Neue Technologien in der Automobilbranche

Inhaltsverzeichnis

A. Einleitung

B. Neue Technologien in der Automobilbranche
1. Rapsölmethylester
1.1 Einführung
1.1.1 Technologie Rapsölmethylester
1.1.2 Herstellungsverfahren
1.2 Rahmenbedingungen
1.2.1 Fortgeführte Subventionszahlungen beim Rapsanbau
1.2.2 Genormte Qualität nach DIN
1.2.3 Mineralölsteuerbefreiung
1.2.4 Flächendeckender Verkauf von Biodiesel
1.3 Entwicklung bis heute
1.4 Zukunftschancen des Rapsölmethylesters
1.4.1 Begrenzte Anbaufläche für Ölpflanzen (in Deutschland Raps)
1.4.2 Nachhaltige Verwendung von Kraftstoffen
1.4.3 Rapsölmethylester als Nischenprodukt
1.5 Ausgewählte Stakeholder und Projekte
1.5.1 Automobilhersteller
1.5.2 Bundesregierung Deutschland und die EU
1.5.3 Institute und Vereinigungen
1.5.4 Events
1.6 Vor- und Nachteile des Biodiesel
1.6.1 Vorteile
1.6.1.1 Cetanzahl
1.6.1.2 Nahezu schwefelfrei
1.6.1.3 Partikelemission bei der Verbrennung
1.6.1.4 Natürliche Schmierfähigkeit
1.6.1.5 Wintertauglichkeit
1.6.1.6 Biodiesel ist kein Gefahrgut
1.6.1.7 Geschlossener CO2-Kreislauf
1.6.2 Nachteile
1.6.2.1 Geringerer Energiegehalt
1.6.2.2 Geruchsbildung
1.6.2.3 Kostengünstigere Alternativen für CO2-Minderung
1.7 Fazit
2. Biogas/Erdgas
2.1 Einführung: Herstellung, Funktionsweise und Technologie
2.1.1 Was ist Erdgas?
2.1.2 Woher kommt Erdgas?
2.1.3 Wie funktionieren Erdgasfahrzeuge?
2.2 Entwicklung und Bedeutung bis heute
2.3 Zukunftsaussichten
2.4 Promotoren
2.5 Vor- und Nachteile
2.5.1 Vorteile
2.5.2 Nachteile
2.6 Fazit
3. Sunfuel
3.1 Einführung: Technologie und Herstellung
3.1.1 Was ist SunFuel® ?
3.1.2 Biomasse als Ausgangsstoff
3.1.3 Die Firma CHOREN
3.1.4 Das technische Verfahren
3.1.5 Die Fischer-Tropsch-Synthese
3.2 Entwicklung bis heute
3.3 Zukunftschancen
3.3.1 Schonung der Umwelt
3.3.2 Die Rolle der Landwirtschaft
3.3.3 Die Rolle der Technologieführerschaft und Verbesserung der Motorentechnik
3.4 Ausgewählte Stakeholder und Projekte
3.5 Evaluation der Technologie
3.5.1 Vorteile
3.5.1.1 CO2-neutraler Kreislauf und Umweltschutz
3.5.1.2 Designerkraftstoff
3.5.1.3 Vorteile für die Landwirtschaft
3.5.1.4 Sofort mögliche Nutzung
3.5.2 Nachteile
3.5.2.1 Kosten
3.5.2.2 Zentral vs. Dezentral
3.6 Fazit
4. Wasserstoff und Brennstoffzellen
4.1 Einführung: Herstellung des Energieträgers Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie
4.1.1 Herstellung des Energieträgers Wasserstoff
4.1.1.1 Die Erzeugung und Bereitstellung von Wasserstoff durch Dampfreformierung
4.1.1.2 Die Erzeugung und Bereitstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse .
4.1.2 Brennstoffzellentechnologie
4.1.2.1 Verbrennungsmotoren
4.1.2.2 Brennstoffzellen
4.1.2.2.1 Das Brennstoffzellensystem: Die Brennstoffzelle und ihre Interaktion im Automobil (Fahrzeugtechnik)
4.1.2.2.2 Der Aufbau der Brennstoffzelle
4.1.2.2.3 Die Brennstoffzellenchemie
4.2 Entwicklung und Bedeutung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie bis heute
4.2.1 Historie des Wasserstoffs
4.2.2 Bisherige Verwendung von Wasserstoff
4.2.3 Historie der Brennstoffzelle
4.3 Zukunft der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie
4.4 Ausgewählte Stakeholder und Projekte
4.5 Evaluation der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie
4.5.1 Vorteile
4.5.2 Nachteile
4.6 Fazit
5. Technologien im Bereich der Sicherheitstechnik
5.1 Einführung
5.2 Entwicklung bis heute
5.2.1 Meilensteine automobiler Sicherheit
5.2.2 Entwicklungen im Bereich der aktiven Sicherheit
5.2.2.1 Fahrsicherheit
5.2.2.2 Wahrnehmungssicherheit
5.2.2.3 Bedien- und Konditionssicherheit
5.2.3 Sicherheitstechnologien im Bereich der passiven Sicherheit
5.3 Zukunftschancen
5.4 Ausgewählte Stakeholder und Projekte
5.5 Vor- und Nachteile / Fazit
6. Werkstoff- und Produktionstechnologien
6.1 Werkstoffe
6.1.1 Stahl
6.1.2 Leichtmetalle
6.1.2.1 Aluminium
6.1.2.2 Magnesium
6.1.3 Kunststoffe
6.1.4 Elastomere
6.2 Produktionskonzepte
6.2.1 Tailored Blanks/Tailored Tubes
6.2.2 Metallschäume und Sandwichstrukturen
6.2.3 Hybridbauweise
6.3 Fertigungstechnologien
6.3.1 Herstellungs- bzw. Formgebungsverfahren
6.3.1.1 Innenhochdruckumformen
6.3.1.2 Pressgießen
6.3.1.3 Thixoforming
6.3.2 Fügetechniken
6.3.2.1 Laserschweißen
6.3.2.2 Kleben
6.3.2.3 Punktschweißkleben
6.3.2.4 Durchsetzfügen
6.4 Computergestützte Entwicklungstechnologien
6.4.1 Virtual Prototyping
6.4.2 Rapid Prototyping

C. Mineralölkonzerne
1. Die Mineralölindustrie in der Gegenwart
1.1 Einleitung
1.2 Der Weltmineralölmarkt und die Weltenergieversorgung
1.3 Die Reichweite der fossilen Ressourcen
2. Neue Technologien der Erdöl- und Erdgasgewinnung
2.1 Fortschritte in der Exploration
2.2 Fortschritte in der Förderung
2.3 Fortschritte in der Aufbereitung
2.4 Die „neue“ Reichweite der Ressourcen
3. Mineralölkonzerne als Verfechter der fossilen Brennstoffe?
3.1 Interessen
3.2 Forschung
3.3 Beteiligungen
3.4 Chancen
4. Fazit

D. Fazit

Anhang

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Bioenergie für Europa

Abbildung 2: Biodieselproduktion und Vermarktung in Deutschland, Situation und Perspektive

Abbildung 3: 24 Stunden-Rennen mit alternativen Kraftstoffen

Abbildung 4: Niedertemperaturvergaser

Abbildung 5: Carbo-V®-Vergaser

Abbildung 6: Verfahrensschema Carbo-V®

Abbildung 7: Co2-Kreislauf mit SunFuel®

Abbildung 8: Dezentrale - Zentrale Kraftstoffgewinnung

Abbildung 9: Entwicklung der Werkstoffverteilung im Automobilbau

Abbildung 10: Alternative Kraftstoffe/Antriebe - Bewertungskriterien

Abbildung 11: Das Brennstoffzellensystem: Die Brennstoffzelle und ihre Interaktion im Automobil (Fahrzeugtechnik)

Abbildung 12: Brennstoffzellenstack

Abbildung 13: Der Aufbau der Brennstoffzelle

Abbildung 14: Die Brennstoffzellenchemie 1

Abbildung 15: Die Brennstoffzellenchemie 2

Abbildung 16: Die Brennstoffzellenchemie 3

Abbildung 17: Die Brennstoffzellenchemie 4

Abbildung 18: Die Brennstoffzellenchemie 5

Abbildung 19: Die Brennstoffzellenchemie 6

Abbildung 20: Die Brennstoffzellenchemie 7

Abbildung 21: Die Brennstoffzellenchemie 8

Abbildung 22: Die Brennstoffzellenchemie 9

A. Einleitung

Die Erkenntnisse verdichten sich, dass der Höhepunkt der Fördermengen von Erdöl in absehbarer Zukunft erreicht sein wird (Begrenztheit der fossilen Energieträger). Wird auch danach noch für Jahrzehnte Erdöl verfügbar sein, so werden die Ölpreise jedoch weiter deutlich steigen. Mobilität und Transport sind existenziell abhängig von einer gesicherten Kraftstoffversorgung: der Handlungsbedarf zur langfristigen, nachhaltigen Sicherung der Energieversorgung ist immanent.

