Fahrzeugbetankung mit komprimiertem Erdgas – Über komprimiertes Erdgas und Erdgasfahrzeuge
Was ist Erdgas?
Erdgas ist ein natürlich auftretender Kohlenwasserstoff, der sich im Laufe der Jahrmillionen durch die Dekompostierung organischen Materials, wie Bäume und Tiere gebildet hat.
Es befindet sich normalerweise unter der Erdoberfläche in Reservoirs, entweder in Form von Gasblasen oder eingeschlossen in einem Substrat wir Sand oder Öl und wird dann entweder als Nebenprodukt bei der Ölförderung oder spezifisch als Erdgas gewonnen.
Methan ist die Hauptkomponente von Erdgas. Es macht üblicherweise über 90 Prozent des Erdgases „aus der Pipeline“ aus. Andere Kohlenwasserstoffe, die in kleinen Anteilen im Erdgas vorkommen können, sind, Ethan, Propan und Butan.
Der größte Teil des heute im Vereinigten Königreich verbrauchten Erdgases stammt aus heimischer Produktion aus der Nordsee. Gasströme aus den Gasvorkommen enthalten Erdgas, Flüssigkeiten und andere Materialien. Eine Verarbeitung ist notwendig, um das Gas von den Flüssigkeiten zu trennen und Verschmutzungen zu entfernen. Zunächst wird das Gas von Flüssigkeiten wie Rohöl, Kohlenwasserstoffkondensat, Wasser und enthaltenen Feststoffen abgeschieden. Das abgeschiedene Gas wird dann weiter verarbeitet, bis es die Anforderungen erfüllt. Eine Dehydrierungsanlage steuert den Wasseranteil. Eine Gasaufarbeitungsanlage entfernt bestimmte Kohlenwasserstoffkomponenten gemäß spezieller Taupunktspezifikationen für Kohlenwasserstoffe und eine Gassüßungsanlage entfernt eventuelle Sulfide und andere Schwefelkomponenten. Erdgas ist geruchlos. Ihm werden Geruchsstoffe beigefügt, um ihm den spezifischen ‚Gasgeruch’ zu verleihen.
Was ist komprimiertes Erdgas?
Als komprimiertes Erdgas bezeichnet man Methan bzw. Erdgas, das zu einem hohen Druck verdichtet wurde (üblicherweise 250 Bar). Das Erdgas bleibt während des gesamten Verdichtungsprozesses in einem gasförmigen Zustand.
Um die Gasmenge zu maximieren, die in einem bestimmten Volumen untergebracht werden kann (z.B. in einem Kraftstofftank), wird das Gas zu einem sehr hohen Druck komprimiert und in speziellen Zylindern gelagert.
Das Gas wird mit Hilfe von Hochdruck-Hubkolbenkompressoren verdichtet.
Was sind Erdgasfahrzeuge?
Erdgasfahrzeuge sind Serienfahrzeuge, die so umgerüstet wurden, dass sie mit komprimiertem Erdgas betrieben werden können.
Es gibt drei verschiedene Typen von Erdgasfahrzeugen: reine Erdgasfahrzeuge, Bi-Kraftstoff- und Zweistofffahrzeuge. Reine Erdgasfahrzeuge funktionieren ausschließlich mit Erdgas. Bi-Kraftstofffahrzeuge laufen mit komprimiertem Erdgas, können jedoch auch noch mit Benzin betrieben werden. Der Motor funktioniert mit beiden Kraftstoffen, jedoch nicht simultan. Das Kompressionsverhältnis des Motors muss so sein, dass es noch für Benzin geeignet ist. Im Moment wird dieser Motortyp fast ausschließlich bei Fahrzeugen unter 3,5 t verwendet. Zweistoffmotoren basieren auf Dieselmotoren. Eine kleine Dieselmenge wird für die Zündung verwendet. Der Hauptkraftstoff, Erdgas, wird mit der einströmenden Luft vermischt. Zweistoffmotoren werden durch Kompression selbst gezündet und erfordern keine Zündkerzen.
 Erdgas-Gabelstapler - Qantas Frachtdepot, Australien |
Das komprimierte Erdgas wird an Bord des Fahrzeugs in Zylindern gespeichert, die im hinteren Teil, am Unterboden oder auf dem Dach des Fahrzeugs angebracht sind. Das Erdgas wird über einen Hochdruckregler (meistens im Motorraum) zum Motor geleitet, wo der Druck vermindert wird. In Vergasermotoren gelangt der Kraftstoff durch einen speziellen Erdgasmischer, wo das Gas mit Luft gemischt wird, nahezu bei atmosphärischem Druck in den Vergaser. Bei Einspritzer-Motoren gelangt das Erdgas bei einem relative geringen Druck (bis zu 6 Bar) in den Einspritzer. In beiden Fällen strömt das Erdgas dann in die Brennkammer des Motors und wird gezündet, um die Kraft für den Fahrzeugantrieb zu erzeugen. Spezielle Magnetventile verhindern, dass das Gas in den Motor gelangt, wenn er ausgeschaltet ist. |
 Onyx-Erdgas-Müllfahrzeug - Paris Frankreich |
Bei Bi-Kraftstofffahrzeugen steuert ein Kraftstoffwählschalter den Zufluss entweder von Gas oder von Benzin. (Bei einigen Systemen geschieht das Umschalten automatisch, wenn kein Ergas mehr vorhanden ist.). Eine Kraftstoffanzeige befindet sich auf dem Armaturenbrett oder ist in die normale Benzinuhr integriert, damit der Fahrer sieht, wie viel Ergas noch in den Tanks ist.
