CNG-Fahrzeuge als Variante der Gasfahrzeuge
Erstellt am: 08.11.2023 | Stand des Wissens: 08.11.2023
Synthesebericht gehört zu:
Bei Compressed Natural Gas (CNG) handelt es sich um komprimiertes Erdgas Hierzu wird das Gas mit einem Druck von 200 bar komprimiert um eine Verdichtung von 1:200 zu erreichen. Das Gas wird innerhalb eines Druckbehälters im Fahrzeug mitgeführt [vBa15]. Aufgrund einer geringeren Energiedichte im Vergleich zum Diesel ergibt sich eine geringere Reichweite der Fahrzeuge. Daher finden CNG-Lkw überwiegend Anwendung für kleine Nutzlasten von bis zu 2 Tonnen und im Regional- beziehungsweise Nahverkehr.
Funktionsprinzip des Antriebs
Eine sehr einfache schematische Darstellung zur Funktionsweise eines bivalenten Gas-Fahrzeugs findet sich in Abbildung 1. Im Fahrzeug sind zwei unterschiedliche Tanks angebracht, eines für den Gas-Kraftstoff CNG und eines für den Flüssig-Kraftstoff, in diesem Fall Benzin. Beide Kraftstoffe werden dem Verbrennungsmotor über das Ansaugrohr mit zwei verschiedenen Einspritzsystemen zugeführt. Der Motor erzeugt anschließend durch die Verbrennung motorische Energie, welche als Fahrleistung auf die Räder übertragen werden kann. Ein bivalentes Fahrzeug nutzt immer einen Kraftstoff zurzeit. Während der Fahrt kann manuell zwischen Gas und Benzin gewechselt werden, oder das Fahrzeug stellt automatisch um, beispielweise wenn der Gas-Vorrat erschöpft ist [Sta20]. Weiterhin gibt es Fahrzeuge, welche ausschließlich mit CNG betrieben werden.
Eine sehr einfache schematische Darstellung zur Funktionsweise eines bivalenten Gas-Fahrzeugs findet sich in Abbildung 1. Im Fahrzeug sind zwei unterschiedliche Tanks angebracht, eines für den Gas-Kraftstoff CNG und eines für den Flüssig-Kraftstoff, in diesem Fall Benzin. Beide Kraftstoffe werden dem Verbrennungsmotor über das Ansaugrohr mit zwei verschiedenen Einspritzsystemen zugeführt. Der Motor erzeugt anschließend durch die Verbrennung motorische Energie, welche als Fahrleistung auf die Räder übertragen werden kann. Ein bivalentes Fahrzeug nutzt immer einen Kraftstoff zurzeit. Während der Fahrt kann manuell zwischen Gas und Benzin gewechselt werden, oder das Fahrzeug stellt automatisch um, beispielweise wenn der Gas-Vorrat erschöpft ist [Sta20]. Weiterhin gibt es Fahrzeuge, welche ausschließlich mit CNG betrieben werden.
Abbildung 1: Schematische Darstellung zur Funktionsweise eines bivalenten CNG-Fahrzeugs (eigene Darstellung an Anlehnung an Sta20)Ressourcenverfügbarkeit
CNG und Liquified Natural Gas (LNG) bieten den Vorteil, dass es aufgrund der natürlichen Vorräte von Erdgas länger verfügbar sein wird als der auf Erdöl basierende Diesel [Lis15]. Die Beschaffung für Deutschland unterläuft aufgrund der abgebrochenen Handelsbeziehungen mit Russland im Moment einer Umstrukturierung. Die USA sind die zentralen Lieferanten für Europa und auch für Deutschland. Weitere exportierende Länder, mit denen Handelsbeziehungen zum Import von LNG denkbar wären, sind Katar, Australien, Malaysia oder Nigeria [Ble22].
CNG und Liquified Natural Gas (LNG) bieten den Vorteil, dass es aufgrund der natürlichen Vorräte von Erdgas länger verfügbar sein wird als der auf Erdöl basierende Diesel [Lis15]. Die Beschaffung für Deutschland unterläuft aufgrund der abgebrochenen Handelsbeziehungen mit Russland im Moment einer Umstrukturierung. Die USA sind die zentralen Lieferanten für Europa und auch für Deutschland. Weitere exportierende Länder, mit denen Handelsbeziehungen zum Import von LNG denkbar wären, sind Katar, Australien, Malaysia oder Nigeria [Ble22].
