Als Flüssiggas, auch LPG (Liquified Petroleum Gas) oder Autogas genannt, bezeichnet man ein Gemisch aus Propan und Butan. Es kann sich aber auch um reines Propan oder reines Butan handeln. Anstelle von Flüssiggas wird zum Teil auch der Begriff „Treibgas“ benutzt. Flüssiggas ist nicht zu verwechseln mit Flüssigerdgas (LNG) oder komprimiertem Erdgas (CNG, Compressed Natural Gas).
Eigenschaften
Flüssiggas besteht aus leicht verflüssigbaren Kohlenwasserstoff-Verbindungen (CmHn) mit 3 oder 4 Kohlenstoff-Atomen. Es kann sich dabei um eine einzelne Verbindung oder um eine Mischung mehrerer Verbindungen handeln.
Die Hauptbestandteile von Flüssiggas sind:
- # Propan C3H8
- # Propen (Propylen) C3H6 (mit C-Doppelbindung)
- # Butan C4H10
- # Buten (Butylen) C4H8 (mit C-Doppelbindung)
Es ist im gasförmigen Aggregatzustand schwerer als Luft. Es wird unter Druck transportiert und gelagert. Bereits unter sehr geringem Druck (etwa 8 bar) wird es flüssig. Flüssig verringert es sein Volumen auf ein 260stel. Es ist leicht brennbar und verbrennt explosionsartig. Die Explosionsgrenzen liegen je nach Mischungsverhältnis zwischen 1,5 und 11 Vol.-% in der Luft. Der Siedepunkt ist abhängig vom Druck und vom Mischungsverhältnis. Er liegt bei Umgebungsdruck für ein Propan/Butangemisch zwischen -42 °C (reines Propan) und -0,5 °C (reines Butan).
Bei Transporten muss es eine Kennzeichnung nach ADR haben, und zwar mit einer UN-Nummer 1965 und der Kemler-Zahl 23.
Flüssiggas hat einen Energieinhalt von 12,9 kWh/kg und bei 20 °C eine Dichte von 0,54 g/cm³ (Propan 0,51 g/cm³ und Butan 0,58 g/cm³)
Heiz- und Kochzwecke
In Gegenden ohne Erdgasversorgung kann Flüssiggas zu Heizzwecken genutzt werden. Dazu wird das Flüssiggas in Flüssiggaslagerbehältern gelagert; aufgefüllt werden die Tanks durch Tankfahrzeuge. In kleineren Mengen wird es in Gasflaschen oder in Gaskartuschen, z. B. im Campingbereich oder beim Weichlöten von Kupferrohr-Lötfittings eingesetzt.
Für Gasgrille im Freien kommen meist Gasflaschen mit einer Füllmasse von 5 kg oder 11 kg zur Anwendung.
In Frankreich, Südeuropa und vielen anderen Ländern der Welt ist das Kochen mit Flüssiggas im Gegensatz zu Deutschland sehr verbreitet.
In Deutschland ist diese Art zu kochen dagegen recht unbekannt.
Bei Einhaltung aller Sicherheitsvorschriften sowie Installation und Abnahme durch einen Fachbetrieb ist das Kochen mit Gasflasche innerhalb der Küche auch in Deutschland erlaubt.
Auch in Österreich ist es speziell im ländlichen Raum für Heizzwecke von Einfamilienhäusern anzutreffen. Dazu werden meist größere mehrere Tausend Liter fassende Behälter im Garten oberirdisch aufgestellt, die von Tankwagen regelmäßig befüllt werden müssen.
Feuerzeuggas
Das Gas wird vielfach in handelsüblichen Feuerzeugen eingesetzt.