Nachhaltigkeit hat in vielen Gesellschaftsbereichen zu einem Umdenken geführt. Auch die Automobil- und Erdölindustrie suchen neue Wege, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Es gibt Schätzungen, wonach weltweit 800 verschiedene Definitionen von Nachhaltigkeit im Umlauf sind. Im vergangenen Jahrzehnt kristallisierte sich als breit akzeptierteÜbereinkunft heraus, unter Nachhaltigkeit die gelungene Balance zwischen drei Interessenpolen zu verstehen: wirtschaftlicher Entwicklung,ökologischen Belangen und sozialen Erfordernissen. Damit wird deutlich, dass es nicht um objektiv festlegbare Kennziffern und Grenzwerte geht, sondern um Abwägungen und Werteentscheidungen, die jede Gesellschaft für sich zu treffen hat.

Gleichzeitig gilt es, die Zielsetzungen des Klimaschutzes zur Verminderung der Treibhausgasemissionen zu erfüllen. In ihrer Gesamtheit tragen alle Verbrennungsprodukte der fossilen Brennstoffe Erdöl, Erdgas und Kohle, die heute den Großteil des Energiebedarfs decken, den Hauptteil zur Luft-, Wasser- und Bodenverschmutzung bei. Um die Umwelt dauerhaft zu schonen, muss dasÜbel an der Wurzel gepackt, also das Kohlenstoffdioxid ausgeschaltet werden: gesucht wird ein Energieträger, der die fossilen Brennstoffe ersetzen kann. Zur Erfüllung der CO2-Reduktionsziele muss damit begonnen werden, den Einsatz von neuen Kraftstoffen und alternativen Antriebssystemen mit höherer Effizienz und geringeren Schadstoffemissionen vorzubereiten.

Die baldige Abkehr von der heutigen fossilen Energiewirtschaft ist folglich zwingend. Zukunftsfähige alternative Kraftstoffe müssen den folgenden Anforderungen genügen:

- Schonung endlicher Ressourcen, d.h. stärkere Nutzung erneuerbarer Energien
- Verringerung der Emissionen, d.h. Schutz der Umwelt
- Sicherung der langfristigen Energieversorgung sowie eines gegen externe Störungen resistentes Energieversorgungssystem zur Sicherung von Mobilität, Produktion, Konsum, Wärme und Komfort (Nachhaltigkeit)
- Eignung für Verbrennungsmotoren und alternative Fahrzeugantriebe (z.B. Brennstoffzellen)

In der vorliegenden Seminararbeit werden schwerpunktmäßig verschiedene alternative Antriebstechnologien vorgestellt sowie Entwicklungen im Bereich der Sicherheits- und Herstellungstechnologie sowie die Rolle der Mineralölindustrie im sich wandelnden Energiemarkt betrachtet.

B. Neue Technologien in der Automobilbranche

In diesem Abschnitt werden die alternativen Antriebstechnologien

1. Rapsölmethylester
2. Biogas/Erdgas
3. Sunfuel
4. Wasserstoff und Brennstoffzellen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

vorgestellt und diskutiert.

1. Rapsölmethylester

1.1 Einführung

1.1.1 Technologie Rapsölmethylester

Rapsölmethylester (RME), in vieler Munde auch als Biodiesel bezeichnet, stellt die derzeit vorhandene Alternative zum herkömmlichen fossilen Dieselkraftstoff dar. Offensichtlich für jedermann ist die Problematik der endlichen fossilen Rohstoffe, aus denen zur Zeit unsere Kraftstoffe hergestellt werden. Biodiesel hingegen wird aus dem Öl von nachwachsenden Rohstoffen, hierzulande hauptsächlich aus der Rapspflanze, in den USA meist aus Sojapflanzen, gewonnen und bietet somit eine nachhaltige Substitution zum altbekannten Diesel. Auch die hohen Kohlenstoffdioxid-Emissionen (CO2) der heutigen Fahrzeuge, verursacht durch die Verbrennung von Benzin und Diesel, spielen bei der Diskussion um den RME eine gewichtige Rolle, da dieser nahezu CO2-neutral verbrennt und somit nur das der Umwelt durch das Wachstum der Pflanzen zuvor entzogene Kohlenstoffdioxid wieder zuführt. Ein wichtiger Abschnitt dieser Arbeit wird daher die Darstellung der Vor-, aber auch einzelner Nachteile des Biodiesels gegenüber dem Mineralöldiesel sein. Weiterhin wird auf eine einfache und verständliche Präsentation der technologischen Informationen Wert gelegt, weil innerhalb dieses Aufsatzes nur einÜberblick verschafft werden kann. So schön die Bezeichnung Biodiesel auch klingen mag, mit diesem Kraftstoff liegt nicht das Optimum der alternativen Treibstoffe vor, sosehr sich dies die Befürworter von Rapsölmethylester auch wünschen.¹

1.1.2 Herstellungsverfahren

Wie oben bereits erwähnt, wird der Rapsölmethylester aus Pflanzenöl gewonnen. Dieses wird hierzulande aus der Rapspflanze hergestellt, welche Landwirte auf still- gelegten Agrarflächen als Non-Food-Raps und als Food-Raps auf anderen Flächen anbauen. Das Anbauverfahren, inbegriffen der Düngung sowie der Ernte und des Transports zur Weiterverarbeitung, darf hierbei nicht unerwähnt bleiben, da dieser Aufwand zum Vergleich mit mineralischem Dieselkraftstoff herangezogen werden muss, um einen vollständigen Lebenswegvergleich durchzuführen.² Dieser Lebensweg ist für die Bereiche Landwirtschaft, Mineralöl und Biodiesel schemenhaft aus der folgenden Abbildung abzulesen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung1: Bioenergie für Europa

Quelle: Bioenergy for Europe: Which ones fit best? Final Report (2000)

Um den Rohstoff Rapsöl zu erhalten, werden die Rapsblüten nach der Ernte in der sogenannten Ölmühle weiterverarbeitet. Der Grundstoff Rapsöl wäre bis zu dieser Stufe noch ohne weiteres als Nahrungsmittel zu verwenden. Zwar kann auch unverändertes Rapsöl als Kraftstoff eingesetzt werden, doch ist hierzu in jedem Fall eine Umrüstung des Fahrzeuges nötig. Zudem hat dieser Rohstoff noch nicht die Eigenschaften des herkömmlichen Diesels in bezug auf Verbrennungsgüte und Viskosität, wodurch höhere Abnutzung und Schäden am Kraftstoffsystem hervorgerufen werden. Daher wird das Pflanzenöl in einem einfachen chemischen Verfahren, der Veresterung, in seinen Eigenschaften verbessert und zu einem hochwertigen Kraftstoff veredelt. Hierzu wird das Öl unter geringer Wärmeeinwirkung (50-70°C) im Verhältnis von 9/1 mit Methanol gemischt. Durch das Beimischen eines Katalysators, in der Regel Natriumhydroxid oder Kaliummethylat, wird die Molekülkette des Rapsöls, welche aus sogenannten Triglyceriden (drei Fettsäuremoleküle, ein Glycerinmolekül) aufgespalten. Ein Glycerinmolekül wird nun durch drei Methanolmoleküle ersetzt. Somit entsteht der Rapsölmethylester mit großer chemischerÄhnlichkeit zum Referenzkraftstoff für Dieselkraftstoffe, dem Cetan.³ Nach der anschließenden Trennung und Reinigung der nunübrigen Stoffe stehen Biodiesel als auch das Kuppelprodukt Glycerin bereit. Glycerin wird als Grundstoff in der chemischen Industrie verwendet, wohingegen das bei der Ernte anfallende eiweißhaltige Rapsschrot extra importiertes Sojaschrot im Futtermittelbereich substituiert.⁴