Was sind Nachfüllstationen für komprimiertes Erdgas?
Nachfüllstationen für komprimiertes Erdgas ist der Ausdruck für die komplette Anlage für das Betanken eines Erdgasfahrzeugs. Sie besteht aus einem Gaslager, Gaskompressor, Lagerzylindern, Prioritätstafel und einem Ausgabegerät.
Es gibt ganz verschiedene Typen und Größen von Nachfüllstationen für komprimiertes Erdgas, aber alle von ihnen besitzen diese Grundkomponenten.
Nachfüllstationen sind in zwei Gruppen eingeteilt. Es gibt Stationen für langsames und für schnelles Befüllen.
Bei Stationen für langsames Nachfüllen wird ein Kompressor verwendet, um das Fahrzeug im Laufe der Zeit, normalerweise während es über Nacht geparkt ist, nachzutanken. Diese Stationen benötigen daher keine teuren elektronischen Ausgabegeräte, haben aber den Nachteil, dass nicht Tankstellenanwendungen geeignet sind.
Dieser Stationstyp ist für große Busdepots einsetzbar, wo die Fahrzeuge jeden Abend zurückgebracht werden.
Das schnelle Nachfüllen ist der gängige Ansatz für leichte Fahrzeuge wie Pkws und Taxis und kann auch als Tankstellenlösung eingesetzt werden.
Bei diesen Stationen wird das Gas von statischen Lagerzylindern aus ausgegeben, die das Gas unter hohem Druck halten (250 Bar). Die Gaskompressoren halten den Druck jederzeit konstant hoch, indem Sie nach der Entnahme durch ein Fahrzeug immer wieder ein- und ausgeschaltet werden, um Gas nachzufüllen.
Dieses Konzept ist ideal für öffentliche Tankstellen oder für Anwendung, bei denen schnelles Befüllen erforderlich ist.
Stationen für das schnelle Befüllen sind geeignet für Pkws, Taxis, Kleinlaster, Müllfahrzeuge und Lkws. Jede Art von Fahrzeug kann so betankt werden.
Sicherheit
Komprimiertes Erdgas ist aus verschiedenen Gründen sicherer als herkömmliche Flüssigkraftstoffe wie Benzin oder Diesel. Erstens verteilt sich das Gas im Falle eines Lecks schnell in der Luft, wohingegen Flüssigkraftstoffe auf den Boden fließen und ein Gefahrenpotenzial darstellen.
Zweitens hat komprimiertes Erdgas eine viel höhere Zündtemperatur als Flüssigkraftstoffe (580°C gegenüber 220°C bei Benzin) und bei einem Gasleck sind wahrscheinlich keine so starken Zündquellen vorhanden.
Drittens hat komprimiertes Erdgas einen sehr kleinen Zündbereich, bei einer Konzentration in der Luft zwischen 5 und 15% (bei Benzin zwischen 1 und 8% im Luftgemisch).
Erdgas ist außerdem ungiftig, nicht-korrosiv und kann Grundwasser nicht vergiften.
Bei der Erdgasverbrennung entstehen keine nennenswerten Aldehyde oder andere Luftgifte, die bei Ottokraftstoff oder einigen alternativen Kraftstoffen ein Thema sind.
Ein weiteres Sicherheitsplus von Erdgasfahrzeugen stellen die Tankzylinder an den Fahrzeugen und Tankstellen dar, die aus einem sehr stabilen Material gemacht sind und durch einen Druckausgleich und andere Sicherheitseinrichtungen geschützt sind.
Die Ausführung der Zylinder unterliegt strengen Tests hinsichtlich Feuer, Kollision, mechanische Beschädigung usw.
Das Nachfüllen an der Zapfsäule ist ebenfalls sehr sicher, denn das gesamte System ist “abgedichtet”. Dies verhindert das Ausströmen des Produkts.
Alternative Kraftstoffe
Alternative Kraftstoffe für den Verkehr sind seit Jahren ein Thema.
Es ist seit langem bekannt, dass die Erdölreserven begrenzt sind und die Abhängigkeit vom Öl weitere Probleme mit sich bringt, etwa im Hinblick auf die Versorgungssicherheit und den Preis.
Die wichtigsten alternativen Kraftstoffe sind:
- Diesel mit niedrigem Schwefelanteil – Dieser Dieselkraftstoff entspricht entweder der Euro4-Norm oder den Kraftstoffspezifikationen des Commonwealth zur Umsetzung 4 im Jahr 2006. Die Kraftstoffspezifikationen nach Euro 4 stehen in der Direktive 98/70/EC der Europäischen Gemeinschaft von 1998. Darin ist die Schwefelkonzentration auf unter 50 ppm festgelegt. Dieser Kraftstoff hat bereits den herkömmlichen Diesel ersetzt, der eine Konzentration von >1000 ppm besitzt, und wird Diesel mit niedrigem Schwefelanteil ersetzen, der nun fast überall erhältlich ist, aber eine Schwefelkonzentration von besitzt.<500 ppm.
