Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Erdgas CNG

Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstaetten vorkommt. Haeufig tritt es zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase unterscheiden sich oertlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Methan.

Erdgas ist kein Stoff oder chemisches Element, sondern ein Gemisch von Gasen. Die chemische Zusammensetzung schwankt je nach Fundstaette betraechtlich. Der Hauptbestandteil ist immer Methan. Haeufig enthaelt Erdgas auch groessere Anteile höherer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Butan und Ethen, dieses Erdgas wird nasses Erdgas genannt (dies hat nichts mit dem meist auch vorhandenen Wasserdampfanteil zu tun, sondern beschreibt allgemein den Anteil an leichter kondensierbaren Gasen).

Ein weiterer Nebenbestandteil ist Schwefelwasserstoff, der durch Entschwefelung des Erdgases entfernt wird, und bis zu neun Prozent Kohlendioxid. Da letzteres für die Energiegewinnung wertlos ist, wird es in die Luft abgegeben. Das können für eine Bohrinsel bis zu 28.000 Tonnen pro Tag sein. Von grossem Wert sind Erdgase, die bis zu sieben Prozent Helium enthalten. Diese sind die Hauptquelle der Heliumgewinnung.

Erdgas entsteht auf ähnliche Art wie Erdöl und wird daher auch oft mit diesem zusammen gefunden. Es bildet sich unter Luftabschluss und hohen Drücken aus abgestorbenen und abgesunkenen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton). Diese sind auf den Grund der damaligen Ozeane abgesunken und anschliessend von undurchlässigen Schichten ueberdeckt wurden. Der dann einsetzende chemische Prozess hat unser heutiges Erdgas gebildet.

Ein Grossteil des heute verfuegbaren Erdgases ist vor 15 bis 600 Millionen Jahren entstanden.

Erdgas ist ein ungiftiges, brennbares, farb- und in der Regel geruchloses Gas mit einer Zuendtemperatur von rund 600°C. Es ist zudem leichter als Luft und ein m³ Erdgas benötigt zur Verbrennung rund 10 m³ Luft. Um eventuell austretendes Erdgas orten zu können, wird es mit einem Duftstoff (meist geringe Mengen Ethanthiol) versehen, der für den klassischen Gasgeruch verantwortlich ist - dieser Vorgang wird Odorierung genannt. Je nach Herkunft des Erdgases kann sich darin ein erheblicher Anteil an organischen Schwefelverbindungen befinden, die eine Beseitigung dieser aeusserst intensiv riechenden Erdgasbegleiter notwendig machen.

Man unterscheidet die Erdgasqualitaeten L (low) und H (high). Erdgas H hat einen höheren Methangehalt (87 bis 99 Vol. %), wärend Erdgas L bei Methananteilen von 80 bis 87 Vol. % groessere Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid enthaelt.

• Energiedichte (Erdgas L - Erdgas H)
• Brennwert Hs Masse :10 - 14 kWh/kg = 36 - 50 MJ/kg
• Brennwert Hs Volumen: 8,2 - 11,1 kWh/m³ = 30 - 40 MJ/m³
• Der Heizwert Hu liegt jeweils etwa 10 % unter diesen Werten.
• Dichte = 0,800 - 0,820 kg/m³
• Siedepunkt = -161°C.

Erdgas kann durch technische Verfahren auch in andere Aggregatzustaende versetzt werden, die einen Transport ohne Pipelines ermöglichen. Gemein ist allen Verfahren eine Verringerung des Volumens, wodurch sie sich unter anderem auch besser als Ersatz für Kraftstoff aus Mineralöl eignen.

• Komprimiertes Erdgas (CNG) (Komprimierung, Druckbehaelter)
• Fluessigerdgas (LNG) (Gasverfluessigung durch Kompression und/oder Kuehlung)
• Gas-to-Liquids (Umwandlung in flüssige Kohlenwasserstoffe)

In Europa gibt es die:

• Erdgastrasse Urengoi - Uschhorod
• Transeuropaeische Naturgas-Pipeline.