1.2 Rahmenbedingungen

1.2.1 Fortgeführte Subventionszahlungen beim Rapsanbau

Positive Rahmenbedingungen sind für die Entwicklung und Diffusion einer neuen Technologie von großem Nutzen. Sie liegen in einigen Punkten für den Biodiesel vor, da dieser ansonsten noch nicht marktfähig wäre. So können die in Deutschland aufgrund der Agrarreform im Jahre 1992 stillgelegten Ackerflächen von derzeit 5-10% zur Vermeidung von Nahrungsmittelüberschüssen für den Anbau von Rapspflanzen zur industriellen Verwendung genutzt werden. Dabei werden die vom Staat gezahlten Subventionsgelder für stillgelegte Flächen jedoch weitergezahlt. Diese Möglichkeit bietet auch für die Landwirte einen alternativen Absatzmarkt und somit die Sicherung ihres Einkommens.⁵

1.2.2 Genormte Qualität nach

Um den Befürchtungenüber schlechte Qualität des RME entgegenzuwirken und einen festen Qualitätsstandard für den Biodiesel zu setzten, muss seit 1996 nach der Kraftstoffnorm DIN 51606 produziert werden. Weiterhin ist die europäische Norm DIN EN 14214 zukünftig gültig. Damit sind die notwendigen Eigenschaften für diesen Kraftstoff gewährleistet, um Schäden oder schnellem Verschleiß an der Kraftstoffanlage vorzubeugen. Durch Kontrollen an den Zapfsäulen wird der Einhaltung dieser Norm Nachdruck verliehen, und die Abnehmer können anhand von einem extra hierfür eingeführten Siegel die geprüfte Qualität an Tankstellen erkennen. Die Unsicherheit der Kundenüber die Eigenschaften des Biodiesels ist somit aus dem Weg geräumt und bildet für die Adoption des neuen Kraftstoffes eine wichtige Grundlage. Der Biodiesel wird so zum direkten Substitut für mineralischen Dieselkraftstoff. Auf Grundlage der DIN 51606 erteilen die Automobilhersteller die Freigabe der Fahrzeuge für Biodiesel und schaffen damit eine weitere Grundlage zur besseren Vermarktung von Rapsölmethylester.⁶

1.2.3 Mineralölsteuerbefreiung

Um den Biodiesel tatsächlich für den Absatz konkurrenzfähig zu machen, wird beim Verkauf des Kraftstoffes im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftstoffen in Deutschland keine Mineralölsteuer erhoben. Nur so lässt sich ein vergleichbarer Preis für den RME realisieren. Aufgrund der geringeren Produktionszahlen sind die Herstellungskosten erheblich höher als bei mineralischem Dieselkraftstoff, welcher in immens höheren Mengen hergestellt wird. Auch in der EU wird angestrebt, die Mineralölsteuer auf Biokraftstoffe um 50% zu reduzieren oder in einigen Fällen sogar zu erlassen. Die einzelnen Länder haben diesbezüglich allerdings einen gewissen Spielraum zur Eigeninitiative. Häufig wird dem Biodiesel als Kritikpunkt der hohe Steuerausfall entgegengesetzt, doch dürfen hierbei die Einnahmen durch Einkommenssteuer und Sozialversicherung der gesicherten oder neu geschaffenen Arbeitsplätze in dem landwirtschaftlichen Bereich nicht außer Acht gelassen werden.⁷

1.2.4 Flächendeckender Verkauf von Biodiesel

Ohne das Angebot und die Verfügbarkeit des alternativen Kraftstoffes, wäre eine Vermarktung unmöglich. Die Infrastruktur zum Verkauf des Produktes ist durch die große Anzahl von Tankstellen bereits gegeben. Eine kostenaufwendige Umrüstung ist nicht notwendig. Doch die Betreiber müssen den Biodiesel auch in ihrem Produkt- portfolio aufnehmen. Mittlerweile haben viele Anbieter den Biodiesel in ihr Angebot integriert. Hauptsächlich sind es kleinere Tankstellen, die den Rapsölmethylester zu ihrer Produktpalette hinzufügen, um gegenüber den Marktführern alternativen Kraftstoff anbieten zu können und so neue Kunden abzuwerben. Im Jahre 2002 war es möglich, den Biodiesel an 1.400 Tankstellen deutschlandweit zu tanken. Durch diese Anzahl wird eine mittlere Entfernung von 30 Kilometern zur nächsten Biodieselquelle geschaffen, welche allerdings in vielen Gebieten deutlich höher ist. In Ballungsgebieten kann diese Entfernung auch unterschritten werden. Ein weiteres Potenzial von 1.000 Tankstellen ist vorhanden und wird in den nächsten Jahren umgesetzt.⁸

1.3 Entwicklung bis heute

Biodiesel ist in Deutschland seit 1991 als Automobilkraftstoff in der Produktion, wobei die Produktion bis 1997 unter der 100.000 Tonnen-Grenze lag und ihr damit nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Darauf sind eine schlechte Datenbasis und teilweise falsche Annahmen im Vergleich mit herkömmlichem Diesel zurückzuführen. Bis zum heutigen Zeitpunkt wurden die Produktion und der Absatz allerdings fortwährend gesteigert, wobei der starke Anstieg von 1999 auf 2000 in der folgenden Grafik auffällt und auf die Mineralölkrise hinweist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Biodieselproduktion und Vermarktung in Deutschland, Situation und Perspektive

Quelle: UFOP (2000)

Die Verarbeitungskapazitäten der deutschen Umesterungsanlagen liegen derzeit bei 555.000 Tonnen Öl. Eine Steigerung um weitere 330.000 Tonnen wird in den nächsten Jahren durch im Bau befindliche Anlagen erreicht. Mit der Produktionsmenge aus dem Jahre 2001 können 450-500 Millionen Liter mineralischer Diesel ersetzt werden.⁹ Flottenbetreiber, wie beispielsweise Bus- oder Taxiunternehmen, sind mit 60% die wesentlichen Käufer des Kraftstoffes. Die restlichen 40% werden von Privatpersonen in ihr persönliches Fahrzeug gefüllt. Zwar können die Produktionskapazitäten stark angehoben werden, allerdings liegt ein Problem in der Absatzsteigerung vor. Der Absatz kann nicht in gleichem Maße erhöht werden. Ursächlich hierfür ist, dass die Qualität und der Umgang mit dem Rapsölmethylester bei einem großen Teil der Bevölkerung noch unbekannt sind. So bedarf es noch weiterer Öffentlichkeitsarbeit, um dieses Substitut erfolgreicher zu machen.¹⁰

1.4 Zukunftschancen des Rapsölmethylesters

1.4.1 Begrenzte Anbaufläche für Ölpflanzen (in Deutschland Raps)

Aufgrund der benötigten Anbaufläche für Rapspflanzen ist offensichtlich, dass eine komplette Substitution von herkömmlichem mineralischem Diesel in Zukunft nicht möglich sein wird. Würde in Deutschland die zur Verfügung stehende Agrarfläche für den Rohstoffanbau genutzt, wäre hier ein Substitutionspotenzial von maximal 5-7% möglich. In der Europäischen Union sind allerdings größere Mengen bis 10% denkbar. Innerhalb einer Erweiterung der EU in Richtung Osten könnten noch mehr Rohstoffe für Biodiesel zur Verfügung gestellt werden. Eine weitere Begrenzung der Kapazität findet dadurch statt, dass Raps an einem Standort nur alle drei bis vier Jahre im Wechsel mit anderen Pflanzen angebaut werden kann, da ansonsten die Ergiebigkeit zu gering und die Bodenausnutzung zu stark wäre. Daher kann nicht in jedem Jahr am gleichen Standort Raps angebaut werden.¹¹

Eine Steigerung des Substitutionspotenzials wäre die Zucht von energievolleren Ölpflanzen, von denen nur geringere Mengen angebaut werden müssten. Dies wird bereits in Testverfahren mit Meeresalgen erprobt. Ebenso könnte die Verwendung von anderen Ölpflanzen wie beispielsweise Palmöl oder Rizinusöl die Kapazitäten stark ansteigen lassen.¹² Eine ergiebige Quelle, die DaimlerChrysler mit Unterstützung der indischen Forschungseinrichtung Central Salt & Marine Chemicals Research Institute (CSMCRI) und der Universität Hohenheim bei Stuttgart erforscht, ist die Jatropha Pflanze (Purgiernuß), welche in Ländern wie Indien angebaut wird.¹³ Somit ist festzustellen, dass mit zukünftiger Forschung der Biodiesel möglicherweise einen noch höheren Stellenwert erreicht, als er bis dato hat.

