugeführt wird. Da das Gas beim Verdampfen ähnlich wie Kältespray stark abkühlt, wird der Verdampfer mit Kühlwasser beheizt. Aus diesem Grund schalten die meisten Autogasanlagen erst ab ca. 30 °C Kühlwassertemperatur auf Gas, um ein Vereisen der Verdampfer bei niedrigen Außentemperaturen zu verhindern.

Seit 1995 werden auch LPI-Anlagen angeboten. Diese Systeme fördern mittels einer Kraftstoffpumpe flüssiges Gas unter Druck in einer Ringleitung, von wo es durch Dosierventile in flüssiger Form in den Ansaugtrakt gespritzt wird. Durch die für die Verdunstung aufgenommene Wärme kommt es zu einem Kühleffekt der Ansaugluft, der je nach Last 5 bis maximal 15 Kelvin (also 5°C bis maximal 15°C) betragen kann. Dadurch kommt es zu einer geringfügigen Leistungssteigerung (siehe Turbomotor/Ladeluftkühler) respektive zu einem geringeren Leistungsverlust bezogen auf Verdampferanlagen. Zur Verbrennung wird Kraftstoff und der in der Luft enthaltene Sauerstoff benötigt. Kalte Luft enthält je Volumen mehr Sauerstoff als warme. Bei einem klassischen Benzinmotor wird der Kraftstoff als Aerosol eingespritzt, welcher faktisch kein Volumen benötigt. Gasförmige Kraftstoffe verdrängen Luft und senken so die Sauerstoffmenge im Zylinder. Bei LPG werden theoretisch 3 % der Luft verdrängt, bei Erdgas bis zu 10 %.

Die Autogasverbrennung erfolgt bei geringeren Schadstoffemissionen und erhöhter Laufruhe. Diese Effekte sind u.a. auf die hohe Klopffestigkeit von 105 bis 115 Oktan zurückzuführen sowie auf die homogene Gemischbildung. Gase sind im Gegensatz zu Aerosolen sehr schnell und sehr gleichmäßig mit der Verbrennungsluft mischbar. Durch die Vermeidung lokaler Luftmängel bzw. -überschüsse wird die Bildung von unerwünschten Verbrennungsnebenprodukten wie Kohlenmonoxid, teil-/unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder Stickoxiden unterdrückt.

Zum Thema Sicherheit schreibt der ADAC: „Es gibt keine Hinweise aus der Praxis, dass bei diesen Fahrzeugen ein erhöhtes Sicherheitsrisiko besteht, auch nicht aus jenen Ländern, wo relativ viele Autogasautos zugelassen sind. Crash- und Brandtests zeigen, dass Autogasautos nicht gefährlicher sind als vergleichbare Benzinfahrzeuge.“ Autogastanks und deren Rohrverbindungen sind mit unterschiedlichen Sicherungssystemen ausgestattet: So ist der Füllleitungsanschluss mit einem Rückschlagventil versehen, das bei einem Rohrabriss das Austreten von Gas verhindert. Die Beförderungsleitung in den Motorraum ist direkt bei der Tankentnahme mit einem Magnetventil gesichert, das bei Stromverlust sofort schließt. Bei einem zu hohen Druckverlust schaltet das Gassteuergerät sofort auf 0 Volt, wodurch das Ventil geschlossen wird. Sollte bei einem Unfall die Fahrzeugstromversorgung nicht mehr funktionieren, dann ist das beschriebene Magnetventil aufgrund des Stromverlusts auf jeden Fall geschlossen.

Im Falle eines Brands sind die meisten Tanks bis zu einem Überdruck von 30-35 bar geprüft (Abpressdruck ca. 60-90 bar). Je nach Tankart (1-Loch/4-Loch) ist entweder ein separates Überdruckventil oder ein in das Multiventil integriertes Überdruckventil verbaut. Dieses öffnet bei einem Druck von ca. 25-28 bar, wodurch sichergestellt ist, dass das Gas im Brandfall kontrolliert abgelassen wird und der Tank nicht bersten kann.

Verbreitung von Autogas

Deutschland
In Deutschland gab es Ende Januar 2009 4.750 Autogastankstellen, die Tendenz ist seit ca. Sommer 2006 mit monatlich rund 110 neuen Tankstellen kontinuierlich stark steigend. (Graphen zur Entwicklung der Anzahl der Autogas- und Erdgastankstellen in Deutschland.)

Europa
In mehreren europäischen Ländern (Niederlande ca. 2100 Gastankstellen, Belgien ca. 650, Italien ca. 2000, Polen ca. 5000, Tschechien ca. 700, Slowakei ca. 100, Rumänien ca. 100, Frankreich ca. 1900, Großbritannien ca. 1400) sowie der Türkei (ca. 10.000) bestehen flächendeckende Tankstellennetze. Die Dichte an Tankstellen pro 1 mio Einwohner ist in sechs Ländern (Belgien, Tschechien, Irland, Niederlande, Polen, Türkei) höher als in Deutschland.