Damit Erdgas komprimiert und damit für den Transport "reisefertig" gemacht werden kann, muss dem Gas die darin enthaltene Feuchtigkeit entzogen werden. Wuerde dies nicht geschehen, wuerden diese Restmenen an Wasser im Gas bei der Verdichtung gefrieren, was ein Verladen und Transportieren in Pipelines oder Schiffscontainern verunmoeglichen wuerde. Der Trocknungsprozess von Gasen erfolgt in der Regel in verschiedenen Stufen:

Stufe 1:
Vortrocknung durch Wärmetauscher oder andere Arten von Wasserabscheidern. Dadurch wird das Gas gekuehlt es werden bereits grosse Mengen an Wasser entzogen. Der Restwassergehalt im Gas ist nach diesem Prozess allerdings noch zu hoch um es genuegend komprimieren und damit verfluessigen zu können.

Stufe 2:
Nachdem Stufe 1 durchgefuehrt worden ist, gelangt das Gas in sogenannte Adsorberkessel. Dies sind mindestens zwei Tanks welche mit Molekuarsieb gefuellt sind. Das Gas wird nun durch Adsorber Nr.1 gepresst. Der restliche Wasseranteile wird nun vom Molekularsieb (in der Regel ein 4A) aufgenommen (adsorbiert) und zwar in einem solchen Ausmass, dass beim Gasaustritt ein Taupunkt von bis zu -110°C erreicht wird. Dieser Adsorptionsprozess kann bis zu 12 Stunden oder mehr dauern. Danach wird der Gasstrom auf Adsorber Nr. 2 umgeleitet, und Adsorber Nr. 1 geht in die Regenerationsphase. Bei der Regenerieren wird sehr trockene, heisse Luft oder Stickstoff mit einer Temperatur von ca. 300°C von der Gegenseite her durch den Kessel gepresst und damit die vom Molekularsieb zurueckgehaltenen Wassermolekuele herausgeloest und aus dem Kessel befoerdert. Danach erfolgt die Kuehlung des Bettes über mehrere Stunden bevor der Adsorptionsprozess von Kessel Nr 2 wieder auf Kessel Nr. 1 umgeschaltet wird. Eine solche Adsorptions- und Regenerationsphase nennt man Zyklus.

Die Netto-Weltförderung von Erdgas (Naturgas) einschliesslich Erdoelgas, abzueglich zurueckgepresstes und abgefackeltes Gas und abzueglich Eigenverbrauch betrug im Jahr 2004 rund 2.689 Milliarden m³, davon waren Russland mit 22 % und die USA mit 20 % Weltanteil die Hauptfoerderlaender. Russland foerderte 2004 589,1 Milliarden m³, die USA 542,9 Milliarden m³ Erdgas. Weitere bedeutende Foerderstaaten sind Kanada (182,8 Mrd. m³), Grossbritannien (95,9 Mrd. m³), Algerien (82,0 Mrd m³), Indonesien, Niederlande, Norwegen, Usbekistan, Iran, Argentinien, Mexiko, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate und Malaysia. Deutschland foerderte 17,2 Milliarden m³, Österreich 2,0 Milliarden m³.

Damit deckt Erdgas etwa 24 % des weltweiten Energieverbrauchs. Da das Erdgas in der Regel unter hohem Druck steht, foerdert es sich sozusagen von selbst, sobald das Reservoir einmal geoeffnet ist.

Die nachgewiesenen Welterdgasreserven beliefen sich 2004 auf 179.530 Milliarden m³. Diese Erdgasreserven sollten nach Hochrechnungen aus dem Jahr 2004 noch knapp 67 Jahre reichen. Dabei sind diese geschaetzt wie folgt verteilt: Naher Osten 72.830 Milliarden m³, Europa und GUS-Staaten 64.020 Milliarden m³, Asien und Australien 14.210 Milliarden m³, Afrika 14.060 Milliarden m³, Nordamerika 7.320 Milliarden m³ und Suedamerika 7.100 Milliarden m³.

Bedeutende Importlaender von Erdgas sind Russland, USA, Deutschland, Japan, die Ukraine, Italien, Frankreich und Weissrussland.

