Volvo Trucks LNG FH und FM Euro 6 10 Bilder Zoom
Foto: Volvo Trucks

LNG als alternativer Antrieb

Volvo entwirft Konzept mit flüssigem Erdgas

Volvo setzt auf verflüssigtes Erdgas, um die CO2-Emissionen von Lkw im Fernverkehr zu verringern. Aktuell einzigartig in Europa ist das Konzept eines Euro-6-Dieselmotors, der das LNG mithilfe einer Pilotinjektion Diesel verbrennt.

Bis zum Jahr 2030 sollen die CO2-Emissionen um 30 Prozent im Vergleich mit dem Basisjahr 2005 sinken. Dieses Ziel der europäischen Politik bedeutet für die Fahrzeug- und Transportindustrie eine immense Herausforderung, insbesondere wenn es um den Güterfern- und Regionalverkehr geht, der bislang nahezu ausschließlich mit Diesel-Lkw erbracht wird. In diesem Segment kommen indes 72 Prozent aller Nutzfahrzeuge zum Einsatz. Bleibt dort also der Umstieg vom fossilen Diesel auf einen CO2-armen Kraftstoff aus, wird das ausgegebene Ziel kaum zu erreichen sein. Während die Elektromobilität heute in den leichten Nutzfahrzeugen für die letzte Meile gesetzt ist, benötigt der schwere Regional- und Fernverkehr einen Energieträger, der Distanzen bis 1.000 Kilometer ermöglicht und zugleich die benötigte Leistung von 400 und mehr PS sowie maximale Drehmomente von mehr als 2.000 Newtonmeter bereitstellt.

Mit LNG statt CNG sind größere Reichweiten möglich

Zudem muss dieser Antrieb eine wirtschaftliche Lösung für Transportunternehmen darstellen. Volvo Trucks setzt bei schweren Nutzfahrzeugen – wie der eine oder andere Wettbewerber auch – auf Erdgas. Schon bei der Verbrennung von fossilem Erdgas entstehen 20 Prozent weniger CO2-Emissionen. Kommt Bio-Erdgas zum Einsatz, sind Einsparungen von 100 Prozent (Tank-to-Wheel-Bilanz) möglich. Jedoch sind die verfügbaren Mengen von Bio-Methan noch viel zu gering, weswegen Beimischungen von Bio-CNG zu fossilem CNG vorerst als praktikabelste Lösung erscheinen. Die exakte CO2-Reduktion entspricht dann der Beimischungsquote. Größter Nachteil von Erdgas-Lkw ist bislang die begrenzte Reichweite. Zumindest wenn das Methan gasförmig als CNG gespeichert wird, benötigt es ein großes Tankvolumen. Als unter Druck und bei tiefen Temperaturen verflüssigter Kraftstoff LNG (liquefied natural gas) kann Erdgas diesen wesentlichen Nachteil aufheben. Denn das Volumen von LNG verringert sich im Vergleich zum gasförmigen CNG um das 600-Fache. Bei gleicher Tankgröße sind also deutlich größere Reichweiten möglich, wie sie für den Fernverkehr unumgänglich sind.

Erdgas verfügt aber noch über einen weiteren Nachteil gegenüber Diesel. Die Zündtemperatur liegt wesentlich höher als die von Diesel oder auch Benzin, sie liegt bei etwa 650 Grad. Eine Fremdzündung ist also nötig, um den Verbrennungsvorgang zu starten, weswegen für den Einsatz von CNG im Nutzfahrzeugsegment in der Regel Dieselmotoren mit dem Zylinderkopf eines Ottomotors zum Einsatz kommen – mit den systemischen Nachteilen des Otto-Verbrennungsprozesses. Vor allem die Effizienz des Fremdzünders ist wesentlich geringer. 15 bis 25 Prozent beträgt der Nachteil im Vergleich mit einem Dieselmotor. Der dadurch entstehende Mehrverbrauch würde also den CO2-Vorteil von fossilem Erdgas weitgehend auffressen. Gegen das Otto-Prinzip spricht zudem das deutlich geringere Drehmoment. Jedoch lautete das Motto von Volvo Trucks bei der Entwicklung das Gasantriebs "keine Kompromisse", erklärt Lars Martensson, Leiter Umwelt und Innovation bei Volvo Trucks.

Motorkühlkreis erwärmt LNG und wandelt es dadurch um

Der Erdgasantrieb à la Volvo soll also mit den gleichen Werten für Effizienz und Leistungsentfaltung sowie für die Leistung der Motorbremse aufwarten wie das nominell gleich starke Dieselaggregat. Die Lösung verspricht ein Dieselmotor, der das Erdgas durch eine Pilotinjektion Diesel zündet. Damit gehen die Schweden einen anderen Weg als Erdgas-Pionier Iveco oder Scania. Eine Lösung, die Volvo in Regionen mit LNG-Infrastruktur auch schon zu Euro-5-Zeiten anbot. Nun haben die Schweden diesen Gasmotor fit für Euro 6 gemacht. Herzstück des Motors ist ein Injektor von Zulieferer Delphi mit zwei konzentrischen Nadeln, der zunächst über die innenliegende Nadel per Direkteinspritzung eine geringe Menge Diesel in den Brennraum injiziert, gefolgt im Abstand von Millisekunden von einer deutlich größeren Menge gasförmigen Erdgases, das über die äußere Nadel mit 300 bar eingedüst wird und die eigentliche Energie für den Fahrzeugantrieb erzeugt.

Durch den Motorkühlkreis wird das LNG auf dem Weg zur Einspritzdüse erwärmt und wandelt sich dabei zu CNG um. Dafür, dass LNG überhaupt erst aus dem Tank hin zum Motor gelangt, ist zudem eine hydraulische Pumpe nötig, die von einem motorseitigen Abtrieb angetrieben wird. Dadurch ergibt sich ein geringfügiger parasitärer Verlust in der Größenordnung von etwa einem Prozent. Die durch Kompression entzündete Dieselinjektion entflammt dann das Erdgas. Das Mischungsverhältnis in der Brennkammer entspricht etwa 90 Prozent Gas zu 10 Prozent Diesel. Das Verdichtungsverhältnis entspricht mit 17,0 : 1 dem des Dieselmotors.

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Volvo Trucks LNG FH und FM Euro 6

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FERNFAHRER Lastauto Omnibus trans aktuell
Dieser Artikel stammt aus Heft lastauto omnibus 01-02/2018.
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Thomas Rosenberger lastauto omnibus Chefredakteur

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Datum

26. Januar 2018
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