Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Autogas

Autogas

Autogas ist Flüssiggas also Propan, Butan und deren Gemische (LPG - Liquefied Petroleum Gas). Es ist nicht zu verwechseln mit Erdgas (LNG - Liquefied Natural Gas) als Kraftstoff (CNG - Compressed Natural Gas).

Flüssiggaskraftstoff (Autogas, LPG)

Flüssiggas findet Anwendung als Kraftstoff für Ottomotoren. Bereits in den 1970er Jahren war es in Italien sehr verbreitet und ist es bis heute geblieben. Auch die gesamte Autobusflotte der Wiener Verkehrsbetriebe fährt seitdem mit Flüssiggas. Es verbrennt umweltfreundlicher als Benzin. Der Schadstoffausstoss von Stickoxiden beträgt etwa 20 % der Benzinverbrennung, CO2 Emissionen vermindern sich um 15 % und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um 50 %. Zudem lassen sich LPG-Abgase durch die bessere chemische Verwertbarkeit bei niedrigeren Temperaturen in Fahrzeugkatalysatoren umsetzen. Wegen der rueckstandsfreien Verbrennung werden häufig Gabelstapler mit Flüssiggas betrieben und ersetzen somit Dieselstapler, die Russ und hohe Mengen an Stickoxiden emittieren. Fluessiggasbetriebene Gabelstapler dürfen, wie auch dieselbetriebene Stapler, als einzige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in geschlossenen Raeumen betrieben werden. Zuerst war LPG bei den Taxis (z. B. alle Taxis in Istanbul), später auch im privaten Kfz-Bereich, in den 1980er Jahren in Österreich durch guenstige Preise sehr verbreitet. Aufgrund der höheren Besteuerung wurde es in Österreich aber wieder uninteressant.

Heute ist Flüssiggas als Kraftstoff in einigen europaeischen Nachbarlaendern (wie BE, NL, GB, PL, IT, F ...) etabliert. In Deutschland hat es eine wachsende Bedeutung. Momentan (Stand 07.07.2006) wird Flüssiggas (LPG/Autogas) und Erdgas (CNG/LNG) zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bezueglich des Brennwertes bis Ende 2018 gleich niedrig besteuert. In Österreich gibt es ab 2006/ eine Steuerreduktion nur für Erdgaskraftstoff. In der Schweiz sollen ab Erd- und Flüssiggas steuerbeguenstigt werden. In Deutschland kostet der Liter derzeit ca. 63 Cent (Stand 22.08.06). Tankstellen gibt es 1678 (22.08.06).

Fahrzeugumruestung

Eine Umrüstung der PKW auf Flüssiggas (LPG) ist relativ unkompliziert. Fast jedes Fahrzeug mit Ottomotor kann für etwa 1.500 bis 3.500 Euro (je nach Zylinderzahl und der zu erreichenden Abgasnorm) umgebaut werden; ausgenommen sind (derzeit noch) Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung. Das Leergewicht einer LPG-Anlage beträgt etwa 40 kg. Der Tank findet seinen Platz entweder in der Reserveradmulde (34 bis 85 Liter, das Reserverad wird dann durch ein Pannenspray ersetzt) oder im Kofferraum (60 bis 200 Liter). Auch Unterflurtanks sind möglich. Die Reichweite beträgt je nach Verbrauch 350 km 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 wärend der Fahrt erfolgen. Mit dem Einbau ist also auch eine erhebliche Reichweitenerhoehung verbunden, sofern auch noch entsprechend Benzin mitgeführt wird. Gegenüber Benzin muss je nach gewähltem System (siehe unten) ein volumetrischer (Liter vs. kg) Mehrverbrauch von 5 bis 20 % für LPG angesetzt werden, da Flüssiggas eine geringere Dichte aufweist. Zum Vergleich: Superbenzin mit 95 Oktan hat eine Dichte von ca. 0,76 g/cm³, Flüssiggas (rund 108 Oktan) je nach Mischungsverhaeltnis zwischen 0,51 und 0,56 g/cm³. Auf den ersten Blick resultiert daraus ein Mehrverbrauch von 40%, der jedoch durch den höheren Brennwert des LPG (49 MJ/kg gegen 42 MJ/kg) auf theoretisch 20% verringert wird.