Flüssiggaskraftstoff (Autogas, LPG)
Flüssiggas findet auch Anwendung als Kraftstoff für Ottomotoren. Bereits in den 1970er Jahren war es in Italien sehr verbreitet und ist es geblieben. Auch die gesamte Autobusflotte der Wiener Verkehrsbetriebe fährt seitdem mit Flüssiggas. Es verbrennt umweltfreundlicher als Benzin. Der Schadstoffausstoß von Stickoxiden beträgt etwa 20 %, CO2 Emissionen vermindern sich um 15 % und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um 50 %. Zudem lassen sich LPG-Abgase durch die bessere chemische Verwertbarkeit bei niedrigeren Temperaturen in Fahrzeugkatalysatoren umsetzen. Durch die rückstandsfreie Verbrennung werden häufig Gabelstapler mit Flüssiggas betrieben und ersetzen somit Dieselstapler, die Ruß und hohe Mengen an Stickoxiden emittieren. Flüssiggasbetriebene Gabelstapler dürfen als einzige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in geschlossenen Räumen betrieben werden. Zuerst war LPG bei den Taxis (z. B. alle Taxis in Istanbul), später auch im privaten Kfz-Bereich, in den 1980er Jahren in Österreich durch günstige Preise sehr verbreitet. Durch die höhere Besteuerung wurde es in Österreich aber wieder uninteressant.
Heute ist Flüssiggas als Kraftstoff in einigen europäischen Nachbarländern (wie BE, NL, GB, PL, IT, F ...) etabliert. In Deutschland hat es eine wachsende Bedeutung. Momentan (Stand 2005) wird Flüssiggas (LPG/Autogas) und Erdgas (CNG/LNG) zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bezüglich des Brennwertes bis Ende 2009 gleich niedrig besteuert, ab 2010 gilt eine Steuervergünstigung bis 2020 möglicherweise nur noch für Erdgasfahrzeuge (CNG). Bei Flüssiggas (Autogas/LPG) wird eine Verlängerung der Steuerbegünstigung im Rahmen der EU-Harmonisierung erwartet. In der Schweiz und Österreich gibt es ab 2006/2007 gleichfalls eine Steuerreduktion nur für Erdgaskraftstoff.
Fahrzeugumrüstung
Eine Umrüstung der PKW auf Flüssiggas (LPG) ist relativ unkompliziert. Fast jedes Fahrzeug mit Ottomotor kann für etwa 1500 bis 3500 Euro (je nach Zylinderzahl) umgebaut werden; ausgenommen sind (derzeit noch) Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung. Das Leergewicht einer LPG-Anlage beträgt etwa 40 kg. Der Tank findet seinen Platz entweder in der Reserveradmulde (34 bis 85 Liter, das Reserverad wird dann durch ein Pannenspray ersetzt) oder im Kofferraum (60 bis 200 Liter). Auch Unterflurtanks sind möglich. Die Reichweite beträgt je nach Verbrauch 350 km bis 1000 km. Beim Umbau bleibt der Benzintank erhalten, so dass das Fahrzeug wahlweise mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden kann (bivalenter Antrieb). Das Umschalten zwischen Benzin- und Flüssiggasbetrieb kann automatisch oder manuell während der Fahrt erfolgen. Mit dem Einbau ist also auch eine erhebliche Reichweitenerhöhung verbunden, sofern auch noch entsprechend Benzin mitgeführt wird. Gegenüber Benzin muss je nach gewähltem System (siehe unten) ein volumetrischer Mehrverbrauch von 5 bis 20 % für LPG angesetzt werden muss, da Flüssiggas eine geringere Dichte aufweist. Zum Vergleich: Superbenzin mit 95 Oktan hat eine Dichte von ca. 0,76 g/cm³, Flüssiggas je nach Mischungsverhältnis zwischen 0,51 und 0,56 g/cm³. Technik
Technik: Mit Autogas betriebene KFZ werden entweder auf Benzin gestartet und danach automatisch auf Gasbetrieb umgestellt um eventuelle Warmlaufprobleme zu umgehen oder sie laufen direkt auf Autogas. Es wird zwischen Venturianlagen, sequenziellen Anlagen sowie LPI Anlagen unterschieden.
Die ersten beiden Anlagentypen haben gemeinsam, dass das im Tank unter Druck befindliche flüssige Gas dem Motor über einen Verdampfer und Druckregler gasförmig zugeführt wird. Der Verdampfer muss zur Kompensation der Verdunstungskälte („Kältesprayeffekt“) mit Kühlwasser geheizt werden. Daher wird bei vielen Autogasanlagen dieser Typen erst bei einer gewissen Kühlwassertemperatur auf Gas umgeschaltet (ca. 30°C). Dabei ist zu beachten, dass selbst das Kühlwasser eines anfangs noch kalten Motors zum Heizen benutzt werden kann, da Butan bei -0,5 °C und Propan bei -42 °C flüssig wird.