In den 1980er und 1990er Jahren wurde die Gasversorgung der meisten deutschen Städte von Stadtgas auf Erdgas umgestellt. Dies war ohne groessere Umbauten möglich. Dieser Stoff verhinderte dass die Verbindungen, welche hauptsaechlich aus Blei und Kordel bestanden, austrockneten und zu undichten Stellen fuehrten.

In Deutschland betrug der Erdgas-Anteil am Gesamtenergieverbrauch etwa 22,5%. Im Jahre 2003 wurden etwa 53 % aller Privathaushalte mit Erdgas beheizt. Für Deutschland sind die wichtigsten Lieferlaender: Russland 32%; Norwegen 26%; Niederlande 19%.

Zur Spitzendeckung, zum Ausgleich kurzfristiger Importstoerungen und Bedarfschwankungen werden in Deutschland ca. 18,6 Milliarden Kubikmeter Erdgas in Untergrundspeichern gelagert.

Die Verwendung von Erdgas unterliegt in Deutschland einer Erdgassteuer, deren Normalsatz zur Zeit bei 5,50 E je Megawattstunde liegt.

Bei der Preisbildung für Erdgas spielt in Deutschland die oelpreisbindung eine grosse Rolle.

Erdgas wird seit einigen Jahren auch verstaerkt als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet. Entweder als CNG Compressed Natural Gas (komprimiertes Erdgas) oder LNG Liquefied Natural Gas (Fluessigerdgas).

An Tankstellen ist Erdgas als H-Gas (High Gas) und/oder L-Gas (Low Gas) erhältlich, wobei das H-Gas einen etwas höheren Energiegehalt als das L-Gas hat. (Siehe Daten) Der Energiegehalt von 1 kg Erdgas (H-Gas) entspricht etwa 1,5 Liter Benzin beziehungsweise 1,33 Liter Diesel. Im Januar 2005 waren 28.200 mit Erdgas betriebene Fahrzeuge in Deutschland zugelassen, Tendenz steigend. Im November 2005 gab es in Deutschland bereits 639 Erdgastankstellen. Bis sollen über 1.000 Tankstellen Erdgas als Kraftstoff anbieten. Alternativ kann auch bei CNG-Fahrzeugen Biogas getankt werden. Der Vorteil von Erdgas liegt in der Steuerbegünstigung. Die deutsche Bundesregierung senkte mit dem Gesetz zur Foerderung alternativer Antriebssysteme den Mineralölsteuersatz auf Erdgas für alle Fahrzeuge im oeffentlichen Strassenverkehr bis zum 31. Dezember 2020 (Flüssiggas nur noch bis 2009). Dadurch reduziert sich der Preis für Erdgas auf z. Zt. rund 40 Cents im Vergleich zu einem Liter bleifreiem Benzin.

Die Automobilindustrie bietet serienmaessige Erdgas- Modelle seit 1995 an. Marktfuehrer in Deutschland ist 2004 die Adam Opel AG. Jedoch ist nicht jedes Modell als Erdgasfahrzeug erhältlich. Eine Nachruestung von Benzinfahrzeugen ist relativ aufwaendig, der Umbau kostet zwischen 2000 - 4000 Euro. Bei den meisten serienmaessigen Fahrzeugen sind die Tanks bereits unterflur angeordnet, wodurch keine Einschraenkungen in der Nutzung des Kofferraums bestehen. Erdgastankstellen entnehmen das Gas dem Erdgasnetz und komprimieren es auf einen Druck von 200 bar. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes entfaellt der Aufbau eines aufwaendigen Transport- und Verteilnetzes. Es gibt zahlreiche lokale Verkehrsunternehmen im oePNV, die ihre Omnibusse mit Erdgas betreiben, aber auch Taxi-Unternehmen und Logistikunternehmen wie TNT. Neben Erdgas ist auch - mit passender Fahrzeugausruestung - Flüssiggas als Kraftstoff in Anwendung.
Grosse Gasfelder sind das Nord-Feld in Katar und das Gasfeld Urengoi in Russland.