Technik

Mit Autogas betriebene Kfz werden entweder mit Benzin gestartet und danach automatisch auf Gasbetrieb umgestellt, um eventuelle Warmlaufprobleme zu umgehen, oder sie laufen direkt mit Autogas. Es wird zwischen Venturianlagen, sequenziellen Anlagen sowie 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 gasfoermig zugefuehrt wird. Im Verdampfer wird zum Wechsel vom fluessigen zum gasfoermigen Zustand dem Gas die erforderliche Wärme mit dem Kühlwasser zugefuehrt. Daher kann bei vielen Autogasanlagen dieser Typen erst ab ca. 30 °C Kuehlwassertemperatur auf Gas umgeschaltet werden. Dabei ist es auch möglich, selbst das Kühlwasser eines anfangs noch kalten Motors zum Heizen zu nutzen, da Butan unter Atmosphaerendruck bei -0,5 °C und Propan bei -42 °C siedet.

Seit 2004 werden auch LPI-Anlagen angeboten. Diese Systeme fördern mittels einer Kraftstoffpumpe fluessiges Gas unter Druck in einer Ringleitung, von wo es durch Dosierventile in fluessiger Form in den Ansaugtrakt gespritzt wird. Durch die für die Verdunstung aufgenommene Wärme kommt es zu einem Kuehleffekt der Ansaugluft, der je nach Last 5 bis 15 Kelvin betragen kann. Dadurch kommt es zu einer geringfuegigen Leistungssteigerung (siehe Turbomotor/Ladeluftkuehler).

Die Autogasverbrennung erfolgt bei geringeren Schadstoffemissionen und erhoehter Laufruhe. Letztere ist auf die hohe Klopffestigkeit von 105 bis 115 Oktan zurueckzufuehren.

Zum Thema Sicherheit schreibt der ADAC: „Es gibt keine Hinweise aus der Praxis, dass bei diesen Fahrzeugen ein erhoehtes Sicherheitsrisiko besteht, auch nicht aus jenen Laendern, wo relativ viele Autogasautos zugelassen sind. Crash- und Brandtests zeigen, dass Autogasautos nicht gefaehrlicher sind als vergleichbare Benzinfahrzeuge.“ Autogastanks sind mit Rohrabrissventilen ausgestattet. Sollte bei einem Unfall der Tank aus der Halterung gerissen werden und Leitungen abreissen, so werden die entsprechenden Anschluesse sofort versiegelt. Alle Tanks sind mit Schmelzsicherungen ausgestattet, sodass im Brandfall Gas kontrolliert entweichen und abbrennen kann, um ein spontanes Bersten des Stahltanks durch grosse Hitze zu vermeiden.

Venturitechnik

Die Venturitechnik ist die aelteste und preiswerteste Lösung. Hierbei wird ein unterdruckgesteuertes Dosierventil in den Ansaugstutzen montiert und Gas unterdruckgesteuert dosiert. Durch die Verengung des Ansaugquerschnitts ist mit leichtem Leistungsverlust und Mehrverbrauch zu rechnen. Diese Technik ist bis zur Abgasnorm Euro 2 (bzw. z. T. auch D3) ohne Verlust einer Steuerklasse geeignet.

Teilsequenzielle Anlagen

Teilsequenzielle Anlagen verwenden ein praeziseres elektronisch gesteuertes Dosierventil, welches das Gas mittels eines sternfoermigen Gasverteilers in die Ansaugstutzen der Zylinder leitet. Eine Querschnittsverengung im Ansaugtrakt und damit ein Leistungsverlust findet nicht statt. Diese Anlagen verfuegen häufig über einen eigenen programmierbaren Kennfeldgeber für den Gasbetrieb. Daher lassen sich auch aeltere Automobile und Pkw bis zur Schadstoffnorm Euro 3 mit diesem System ausstatten.