Tankinfrastruktur
Im Jahr 2021 waren in Deutschland 826 CNG-Tankstellen in Betrieb [Neu02]. Davon sind jedoch aller Voraussicht nach nicht alle für den gesamten Lkw-Verkehr geeignet. Hierbei muss unterschieden werden, um welche Größenklasse von Nutzfahrzeugen es sich handelt. Teilweise können die Tankstellen von kleineren Nutzfahrzeuge genutzt werden, während sich für große Lkw eine Reihe von Problemen ergeben können. So sind die Tankstellen beispielsweise nicht auf den höheren Platzbedarf von großen Lkw ausgelegt und bieten nur eine geringe Durchflussmenge an der Zapfsäule [Lis15].
Im Jahr 2021 waren in Deutschland 826 CNG-Tankstellen in Betrieb [Neu02]. Davon sind jedoch aller Voraussicht nach nicht alle für den gesamten Lkw-Verkehr geeignet. Hierbei muss unterschieden werden, um welche Größenklasse von Nutzfahrzeugen es sich handelt. Teilweise können die Tankstellen von kleineren Nutzfahrzeuge genutzt werden, während sich für große Lkw eine Reihe von Problemen ergeben können. So sind die Tankstellen beispielsweise nicht auf den höheren Platzbedarf von großen Lkw ausgelegt und bieten nur eine geringe Durchflussmenge an der Zapfsäule [Lis15].
Reichweite und Nutzungsszenarien
Aufgrund der, verglichen mit LNG, dreimal geringeren Energiedichte sind CNG-Fahrzeuge in ihrer Reichweite und Nutzlastkapazität begrenzt. Trotz der hohen Kompression von CNG, könnten gewöhnliche Reichweiten im Fernverkehr nur mit zusätzlichen Tanks erreicht werden. Für diese besteht aber zwischen den Radkästen der Vorder- und Hinterachse keine Einbaumöglichkeit. Die maximale mögliche Reichweite beträgt damit 570 Kilometer [Ive23]. CNG-Fahrzeuge werden deshalb vorwiegend für lokale Verteilverkehre mit geringen Nutzlasten eingesetzt [Lis15; Sca23a]. Weitere Anwendungsfelder sind kommunale Dienste wie zum Beispiel Müllfahrzeuge und Busse des Nahverkehrs [Lis15].
Aufgrund der, verglichen mit LNG, dreimal geringeren Energiedichte sind CNG-Fahrzeuge in ihrer Reichweite und Nutzlastkapazität begrenzt. Trotz der hohen Kompression von CNG, könnten gewöhnliche Reichweiten im Fernverkehr nur mit zusätzlichen Tanks erreicht werden. Für diese besteht aber zwischen den Radkästen der Vorder- und Hinterachse keine Einbaumöglichkeit. Die maximale mögliche Reichweite beträgt damit 570 Kilometer [Ive23]. CNG-Fahrzeuge werden deshalb vorwiegend für lokale Verteilverkehre mit geringen Nutzlasten eingesetzt [Lis15; Sca23a]. Weitere Anwendungsfelder sind kommunale Dienste wie zum Beispiel Müllfahrzeuge und Busse des Nahverkehrs [Lis15].
Bewertung der CNG-Fahrzeuge zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Bezüglich der Treibhausgasemissionen von CNG-Fahrzeugen lassen sich im Vergleich zu Dieselfahrzeugen keine relevanten Potenziale zur Minderung finden. Das Reduktionspotenzial wurde mittels einer Well-to-Wheel-Analyse auf 2 Prozent bemittelt. Well-to-Wheel meint eine Betrachtung, die über den bloßen Betrieb hinausgeht, und den kompletten Lebenszyklus, inklusive Herstellung und Verschrottung des Fahrzeugs, einbezieht. Somit können CNG-Fahrzeuge als gleichwertig zu Dieselfahrzeugen in Bezug auf ihre Emissionswirkungen betrachtet werden [DLR16a].