Seit 2004 werden auch LPI-Anlagen angeboten. Diese Systeme fördern mittels einer Kraftstoffpumpe flüssiges Gas unter Druck in einer Ringleitung, von wo es durch Dosierventile in flüssiger Form in den Ansaugtrakt gespritzt wird. Durch die Verdunstungskälte kommt es zu einem Kühleffekt der Ansaugluft, der je nach Last 5 bis 15 K betragen kann. Dadurch kommt es zu einer geringfügigen Leistungssteigerung (siehe Turbomotor/Ladeluftkühler).
Die Autogasverbrennung erfolgt bei geringeren Schadstoffemissionen und erhöhter Laufruhe. Letztere ist auf die hohe Klopffestigkeit von 105 bis 115 Oktan zurückzuführen.
Zum Thema Sicherheit schreibt der ADAC: „Es gibt keine Hinweise aus der Praxis, dass bei diesen Fahrzeugen ein erhöhtes Sicherheitsrisiko besteht, auch nicht aus jenen Ländern, wo relativ viele Autogasautos zugelassen sind. Crash- und Brandtests zeigen, dass Autogasautos nicht gefährlicher sind als vergleichbare Benzinfahrzeuge.“ Autogastanks sind mit Rohrabrissventilen ausgestattet. Sollte bei einem Crash der Tank aus der Halterung gerissen werden und Leitungen abreißen, so werden die entsprechenden Anschlüsse sofort versiegelt. Alle Tanks sind mit Schmelzsicherungen ausgestattet, sodass im Brandfall Gas kontrolliert entweichen und abbrennen kann, um ein spontanes Bersten des Stahltanks durch große Hitze zu vermeiden.
Venturitechnik
Die Venturitechnik ist die älteste und preiswerteste Lösung. Hierbei wird ein unterdruckgesteuertes Dosierventil in den Ansaugstutzen montiert und Gas unterdruckgesteuert dosiert. Durch die Verengung des Ansaugquerschnitts ist mit einem leichten Leistungsverlust und einem höheren Mehrverbrauch zu rechnen. Diese Technik ist bis zur Abgasnorm E2 ohne Verlust einer Steuerklasse geeignet.
Teilsequenzielle Anlagen
Teilsequenzielle Anlagen verwenden ein präziseres elektronisch gesteuertes Dosierventil, welches das Gas mittels eines sternförmigen Gasverteilers in die Ansaugstutzen der Zylinder leitet. Eine Querschnittsverengung und damit ein Leistungsverlust findet nicht statt. Diese Anlagen verfügen häufig über einen eigenen programmierbaren Kennfeldgeber für den Gasbetrieb. Daher lassen sich auch ältere Automobile und PKW bis zur Schadstoffnorm Euro 3 mit diesem System ausstatten.
Vollsequenzielle Anlagen
Vollsequenzielle Anlagen (zur Zeit Stand der Technik) verfügen über ein eigenes Dosierventil je Zylinder. Diese modernen Anlagen verfügen häufig nicht mehr über einen eigenen autonomen Kennfeldgeber, sondern rechnen das im Bordcomputer abgelegte Einspritzkennfeld für Benzin auf äquivalente Gasmengen um. Daher ist die Umrüstung und Programmierung einfacher, erfordert jedoch einen mit der OBD2-Schnittstellennorm ausgestatteten PKW (seit Baujahr 1999 Stand der Kfz-Technik). Die Abgasnorm Euro 4 wird problemlos erreicht bzw. unterboten (behaupten zumindest die Umrüster - was nicht immer der Fall ist). Auf jeden Fall ist eine Abgasbestätigung über die derzeit gültige (bzw. dem Fahrzeug entsprechende) Abgasnorm zu verlangen, da sonst eine Abnahme (TÜV) in Deutschland nicht (bzw. nur sehr schwer [teuer] zu erhalten ist. Ebenso ist eine Bescheinigung über den korrekten Einbau sowie die Dichtheitsprüfung gem. VDTÜV 750, etc. zu verlangen (Dgl. auch bei vorhergehenden Anlagen notwendig und oft bei im Ausland eingebauten Anlagen nicht vorhanden).