1.4.2 Nachhaltige Verwendung von Kraftstoffen

Ausschlaggebend für die Verkaufszahlen von Biodiesel ist die geistige Einstellung der Abnehmer. Nur wenn allgemein anerkannt wird, dass ein nachhaltiger Umgang mit der Natur und den endlichen Energieressourcenüberlebenswichtig ist, wird sich ein alternativer Kraftstoff, der mit Mehrkosten verbunden ist, durchsetzen. Da bei den meisten Verbrauchern primär der Preis im Vordergrund steht, wird eine Schädigung der Umwelt durch Abgase und Ausbeutung der Ressourcen zur Nebensache. Folglich handelt es sich hier auch um ein soziales und nicht nur wirtschaftliches Problem. Dieses wird nur langfristigüber einen Generationenwechsel hinweg zuändern sein.

1.4.3 Rapsölmethylester als Nischenprodukt

Wie unter Punkt 1.4.1 bereits erwähnt, ist das Substitutionspotenzial von Biodiesel derzeit stark begrenzt. Daher wird der Kraftstoff nicht nur aufgrund seiner beschränkten Menge, sondern auch aufgrund der guten Umwelteigenschaften, wie schnelle und nahezu komplette biologische Abbaubarkeit, hauptsächlich als Nischenprodukt in Bereichen eingesetzt, bei denen es sich um besonders umweltsensible Gebiete handelt. Beispiele wären hierfür der Schifffahrtsverkehr, forstwirtschaftliche Betriebe oder auch der militärische Bereich.¹⁴

1.5 Ausgewählte Stakeholder und Projekte

1.5.1 Automobilhersteller

Die Voraussetzungen für die Nutzung von Rapsölmethylester ist die Verwendung von bestimmten Gummi- und Plastiksorten bei der Herstellung des Kraftstoffsystems, da ansonsten die Lösungsmitteleigenschaften des RME Beschädigungen hervorrufen können. Um den Betrieb ohne nachträgliche Umrüstung zu ermöglichen, achten einige Hersteller schon bei der Planung der Fahrzeuge auf den Einsatz solcher Stoffe. Hierzu zählt u.a. die Volkswagen AG, die seit 1996 ihre Dieselfahrzeuge für den Betrieb mit RME freigibt, dazu gehört z.B. der VW Golf ECOMATIC . Auch MAN und DaimlerChrysler geben Fahrzeuge insbesondere in der Nutzfahrzeugsparte für den Betrieb mit Biodiesel frei. BMW bietet für einige Dieselfahrzeuge der BMW 3er und 5er Serie extra Biodiesel-Sets an, um die Autos für den alternativen Kraftstoff umzurüsten.¹⁵ Weitere Fahrzeuge sind ebenfalls für den Betrieb freigegeben und können in einer aktuellen Liste auf der Internetseite der UFOP nachgesehen werden.¹⁶ Die Hersteller haben bei der Diffusion der neuen Technologie einen starken Einfluss auf die Käufer. Wenn das Automobil beim Kauf bereits für die Verwendung von RME geeignet ist, wird dieser Kraftstoff eher als „normal“ angenommen.

1.5.2 Bundesregierung Deutschland und die

Erst durch die Förderungen der Bundesregierung, wie bereits oben erwähnt, kann ein mit Mineralöldiesel vergleichbarer Preis gebildet werden. Würde auf den jetzigen Verkaufspreis noch die Mineralölsteuer gerechnet, wäre der Biodiesel wesentlich teurer und der Unterschied zu normalem Diesel zu groß. Der Absatz wäre gefährdet. Weiterhin spielt die Arbeitsplatzsicherung in der Landwirtschaft eine wesentliche Rolle. Durch die Stilllegungsmaßnahmen entstehen bei den Landwirten Ertragsausfälle, die durch den Rapsanbau kompensiert werden können. In Anbetracht der momentanen Arbeitslosenzahlen scheint dies nicht unbegründet und für die Regierung ein guter Grund zu sein, diesen Kraftstoff zu fördern. Auch die Europäische Union versucht die Nutzung von alternativen Kraftstoffen voranzutreiben. Daher wird auch der Biodiesel weiter gefördert. Seine Nutzung soll innerhalb der EU bis zum Jahre 2005 mindestens 2% betragen. Weiterführend wird das Ziel angestrebt, im Jahre 2010 diesen Anteil auf 5,75% zu erhöhen. Weiterhin ist der Anbau von Sojaäquivalent, also Rapspflanzen auf stillgelegten Ackerflächen, durch das Blair-House Abkommen innerhalb des GATT (General Agreement on Tarifs and Trade) auf eine Million Tonnen beschränkt. Diese Restriktion muss innerhalb neuer Verhandlungen beigelegt werden, um höhere Anbaukapazitäten durchzusetzen.¹⁷

1.5.3 Institute und Vereinigungen

In Fachkreisen wird schon seit langer Zeit die Diskussion um das Für und Wider des Biodiesels geführt. Viele Argumente werden auf der einen Seite als positiv und auf der anderen Seite als negativ dargestellt. Einen klaren Durchblick dabei zu behalten, ist für Außenstehende oft sehr schwierig. Daher haben sich zur Förderung des nachwachsenden Treibstoffes mehrere Interessenvereinigungen zusammengefunden. Eine der wichtigsten in diesem Zusammenhang ist die schon 1990 gegründete Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e. V., kurz UFOP genannt. Diese erstellt eigene Gutachten und hinterfragt Abhandlungen der andere Institutionen, um eine korrekte Darstellung des Biodiesels im Vergleich mit fossilem Dieselkraftstoff zu ermöglichen.

Die Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.V. findet ihre Mitglieder sowohl bei den Herstellern als auch bei den Handelsunternehmen, welche den Rapsölmethylester verkaufen. Ihre Ziele werden bereits durch den Namen offengelegt.

Durch die AGQM e.V. werden Kontrollen an den Zapfsäulen und in der Produktion durchgeführt, damit die Kunden Vertrauen in das neue Produkt und dessen Güte haben können.

1.5.4 Events

Dass dieser alternative Kraftstoff dem normalen Dieselkraftstoff in nichts nachsteht, wurdeöffentlichkeits- wirksam auf dem Nürburgring demonstriert. Hier starteten mehrere Fahrzeuge in der Klasse „alternative Kraftstoffe“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: 24 Stunden-Rennen mit alternativen Kraftstoffen

Quelle: http://www.agqm-biodiesel.de

vollgetankt mit Biodiesel zum 24 Stunden-Rennen. Auch mit diesem Kraftstoff sind hohe Geschwindigkeiten und ausdauernde Leistung ohne weiteres möglich. Nur durch solche Aktionen werden die Massen erreicht und können möglicherweise von der Nutzung des Rapsölmethylestersüberzeugt werden.¹⁸

1.6 Vor- und Nachteile des Biodiesel

1.6.1 Vorteile

1.6.1.1 Cetanzahl

Rapsölmethylester weist im Vergleich zu herkömmlichen Dieselkraftstoffen eine von Natur aus höhere Cetanzahl auf. Dieser Wert gibt die Zündwilligkeit des Kraftstoffes an. Je höher dieser Wert, desto besser und schneller die Verbrennung des Kraftstoffes im Motor. Cetan selbst gilt als Referenz mit einem Wert von 100 und ist der optimale Kraftstoff für Dieselmotoren. Konventioneller Diesel erreicht unter Beimischung sogenannter Additive einen Wert von 53-54, wohingegen Biodiesel diesen Wert mit 56-58 ohne Additiveübertrifft und einen klaren Vorteil für sich gewinnt.¹⁹

1.6.1.2 Nahezu schwefelfrei

Biodiesel ist ohne Beimischung von Zusatzstoffen nahezu schwefelfrei. Der Wert liegt bei 0,001 Prozent, geht also gegen Null. Bei Mineralöldiesel muss der Schwefelgehalt durch den Herstellungsprozess unter zusätzlichem Aufwand gesenkt werden, wobei die Schmierfähigkeit gemindert wird und durch Additive wieder erhöht werden muss.

