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LNG – vollGAS für die Energiewende

Flüssiges Erdgas – LNG – kann CO2-Emissionen nicht nur zu Land, sondern auch zu Wasser deutlich reduzieren. Die Technologien stehen schon bereit. Wie steht es um LNG in Deutschland?

Alleine der Straßenverkehr trägt in Deutschland mit rund 40 Prozent (Stand 2014) zu den Emissionen von Stickoxiden und mit etwa 13 Prozent zu den Feinstaubemissionen bei. Die Prognosen zeigen weiter steigende Belastungen durch den Transportverkehr auf. Wie aus Angaben der LNG-Taskforce hervorgeht, soll die Fahrzeugfahrleistung schwerer Lkw um rund 40 Prozent auf 70 Milliarden Fahrzeugkilometer im Jahr 2040 steigen – und mittelfristig damit auch die THG-Emissionen.

Das liegt vor allem daran, dass über 99 Prozent der schweren Lkw mit Dieselmotoren fahren. Anders als bei Pkw oder leichten Nutzfahrzeugen seien hier in den nächsten Jahren keine sinnvollen und wirtschaftlichen Antriebstechnologien auf der Basis von Strom oder Wasserstoff absehbar. Und hier kommt Erdgas ins Spiel.

Foto: Volvo Truck Corporation

Für den Schwerlastverkehr ist flüssiges Erdgas – auch als LNG (Liquefied Natural Gas) bezeichnet – bereits heute ein verfügbarer und einsatzbereiter Kraftstoff, zu dem entsprechende Antriebstechnologien bestehen. Anwendungsbeispiele existieren unter anderem in den Niederlanden, Italien, Frankreich und Großbritannien. Die Taskforce hält dazu fest: „Gegenüber Diesel-Lkw können die THG-Emissionen – in Abhängigkeit von der Effizienz der Vorkette und der Fahrzeuge – um bis zu 22 Prozent verringert werden. Eine Beimischung von 20 Prozent regenerativ erzeugtem Methan würde die THG-Emissionen um ca. 33 Prozent verringern.“ In dem von der EU geförderten Projekt LNG Blue Corridor sind europaweit rund 100 LNG-betriebene Lkw in der Erprobung. Untersuchungsergebnisse des Projektes zeigen, dass, nach Angaben des Reports der Natural & Bio Gas Vehicle Association (NGVA), ein durchschnittliches CO2-Einsparpotenzial je gefahrenem Kilometer von 15 Prozent erreicht werden kann. Bezieht man das Einsparpotenzial auf die aktuellen Emissionen des Straßengüterverkehrs von etwa 55 Millionen Tonnen CO2-eq, so läge die Einsparung bei etwa zwei Millionen Tonnen CO2-eq, wenn der LNG-Marktanteil 25 Prozent der Lkw-Fahrzeugflotte ausmacht, stellt die LNG-Taskforce heraus. Warum gerade LNG als umweltschonende Dieselalternative für den Transport zur Straße – aber auch zur See – in Frage kommt, zeigt sich in dessen Zusammensetzung.

„Grünes“ LNG durch Bioerdgas und PtG

Die Grundlage für LNG ist fossiles Erdgas. Es besteht aus einer Mischung aus Methan, schweren Kohlenwasserstoffen, Stickstoff und Kohlendioxid sowie Wasser und Schwefelverbindungen. Damit Erdgas flüssig und damit zu LNG wird, muss der Rohstoff zuerst stark abgekühlt werden. Das geschieht bei minus 130 bis minus 162 Grad Celsius in Kältemaschinen unter einem Druck zwischen einem und acht Bar. Durch die Verflüssigung reduziert sich das Volumen des Erdgases um den Faktor 600. Bevor der Rohstoff verflüssigt wird, werden noch unerwünschte Bestandteile wie Schwefelverbindungen durch beispielsweise Absorption oder Adsorption zum Großteil entfernt, sodass das Erdgas vor der Verflüssigung nahezu aus reinem Methan – ungefähr zu 98 Prozent – besteht. Bei der Verbrennung von Methan entstehen etwa 25 Prozent weniger CO2-Emissionen als bei Dieselkraftstoff in vergleichbaren Verbrennungskraftmaschinen. Damit gehört LNG als flüssige Erdgasform zu den umweltfreundlichsten fossilen Energieträgern. Zudem kann LNG auch lokal aus Bioerdgas oder über Power-to-Gas (PtG)- Technologien erzeugt werden, bei denen aus regenerativem Strom Wasserstoff erzeugt wird. Dieser Wasserstoff kann in Methan umgewandelt und anschließend zu LNG verflüssigt werden. In diesem Fall spricht die LNG-Taskforce von „grünem“ Erdgas. Das ist ein Aspekt, der auch im Hinblick auf den Produktionsprozess von LNG wichtig ist. Die Verflüssigung des Rohstoffs bedarf nämlich einer hohen Energiemenge für die Kältemaschinen – etwa zehn bis 25 Prozent des Heizwertes von Erdgas. Die Maschinen werden zum Teil selbst mit Erdgas über Gasturbinen oder aber elektrischer Energie aus dem Stromnetz betrieben. Wie viel CO2 bei der Produktion von LNG tatsächlich ausgestoßen wird, hängt, so die LNG-Taskforce, maßgeblich von der eingesetzten Technologie ab. So hätten moderne Förder- und Verflüssigungsanlagen eine bessere Energiebilanz als Anlagen aus den 1970erund 1980er-Jahren. Auch der Transport von LNG muss in die Bewertung als alternativer Kraftstoff berücksichtigt werden.