LPI Anlagen
LPI ist die Abkürzung für Liquid Propan Injection und heißt übersetzt Flüssige Propan Einspritzung d. h. Flüssiggaseinspritzung. Die sequentielle Gaseinspritzung in flüssiger Form stellt wohl die neueste (sogenannte 5.) Generation der Autogassysteme dar. Der große Vorteil dieses Einspritzsystem in flüssiger Form ist die kühlende Wirkung des verdampfenden Autogases (Innenkühlung) im Verbrennungsraum, hier ergibt sich ein besserer Füllungsgrad in den einzelnen Zylindern und somit eine höhere Motorleistung. Somit ist ein Leistungsverlust gegenüber dem Benzinbetrieb kaum bzw. gar nicht spürbar.
Verbreitung (Kosten usw)
In einigen europäischen Ländern (Niederlande, Belgien, Italien, Polen, Frankreich, usw.) sowie der Türkei besteht ein flächendeckendes Tankstellennetz.
In Deutschland gab es im Februar 2006 ca. 1200 Autogastankstellen. Die Tendenz ist stark steigend, so dass Autogas den Erdgasantrieb und die Anzahl derer Tankstellen (ca. 639) abgelöst hat. Als Tankanschlüsse haben sich regional unterschiedlich zwei verschiedene Standards durchgesetzt (Dish und ACME). Durch geeignete (Schraub-)Adapter kann dieses Problem leicht umgangen werden.
Die Preise für Autogas liegen in Deutschland bei 0,50 bis 0,70 € je l, im Ausland bei 0,30 bis 0,60 € je l Bei dem Preisvergleich mit Benzin muss allerdings noch berücksichtigt werden, dass der Literverbrauch bei Flüssiggasbetrieb um etwa 20 % steigt, da Flüssiggas im Vergleich zum Benzin eine erheblich geringere Dichte und somit einen geringeren Brennwert je Liter hat. Daher kann beim Vergleich der Kraftstoffkosten zwischen Benzin/Super und Flüssiggas grob von einer Halbierung der Kraftstoffkosten ausgegangen werden. Ottomotoren können bei Autogasbetrieb etwa die Kraftstoffkosten eines entsprechenden Diesels erreichen oder auch unterbieten.
Autogastankstellen für Firmenflotten können ab etwa 5.000 € eingerichtet und mit etwa 40 bis 45 Cent je l beliefert werden. Eine geeichte Zapfsäule samt Datenübermittlung für Kassensysteme kostet etwa 15 bis 20.000 €.
Vergleich Flüssiggas (LPG) und Erdgas (CNG) für Kraftfahrzeuge
* Chemisch
- LPG ist Propan/Butan, die Oktanzahl beträgt > 105 bis 115 je nach Butananteil.
- CNG ist Methan, Oktanzahl ca. 130.
* Physikalisch
- LPG wird bei etwa 5 bis 10 bar Druck flüssig gespeichert (ca. 400 g Kraftstoff je Liter Tankvolumen).
- CNG wird gasförmig bei etwa 200 bar gespeichert (ca. 160 g Kraftstoff je Liter Tankvolumen) und von einem Hochdruckregler auf 7 bar verringert.
* Tanktechnik
- LPG gestattet Radmuldentanks und somit keinen Kofferraumverlust. Zylindertanks sind mit Volumina bis über 100l verfügbar, Radmuldentanks werden je nach Muldengröße bis 72 l angeboten. Das Nettotankvolumen beträgt 80 % des Bruttovolumens. Dies ist aus Sicherheitsgründen (Ausdehnung im heißen Fahrzeug) erforderlich. Der Prüfdruck dieser Tankanlagen (TÜV) liegt bei 40 bar mit üblichen Betriebsdrücken von 8 bis 12 bar.
- CNG erfordert im Kofferraum untergebrachte Zylindertanks oder bei Serienfahrzeugen unterflur angeordnete Tanks um keinen Kofferraumverlust zu haben, welche über 300 bar Prüfdruck standhalten müssen. Der Berstdruck von Erdgasflaschen beträgt 600 bar.
