Ohne Umweg
(Bild: Daimler)
Seit mehr als zehn Jahren wird schon versucht, Erdgas direkt in den Brennraum einzublasen. Seit Januar 2015 arbeitet nun ein Konsortium in dem Projekt „Direct4Gas“ daran, diese Technik endlich serienreif zu machen. Kommt damit der Durchbruch für Erdgas als Benzinersatz?
Stuttgart, 11. September 2015 – Die Idee ist alles andere als neu und hat doch wenig von ihrer Anziehungskraft verloren. Seit mehr als zehn Jahren wird schon versucht, Erdgas direkt in den Brennraum einzublasen. Seit Januar 2015 arbeitet nun ein Konsortium in dem Projekt „Direct4Gas“ daran, diese Technik in serienreif zu machen.
Kompromisse
Alle Erdgas-Motoren, die aktuell von Großserienherstellern angeboten werden, sind umgerüstete Benziner. Keiner ist ein auf den Betrieb mit Erdgas hin optimierter Motor, was einige Kompromisse mit sich bringt. So nutzt keiner den Vorteil einer deutlich höheren Verdichtung, denn Erdgas hat eine Oktanzahl von rund 120. Übersetzt: mit einem auf Erdgas hin optimierten Motor ließe sich ein kleinerer und damit potentiell sparsamerer Motor bauen, der nicht weniger Leistung bietet als ein vergleichbarer, normaler Benziner.
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Erschwerend kommt hinzu, dass in den vergangenen Jahren die Benzineinspritzung ziemlich populär geworden ist. Durch die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff direkt in den Brennraum wird dieser gekühlt, kann also höher verdichtet werden. Denn bei der Verdunstung des Kraftstoffs wird der verdichteten Luft Wärme entzogen. Der Motor kann also höher verdichtet werden, ohne dass es zu den beim Benziner ja unerwünschten Selbstzündung des Kraftstoffs kommt.
Erdgas wird jedoch gasförmig eingeblasen, würde also nicht kühlen. Die daraus resultierenden, höheren Temperaturen würden doch zu mehr Stickoxid (NOx) im Abgas führen, was sich nicht ganz einfach in den Griff bekommen lässt. BMW hatte mit der ab 2007 auf breiter Front eingeführten Schichtladung das gleiche Problem, auch hier traten im mageren Bereich hohe Temperaturen und damit ein erhöhter Eintrag von NOx im Abgas auf. Es dauerte geraume Zeit, bis die Probleme ausgeräumt waren. Volkswagen stellte Ende 2008 einen Passat mit Erdgas-Direkteinspritzung vor. Eine Lösung für das Problem hatte man aber auch in Wolfsburg nicht gefunden. Die Maschine spritzte je nach Last einfach 15 bis 20 Prozent der gesamten Einspritzmenge als Benzin mit ein.
Die höhere Brennraumtemperatur führt auch zu einer enormen Belastung für die Injektoren. Bei der Einspritzung in den Brennraum hätten sie ungleiche höhere Anforderungen, was Druck, Dichtigkeit und Temperatur angeht.
Die auf der Hand liegende Lösung, also Motoren zu entwickeln, die auf Erdgas hin optimiert sind, scheitert an dem klassischen Henne-Ei-Phänomen, dass auch schon den Ausbau des Tanknetzes behindert. Denn die Vorteile von Erdgas als Kraftstoff sind durchaus vielen Menschen bekannt, doch kaufen tut das Konzept kaum einer. Deshalb scheut sich die Industrie davor, Millionen in die Forschung zu stecken, obwohl sich damit kommende CO2-Vorgaben leichter erfüllen ließen. Stattdessen müssen weiter Benziner herhalten, die dann eine zusätzliche Erdgaseinblasung in das Saugrohr bekommen und so auf die Vorteile von Scavenging verzichten müssen.
Sparsamer und stärker
Dabei wären die Vorteile einer direkten Erdgas-Einblasung gewaltig. Bosch spricht in einer aktuellen Pressemitteilung von bis zu 33 Prozent weniger CO2 als in einem vergleichbaren Benziner. Auch der Ausstoß von Partikeln sei im Vergleich zu konventionellen Motoren, die mit Benzin oder Diesel betrieben werden, deutlich geringer. Dazu rechnen die Forscher damit, dass das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen um bis zu 60 Prozent höher wäre als bei der jetzigen Saugrohr-Einblasung. Vorraussetzung ist jedoch, dass die Brennverfahren auf Erdgas abgestimmt werden. Dazu will ein breites Bündnis von Firmen gemeinsam einen neuen Injektor entwickeln, der besonders robust und dicht sein soll. Zusätzlich sollen Gemischbildung, Zündung und Abgasnachbehandlung erforscht und für Erdgas optimiert werden.
Das Forschungsprojekt wird von Bundeswirtschaftsministerium mit 3,8 Millionen Euro gefördert und soll bis Ende 2017 abgeschlossen sein. Beteiligt an dem Projekt sind Bosch, Daimler, das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) und als assoziierter Partner die Umicore AG & Co. KG. Auch wenn die Fördersumme ziemlich schmal gehalten wurde, zeigt sich, dass auch in der aktuell amtierenden Regierung offenbar nicht alle von einem nahenden Boom bei den Elektroautos überzeugt sind. Ziemlich sicher scheint eigentlich nur eines: Mittelfristig stehen die Chancen auf eine Pluralität bei Kraftstoffen gut. Neben den vermutlich noch einige Zeit dominierenden Diesel- und Benzinmotoren könnten nicht nur Hybridlösungen, sondern auch Gas eine gewisse Entlastung für die Umwelt bringen.
Politisch gewollt?
Nun müssen sich die Politik und die sie begleitende Lobby nur noch entscheiden, welchen Weg sie einschlagen wollen. Ein Wechsel auf Gas, sei es nun Autogas (LPG) oder Erdgas (CNG), verspricht dabei mehrere Vorteile. Für die Verbraucher ist die Umgewöhnung gering, für die Regierung bleibt die finanzielle Steuerung der Verkehrsformen ebenfalls in gewohnten Sphären. Bei einem großflächigen Umstieg der Verbraucher auf Elektroautos wäre vorab ja zu klären, woher künftig die Steuern kommen, die Fahrer von konventionellen Autos aktuell in die Staatskasse spülen. Sollte sich Gas als Kraftstoff mittelfristig umsetzen, gäbe es allerdings einen großen Nutznießer: Die Umwelt würde so deutlich weniger verschmutzt werden als bei der Verbrennung von Benzin oder Diesel. Auch wenn aktuell Elektro- und Hybridantriebe in aller Munde sind, ist Gas als Kraftstoffersatz nicht aus dem Rennen, sondern aktuell nur politisch etwas in Abseits gestellt. Doch das, aus anderen von der Politik bearbeiteten Bereichen bekannt, kann sich rasch ändern. (mfz [3])
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