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SALES-LENTZ, Luxemburg, 22.10.20081

Alternative Kraftstoffe

Dipl.-Ing. Sven Geitmann

Hydrogeit Verlag

Oberkrämer bei Berlin

Optionen für heute und morgen


Überblick

Aktueller StandEntwicklungDiesel-Alternativen

– Biodiesel / Rapsöl

Otto-Alternativen– Ethanol / Flüssiggas / Erdgas / Wasserstoff

Strom-Alternativen– Wasserstoff / Hybrid

Ausblick


Zeitliche Verfügbarkeit

169

65

42

Kohle

Erdgas

Erdöl

in Jahren

Reichweiten fossiler Primärenergieträger der Welt

15 % der Weltbevölkerung in den Industriestaaten beanspruchen

55 % des jährlichen Primärenergieverbrauchs


Limitierte Emissionen

Kohlenwasserstoffe (CnHm): organische Verbindungen

Kohlenstoff-Monoxid (CO): reiz-, farb- und geruchsloses Gas

gesundheitsgefährdend

Stickstoff-Oxide (NOX): begünstigt Atemwegserkrankungen

führt zu saurem Regen & Smog-Bildung

Ruß (C): reiner, unverbrannter Kohlenstoff

mit angelagerten polyzyklischen

aromatischen Kohlenwasserstoffen.


Nichtlimitierte Emissionen

Schwefel-Dioxid (SO2): farbloses, stechend riechendes Gas

führt zu saurem Regen

polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH): karzinogen & mutagen

Benzol, Toluol, Xylol (BTX): leicht flüchtige, aromatische Kohlenwasserstoffe

krebserzeugend

Formaldehyd (CH2O): wasserlöslich, sehr reaktionsfreudig

säuerlich-stechend riechendes, farbloses Gas

karzinogen

Kohlenstoff-Dioxid (CO2): farblos, nicht brennbar, geruchlos, ungiftig

natürlicher Bestandteil der Atmosphäre


Ölpreis-Entwicklung


Entwicklung der erneuerbaren Energien


Technische Entwicklung

1. Optimierung bereits vorhandener Techniken

Effizienz-Steigerung Emissions-Reduzierung

Probleme: - weitestgehend ausgereizt - geringe Wirkungsgradverbesserungen

2. Verstärkte Nutzung alternativer Energieträger

Technik ist vorhanden, aber noch nicht ausgereift

Potential: + sofortige Schadstoffreduzierung + Schonung der fossilen Ressourcen


Verkehrswirtschaftliche Energiestrategie (VES)

Start: Mai 1998

Vertretern der deutschen Automobil- und Mineralöl-Wirtschaft

Verkehrsministerium mit BMW, DaimlerChrysler, MAN, Opel,

Volkswagen, Aral, BP, RWE und Shell

Berlin als Testgebiet für zwei Kraftstoffe: Erdgas & Wasserstoff

bis 2007: Etablierung von Betriebstankstellen

Zwei öffentliche H2-Stationen in Berlin (CEP)

Ziel: Test unterschiedlicher Kfz-Antriebstechniken für Pkw und Bussesowie deren Versorgung mit alternativen Kraftstoffen CUTE & HyFleet:CUTE


Decarbonisierung


Biodiesel

Biodiesel (DIN EN 14214) ...

+ ist fast schwefelfrei

+ enthält keine Aromate und kein Benzol

+ besitzt hohe Schmierfähigkeit (hoher Sauerstoffgehalt: 11%)

+ reduziert die Ruß-Emissionen

+ wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt

+ ist weistestgehend CO2-neutral

+ ist biologisch abbaubar, kein Gefahrgut (ungiftig)

+ verfügt über einen höheren Energiegehalt als Benzin


Biodiesel

Biodiesel = Rapsmethylester RME = Fatty Acid Methyl Ester FAME

• verfügt über einen niedrigeren Energiegehalt als Diesel

• unterschreitet die meisten Abgaswerte von Diesel

− zieht Wasser an (hygroskopisch)

− wirkt wie Lösungsmittel, greift Lack an, verdünnt Motoröl

− kann Ablagerungen bilden und den Kraftstofffilter zu setzen

− benötigt zur Umesterung Methanol verschlechtert Umweltbilanz


Biodiesel

Vertrieb in BRD zwischenzeitlich an 1.800 Tankstellen (insg. 15.000)

Biodiesel kostete ca. 10 Cent/l weniger als Diesel; März `08: 7 Cent/l

Besteuerung seit 2006 mit 9 Cent/l, seit 2008 mit 15 Cent/l

Koalitionsaussch.: 2009 halbierte Steueranhebung (3 statt 6 Cent/l)

Beimischungspflicht: 7 % Bioenergie am Dieselkraftstoff

EU will bis bis 2020 auf über 10 % steigern


Biodiesel


Pflanzenöl

Rudolf Diesel, 1912

„Der Gebrauch von Pflanzenöl als Kraftstoff mag heute

unbedeutend sein. Aber derartige Produkte können im

Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und

diese Kohle-Teer-Produkte von heute.“


Pflanzenöl

Pflanzenöl ist …

reines, kalt gepresstes Öl aus Raps oder Sonnenblumen

nicht chemisch aufbereitet wie Biodiesel

unschädlich fürs Grundwasser und gut biologisch abbaubar

zähflüssig, hohe Viskosität, Stockpunkt von Rapsöl bei -15 °C

zündunwillig und schwer entflammbar

mischbar mit Dieselkraftstoff

Derzeit fahren rund 40.000 Fahrzeuge in Deutschland mit Pflanzenöl.