Dieser Aufwand ist mit einem zusätzlichen Energieaufkommen verbunden. Im Zusammenhang mit Schwefel stehen auch die Schwefeloxide, die den sauren Regen hervorrufen und zu Schäden an Gebäuden führen können.

1.6.1.3 Partikelemission bei der Verbrennung

Durch den relativ hohen Sauerstoffgehalt von 11% kommt es im Motor zu einer sehr sauberen und nahezu partikelfreien Verbrennung. Damit wird auch die Menge der Ablagerungen im Motor und der Abgasanlage verringert, woraus ein geringerer Verschleiß der Mechanik resultiert.

1.6.1.4 Natürliche Schmierfähigkeit

Ein weiterer Pluspunkt für den Biodiesel ist seine natürliche Schmierfähigkeit. Es müssen keine Additive hinzugefügt werden, wie es bei dem Mineralöldiesel der Fall ist. Die Schmierfähigkeit wird mit dem sogenannten HFRR-Wert bezeichnet. Der HFRR- Wert sollte so gering wie möglich sein, um eine gute Schmierung zu erhalten. Während der Wert bei Biodiesel bereits bei 200 liegt, muss ein Wert von den vorgeschriebenen 450 HFFR für Mineralöldiesel erst durch Zusätze von 500 HFRR verringert werden. Der Biodiesel kann auch als Zugabe zu anderen Dieselkraftstoffen verwendet werden, um deren Schmierfähigkeit zu verbessern. Ein Vergleich der beiden Dieselkraftstoffe zeigte eine Verschleißminderung von 60% bei Nutzung von Biodiesel.

1.6.1.5 Wintertauglichkeit

Um die Vorgaben zur Wintertauglichkeit zu erfüllen, müssen sowohl bei herkömmlichem Dieselkraftstoff als auch bei Biodiesel Additive bei der Produktion hinzugefügt werden, damit ein Betrieb bis -20°C vorausgesetzt werden kann. Ohne diese würde es beim fossilen Dieselkraftstoff zur sogenannten Paraffinbildung kommen. Zwar ist die Zündfreudigkeit bei einem höheren Paraffinanteil besser, doch neigen diese hohen Anteile bei niedrigen Temperaturen zur Bildung von festen Paraffinen, welche nach der Ablagerung eine kostspielige Reinigung des Kraftstoffsystems nach sich ziehen.²⁰ Biodiesel hingegen verändert bei extremer Kälte „nur“ seine Fließeigenschaft und wird dickflüssiger. Diese Veränderung wird durch einen Anstieg der Temperatur jedoch wieder rückgängig gemacht. Doch auch ohne Zusätze ist Biodiesel bereits bis maximal -12°C anwendbar.

1.6.1.6 Biodiesel ist kein Gefahrgut

Zum einen gilt Biodiesel nicht als Gefahrgut, weil eine Entzündung erst ab 110°C erfolgen darf, zum anderen ist Biodiesel in die Wassergefährdungsklasse 1 eingegliedert worden, gilt also nur als leicht wassergefährdend. In Österreich wurde Biodiesel sogar der WGK 0 (nicht wassergefährdend) zugeteilt. Die gute und schnelle natürliche Abbaubarkeit hat zu dieser Klassifizierung beigetragen. Somit ergeben sich hierdurch Vorteile bei dem Umgang mit Biodiesel. Eine Kanisterbetankung bei der Sportschifffahrt oder bei Tätigkeiten in Waldgebieten ist daher nahezu unproblematisch. Ebenso sind beim Transport und der Lagerung extrem scharfe Sicherheitsvorkehrungen nicht zwingend erforderlich.²¹

1.6.1.7 Geschlossener CO2-Kreislauf

Einer der größten Vorteile des Rapsölmethylesters ist sein nahezu geschlossener Kohlenstoffdioxid-Kreislauf. Die Rapspflanzen speichern während ihres Wachstums Kohlenstoffdioxid. Nur dieser Anteil wird bei der Verbrennung wieder an die Umwelt abgegeben. Zwar darf hierbei nicht das CO2 außer acht gelassen werden, welches bei der Herstellung ausgestoßen wird (wie in der Abbildung 1 an dem kompletten Lebensweg zu erkennen ist, fallen bei der Bepflanzung, Ernte, Ölmühle und Veresterung CO2-Emissionen an), doch wird in der Summe ein positives Ergebnis erzielt, so dass die CO2-Bilanz für Biodiesel positiv ausfällt. Der Kraftstoff hilft somit, die innerhalb des Kyoto-Protokolls vereinbarte Senkung der Kohlenstoffdioxidemis- sionen einzuhalten.²²

1.6.2 Nachteile

1.6.2.1 Geringerer Energiegehalt

Biodiesel hat im Vergleich mit herkömmlichem Dieselkraftstoff einen geringeren Energiegehalt, wodurch bei der Verbrennung ein höherer Verbrauch notwendig wird, um die gleiche Leistung zu erhalten. Der Unterschied bei Fahrzeugen, die auf Biodiesel abgestimmt sind, liegt allerdings nur bei 0,0-0,5 Prozent.

1.6.2.2 Geruchsbildung

Der oft kritisierte Verbrennungsgeruch tritt vorwiegend bei kalten Motoren auf. Dieser kann aber durch die Verwendung eines Oxidationskatalysators weitgehend vermieden werden. Auslöser für diesen Geruch sind unverbrannte Kohlenwasserstoffverbindungen, die aber in neuen Katalysatoren gut abgebaut werden.²³

1.6.2.3 Kostengünstigere Alternativen für CO2-Minderung

Durch einige Analysen werden hohe Kosten zur Herstellung des Biodiesels vermittelt. Die fortgeführten Subventionszahlungen und der Einnahmeausfall durch die nicht erhobene Mineralölsteuer könnten besser eingesetzt werden, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren. So wird erörtert, eher Investitionen in der Baubranche zu tätigen, um die Wärmedämmung zu verbessern oder die Nutzung von Fernwärmeanlagen zu fördern. Möglicherweise könnten so zu geringeren Kosten effektivere Ergebnisse erzielt werden.²⁴

1.7 Fazit

Wie schon Rudolph Diesel im Jahre 1912 sagte: „Der Gebrauch von Pflanzenöl als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein. Aber derartige Produkte können im Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer Produkte.“²⁵ Ebenso wichtig ist und wird der Biodiesel nach großer Wahrscheinlichkeit nicht, wie bereits oben erörtert wurde. Aber in jedem Fall ist der Biodiesel zu einem marktfähigen Produkt geworden, welches den Menschen klar machen kann, dass es außer den fossilen Brennstoffen auch Alternativen gibt, bevor die endlichen Ressourcen aufgebraucht sind. Umdenken ist in der heutigen Zeit besonders wichtig, auch wenn bereits viel in der Automobilbranche für einen geringeren Verbrauch und weniger Emissionen getan wird. Nicht zu unterschätzen ist hierbei die Macht der großen Ölfirmen und OPEC Länder, die viel daran setzen, weiterhin das braune Gold zu verkaufen. So fällt die Entscheidung schwer, welcher Partei man Glauben schenken soll. Viele Analysen werden von der einen Partei als negativ ausgelegt und von einer anderen wiederum berichtigt und als positiv angepriesen. So steht es beispielhaft mit der Lachgasemission, die auf der einen Seite komplett dem Biodiesel zugeschrieben wird und somit eine relativ schlechte Energiebilanz für den alternativen Kraftstoff ergibt; auf der anderen Seite werden diese Emissionen aber auf brach liegenden Flächen gemessen, wodurch die Energiebilanz für den Biodiesel erheblich besser ausfällt.

Auf jeden Fall sollte klar geworden sein, dass der Biodiesel aus heutiger Sicht keine komplette Substitutionsmöglichkeit für den mineralischen Kraftstoff darstellt und seine Verwendung auf kurz- bis mittelfristig angelegt ist. Welche Auswirkungen weitere Forschung in diesem Bereich haben wird und ob die Gentechnik dem Biodiesel einen Schub nach vorne verschafft, bleibt rein spekulativ.