In mehreren anderen europäischen Ländern ist eine Grundversorgung für Touristen und Transitreisende gewährleistet:

Österreich mit derzeit 13 bekannten öffentlichen Tankstellen. Als Kraftstoff wird Flüssiggas in Österreich über eine Befreiung von der Mineralölsteuer hinaus nicht gefördert, weil, ganz im Sinne der EU, erneuerbaren Kraftstoffen der Vorzug gegeben wird.
Schweiz mit 22 bekannten Tankstellen (Stand Januar 2009)
Slowenien mit ca. 26 bekannten Tankstellen (meist Autobahntankstellen) (Stand Januar 2009)
Portugal mit 96 bekannten Tankstellen (Stand Sept. 2008)
Spanien mit 32 bekannten Tankstellen, oft nur in größeren Städten (Stand Sept. 2008)

Weltweit
Den größten anteiligen Verbrauch aller Staaten von LPG hat Südkorea (22 %), gefolgt von Japan (9 %), Türkei (8 %), Mexico (8 %), Australien (7 %). Verbreitet ist Autogas außerdem in Kroatien, Russland, Armenien, China, USA, Kanada.

Preise und Kosten

Die Preise für Autogas liegen in Deutschland bei 0,435 bis 0,789 € je l (im Durchschnitt bei 0,63 € je l), im Ausland bei 0,45 bis 0,85 € je l.

Bei dem Preisvergleich mit Benzin muss allerdings noch berücksichtigt werden, dass der Literverbrauch bei Flüssiggasbetrieb im Durchschnitt um 15 % steigt, da Flüssiggas im Vergleich zum Benzin eine erheblich geringere Dichte und somit einen geringeren Brennwert je Liter hat. Daher kann beim Vergleich der Kraftstoffkosten zwischen Benzin/Super und Flüssiggas grob von 60 bis 70 % der Kraftstoffkosten ausgegangen werden. Ottomotoren können bei Autogasbetrieb etwa die Kraftstoffkosten eines entsprechenden Diesels erreichen oder auch unterbieten. Die derzeitige Entwicklung der Kraftstoffpreise auf dem Markt tendiert aber immer mehr zu einer Annäherung von Diesel und Benzinpreis, so dass Flüssiggas im Vergleich zu diesen Kraftstoffsorten preiswerter ist.

Motorleistung bei betrieb mit Autogas

Jedes Gas (LPG und CNG) verdrängt Luft aus dem Zylinder, dadurch steht für die Verbrennung weniger Sauerstoff zur Verfügung. Im alltagsrelevanten Teillastbereich kann die Motorleistung durch eine homogenere und bessere Zylinderfüllung sogar leicht ansteigen. Bei aufgeladenen Motoren mit Turbolader oder Kompressor kann der Leistungsverlust durch einen höheren Ladedruck und damit eine höhere Sauerstofffüllung kompensiert werden. Die hohe Oktanzahl von deutlich über 100 des LPG und CNG begünstigt diese Maßnahme. Bei klassischen Saugmotoren muss bei beiden Kraftstoffen mit einem vom Kraftstoff abhängigen Leistungsverlust gerechnet werden.

LPG: Ein Molekül Propan verbraucht bei der Verbrennung fünf Sauerstoffmoleküle, ein Molekül Butan deren sechseinhalb. Je nach Gaszusammensetzung bestehen bis zu 4 % der Zylinderfüllung aus Autogas. Alte Venturianlagen bzw. deren Düse (zulässig nur bis Euro 2) können bis 10 % Leistungsverlust durch zusätzliche Drosselverluste im Ansaugtrakt verursachen. Bei neueren sequenziellen Verdampferanlagen ist theoretisch ein Leistungsverlust von bis zu 3,8 % zu erwarten, der in der Praxis jedoch nicht spürbar ist. Eine flüssig einspritzende Anlage kühlt die Luft im Ansaugtrakt herunter, wodurch die Zylinderfüllung (analog zum Ladeluftkühler) verbessert wird. Daher ist oft kein Leistungsverlust mehr messbar oder sogar ein leichter Leistungsgewinn zu beobachten.
CNG: Ein Molekül Methan (Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas) verbraucht bei der Verbrennung zwei Sauerstoffmoleküle, daher muss deutlich mehr Erdgas (typisch 12 %) in den Zylinder eindosiert werden, es wird folgedessen noch mehr Luftsauerstoff verdrängt. Dieser Sauerstoff steht folglich zur Verbrennung nicht zur Verfügung und es muss mit einem Leistungsverlust von eben diesen 12 bis 15 % gerechnet werden. Der Leistungsverlust kann sich gerade bei schwach motorisierten Fahrzeugen und hohen Volllastanfettungen deutlich bemerkbar machen.

