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Kraftstoff Flüssiggas (Autogas)

Im deutschsprachigen Raum werden anstelle von Flüssiggas auch häufig die Begriffe 'Treibgas' und 'Autogas' benutzt, alle drei Bezeichnungen meinen jedoch das Gleiche.

International wird Flüssiggas als 'Liquefied Petroleum Gas' (LPG) bezeichnet.

Eingesetzt wird Flüssiggas vorrangig

  • als alternativer Fahrzeug-Kraftstoff
  • sowie bei der Hausenergieversorgung.

Flüssiggas Herstellung

LPG besteht aus leicht verflüssigbaren Kohlenwasserstoff-Verbindungen (CmHn) mit drei oder vier 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)

Propan und Butan sind kettenförmige, gesättigte Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Die ungesättigten Kohlenwasserstoffe Propen und Buten weisen eine Kohlenstoff-Doppelbindung auf und sind hinsichtlich ihres prozentualen Anteils begrenzt. Propylen ist als Nebenprodukt des Raffinationsverfahrens unvermeidlich und liegt anteilmäßig meist zwischen 3 und 5 %.

Das Mischungsverhältnis von Propan und Butan bei der Herstellung von Flüssiggas ist in Europa unterschiedlich. Die Zusammensetzung kann sich je nach Ort und Jahreszeit unterscheiden. Die Gaslieferanten variieren die Zusammensetzung je nach Umgebungstemperatur.

In Deutschland und Großbritannien hat Propan häufig einen Anteil von 95 Vol.-%, weil die Händler gleichzeitig auch Propan-Kunden beliefern. In Frankreich wird hingegen eine 40 : 60-Mischung (Propan : Butan) bevorzugt.

Bei niedrigen Temperaturen kann es zu einer Entmischung kommen, da Butan einen relativ hohen Siedepunkt hat (0 °C). Die Vorteile von Butan sind jedoch, dass es billiger ist und über einen höheren Heizwert verfügt, weswegen meist versucht wird, möglichst viel Butan zu verwenden.

VORTEIL: Der relativ hohe Reinheitsgrad von Flüssiggas führt dazu, dass es nicht altert und zeitlich praktisch unbeschränkt gelagert werden kann.

Die verschiedenen Bestandteile von Flüssiggas sind Gase, die bei der Raffinierung von Mineralöl auftreten. Häufig werden diese Brenngase bei den Raffinerien jedoch direkt abgefackelt, wodurch sie ungenutzt freigesetzt werden, obwohl der Energieinhalt vielfach sinnvoll genutzt werden könnte.

Flüssiggas Verbrennung im Motor

Bei der Verbrennung von Flüssiggas in Gas-Motoren haben diese einen höheren Kraftstoff-Verbrauch als Benzin- oder Dieselmotoren. Dies liegt unter anderem daran, dass Gase bei der Kraftstoff-Zufuhr in Verbrennungsmotoren gegenüber Flüssigkeiten benachteiligt sind. Flüssiggas ist zwar im Tank in flüssiger Form gespeichert, wird jedoch auf dem Weg zum Motor in einem Verdampfer in den gasförmigen Aggregatzustand überführt und dementsprechend gasförmig ins Saugrohr eingeblasen.

Herkömmliche Kraftstoffe (Benzin, Diesel) werden in der Regel über Vergaser oder Düsen als kleinste Flüssigkeitströpfchen der Brennkammer zugeführt. Da die Dichte von Flüssigkeiten sehr viel größer ist als die von Gasen, nimmt gasförmiger Kraftstoff mehr Raum im Saugrohr ein. Das Gas verdrängt dadurch einen Teil der Ansaugluft. Weniger Luft bewirkt jedoch eine Anfettung des Gemisches. Soll das Luftverhältnis beibehalten werden, muss dementsprechend die Kraftstoff-Zufuhr gesenkt werden. Dies hat insgesamt eine verminderte Zylinderfüllung im Vergleich zum Benzinbetrieb zur Folge.

Die Luftzufuhr kann nicht beliebig erhöht werden, da es aufgrund des vorhandenen Querschnittes und des damit verbundenen Strömungswiderstandes Grenzen gibt. Hinzu kommt, dass die Masse von 1 l Flüssiggas (Propan 60 %, Butan 40 %) nur rund 0,54 kg entspricht, während die Masse von 1 l Benzin 0,73 kg beträgt. Der höhere theoretische Verbrauch in Litern bei Flüssiggas im Vergleich zu Benzin liegt unter diesen Voraussetzungen bei rund 26 %. In der Praxis ist der Verbrauch allerdings nur um 10 bis 20 % höher.