Vollsequenzielle Anlagen

Vollsequenzielle Anlagen (zur Zeit Stand der Technik) verfuegen über ein eigenes Dosierventil je Zylinder. Diese modernen Anlagen verfuegen häufig nicht mehr über einen eigenen autonomen Kennfeldrechner, sondern rechnen das im Bordcomputer abgelegte Einspritzkennfeld für Benzin auf aequivalente Gasmengen um. Daher ist die Umrüstung und Programmierung einfacher, erfordert jedoch eine sequenzielle oder gruppensequenzielle Benzineinspritzung. Moderne Fahrzeuge verfuegen bereits seit Mitte der 1990er Jahre über diese Technik. Die Einführung der Schadstoffnormen Euro 3 und Euro 4 mit EOBD (Euro-On-Board-Diagnose) machte dann die sequenzielle Benzineinspritzung zwingend erforderlich. Die Abgasnorm Euro 4 wird problemlos erreicht bzw. unterboten (behaupten zumindest die Umruester - was nicht immer zutrifft). Auf jeden Fall ist eine Abgasbestaetigung über die derzeit gueltige (bzw. dem Fahrzeug entsprechende) Abgasnorm zu verlangen, da sonst eine Abnahme (TÜV) in Deutschland nicht (bzw. nur sehr schwer, also teuer) zu erhalten ist. Ebenso ist eine Bescheinigung über den korrekten Einbau sowie die Dichtheitspruefung gemäss VDTueV 750, etc. zu verlangen. (Dies ist auch bei den vorgenannten Systemen notwendig und bei im Ausland eingebauten Anlagen oft nicht vorhanden.)

LPI Anlagen

LPI ist die Abkürzung für Liquid Propane Injection und heisst uebersetzt Fluessig-Propan-Einspritzung, d. h. Fluessiggaseinspritzung. Die sequenzielle Gaseinspritzung in fluessiger Form stellt wohl die neueste (sogenannte 5.) Generation der Autogassysteme dar. Der grosse Vorteil des Einspritzens in fluessiger Form ist die kuehlende Wirkung des verdampfenden Autogases (Innenkuehlung) im Verbrennungsraum, hier ergibt sich ein besserer Fuellungsgrad in den einzelnen Zylindern und somit einen höhere Wirkungsgrad des Motors gegenüber den anderen Fluessiggassystemen. Somit ist ein Leistungsverlust gegenüber dem Benzinbetrieb kaum bzw. gar nicht spuerbar. Obwohl diese Technik bereits Anfang der 90er Jahre vorgestellt wurde, haben Probleme im Detail allerdings bis zum heutigen Tage eine weite Verbreitung dieser Technik verhindert.

Die Bezeichnung LPI hat sich der niederlaendische Hersteller Vialle markenrechtlich schuetzen lassen. Der Hersteller ICOM bezeichnet die Technik der Fluessiggaseinspritzung daher als JTG.

Bei der Vialle-Anlage wird ein eigenes Kennfeld mittels separatem Steuergerät generiert- verschiedene Felder sollen schon vorgegeben sein. Icom geht andere Wege und basiert mit der Einspritzmenge auf den Daten des Seriensteuergeraetes für Benzin.

Verbreitung

In einigen europaeischen Laendern (Niederlande, Belgien, Italien, Polen, Frankreich, usw.) sowie der Tuerkei besteht ein flaechendeckendes Tankstellennetz.

In Deutschland gab es Anfang September 2006 bereits deutlich über 1700 [1] Autogastankstellen. Die Tendenz ist stark steigend[2], so dass Autogas deutlich weiter verbreitet ist als der Erdgasantrieb (Anzahl der CNG-Tankstellen ca. 700 [1]). Als Tankanschluesse haben sich regional unterschiedlich zwei verschiedene Standards durchgesetzt: ACME (ca. 86% der Tankstellen) und Dish (ca. 11 %). Während in Deutschland fast ausschliesslich diese beiden Fuellsysteme genutzt werden, hat sich in den Niederlanden das Bajonett-Fuellsystem durchgesetzt. Durch geeignete (Schraub-)Adapter kann dieses Problem leicht umgangen werden.

Preise und Kosten

Die Preise für Autogas liegen in Deutschland bei 0,45 bis 0,75 € je l, im Ausland bei 0,30 bis 0,64 € je l.

Bei dem Preisvergleich mit Benzin muss allerdings noch berücksichtigt werden, dass der Literverbrauch bei Flüssiggasbetrieb um etwa 20 % 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 einer Halbierung der Kraftstoffkosten ausgegangen werden. Ottomotoren können bei Autogasbetrieb etwa die Kraftstoffkosten eines entsprechenden Diesels erreichen oder auch unterbieten.