* Verbreitung
- LPG: Hat die europaweit höhere Verbreitung an Zapfsäulen (insbesondere in den Ländern Frankreich, Polen, Spanien, Benelux, Italien und England). Deutschland ist hier EU-weit quasi Schlusslicht, allerdings gibt es auch hier noch immer mehr LPG-Tankstellen, als Erdgas-Tankstellen. In Deutschland gibt es nach Angaben des Kraftfahrt-Bundesamt 6.203 Fahrzeuge (Stand: Januar 2004). Diese Zahl gibt aber nur einen Bruchteil der tatsächlich vorhandenen Fahrzeuge wieder, da es sich bei den meisten LPG-fähigen Fahrzeugen um umgerüstete Nicht-OEM-Fahrzeuge handelt, die in den meisten Fällen in den Fahrzeugpapieren mit dem ursprünglichem Schlüssel geschlüsselt und deshalb in der Statistik nicht als bivalente LPG-Fahrzeuge erkannt werden. LPG-Tankstellen gibt es in Deutschland derzeit 1103 Stand Dez. 2005.
- CNG: Wird derzeit in Deutschland primär offensiv beworben, obwohl die Zahl der Tankstellen noch immer sehr gering ist im Vergleich zu LPG. (ca. 30.000 Fahrzeuge in Deutschland, Schweiz, Österreich, Italien, Argentinien.) CNG-Tankstellen gibt es in Deutschland derzeit 658 Stand Dez. 2005
* Verteilung
- LPG wird wie Benzin- und Dieselkraftstoffe in der Regel auf der Straße zur Tankstelle transportiert und belastet so den Straßenverkehr.
- CNG hingegen besteht aus Erdgas und findet seinen Weg zum Verbraucher über Pipelines. Tankstellen erhalten das Erdgas aus dem Netz der örtlichen Gasversorgungsunternehmen, die Aufbereitung zu CNG erfolgt vor Ort. Hierdurch erklärt sich wohl auch die geringe Verbreitung an Tankstellen der großen Ölkonzerne.
* Praktische Konsequenzen
- LPG ist als Kraftstoff etwas teurer als CNG (Dezember 2005), die Umbauten sind jedoch durch den geringeren Druck und die weltweit höhere Verbreitung deutlich billiger und erzielbare Reichweiten allgemein höher. Wird ein Ottomotor auf Gasbetrieb nachgerüstet, so bietet sich aus Kosten- und Platzgründen häufig LPG an.
- CNG ist als Kraftstoff zwar etwas billiger als LPG (Dezember 2005) (Faustregel: 1 kg Erdgas = 1,4 l Super = 1,65 l LPG), erfordert jedoch schwerere Tanks und erlaubt nur geringe Reichweiten von meist 240...300 km je nach Verbrauch. Ist ein Fahrzeug ab Werk mit Unterflurtanks ausgestattet, so sind auch bei CNG Reichweiten von über 400 km mit einer Tankfüllung erreichbar. Häufig werden Neuanschaffung und Umrüstung vom örtlichen Gasversorgungsunternehmen gefördert.
Fazit: Je nach Tankstellenverfügbarkeit, Fahrzeugtyp, Nutzungsprofil und voraussichtlicher Nutzungsdauer muss individuell abschätzt werden, welche Technik angebracht ist. Als Faustregel kann festgehalten werden:
* Neufahrzeug bzw. Stadtverkehr: LPG oder CNG (Reichweite von monovalenten und bivalenten Fahrzeugen im Erdgasbetrieb bis zu 300 km ohne erneutes Tanken)
* Gebrauchtwagen bzw. Langstreckeneinsatz: LPG
Sicherheitsbestimmungen
Generell ist beim Betrieb von Flüssiggasanlagen von einer Explosionsgefahr auszugehen. In Deutschland sind Hinweise zum sicheren Betrieb unter anderem in den Technischen Regeln Flüssiggas (TRF) enthalten, des Weiteren gelten Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften (Flurförderfahrzeuge, Flüssiggas).
Besondere Maßnahmen sind erforderlich bei Arbeiten unter Erdgleiche (Keller u. ä.), da Flüssiggas schwerer als Luft ist und sich als „See“ sammeln kann. Auch Bodenöffnungen (Kanaldeckel, Luken, Kellerabgänge) sind in die Sicherheitsbetrachtung einzubeziehen.
Der Transport von Flüssiggas wird durch die ADR-Bestimmungen geregelt.
Speziell die Garagenordnungen sind oft unterschiedlich, so dass man unbedingt beim Einfahren auf die Hinweisschilder achten muss. Selbst innerhalb Österreichs sind die Verordnungen nicht einheitlich, da sie in die Kompetenz der Bundesländer fallen.