Dieser Unterschied zwischen theoretischem und praktischem Verbrauch liegt daran, dass ein Flüssiggas/Luft-Gemisch in der Brennkammer homogener vorliegt als ein Benzin/Luft-Gemisch. Wegen des gasförmigen Ausgangszustandes vermischt sich Flüssiggas sehr gut mit der angesaugten Luft, wodurch ein homogeneres Gemisch erreicht wird. Dies wiederum ermöglicht eine gleichmäßigere Verbrennung. Hinzu kommt, dass die höhere Brenngeschwindigkeit von LPG einen geringeren Wand-Wärmeverlust im Flüssiggas-Motor bewirkt, wodurch der Wirkungsgrad leicht angehoben wird.

Der Energieinhalt von Propan und Butan ist deutlich niedriger als bei Diesel- und Benzin-Kraftstoffen. Die Dichte sowie der volumenspezifische Heizwert von Flüssiggas erreichen knapp drei Viertel von vergleichbarem Kraftstoff für Otto-Motoren (Benzin).

Im Vergleich zu Benzin hat Flüssiggas eine relativ hohe Klopffestigkeit.

Abb.: Oktanzahlen im Vergleich

 

Benzinnormal

Benzin Super

Benzin Super plus

Flüssiggas

Research Oktan Zahl

91

95

98

101-107

Motor Oktan Zahl

80

90

90

95

Flüssiggas Eigenschaften

Molekulares Flüssiggas
Abb.: Molekulares Flüssiggas

Flüssiggas ist im Normal-Zustand gasförmig, wird jedoch unter Druck flüssig. In flüssigem Zustand besitzt es nur 1/260stel des gasförmigen Volumens. Das bedeutet, dass aus 1.000 l Gas etwa 4 l Flüssigkeit werden.

Flüssiggas-Tanks verfügen bei Umgebungstemperaturen (20 °C) in der Regel über einen Druck von 8 bar. Die reinen Gase sind farb- und geruchlos. Als Abfall-Produkt der Industrie ist Flüssiggas jedoch geruchbelastet.

Für die Nutzung im Kfz-Bereich wird es zur besseren Wahrnehmung mit einer speziellen Substanz versetzt (odoriert), damit eventuelle Leckagen wahrgenommen werden können.

Sowohl Propan als auch Butan sind ungiftig, wirken jedoch in hohen Dosen leicht narkotisierend.

Kennwerte von Propan

chemische Summenformel

C3H8

Strukturformel

CH3-CH2-CH3

Kohlenstoff-Gehalt

81,72 Gew.-%

Wasserstoff-Gehalt

18,28 Gew.-%

Molekular-Gewicht

44,09 g/mol

Molvolumen

21,94 cm3/mol

MAK-Wert

1.800 mg/m3

kritische Temperatur

96,8 °C

kritischer Druck

42,6 bar

Dichte der Flüssigkeit bei 15°C

0,53 kg/l

Dichte des Gases bei 0°C, 1 bar

2,01 kg/Nm³

Kennwerte von Butan

chemische Summenformel

C4H10

Strukturformel

CH3-CH2- CH2-CH3

Kohlenstoff-Gehalt

82,66 Gew.-%

Wasserstoff-Gehalt

17,34 Gew.-%

Molekular-Gewicht

58,12 g/mol

Molvolumen

21,50 cm3/mol

MAK-Wert

2.350 mg/m3

kritische Temperatur

152,1 °C

kritischer Druck

38,1 bar

Butan (lateinisch: butyrum = Butter) bildet mit iso-Butan, Butadien und den Butenen die C4-Fraktion in Erdöl-Krackgasen und im Erdgas. Es ist in Wasser gering und in Alkohol und Äther leicht löslich.

Im Gegensatz zu Erdgas oder Wasserstoff, die leichter als Luft sind, weist Flüssiggas einen Dichtequotienten zu Luft (rLPG/rLuft) von 1,55 auf. Dies bedeutet, dass Flüssiggas nach unten sinkt. Es sammelt sich am Boden und bedarf somit geeigneter baulicher oder lüftungstechnischer Sicherheitsmaßnahmen, damit sich keine erhöhten Flüssiggas-Mengen ansammeln können.