Autogastankstellen für Firmenflotten können ab etwa 5.000 € eingerichtet und mit etwa 40 bis 45 Cent je l beliefert werden. Eine geeichte Zapfsäule samt Datenuebermittlung für Kassensysteme kostet etwa 15.000 bis 20.000 €.

Betankung

Zum Betanken eines Autogasfahrzeugs sind weltweit drei verschiedene Anschlusssysteme eingeführt. Je nach Land benötigt man für die Nutzung der Zapfsäule einen entsprechenden Adapter. Es handelt sich um den ACME-Anschluss ("Europaadapter", Schraubanschluss), den Dish-Anschluss ("Italienadapter", Dish Coupling) und den Bajonett-Anschluss ("NL-Adapter"). Geplant ist ein einheitlicher europaeischer Anschluss namens Euronozzle.

Abrechnungsprobleme beim Tanken

Eine definierte Masse an Gas kostet z. B. in der 11 kg (netto) Propangasflasche 16 – 18 €. Also brauchen Parameter wie Druck und Temperatur nicht angegeben zu werden. An einer Autogas-Tankstelle wird das Volumen (Liter) gezählt. Die tatsaechliche Menge (Masse) Gas aber haengt zudem von der Temperatur ab. Man bekommt weniger Masse bei höherer Temperatur des Gastankes der Tankstelle. Deshalb ist vom Gesetzgeber zu fordern: Die Literzahl gilt nur bei einem gesetzlich festzulegenden Standarddruck und Standardtemperatur.

Chemisch
LPG ist Propan/Butan, die Oktanzahl liegt, je nach Butananteil, zwischen (105 ... 115).
CNG ist Methan, Oktanzahl ca. 130.

Physikalisch
LPG wird bei etwa (5 ... 10) bar Druck fluessig gespeichert (ca. 400 g gasfoermiger Kraftstoff je Liter Flüssiggas-Tankvolumen).
CNG wird gasfoermig bei etwa 200 bar gespeichert (ca. 160 g expandierter Kraftstoff je Liter Druckgas-Tankvolumen) und durch einen Hochdruckregler auf 7 bar verringert.

Kohlendioxid Ausstoss
LPG reduziert den CO2 Ausstoss gegenüber Benzinverbrennung um etwa 15 %.
CNG reduziert den CO2 Ausstoss gegenüber Benzinverbrennung um etwa 25 %, bei Motoren, die auf CNG Verbrennung optimiert werden ist eine CO2 Reduzierung um 40 % möglich. Seit dem 22. Juni 2006 kann an einer Tankstelle in der BRD Biogas getankt werden. Durch den Einsatz von Biogas in CNG Fahrzeugen lässt sich die CO2 Bilanz drastisch verbessern.

Tanktechnik
LPG gestattet Radmuldentanks ohne Kofferraumverlust. Zylindertanks sind mit Volumina bis über 100 l verfügbar, Radmuldentanks werden je nach Muldengroesse bis 85 l angeboten. Das Nettotankvolumen beträgt 80 % des Bruttovolumens. Dies ist aus Sicherheitsgruenden (Ausdehnung im heissen Fahrzeug) erforderlich. Der Pruefdruck dieser Tankanlagen (TÜV) liegt bei 40 bar mit ueblichen Betriebsdruecken von (8 ... 12) bar.
CNG erfordert im Kofferraum untergebrachte Zylindertanks oder bei Serienfahrzeugen unterflur angeordnete Tanks, um keinen Kofferraumverlust zu haben, welche über 300 bar Pruefdruck standhalten müssen. Der Berstdruck von Erdgasflaschen beträgt 600 bar.

