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Erdgas - Technische Einführung

Erstellt am: 28.03.2010 | Stand des Wissens: 22.02.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Erdgas besteht zu circa 75 bis 98 Prozent aus dem natürlich vorkommenden, gasförmigen Kohlenwasserstoff Methan (CH4) und weist dadurch eine hohe Energiedichte auf [vanB15, S. 51ff.]. Zusätzlich kann es Spuren von Ethan, Propan, Butan, Pentan sowie geringe Anteile von Kohlenstoffdioxid enthalten [Gas24a]. Wie Rohöl ist auch Erdgas eine fossile Ressource und damit erschöpflich. Der Rohstoff Erdgas ist leichter als Luft, ungiftig und meistens farb- und geruchlos, aber er wird oftmals mit Duftstoffen odoriert, um ihn für Verbraucher erkennbar zu machen [vanB15, S.53]. Bereits ein paar Millionstel Anteile Schwefelwasserstoff verleihen ihm einen Geruch. Steigt die Menge des Schwefelwasserstoffs auf über ein Volumenprozent, nennt man das betreffende Erdgas "Sauergas", liegt der Wert darunter spricht man von "Leangas" und von "Süßgas", wenn kein Schwefelwasserstoff vorhanden ist und der Kohlendioxidanteil unter 2 Prozent liegt [ErdInf10] Die Zündtemperatur liegt bei etwa 575 bis 620 Grad Celsius. Ein explosives Gemisch aus Luft und Erdgas bildet sich bei einem Methangehalt von etwa 4,4 bis 16,5 Volumenprozent [Gas24a].

Erdgas wird aufgrund der unterschiedlichen Höhe des Methan-Anteils in den zwei Qualitäten high (H), Methangehalt von 87 - 99 Volumenprozent, Heizwerte: 13,0 Kilowattstunden pro Kilogramm, 1 Kilogramm entspricht circa 1,5 Liter Benzin, 1,3 Liter Diesel oder 1,6 Liter Autogas) und low (L), Methangehalt von 80,1 - 87 Volumenprozent Heizwerte: 11,3 Kilowattstunden pro Kilogramm, 1 Kilogramm entspricht circa 1,3 Liter Benzin, 1,1 Liter Diesel oder 1,4 Liter Autogas) angeboten. Der Methan Anteil wirkt sich auf die erzielbare Reichweite und den Preis aus [ErdInf10].

Erdgas wird aus verschiedenen Förderregionen über ein weitverzweigtes Rohrleitungsnetz von Erdgas-Pipelines geliefert. Deutschland bezieht sein Erdgas derzeit überwiegend aus Russland (H-Gas), den eigenen Vorräten in der Nordsee (L-Gas), aus England (L-Gas) und aus den Niederlanden (L-Gas). Die Vielzahl der Erdgaslieferanten ist für regional unterschiedlichen Gassorten verantwortlich [Gas24a]. Durch den Einmarsch russischer Truppen in der Ukraine und den damit verbundenen Sanktionen ist die Lieferung von russischem Gas mit verstärkten Risiken behaftet. Aufgrund dessen wird derzeit der gesteigerte Import von flüssigem Erdgas (LNG) und damit verbundene Ausbauten für die künftige Versorgung stärker diskutiert. [Bück22
Im Fahrzeug wird Erdgas als Compressed Natural Gas (CNG), also als komprimiertes Erdgas bei 200 bar getankt. Durch die Kompression erhöht sich die Energiedichte bezogen auf das Tankvolumen und damit auch die Reichweite des Fahrzeugs [SeEh18, S.28]. Erdgasfahrzeuge gibt es bereits seit über 60 Jahren. Seit einigen Jahren bieten fast alle namhaften Hersteller Erdgasfahrzeuge an [Gas24a]. Für die verschiedenen Einsatzbereiche steht vom Erdgas-Personenkraftwagen bis zum schweren Nutzfahrzeug eine Auswahl an Modellen zur Verfügung. Dabei profitieren Erdgasfahrzeugbesitzer nicht nur von niedrigeren Kraftstoffkosten, sondern auch von einer geringeren Kraftfahrzeugsteuer (Kfz-Steuer). Die Kfz-Steuer richtet sich bei Fahrzeugen, welche ab Juli 2009 zugelassen wurden, nicht mehr nur nach dem Hubraum, sondern auch nach dem Kohlenstoffdioxid-Ausstoß [GAS22]. Für CNG als alternativen Kraftstoff gilt bis Ende 2026 ein reduzierter Mineralölsteuersatz, wobei ab dem 1. Januar 2024 ein stufenweiser Abbau beginnt [ADAC22b]. Dem gegenüber stehen fahrzeugseitige Umbaukosten von circa 3.500 bis 5.000 Euro [MDR22a].
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Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Andere gasförmige Kraftstoffe (Stand des Wissens: 15.03.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?304352
Literatur
[ADAC22b] Wieler, Jochen , Piechotta, Andrea Erdgas/CNG - ein Antrieb mit Zukunft?, 2022/01/11
[Bück22] Bücker, Till Wie Deutschland unabhängiger werden will, 2022/03/02
[ErdInf10] Erdgasfahrzeuge.de Erdgas Informationsportal, 2010
[GAS22] GAS24 (Hrsg.) Besteuerung von Erdgasfahrzeugen, 2022
[Gas24a] Gas24 Gas24, 2010
[MDR22a] MDR (Hrsg.) Autos mit CNG-Antrieb - Vor-und Nachteile, 2022/05/04
[SeEh18] Bierkandt, Thomas , Severin, Michael , Ehrenberger, Simone , Köhler, Markus Klimaneutrale synthetische Kraftstoffe im Verkehr, 2018/12
[vanB15] van Basshuysen, Richard (Hrsg.) Erdgas und erneuerbares Methan für den Fahrzeugantrieb, 2015
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).
CH4
= Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.)
Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
LPG = Liquified Petroleum Gas. Flüssiggas (Propan, Butan und deren Gemische) ist ein Kohlenwasserstoff, der unter relativ geringem Druck verflüssigt und dann nur etwa 1/260 seines gasförmigen Volumens einnimmt.

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

https://www.forschungsinformationssystem.de/?303781

Gedruckt am Donnerstag, 20. Juni 2024 17:32:03