In den letzten Jahren wurden an vielen Tankstellen sogenannte abgeschlossene Betankungssysteme eingeführt. Die Zapfpistolen wurden mit Absaugvorrichtungen ausgerüstet, die austretende Dämpfe wieder dem Tanksystem zuführen sollten. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um wirklich abgeschlossene Systeme, weil keine feste Verbindung zwischen Zapfpistole und Fahrzeug vorhanden ist.

Bei Flüssiggas-Tankstellen ist eine gasdichte Verbindung vorhanden, so dass kein Gas entweichen kann. Die bei Benzin- und Diesel-Tankstellen notwendige Bodenversiegelung ist bei LPG-Tankstellen überflüssig.

Für Flurförderzeuge gibt es größtenteils sogenannte Gas-Wechselflaschen, die im Bedarfsfall komplett ausgewechselt und zentral von Gasversorgungs-Unternehmen aufgefüllt werden.

Die Speicherung von Flüssiggas an Tankstellen oder bei Gasversorgungsunternehmen wird in großen stationären Tanks vorgenommen. Eine Versorgung mit Flüssiggas über ein Pipeline-Netz gibt es nicht. Zur Betankung der Fahrzeuge gibt es spezielle Tankstutzen. Diese Flüssiggas-Stutzen unterscheiden sich von den Erdgas-Stutzen, so dass ein Flüssiggas-Fahrzeug nicht versehentlich dem sehr viel höheren Druck einer Erdgas-Tankstelle (200 bar) ausgesetzt werden kann.

An Flüssiggas-Tankstellen ist eine Schnellbetankung innerhalb von zwei bis drei Minuten möglich. Nach Angaben des deutschen Flüssiggas-Verbandes gibt es mittlerweile in Deutschland ca. 6400 öffentliche Tankstellen (2012). In der Praxis sieht es so aus, dass zur Betankung zum Teil spezielle Tankkarten benötigt werden oder die Öffnungszeiten der Tankstellen auf bestimmte Zeit eingeschränkt sind.

Fahrzeug-Technik von Flüssiggas-Autos

Aufbau eines LPG-Fahrzeugs (Autogas):  vergrößern
Aufbau eines LPG-Fahrzeugs (Autogas)

Mitte 2012 waren auf Deutschlands Strassen laut  Spiegel rund 460.000 flüssiggasbetriebene Fahrzeuge unterwegs, Tendenz steigend. Damit liegt die Energie Flüssiggas in Deutschland an der Spitze der alternativen Kraftstoffe.

Wird von Flüssiggas- oder auch Erdgas-Motoren gesprochen, handelt es sich in der Regel um umgerüstete Otto-Motoren. Bei der Umrüstung bleibt der Motor selber weitestgehend unverändert. Es werden lediglich einige zusätzliche Komponenten eingebaut.

In Diesel-Motoren kann lediglich ein gewisser Prozentsatz des Kraftstoffes (ca. 35 %) durch Flüssiggas ersetzt werden. Für den Betrieb mit reinem Flüssiggas ist jedoch eine Fremdzündung zur Entzündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches notwendig, wie sie in einem Otto-Motor verwendet wird.

Die am Markt vorhandenen Gas-Systeme lassen sich unterteilen in Venturi-Systeme (selbstansaugende Systeme) und in Einspritz-Systeme unterschiedlicher Entwicklungsstufen.

Der grundsätzliche Aufbau sieht vor, dass ein Verdampfer bzw. Druckregler das aus dem Tank in flüssiger Form geleitete Autogas in einen gasförmigen Zustand überführt. Gleichzeitig wird dieses Gas auf den für die Gemischbildung notwendigen Druck reduziert. Moderne Autogas-Systeme ähneln prinzipiell einer Benzin-Einspritzanlage und erfassen zur Regelung der Gemischbildung eine Vielzahl von Motor-Kenngrößen. Sie führen dabei das Gas mit Überdruck in separaten Leitungen direkt bis vor die Einlass-Ventile der einzelnen Zylinder.

Ein Mikroprozessor regelt den Autogas-Antrieb und stellt so eine schadstoffarme und wirkungsoptimierte Verbrennung im Motor sicher.