Bezüglich der Treibhausgasemissionen von CNG-Fahrzeugen lassen sich im Vergleich zu Dieselfahrzeugen keine relevanten Potenziale zur Minderung finden. Das Reduktionspotenzial wurde mittels einer Well-to-Wheel-Analyse auf 2 Prozent bemittelt. Well-to-Wheel meint eine Betrachtung, die über den bloßen Betrieb hinausgeht, und den kompletten Lebenszyklus, inklusive Herstellung und Verschrottung des Fahrzeugs, einbezieht. Somit können CNG-Fahrzeuge als gleichwertig zu Dieselfahrzeugen in Bezug auf ihre Emissionswirkungen betrachtet werden [DLR16a].
Bewertung der CNG-Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit
Die Fahrzeuganschaffungskosten von CNG-Lkw liegen circa 30 Prozent höher als die eines vergleichbaren Diesel-Lkw [BaWü20]. Erdgas ist im Vergleich zum Diesel günstiger, auch weil dieses aktuell weiterhin steuerlich begünstigt wird [Bun21]. Für mit Erdgas-betriebene Lkw gilt seit dem 1. Januar 2019 und noch bis 31. Dezember 2023 eine Befreiung von der Lkw-Maut, was einen weiteren Kostenvorteil gegenüber Diesel-betriebenen Lkw darstellt [Bun20]. Weitere Förderung ist eine vergünstige Kfz-Steuer und die geringe Besteuerung von Erdgas [Bun21]. Die beschriebenen Vorteile sorgen dafür, dass CNG-Lkw im operativen Betrieb eine preisgünstigere Option gegenüber Benzin- oder Diesel-Lkw bieten und sich die anfänglichen Mehrkosten für die Anschaffung mit der Zeit amortisieren [BDEW19].
Die Fahrzeuganschaffungskosten von CNG-Lkw liegen circa 30 Prozent höher als die eines vergleichbaren Diesel-Lkw [BaWü20]. Erdgas ist im Vergleich zum Diesel günstiger, auch weil dieses aktuell weiterhin steuerlich begünstigt wird [Bun21]. Für mit Erdgas-betriebene Lkw gilt seit dem 1. Januar 2019 und noch bis 31. Dezember 2023 eine Befreiung von der Lkw-Maut, was einen weiteren Kostenvorteil gegenüber Diesel-betriebenen Lkw darstellt [Bun20]. Weitere Förderung ist eine vergünstige Kfz-Steuer und die geringe Besteuerung von Erdgas [Bun21]. Die beschriebenen Vorteile sorgen dafür, dass CNG-Lkw im operativen Betrieb eine preisgünstigere Option gegenüber Benzin- oder Diesel-Lkw bieten und sich die anfänglichen Mehrkosten für die Anschaffung mit der Zeit amortisieren [BDEW19].
Vorteile & Nachteile von CNG-Fahrzeugen im Vergleich zu Dieselfahrzeugen
Der CNG-betriebene Lkw hat den Vorteil der niedrigeren Betriebskosten im Nah- und Regionalverkehr für kleinere Nutzlasten. Gegen die Technologie sprechen allerdings hohe Anschaffungskosten sowie eine geringe Reichweite. Außerdem ist fraglich, inwiefern die Technologie einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs leisten kann. Aktuelle Studien zeigen kein Potenzial zur Emissionsminderung auf. Die aktuellen steuerlichen Begünstigungen sowie die Maut-Befreiung der Technologie sind damit zumindest kritisch zu sehen [UBA20ai].
Der CNG-betriebene Lkw hat den Vorteil der niedrigeren Betriebskosten im Nah- und Regionalverkehr für kleinere Nutzlasten. Gegen die Technologie sprechen allerdings hohe Anschaffungskosten sowie eine geringe Reichweite. Außerdem ist fraglich, inwiefern die Technologie einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs leisten kann. Aktuelle Studien zeigen kein Potenzial zur Emissionsminderung auf. Die aktuellen steuerlichen Begünstigungen sowie die Maut-Befreiung der Technologie sind damit zumindest kritisch zu sehen [UBA20ai].