2. Biogas/Erdgas

2.1 Einführung: Herstellung, Funktionsweise und Technologie

Durch das weltweit gestiegene Verkehrsaufkommen, einhergehend mit dem ständig wachsenden Kraftfahrzeugbestand, wächst die Umweltbelastung für Bevölkerung und Natur. Besonders in Ballungsgebieten und innerstädtischen Bereichen ist dies nicht nur durch in Zahlen ausgedrückte Schadstoffemissionen dokumentiert, sondern mit Waldsterben, Treibhauseffekt und Sommersmog erschreckend greifbar geworden. Neben umweltpolitischen Gesichtspunkten und Nachhaltigkeitsdebatten hat auch die schlechte wirtschaftliche Lage Menschen mit unterschiedlichsten Interessen und Bedürfnissen dazu angeregt, nach alternativen Lösungsansätzen zu suchen. Gerade das nach wie vor ansteigende Mobilitätsbedürfnis wird in Zukunft weltweit eine Herausforderung darstellen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Auswirkungen der individuellen Mobilität hinsichtlich ihrer nachhaltigen Entwicklung zu optimieren sind.

Im Bereich der Automobilindustrie stellen u.a. erdgasbetriebene Fahrzeuge ein alternatives Konzept dar. Dennoch ist der Anteil an diesen Fahrzeugen im Vergleich zu Benzin- oder Dieselfahrzeugen in Deutschland verschwindend gering, obwohl allein der im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen um die Hälfte günstigere Erdgaspreis in der heutigen Zeit, in der die Kraftstoffpreise so hoch sind wie nie, ein zwingendes Argument ist.

Durch deutliche technische Verbesserungen muss der Endverbraucher bei erdgasbetriebenen Fahrzeugen nicht auf gewohnten Komfort verzichten oder Leistungsdefizite akzeptieren.

Die Tatsache, dass Erdgas der emissionsärmste und umweltverträglichste fossile Brennstoff ist, spricht ebenfalls für diesen alternativen Kraftstoff.

Gerade die Deutschen haben eine besondere Affinität zu ihrem Auto. Besonders einprägend wurde dies durch den Slogan „Freie Fahrt für freie Bürger“ deutlich gemacht. Das schlechte Gewissen gegenüber der Umwelt oder kommenden Generationen wird durch Recycling, den Kauf von Mehrwegflaschen, den Gang zur Biotonne sowie dem Tanken von bleifreien Kraftstoffen beruhigt.

Betrachtet man die Promotoren von Erdgas, stellt man fest, dass die am stärksten treibende Kraft im Marketingfeldzug die Gasanbieter sind: große Gasunternehmen und lokale Stadtwerke. Auch Bund, Länder und Gemeinden fördern Aktionen und Initiativen, um eine größere Akzeptanz für Erdgasfahrzeuge zu erreichen. Hersteller von erdgasbetriebenen Fahrzeugen halten sich eher zurück und setzen nicht alles auf die eine Karte Erdgasfahrzeug. Dient der Ausflug in alternative Energien nur dem Image, wie beispielsweise die Rinspeed Porsche-Studie? Mit dem Rinspeed Bedouin schafften die Schweizer das auf dem Porsche 996 basierende schnellste Erdgasfahrzeug der Welt. Der Doppel-Turbo-Erdgas-Motor von Porsche erreicht eine Spitzenleistung von 420 PS und eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h. Vorgestellt wurde der Bedouin wie auch ein mit Erdgas betriebener Audi Allroad 2.7 Bi-Turbo als Weltneuheit dieses Jahr beim Automobilsalon in Genf.²⁶

2.1.1 Was ist Erdgas?

Generell gilt: Im Gegensatz zur generellen Meinung ist Erdgas einäußerst sicherer Treibstoff. Es ist leichter als Luft, verflüchtigt sich sofort und ist somit ungefährlicher als flüssiger Treibstoff. Weiterhin hat Erdgas mit 650°C eine wesentlich höhere Zündtemperatur als Benzin oder Diesel und ist völlig ungiftig.

Um eventuell austretendes Erdgas sofort zu bemerken, wird ihm ein unangenehm riechender Geruchsstoff beigemischt. Dieser für die Odierung eingesetzte Stoff ist ebenfalls völlig ungefährlich.²⁷

Bei Erdgas handelt es sich um einen fossilen Energieträger, der im Vergleich zu anderen den höchsten Wasserstoff- und den niedrigsten Kohlenstoffanteil aufweist. Er ist somit der emissionsärmste und gleichzeitig umweltschonendste fossile Brennstoff. Der Grund hierfür ist der hohe Methangehalt. Methan ist die einfachste Verbindung aus Kohlen- und Wasserstoff. Ein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome bilden das Methanmolekül (CH4). Fossile Brennstoffe mit einer höherwertigen CH-Verbindung setzen im Gegensatz zu Erdgas stärkere Kohlendioxidemissionen (CO2) frei. Im Gegensatz zu einem benzinbetriebenen stößt ein erdgasbetriebenes Fahrzeug 25% weniger Kohlendioxid aus. Bezieht man Dieselfahrzeuge in diesen Vergleich mit ein, lässt sich eine Reduzierung von bis zu 80% an Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickstoffoxiden (NOX) feststellen. Schwefeldioxid und krebserregende Rußpartikel, wie sie aus Dieselmotoren emittieren, sind bei Erdgasfahrzeugen praktisch nicht nachzuweisen.

Die Abgaswerte von Erdgas liegen somit deutlich unter allen bestehenden und geplanten Emissionsnormen. Dies gilt auch für die weltweit schärfsten Abgasgrenzwerte wie z.B. die kalifornischen Standards für Ultra-Low-Emission- Vehicles (ULEV), die um bis zu 90 % von Erdgasfahrzeugen unterschritten werden. Die Standards der Equivalent Zero Emission Vehicles (EZEV) werden ebenfalls erfüllt. Die meisten Erdgasfahrzeuge erfüllen die Grenzwerte der D-4-Norm, und ein Teil der Modelle erreicht bereits schon die Euro-4-Norm. Aus diesem Grund hat die Bundesregierung die Reduzierung der Mineralölsteuer für Erdgas als Kraftstoff von 2009 bis 2020 verlängert. Das noch nicht ausgereifte Erdgastankstellennetz hat dazu geführt, dass es sich bei den meisten Erdgasfahrzeugen in Deutschland um bivalente Automobile handelt, d. h. sie können sowohl mit Erdgas als auch Benzin betrieben werden. Durch die Vereinigung dieser unterschiedlichen Antriebsarten kommt es zu einem unterschiedlichen Emissionsausstoß der verschiedenen Modelle. Dies erklärt, warum nur der größte Teil der Modelle bestimmte Emissionsstandards erfüllt.²⁸,²⁹,³⁰ CNG und Es gibt zwei Formen von Erdgas, die kraftstofftauglich sind. CNG steht für Compressed Natural Gas und ist komprimiertes Erdgas. Es wird an der Tankstelle auf einen Druck von 200 bar verdichtet. Die Erdgastanks der Fahrzeuge halten höherem Druck (Berstdruck 600 bar) stand. Die Folge: geringere Explosionsgefahr bei Unfällen. CNG wird fast ausschließlich als Kraftstoff bei Automobilen eingesetzt.