Autogas Tanktechnik

LPG kann in Radmuldentanks ohne Kofferraumverlust nachgerüstet werden. Zylindertanks sind mit Volumina bis über 200 l verfügbar; Radmuldentanks werden je nach Muldengröße bis über 60–70 l angeboten. Der Einbau von Zusatztanks ist z. B. bei Pickups oder Transportern ohne weiteres möglich. Das Nettotankvolumen beträgt 80 % des Bruttovolumens. Dies ist aus Sicherheitsgründen (Ausdehnung im heißen Fahrzeug) erforderlich. Der Prüfdruck dieser Tankanlagen (TÜV) liegt bei 40 bar, mit üblichen Betriebsdrücken von 8 bis 12 bar. Da es sich bei LPG-Tanks nicht um Hochdruckbehälter handelt, ist eine Vielzahl von Tankformen möglich. Weit verbreitet sind jedoch Zylinder- und Ringtanks.
CNG wird in im Kofferraum untergebrachten Zylindertanks oder, wie bei Serienfahrzeugen inzwischen üblich, unterflur oder auf dem Dach (Nutzfahrzeuge) angeordneten Tanks mitgeführt. CNG-Tanks haben einen Prüfdruck von über 300 bar, der Berstdruck beträgt 600 bar. Wegen des hohen Drucks werden CNG-Tanks nicht als Ringtanks oder in Sonderformen angeboten.

Verbreitung von Autogas

LPG: Wird an derzeit 4898 Tankstellen in Deutschland flächendeckend angeboten (Stand April 2009). 68 % der LPG-Tankstellen führen auch Benzin und 37 % sind 24 h geöffnet. In Brandenburg ist die Dichte der LPG-Tankstellen am geringsten.
CNG: Wird an derzeit 835 Tankstellen in Deutschland angeboten (Stand April 2009). 76 % der CNG-Tankstellen führen auch Benzin und 62 % sind 24 h geöffnet. (per 1. Januar 2007 42.759 CNG-Fahrzeuge in Deutschland, Schweiz, Österreich, Italien und Argentinien (Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt). Mit Ausnahme Nordrhein-Westfalens ist die Dichte der CNG-Tankstellen gering.
Allgemein: Seit Juni 2006 besteht die rechtliche Grundlage für eine bundesweit einheitliche Vorwegbeschilderung auf Autobahnen für LPG- und CNG-Tankstellen. Bei geringer Gastankstellendichte ist es ratsam, sich vor Fahrtantritt bezüglich der an der Reiseroute befindlichen Gastankstellen zu erkundigen. Reine Gas-Tankstellen sind oft nicht mit Personal besetzt, so dass die Bezahlung ausschließlich mittels Karte (EC-Karte bzw. Kundenkarte) möglich ist. Nicht mit Personal besetzte Tankstellen sind in der Regel etwas günstiger als reguläre Tankstellen.

Verteilung

LPG wird wie Benzin- und Dieselkraftstoffe in der Regel auf der Straße zur Tankstelle transportiert und belastet so den Straßenverkehr. Allerdings ist der Tankstellenbetreiber nicht zwingend an einen regionalen Gasversorger gebunden.
CNG hingegen besteht aus Erdgas und findet seinen Weg zum Verbraucher über Pipelines. Tankstellen erhalten das Erdgas aus dem Netz der örtlichen Gasversorgungsunternehmen; die Kompression auf den Tankdruck von mehr als 220 bar erfolgt vor Ort. Ländliche CNG-Tankstellen ohne Anschluss an ein Erdgasnetz sind nur schwer bzw. teuer zu versorgen. Hier stellen Bio-Erdgas-Tankstellen eine sinnvolle Alternative dar.

Praktische Konsequenzen

LPG ist als Kraftstoff zwar effektiv ca. 30% teurer als CNG (Juli 2008 ), die Umbauten sind jedoch durch den geringeren technischen Aufwand wiederum ca. 30% billiger und erzielbare Reichweiten allgemein höher. Wird ein Ottomotor auf Gasbetrieb nachgerüstet, so bietet sich aus Kosten- und Platzgründen häufig LPG an.
CNG ist als Kraftstoff effektiv billiger als LPG (Juli 2008), erfordert jedoch aufgrund des höheren Drucks dickwandigere und damit schwerere Tanks und erlaubt häufig nur geringere Reichweiten als Nachrüstung, je nach Verbrauch von 240 bis 300 km. Ist ein Fahrzeug ab Werk mit Unterflurtanks ausgestattet, so sind auch bei CNG Reichweiten von über 400 km mit einer Tankfüllung erreichbar. Häufig werden Neuanschaffung und Umrüstung vom örtlichen Gasversorgungsunternehmen gefördert, die durchschnittliche Fördersumme liegt bei etwa 500 €.

Quelle: Dieser Text ist in Auszügen von Wikipedia

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