PflanzenölUmrüstung Kraftstoffleitungen mit größerem Durchmesser Einbau: Handpumpe, Standheizung (bei Direkt-Einspritzern),

Zweit-Kraftstofffilter, Nebenstromölfilter Neue Spritzkörper für die Einspritzdüsen (Zapfendüsen) Einbau von Dauerglühkerzen Kraftstofferwärmung (z. B. beheizter Filter, Wärmetauscher) Änderung an der Einspritzpumpe Relais für längere Vorglühzeit Temperaturschalter Eintrag in die Fahrzeugpapiere Umbaukosten: 2.500 - 3.500 Euro


Pflanzenöl

Vertrieb über wenig inoffizielle Tankstellen

Rapsöl kostet etwa 90 Cent/l, in größeren Mengen weniger

Besteuerung seit 2008 mit 10 Cent/l

2009 halbierte Steuersteigerung: 3 anstelle von 6 Cent/l ?


Ethanol

Erzeugung aus zucker- & stärkehaltigen Pflanzen

Mais, Weizen, Roggen, Kartoffeln, Zuckerrüben

auch aus Holz und sonstiger Biomasse

Gärung: aus Glucose wird Ethanol + Kohlendioxid

E85 = 85 % Ethanol + 15 % Benzin

November 2006 erste Zapfsäule in Berlin, Anfang 2008: 140

Heizwert niedriger als Benzin 30 % Mehrverbrauch

Oktanzahl (110) Leistungssteigerung, 20 % Effizienzsteigerung

Ethanolpreis: 90 Cent/l


Ethanol

Flexi Fuel Vehicle (FFV)

Ford Focus & Ford C-max, Volvo S40 & C30, Saab

Schweden seit 2001, 90 % der Focus-Käufer, insgesamt 80.000

Brasilien macht seit den 1970er-Jahren Ethanol aus Zuckerrohr

VW, GM & Fiat bieten dort fast ausschließlich FFV an

Aufpreis von 300 Euro


Flüssiggas

TS Butan = -0,5 °C TS Propan = -42 °C

Butan C4H10 Propan C3H8

Treibgas = Autogas = Liquefied Petroleum Gas (LPG)


Flüssiggas

Normalzustand: gasförmig, schwerer als Luft farb- und geruchlos (odoriert) ungiftig, wirkt in hohen Dosen leicht narkotisierend relativ hohe Oktanzahl relativ hoher gravimetrischer Heizwert Butan ist billiger und hat einen höheren volumetrischen Heizwert bei gleicher Leistung ein volumetrisch höherer Kraftstoffverbrauch gesetzlich limitierten Emissionen (CO, HC und NOX) sind erheblich

niedriger als bei Benzin oder Dieselöl kein Schwefel 15 % weniger CO2 Befahren von Tiefgaragen ist zulässig


Flüssiggas


Flüssiggas flüssig, Speicherung unter Druck (4 bis 8 bar) I: 2 Mio., PL: 2 Mio., T: 1,5 Mio., NL: 0,33 Mio., F: 0,3 Mio., D: 0,2 Mio. 2006: weltweit 8 Mio. Fahrzeuge rund 3.500 Tankstellen in Deutschland leiser Motorbetrieb, wegen geringem Druckanstieg Umrüstungskosten: 1.800 EUR - 2.500 EUR Kraftstoffkosten: 50 % (Benzin) bzw. 30 % (Diesel) niedriger


Flüssiggas

Druckregler /Verdampfer

Gasfilter

Gasdosier-Einheit


Flüssiggas

Gasdosier-Einheit

Schrittmotor

Gasschlauch zum Motor


FlüssiggasFuhrpark der Wiener LinienNormalbusse Type Gräf / Steyr NL 205 M12 - 179 Fahrzeuge - Baujahre 1992 - 1999 Type Gräf / Siemens NL 243 LPG - 50 Fahrzeuge - Baujahre 2001 – 2002 Type MAN NL 273 LPG (2-türig) - 30 Fahrzeuge - Baujahre 2005 - 2006 Type MAN NL 273 LPG (3-türig) - 32 Fahrzeuge - Baujahre 2006 – 2007

Gelenkbusse Type Gräf / Steyr NG 235 M18 - 97 Fahrzeuge - Baujahre 1995 - 2001 Type MAN NG 243 LPG - 66 Fahrzeuge - Baujahre 2003 - 2005 Type MAN NG 273 LPG - 20 Fahrzeuge - Baujahr 2005

Die gesamte Busflotte der Wiener Linien wird mit Flüssiggas (LPG)angetrieben.

