Blog Experte: Der Motor nur mit CNG bietet eine vielversprechende Zukunft

Wie sieht Professor Jan Macek, Prorektor für Wissenschaft und Forschung an der Fakultät Maschinenwesen der Českischen Technischen Universität (ČVUT), ehemaliger Leiter des Instituts für Automobile, Verbrennungsmotoren und Schienenfahrzeuge sowie des Zentrums für nachhaltige Mobilität, die Zukunft von CNG?

Behandeln Sie unter anderem auch das Projekt von Motoren, die ausschließlich mit Erdgas betrieben werden. Was sind die Vorteile gegenüber heute verwendeten „Hybrid“-Systemen? Was hindert an ihrer Verbreitung?

Ein für reinen Antrieb mit komprimiertem Erdgas (CNG) entwickelter Motor bietet gegenüber aktuellen Lösungen mehrere Vorteile. CNG hat eine hohe Oktanzahl, brennt sehr langsam und ist weniger anfällig für Klopfen. Daher kann er mit höherem Verdichtungsverhältnis betrieben werden, was den Wirkungsgrad erhöht. Wird ein Benzinmotor nur umgebaut, wobei weiterhin der Betrieb mit Benzin möglich bleibt, geht dieser Vorteil verloren. Im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen verbrauchen Motoren dann etwa zehn Prozent weniger Kraftstoff, was die Reichweite erhöht oder die Druckflasche kleiner machen kann. Der Nachteil besteht natürlich darin, dass ein ausreichend dichtes Netz an Tankstellen notwendig ist, da im Fahrzeug kein Benzinreservesystem mehr vorhanden ist.

Wie sehen Sie die Zukunft von CNG als Kraftstoff?

CNG weist im Vergleich zu Benzin ökologische Vorteile auf, insbesondere geringere CO₂-Emissionen, die zum Treibhauseffekt beitragen. Dies liegt an zwei Faktoren: der Heizwert und der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffs – bei CNG ist die chemische Energie größtenteils an Wasserstoff gebunden, es enthält weniger Kohlenstoffatome. Bei der Verbrennung entsteht weniger CO₂, da weniger Gas verbraucht wird, da es einen höheren Heizwert hat. Wenn man noch einen Motor betrachtet, der ausschließlich für CNG ausgelegt ist, spart man erneut aufgrund seiner höheren Effizienz. Im Vergleich zu herkömmlichen Ottomotoren sind die Ergebnisse stets besser.
Ein weiterer Vorteil von CNG ist die Zündfähigkeit in einem größeren Bereich – hinsichtlich Konzentration und Zusammensetzung des Gemischs. Es lässt sich auch mit einer mageren Mischung mit Überschuss an Luft betrieben. Wir entwickeln Zündsysteme, die solche sehr mageren Gemische sicher zünden können, die bei der Verbrennung niedrige Temperaturen erzeugen, was wiederum geringere Wärmeverluste an die Wände bedeutet. Problematisch ist, dass im Abgas solcher magerer Gemische Sauerstoff enthalten ist, was die Nutzung des Drei-Wege-Katalysators erschwert – eine sehr effiziente und kostengünstige Methode zur Emissionsreduzierung durch Stickoxidminderung. Es gibt natürlich andere Lösungen, diese sind aber teurer. Was die CO₂-Emissionen betrifft, drohen ab 2020 hohe Bußgelder für Automobilhersteller bei Überschreitungen der Grenzwerte, weshalb ein spezieller Motor für Erdgas eine vielversprechende Option ist. Deshalb arbeiten die meisten Automobilhersteller intensiv daran.

Wie steht es um die Sicherheit der Fahrzeuge in Bezug auf die Energiequelle? Kürzlich wurden Medienberichte über Explosionen von CNG-Tanks bei VW-Fahrzeugen veröffentlicht, was dem Ruf von CNG als sicherem Kraftstoff schadete. Und wie steht es um Elektroautos?

Bei CNG handelt es sich um eine vergleichsweise sehr sichere Lösung. Hinsichtlich des Unfallrisikos zeigt sich, dass die Gaskartusche widerstandsfähig ist. Persönlich erinnere ich mich an keinen Tankexplosionen durch Gas entzündet bei Autounfällen. Es gab Fälle, bei denen Drucktanks beim Nachfüllen reißen, allerdings zeigte sich, dass es sich meist um schlecht gewartete Fahrzeuge handelte, bei denen die Korrosion im Inneren des Tanks nicht kontrolliert wurde.
Bei Elektrofahrzeugen gibt es bisher nur wenige Erfahrungen, wie sich Akkumulatoren bei Unfällen verhalten. Wir kennen Fälle von Bränden bei Mobiltelefonen, Laptops, elektrischen Rollern und even bei Flugzeugen. Hochkompakte Akkus haben sehr kurze Abstände zwischen den Elektroden und bei mechanischer Verformung – beispielsweise bei Unfällen – kann es zu internen Kurzschlüssen kommen. Das Fahrzeug sollte außerdem durch das BMS (Batteriemanagementsystem) Über- oder Under-Voltage-Differenzen sowie Spannungsabweichungen innerhalb der Zellreihen erkennen, um beschädigte Zellen vom Betrieb auszuschließen, da sonst Überhitzung droht. Überhitzung, interner Kurzschluss oder Unfälle können zur Undichtigkeit des Batterigehäuses führen. Kommt Sauerstoff in das Lithium-Reich, folgt eine scharfe chemische Reaktion. Leider kann eine Beschädigung des Gehäuses, etwa nach einem Unfall, auch erst nach mehreren Wochen sichtbar werden.
Das Risiko ist auch die aktuelle Situation, in der Akkus in großem Umfang durch neue ersetzt werden, was auf lange Sicht zu einer Nachfrage nach günstigeren, aber weniger qualitativ hochwertigen Batterien führt.
Mit zunehmender Erfahrung wird das Risiko bei massenhafter und langfristiger Nutzung von Elektroautos sinken.