- Biodiesel & Biogas – Biodiesel ist ein Gattungsbegriff für Kraftstoffe, die durch die Umesterung von Pflanzenöl entstehen. Daraus ergibt sich ein Kraftstoff mit ähnlichen Brenneigenschaften wie reiner Diesel, aber mit einer geringeren Viskosität. Biodiesel bezeichnet oft Rapsöl-Methylester (RME), dem wichtigsten europäischen Biodiesel. Umgeestertes Sojaöl ist in den Vereinigten Staaten am weitesten verbreitet und wird dort Sojadiesel genannt.
- Flüssiges Erdgas – Ist ebenfalls Erdgas aber in verflüssigter Form. Methan verflüssigt sich bei – 161°C, wird generell zur Verflüssigung auf -180°C abgekühlt und erfordert vakuumisolierte kryogene Tanks, um es während der Lagerung flüssig zu halten.
- Verflüssigtes Erdölgas – Besteht hauptsächlich aus Propan, Propylen, Butan und Butylen, je nach Herkunft in unterschiedliches Mischungsverhältnissen. Die Bestandteile des verflüssigten Erdgases sind Gase bei normalem Druck und normaler Temperatur, die aber für die Lagerung leicht verflüssigt werden können. Dies geschieht entweder durch einen Druckanstieg auf 8 Atmosphären oder durch die Absenkung der Temperatur.
- Wasserstoff – Wasserstoff ist das chemische Element mit der geringsten molekularen Masse und kommt als freies Element auf der Erde nicht vor. Wegen seiner hohen Reaktivität ist es immer an andere Moleküle gebunden. Daher muss Wasserstoff für den Antrieb von Fahrzeugen eigens hergestellt werden. Fahrzeuge können reinen Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor verbrauchen oder ihn in einer Kraftstoffzelle in elektrischen Strom umwandeln. Diese Option gilt längerfristig als vorteilhaft, obwohl sie komplexere Änderungen an bestehenden Fahrzeugen erfordert, denn sie besitzt eine höhere Effizienz und daher ein größere Reichweite mit einer bestimmten Kraftstoffmenge.
- Elektrischer Strom – Viele Elektrofahrzeuge dienen als Gabelstapler, Milchwägen und kleinere Passagierfahrzeuge usw. Die meisten Elektrofahrzeuge besitzen nur einen geringen Aktionsradius und müssen häufig aufgeladen werden. Sie sind daher häufig auf das Stadtgebiet beschränkt. Hybridfahrzeuge mit Elektro/Gas-Antrieb werden in Zukunft die Reichweite erhöhen.
Umweltfragen
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Es gibt viele Gründe, in alternative Kraftstoffe zu investieren. Die wichtigsten sind die umweltpolitische, wirtschaftliche, unternehmerische und technologische Entwicklung. Der Betrieb von Gasfahrzeugen kann
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Die Reduktion schädlicher Emissionen kann beträchtlich sein:
- Kohlendioxid – 22-24% Verminderung gegenüber Benzin, 10% Verminderung gegenüber Diesel
- Kohlenmonoxid – 76% Verminderung gegenüber Benzin, bei Erdgas & Diesel niedrig
- Stickoxide – 83% Verminderung gegenüber Benzin, 80% Verminderung gegenüber Diesel
- Kohlenwasserstoff – 88% Verminderung gegenüber Benzin, 80% Verminderung gegenüber Diesel
- Benzol – 99% Verminderung gegenüber Benzin, 97% Verminderung gegenüber Diesel
- Blei – 100% Verminderung gegenüber Benzin, gilt nicht für Diesel
- Rußpartikel – gilt nicht für Benzin, eliminiert bei Diesel
- Schwefel – fast 100% Verminderung gegenüber Benzin, fast 100% Verminderung gegenüber Diesel
Erdgas verbrennt langsamer als Benzin oder Diesel. Dies führt zu geringerer Abnutzung und einer längeren Motorlebensdauer.
In Erdgas ist kein Blei vorhanden. Daher kann sich kein Blei an Zündkerzen absetzen und deren Lebensdauer verlängert sich um das zwei bis dreifache.
Große Befüllstation für komprimiertes Erdgas rechtfertigen die Zusatzausgaben für den Pipeline-Ausbau.
Verbesserte Ressourcenverwendung – nationale Unterstützung für Gasfahrzeuge wegen der Einsparungen und Ersetzung von Öl durch einheimisches Gas.
Komprimiertes Erdgas kostet zwischen 30% und 60% weniger als herkömmliche Kraftstoffe.
Versorgungssicherheit – Ein Land, das auf Ölimporte angewiesen ist, kann eine gewisse Sicherheit im Falle internationaler Ölkrisen schaffen, indem es auf heimisches Erdgas umstellt.