LNG ist flüssiges Erdgas. Durch Abkühlung auf -162°C wird das Gas flüssig. Durch den veränderten Aggregatzustand verringert sich das Volumen auf 1/6000 des Ausgangswertes. Durch die höhere Verdichtung entsteht ein höherer Energiegehalt pro Volumen. Als großer Nachteil ergibt sich, dass LNG fortwährend gekühlt werden muss. LNG wird nur an sehr wenigen Tankstellen angeboten und ist aufgrund seiner geringen, aber erforderlichen Speichertemperatur speziellen Einsatzzwecken vorbehalten.³¹

Erdgas vs. Flüssiggas

Auch mit Flüssiggas können Fahrzeuge betrieben werden. Es darf jedoch nicht mit Erdgas verwechselt werden. Flüssiggas, auch Autogas, LPG (Liquefied Petroleum Gas) oder GPL (Gaz Petroleum Liquide) genannt, besteht hauptsächlich aus Butan und Propan. Es hat somit nichts mit LNG (Liquefied Natural Gas), dem flüssigen Erdgas, zu tun. Flüssiggas kann beim Abbau von Erdgas und Rohöl gewonnen werden, in erster Linie gewinnt man es jedoch als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Rohöl in Raffinerien. Flüssiggas wird lediglich mit einem Druck von zirka 8 statt wie bei Erdgas mit 200 bar getankt. Der Berstdruck eines Flüssiggastanks im Auto entspricht nur 45 bar, er würde einer Betankung mit Erdgas nicht standhalten. Um Verwechselungen zu vermeiden, wurden unterschiedliche Anschlüsse für Flüssiggas und Erdgas entwickelt. Fahrzeuge mit einem Flüssiggasantrieb dürfen im Gegensatz zu erdgasbetriebenen nicht in Tiefgaragen fahren, da hier die Gefahr besteht, dass sich bei Schäden ein explosives Gemisch in Bodennähe bildet.³²

2.1.2 Woher kommt Erdgas?

Erdgas wurde bereits vor zirka 600 Millionen Jahren „angelegt“. Auf dem Grund der damals existierenden Ozeane lagerten sich neben Plankton und Algen auch abgestorbene Kleinorganismen ab. Diese Ablagerungen wurdenüber die Zeit von Erd- und Gesteinsschichten zugedeckt. Unter dem hohen Druck der Erdmassen, die die Ablagerungen luftdicht abdeckten, wurde ein chemischer Prozess eingeleitet. Durch die Umwandlung der organischen Substanzen entstanden gasförmige Kohlenwasserstoffe: Erdgas. Ob das Gas im geförderten Zustand einen Motor antreiben kann oder nicht, ist abhängig von der Lagerstätte, weitestgehend ist dies jedoch der Fall.

Fast ein Fünftel des in Deutschland verwendeten Erdgases wird hier gewonnen. Zirka die gleiche Menge wird aus Norwegen und den Niederlanden importiert. Den größten Teil liefert Russland mit zirka 36%. Der Rest kommt aus Dänemark und Großbritannien. Transportiert wird Erdgas in der Regel im gasförmigen Aggregatzustand durch ein unterirdisches Leitungsnetz bis an die Tankstelle. Allein das Netz in Deutschland soll letztes Jahr nach Angaben der Ruhrgas AG mehr als 370.000 Kilometer umfasst haben.³³

Es gibt verschiedene Erdgasqualitäten. Je nachdem in welcher Region das Gas gefördert wird, ist der Energiegehalt unterschiedlich. Man unterscheidet H- und L-Gas.

H-Gas

H-Gas, auch High-Gas oder High caloric-Gas genannt, findet man in Europa vorwiegend in den GUS-Staaten, Norwegen, Dänemark und den Niederlanden. Sein Methananteil liegt zwischen 87 und 99,1 Vol.-%. Dagegen ist der Anteil an Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) sehr gering. Durch den hohen Methananteil verfügt H-Gasüber einen hohen Heizwert: zwischen 10 und 11 Kilowatt (Kilowatt pro Kubikmeter). In Deutschland wird H-Gasüberwiegend in Sachsen-Anhalt und Rheinland-Pfalz, in geringerem Maße in allen anderen Bundesländern mit Ausnahme von Bremen, Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen angeboten.

L-Gas

Der Methangehalt in L-Gas, Low-Gas oder auch Low caloric-Gas, ist deutlich geringer im Vergleich zum H-Gas. Er liegt zwischen 79,8 und 87 Vol.-%. Der Anteil an Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) ist hier im Vergleich zum H-Gas etwas höher. Durch den geringeren Methangehalt liegt der Heizwert von L-Gas zwischen 8 und 9 Kilowatt. In erster Linie wird L-Gas in Bremen, Niedersachsen und Nordrhein- Westfalen vertrieben.³⁴

Beide Qualitäten können problemlos vom Erdgasfahrzeug verbrannt werden. Allerdings unterscheiden sich beide, wie oben gezeigt, erheblich im Brennwert, was sich deutlich auf die Reichweiten des Fahrzeugs auswirkt, die teilweise umüber 100 km differieren. Die Qualität des Gases wird in der Regel an Tankstellen nicht angegeben. Laut dem Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft BGW soll sich dies jedoch baldändern. Regional erfolgt bereits eine Auszeichnung mit Tankstellenplaketten, dieüber die getankte Gasqualität Auskunft geben.

Der Preis für Erdgas schwankt zwischen 0,59 und 0,67 €/kg. Nach Aussage des ADACs ist die Gasqualität nicht am Preis erkennbar, der für beide gleich ist. Der ADAC fordert deshalb bundesweit ein qualitativ gleiches Angebot. Der Newsletter „Das Erdgasfahrzeug“, der vom Trägerkreis der Kampagne Erdgasfahrzeuge herausgegeben wird, konstatiert, dass der Abgabepreis für Erdgas durchaus an die Qualität gekoppelt ist. Hier wird darauf verwiesen, dass der Preis für H-Gas am Anfang des Jahres durchschnittlich bei 0,67 €/kg lag, der Preis für L-Gas jedoch nur bei 0,59 €/kg. Da H- Gas im Vergleich zum L-Gas einen höheren Energiegehalt aufweist, wird der Endverbraucher gemäß dem Newsletter nichtübervorteilt, da, auf die Fahrleistung umgerechnet, beide Gasqualitäten die gleichen Kosten aufweisen. Diese Aussagen sind nicht nur widersprüchlich, sie werden auch beide vom ADAC unterstützt, der auch zum Trägerkreis der Kampagne Erdgasfahrzeuge gehört. Welche der Aussagen der Wahrheit entspricht, konnte nicht abschließend geklärt werden.³⁵,³⁶,³⁷

2.1.3 Wie funktionieren Erdgasfahrzeuge?

Ein deutlicher Vorteil von Erdgasfahrzeugen ist, dass sie auf die bereits existierenden und ausgereiften Motorenentwicklungen und -techniken zurückgreifen können. Der Einsatz von Erdgas erfordert nämlich Motoren, die nach dem Otto-Prinzip (Verbrennungsmotor) arbeiten. Auch der Erdgasmotor ist mit einem Drei-Wege- Katalysator und Zündkerzen ausgestattet. Somit können konventionelle Ottomotoren für den Betrieb mit Erdgas optimiert werden. Statt eines Benzin-Luft-Gemisches wird im Zylinder ein aufbereitetes Erdgas-Luft-Gemisch verdichtet, gezündet und verbrannt. Um dies zu ermöglichen, braucht ein Erdgasfahrzeug zusätzliche Komponenten, wie z. B. Druckgasbehälter („Tank“), Druckregler, eine elektronische Motorsteuerung sowie Einspritz- und Rückschlagventile. Die Optimierung kann eine komplette Umstellung auf Erdgas bedeuten oder die Wahl zwischen Erdgas und Benzin ermöglichen. Man unterscheidet somit zwei Antriebsarten:

- Monovalent: Antrieb allein mit Erdgas. Es gibt jedoch auch monovalente Fahrzeuge (z.B. der Opel Zafira) mit einem Not-Benzintank, die auf Grund des geringen Fassungsvolumens noch als monovalent gelten und somit gefördert werden.
- Bivalent: Antrieb mit Erdgas und Benzin. Dies ist meist der Fall bei PKW. Auch Erdgasfahrzeuge werden in der Regel durch einen Otto- Verbrennungsmotor angetrieben, daher kann dieüberwiegende Zahl von ihnen sowohl mit Erdgas als auch mit Benzin betankt werden.³⁸

Durch einen Umschalter am Armaturenbrett kann jederzeit ohne Beeinträchtigung des Fahrverhaltens zwischen den Kraftstoffen gewechselt werden. Wenn ein Tank leer ist, schaltet der Wagen automatisch in den anderen Kraftstoffmodus. Neben der Benzinanzeige befindet sich eine Erdgasanzeige.

Automobilhersteller wie Volvo, VW, Opel oder Fiat bieten mittlerweile serienmäßig Erdgasfahrzeuge ab Werk an. Ford offeriert Erdgasmodelle mit einer vollen Werksgarantie, die allerdings werksnah in einem qualifizierten Betrieb umgerüstet werden. Bei Citroen und Peugeot ist ebenfalls geplant, Erdgasfahrzeuge in Serienbetrieb gehen zu lassen. Nach neuesten Meldungen plant auch Mercedes, 2004 eine E-Klasse mit Erdgasantrieb auf den Markt zu bringen, obwohl das Unternehmen seinen Fokus auf Brennstoffzellen gerichtet hat.