Verbreitung
LPG: Hat die europaweit höhere Verbreitung an Zapfsäulen (insbesondere in den Laendern Frankreich, Polen, Spanien, Benelux, Italien und England). Deutschland ist hier EU-weit quasi Schlusslicht, allerdings gibt es auch hier noch immer mehr LPG-Tankstellen als Erdgas-Tankstellen. In Deutschland gibt es nach Angaben des Kraftfahrt-Bundesamts 40.585 Fahrzeuge (Stand: Januar 2006). Diese Zahl gibt aber nur einen Teil der tatsaechlich vorhandenen Fahrzeuge wieder, da es sich bei den meisten LPG-faehigen Fahrzeugen um umgeruestete Nicht-OEM-Fahrzeuge handelt, die in den vielen Faellen in den Fahrzeugpapieren mit dem urspruenglichen Schüssel geschluesselt und deshalb in der Statistik nicht als bivalente LPG-Fahrzeuge erkannt werden. LPG-Tankstellen gibt es in Deutschland derzeit 1678 (Stand August 2006 [1]).
CNG: Wird derzeit in Deutschland primaer offensiv beworben, obwohl die Zahl der Tankstellen noch immer geringer ist im Vergleich zu LPG. (per 1.1.2006 38.933 Fahrzeuge in Deutschland (Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt), Schweiz, Österreich, Italien, Argentinien) CNG-Tankstellen gibt es in Deutschland derzeit 702 (Stand August 2006 [1]).

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 oertlichen Gasversorgungsunternehmen, die Aufbereitung zu CNG erfolgt vor Ort. Laendliche CNG Tankstellen ohne Anschluss an ein Erdgasnetz sind nur schwer bzw. teuer zu versorgen.

Praktische Konsequenzen
LPG ist als Kraftstoff etwas teurer als CNG (Dezember 2005 [1]), die Umbauten sind jedoch durch den geringeren Druck und die weltweit höhere Verbreitung deutlich billiger und erzielbare Reichweiten allgemein höher. Wird ein Ottomotor auf Gasbetrieb nachgeruestet, so bietet sich aus Kosten- und Platzgruenden häufig LPG an.
CNG ist als Kraftstoff zwar etwas billiger als LPG (Dezember 2005 [1]) (Faustregel: 1 kg Erdgas = 1,4 l Super = 1,65 l LPG), erfordert jedoch aufgrund des höheren Drucks dickwandigere und damit schwerere Tanks und erlaubt nur geringe Reichweiten, je nach Verbrauch von (240 ... 300) km. Ist ein Fahrzeug ab Werk mit Unterflurtanks ausgestattet, so sind auch bei CNG Reichweiten von über 400 km mit einer Tankfuellung erreichbar. Haeufig werden Neuanschaffung und Umrüstung vom oertlichen Gasversorgungsunternehmen gefördert.

Fazit: Je nach Tankstellenverfuegbarkeit, Fahrzeugtyp, Nutzungsprofil und voraussichtlicher Nutzungsdauer muss individuell abgeschaetzt werden, welche Technik angebracht ist. Als Faustregel kann festgehalten werden:

Neufahrzeug: unmittelbare Nachruestung auf LPG oder Serien-CNG (Reichweite von monovalenten und bivalenten Fahrzeugen im Erdgasbetrieb bis zu 450 km ohne erneutes Tanken)
Gebrauchtwagen bzw. Langstreckeneinsatz: LPG

Sicherheitsbestimmungen

Fluessiggaslagerbehaelter-Anlagen sind ueberwachungsbeduerftige Anlagen nach der Betriebssicherheitsverordnung und müssen daher vor der Inbetriebnahme durch eine zugelassene ueberwachungsstelle geprüft werden und müssen in bestimmten Fristen wiederkehrend geprüft werden. Auch die Bestimmungen der Betriebssicherheitsverordnung hinsichtlich des Explosionsschutzes sind zu beachten.

Besondere Massnahmen sind erforderlich bei Arbeiten unter Erdgleiche (Keller u.ae.), da Flüssiggas schwerer als Luft ist und sich als „See“ sammeln kann. Auch Bodenoeffnungen (Kanaldeckel, Luken, Kellerabgaenge) sind in die Sicherheitsbetrachtung einzubeziehen.

Der Transport von Flüssiggas wird durch die ADR-Bestimmungen geregelt.

Speziell die Garagenordnungen sind oft unterschiedlich, so dass man unbedingt beim Einfahren auf die Hinweisschilder achten muss. Selbst innerhalb oesterreichs sind die Verordnungen nicht einheitlich, da sie in die Kompetenz der Bundeslaender fallen.