Die speziellen Eigenschaften von Flüssiggas ermöglichen sowohl die Einspritzung von gasförmigem als auch von flüssigem Autogas. Im Gegensatz zu Gasphase-Einspritzsystemen entfällt bei Flüssigphase-Einspritzsystemen die Verdampfer-Einrichtung.

Bei diesen Anlagen sichert eine im Autogas-Tank installierte Pumpe in Verbindung mit einem Druckregler einen konstanten Druck der Flüssigphase vor den elektromechanischen Einspritzdüsen.

Autoumrüstung zu sparsamen Flüssiggas-Fahrzeugen

Flüssiggas-Tank im Kofferraum

Fahrzeuge mit Flüssiggas-Anlagen werden mittlerweile von fast allen Automobil-Herstellern angeboten. In autorisierten Fachwerkstätten können die Fahrzeuge umgebaut werden und erhalten dort vom TÜV die erforderliche Betriebserlaubnis.

Besonders wirtschaftlich sind LPG-Fahrzeuge bei hohen jährlichen Fahrleistungen, z.B. bei Taxiunternehmen, Firmen-Fahrzeugen (Außen- und Kundendienst) und kommunalen Betrieben (Stadtwerke, Müll-Betriebe).

Bei der Umrüstung von Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen wird meistens ein bivalenter Antrieb gewählt. Bivalente Fahrzeuge bieten die Option, mit zwei Kraftstoffen, in diesem Fall mit Benzin oder Flüssiggas, fahren zu können. Da der Flüssiggas-Tank zusätzlich zum Benzin-Tank eingebaut wird, vergrößert sich die Reichweite des Fahrzeugs dadurch erheblich. Die Motoren sind in diesem Fall jedoch für den Benzin-Betrieb optimiert.

Da die Infrastruktur nicht optimal ist, werden bisher kaum monovalente Fahrzeuge angeboten bzw. gekauft. Es gibt jedoch die Möglichkeit, Fahrzeuge für den LPG-Betrieb zu optimieren und lediglich für den Notfall eine Umschaltung auf Benzin vorzusehen. So könnten die Vorteile von Flüssiggas genutzt und im Bedarfsfall mit einer geringen Benzin-Reserve die nächstliegende Flüssiggas-Tankstelle angesteuert werden.

Kosten der Autogasumrüstung

Für rund 2.000,- Euro ist der Umstieg auf den Kraftstoff Flüssiggas zu haben. Die Autogas-Technik hat sich seit Jahrzehnten beim Einsatz flüssiggasbetriebener Gabelstapler bewährt. Wegen ihrer Schadstoff-Armut dürfen diese Nutzfahrzeuge beispielsweise auch in geschlossenen Hallen eingesetzt werden.

Seit einigen Jahren gewinnt Autogas auch an Bedeutung für Pkw, Transporter und Busse. Ein wachsendes Tankstellennetz von inzwischen mehr als 6.500 öffentlich zugänglichen Autogas-Tankstellen Stationen in Deutschland unterstützt diesen Trend und macht Autogas heute durchaus zu einer realistischen Kraftstoff-Alternative.

Die Umrüstkosten eines Otto-Motors auf Flüssiggas betragen je nach Fahrzeugtyp und Gasanlage bis zu 2.000,- EUR. Bei Bussen und Lkw ist mit Investitionskosten zwischen 15.000,- und 25.000,- EUR zu rechnen. Die Preise sind u.a. vom Fahrzeug- und Anlagentyp, von der technischen Ausstattung und von der Tankgröße abhängig.

Bei Erdgas-Pkw betragen die Kosten vergleichsweise 3.000,- EUR bis 4.000,- EUR.

Eine pauschale Abschätzung unter diesen Rahmenbedingungen zeigt, dass die Amortisationsgrenze für Flüssiggas bei der Pkw-Umrüstung bei etwa 50.000 bis 60.000 km Gesamtfahrleistung liegt.

Flüssiggas Preise

Die Preise für Flüssiggas werden in 2 Liefermengen abgegrenzt, einmal bis 3.000 Liter und über 3.000 Liter.

Die aktuellen Flüssigaspreise liegen bei zwischen 62 und 68 Cent brutto pro Liter, Stand 18.02.2013.

Der jeweilige Flüssiggaspreis ist von Bundesgebiet zu Bundesgebiet unterschiedlich.

Anbieter Autogas (LPG)

WESTFA Vertriebs- und Verwaltungs-GmbH
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