Stand: 30. Oktober 2007


Erdgas

Compressed Natural Gas (CNG) Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4) gasförmig, Speicherung unter Druck (200 bis 350 bar) 70.000 Erdgasfahrzeuge in Deutschland weltweit über 1,5 Mio. Kfz Über 800 Tankstellen in Deutschland leiser Motorbetrieb, wegen geringem Druckanstieg niedrige Energiedichte von Drucktanks Mit etwa 60 l Erdgas liegt die Reichweite bei etwa 250 km Umrüstungskosten 3.000 EUR bis 4.500 EUR Kraftstoffkosten: 50 % (Benzin) bzw. 30 % (Diesel) niedriger


Erdgas


Wasserstoff

Wasserstoff = H2• ungiftig und nicht reizend• umweltneutral, nicht wassergefährdend• nicht radioaktiv, nicht krebserzeugend• geruchlos, geschmacksneutral, unsichtbar• leicht flüchtig• im Freien nicht explosiv• sehr leicht flüchtig• brennt im ultravioletten Bereich (310 ŋm)• kann Sonnenbrand verursachen• 10-mal geringere Wärmeabstrahlung als Benzin/Diesel• Entspannung bei TN Erwärmung: neg. Joule-Thompson-Effekt• kann Materialversprödung bewirken


Wasserstoff

Wichtige Kenngrößen: Schmelzpunkt TSch = -259,15 °C = 13,9 K

Siedepunkt TS = -252,76 °C = 20,39 K

Dichte bei 20,3 K, 1.013 mbar ρLH2 = 70,79 g/l

Dichte bei TN ρGH2 = 0,090 g/l Dichteverhältnis zu Luft: = 0,0695

Heizwert HU = 10,8 MJ/Nm3 = 3,0 kWh/Nm3

Zündbereich in Luft: = 4,0 - 77,0 Vol.-%


H2-Verbrennungsmotor

H2R

BMW-Motor

Hydrogen 7


H2-Verbrennungsmotor

Ford V10-Motor


HyFleet:CUTE

Wasserstoffbusflotte in Berlin Fortsetzung von CUTE & ECTOS 14 MAN Lion’s City Busse mit H2-Verbrennungsmotor

CUTE-Busse laufen weiter erst 9, jetzt 6 Busse in Hamburg gefördert von der Europäischen Kommission 31 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft & Politik


CUTE

Demonstrationsprojekt: Clean Urban Transport for Europe mit Brennstoffzellen von Ballard (Mark 900) weltweit erste Kleinserie von BZ-Fahrzeugen Präsentation im April 2000 Einsatz von zunächst 27 Citaro-Bussen in 9 europ. Großstädten Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid, Porto, Stockholm und Stuttgart Kaufpreis je 1,25 Mio. EUR Projekt-Start: Mai 2003 in Madrid Luxemburg hatte am meisten Kilometer


Brennstoffzelle


Entwicklung der Brennstoffzelle

1839Erfindungder Brenn-stoffzelle

1894 1920erste

BZ-Entwürfe

1960

erster Einsatz einer

Brennstoffzelle

1970militärische

Nutzung

1980

H2- & BZ-Forschungen

2002Prototypen &Testprojekte

W. OstwaldSir W. Grove Gemini/Apollo-Programm

Necar-Serie

2015

Markt

2008

NOW-Gründung &

NIP-Start


Hybrid

Tesla Roadstermit 6.381 Lithium-Ionen-Akkus

Toyota Prius IIVoll-Hybrid-Modell für 25.000 Euro


Ausblick


Hydrogeit VerlagAlternative KraftstoffeErdgas & Flüssiggas - Biodiesel & Pflanzenöl - Ethanol & WasserstoffWomit fahre ich am besten?204 Seiten mit 58 Abbildungen und 34 TabellenISBN 978-3-937863-12-2, Hydrogeit Verlag, Oberkrämer, Okt. 2008Preis: 19,90 Euro

Wasserstoff & BrennstoffzellenDie Technik von morgen300 Seiten mit 75 Abbildungen und 22 TabellenISBN 978-3-937863-04-7, Hydrogeit Verlag, Kremmen, 2004Preis: 21,90 Euro

Wasserstoff-AutosWas uns in Zukunft bewegt168 Seiten mit 101 Abbildungen und 54 TabellenISBN 978-3-937863-07-8, Hydrogeit Verlag, Kremmen, 2006Preis: 19,80 Euro


Vielen Dank !

Ihre Fragen bitte!

Hydrogeit VerlagSven Geitmann

Gartenweg 516727 Oberkrämer

Tel/Fax: 033055-21322/20E-Mail: [email protected]

Internet: www.hydrogeit.de, www.hzwei.info

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