Eine nachträgliche Umrüstung ist für fast jedes Fahrzeug möglich. Ein einzelner 80 Liter Erdgastank - wie er bei vielen nachträglich umgerüsteten Fahrzeugen eingebaut wird - erlaubt eine Reichweite von ca. 200 bis 300 km. Die Mehrkosten bei Neuanschaffung sind in der Regel identisch mit den Kosten für eine Umrüstung.

Die Mehrkosten bei der Neuanschaffung liegen bei

ca. 1.500 - 3.500 € für

ca. 3.500 - 5.500 € für Kleintransporter und

ca. + 10-20% des Neupreises bei LKW und Bussen.³⁹,⁴⁰,⁴¹

Bei einem fünf Jahre altem Polo 6N liegen die Umrüstkosten bei zirka 1.300 - 1.400 €.

Bei Neufahrzeugen wird in der Regel eine Unterflurtechnik verwendet. Dabei werden die Erdgastanks unter dem Fahrzeugboden befestigt. Durch diese Technik geht im Innenraum kein Ladevolumen verloren. Bei Umrüstungen werden die Tanks meist im Koffer- oder Innenraum (Laderaum) untergebracht.

2.2 Entwicklung und Bedeutung bis heute

Erdgasbetriebene Fahrzeuge sind weltweit nichts neues. Bereits 1940 gab es den Adler Diplomat (Gastanks hinten auf und in dem Kofferraum) und den VW Käfer (Gastanks auf dem Dach) mit Erdgasantrieb. Während der Olympiade 1972 in München wurden bereits acht mit Erdgas betriebene MAN-Busse eingesetzt. Als „Mutterland“ der Erdgasfahrzeuge gilt Italien, wo seit zirka 60 Jahren Erdgas den Tank füllt.⁴²,⁴³

Situation

Derzeit geht der Trend eindeutig in Richtung Erd-/Biogasantrieb. Dies ist damit zu begründen, dass Erdgas der kohlenstoffärmste fossile Energieträger ist und zum Teil durch regeneratives Biogas substituiert werden kann. Auch Erdgasfahrzeuge können Biogas tanken, wenn es der Qualität von Erdgas entspricht (d. h. der Methangehalt des Biogases muss entsprechend aufbereitet werden) und das Kohlendioxid und andere Reststoffe herausgefiltert wurden.

Obwohl Deutschland auf Platz drei im europäischen Vergleich liegt, ist nach Aussage des ADAC die Zahl der Anmeldungen erdgasbetriebener PKW im Gegensatz zu Benzinern völlig unbedeutend, obwohl sich in den letzten zwei Jahren die Zahl der Erdgasautos verdoppelt hat. Weltweit gibt es zirka 2,1 Millionen Erdgasfahrzeuge, in Europa ca. 467.248.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Schlusslicht: Tschechien 70 Fahrzeuge

Quelle: Vortrag von Dr. Jeffrey Seisler, Geschäftsführer der ENGVA European Natural Gas Vehicle Association

Die beiden Hauptargument, die gegen ein Erdgasauto sprechen, sind das lückenhafte Netz der Erdgastankstellen sowie das eingeschränkte Angebot an Erdgasmodellen und deren technischer Reife.⁴⁴

2.3 Zukunftsaussichten

Das derzeitüber 350 Erdgastankstellen umfassende Netz soll bis Ende diesen Jahres auf zirka 500 erweitert werden. Ziel ist es, das Netz bis zum Ende des Jahres 2006 auf 1.000 Tankstellen auszubauen. Damit wäre ein flächendeckendes Netz gewährleistet. Auch die technische Entwicklung der Erdgasfahrzeuge schreitet weiter fort. Monovalente Fahrzeuge können durch die Optimierung auf Erdgas bereits eine größere Reichweite als benzinbetriebene Fahrzeuge erreichen. Bei der neuesten Entwicklung bei Nutzfahrzeugen geht es um die Direkteinblasung von Erdgas in den Zylinder konventioneller Dieselmotoren, kurz „DING“ genannt - Direct Induction Natural Gas. Diese Motoren werden vom Kraftstoffverbrauch und von der Leistung noch günstiger werden.⁴⁵

Durch die bis 2020 weiter geltende reduzierte Mineralölsteuer für Erdgas hat auch die Bundesregierung ein deutliches Signal PRO Erdgas gegeben und einen deutlichen Betriebskostenvorteil geschaffen. Gleichzeitig schafft diese Verlängerung eine langfristige Investitionssicherheit, die Anreiz schaffen soll, im Öffentlichen Personennahverkehr oder auch beim Einsatz von Nutzfahrzeugen verstärkt erdgasbetriebene Fahrzeuge einzusetzen.⁴⁶

[...]

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¹ Vgl. UFOP (2003), S. 36.

² Vgl. Institut für Wirtschaftsforschung (2002), S. 15.

³ Vgl. Connemann, Joosten (1997), S. 3.

⁴ Vgl. UFOP (2003), S. 1-9.

⁵ Vgl. Scharmer, Klaus (2001), S. 44.

⁶ Vgl. AGQM e.V. ( http://www.agqm-biodiesel.de/aktuell6.html), S. 2.

⁷ Vgl. Institut für Wirtschaftsforschung (2002), S. 14 ff.

⁸ Vgl. Bockey, Dieter (2002), S. 7.

⁹ Vgl. Institut für Wirtschaftsforschung (2002), S. 14.

¹⁰ Vgl. Bockey, Dieter (2002), S. 7.

¹¹ Vgl. UFOP (2003), S. 10.

¹² Vgl. Mittelbach, Martin (2003), S. 1.

¹³ Vgl. Daimler-Chrysler (2003), S. 1.

¹⁴ Vgl. Bundesarbeitskammer Österreich (2001), S.2.

¹⁵ Vgl. UFOP (2003), S. 22.

¹⁶ Vgl. UFOP (http://www.ufop.de/2_2_1_4.php ), S.1.

¹⁷ Vgl. Bockey, Dieter (2002), S. 15.

¹⁸ Vgl. AGQM e.V (http://www.agqm-biodiesel.de/6003e61d26.html ), S.1.

¹⁹ Vgl. UFOP (2003), S. 13.

²⁰ Vgl. Hackenberg, Helmut (1998), S. 9.

²¹ Vgl. UFOP (2003), S. 13ff.

²² Vgl. Scharmer, Klaus (2001), S. 30.

²³ Vgl. UFOP (2003), S. 18.

²⁴ Vgl. Bundesarbeitskammer Österreich (http://www.akeu.at/dat/Biokraftstoff_de.pdf ), S. 8.

²⁵ Phoenix (2003), Fernsehsendung.

²⁶ Vgl. Rinspeed (2003), www.rinspeed.com.

²⁷ Vgl. Opel Special Vehicles (2003), www.opel-osv.de.

²⁸ Vgl. Weise (1994), S. 1.

²⁹ Vgl. gibgas consulting GbR (2003), S. 6, 7, 14 und 15.

³⁰ Vgl. Assenmacher (2003), S. 2.

³¹ Vgl. Ministerium für Wirtschaft und Mittelstand, Energie und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen (2002), S. 9. 23

³² Vgl. gibgas consulting GbR (2003), S. 20 und 21.

³³ Vgl. gibgas consulting GbR (2003), S. 19 und 20.

³⁴ Vgl. Südwest-Rundfunk (SWR) (2003), www.swr.de.

³⁵ Vgl. gibgas consulting GbR (2003), S. 20.

³⁶ Vgl. Trägerkreis der Kampagne Erdgasfahrzeuge (2003), S. 7 und 12.

³⁷ Vgl. ADAC (2003), www.adac.de.

³⁸ Vgl. Bundesumweltministerium (2003), S. 30.

³⁹ Vgl. gibgas consulting GbR (2003), S. 7.

⁴⁰ Vgl. Assenmacher (2003), S. 5.

⁴¹ Vgl. Das Erdgasfahrzeug (2003), www.erdgasfahrzeuge.de.

⁴² Vgl. engva (2002), www.engva.org.

⁴³ Vgl. Weise (1994), S. 1.

⁴⁴ Vgl. Seisler (2002), www.engva.org.

⁴⁵ Vgl. Ministerium für Wirtschaft und Mittelstand, Energie und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen (2002), S. 14.

⁴⁶ Vgl. Bundesumweltministerium (2003), S. 15.