Transport und Verbrennungstechnik

Flüssiges Erdgas muss in gut wärmegedämmten Behältern, unter großem Druck transportiert werden. Dennoch verdampft ein Teil des LNG. Dieses sogenannte Boil-off-Gas muss zur Druckregulierung den Transporttanks entnommen und entweder verwendet oder wieder verflüssigt werden. Meist wird das flüssige Erdgas mit sehr großen Tankern über große Strecken transportiert. Dabei kann das Boil-off-Gas für den eigenen Antrieb der Tanker genutzt werden. Die Kapazitäten der Transporttanker liegen oft über 100.000 Kubikmeter, teils auch über 250.000 Kubikmeter. Für die Binnenschifffahrt kommen aber auch kleinere LNG-Tanker mit Kapazitäten von beispielsweise einigen hundert Tonnen zum Einsatz. Eine andere Möglichkeit, Boil-off-Gas zu nutzen, ist, es wieder zu verflüssigen. Das geschieht insbesondere bei Ankerzeiten des Transportschiffes im Hafen – beispielsweise während der Entladung. Hier kann das flüssige Erdgas über eine Leitung an die Hafenanlage abgegeben und rückverflüssigt werden. Insgesamt betrachtet, so betont die LNG-Taskforce, liegen die THG-Emissionen von LNG – von der Produktion bis zur Nutzung (Well-to-Wheel) dennoch niedriger als bei Dieselkraftstoff. Mit Produktionsverfahren auf Basis von erneuerbaren Energien könne LNG zudem in den nächsten Jahren zunehmend als klimaneutraler Kraftstoff zur Verfügung stehen.

Bei der Verbrennung von LNG werden in der Regel Otto-Motoren genutzt. Alternativ zu ihnen können aber auch Dual-Fuel- Motoren betrieben werden. Eine Variante ist der HPDI-Motor (High Pressure Direct Injection), der wie ein Dieselmotor als Selbstzünder arbeitet. Dafür braucht der HPDI-Motor allerdings ein zündfähiges Gemisch – eine Piloteinspritzung von Dieselkraftstoff – bevor Erdgas verbrannt und das Fahrzeug angetrieben werden kann. HPDI-Motoren, die die Anforderungen der Euro VI-Norm erfüllen, sind allerdings noch in Vorbereitung.

LNG in Deutschland

Der Ausbau von LNG-Terminals in Deutschland befindet sich noch in den Kinderschuhen. Bisher verfügt die Bundesrepublik über keine eigenen LNG-Terminals. LNG wird bisher über Nachbarstaaten wie Belgien und den Niederlanden für Deutschland bezogen. Planungen für einen ersten deutschen LNG-Terminal bestehen zurzeit für die Stadt Brunsbüttel in Schleswig-Holstein. Hinter dem Projekt steht das Joint Venture German LNG Terminal GmbH, gegründet von der Gasunie LNG Holding B.V., Oiltanking GmbH und Vopak LNG Holding B.V. Beim Anfang 2018 gestarteten Open-Season- Verfahren zur Bestimmung des Marktinteresses unterzeichnete eine beträchtliche Anzahl möglicher Terminalkunden eine entsprechende Absichtserklärung, wie German LNG Terminal berichtet. Das Projekt im Norden Deutschlands, das finanziell vom Bund gefördert wird, nimmt weiter Gestalt an. „Wir liegen weiterhin voll im Zeitplan. Mit dem notwendigen Genehmigungsprozess haben wir bereits begonnen“, berichtet Katja Freitag, Unternehmenssprecherin von German LNG Terminal. „Läuft es weiter nach Plan, ist für Ende 2019 bei Vorliegen einer Genehmigung die endgültige Investitionsentscheidung für den Standort Brunsbüttel vorgesehen. Der Bau kann dann starten, sodass das Terminal voraussichtlich 2022 in Betrieb gehen kann.“ Das Terminal soll nicht nur die Industrie in Brunsbüttel mit Energie versorgen, sondern auch Kapazitäten für die Gasversorgung in Deutschland bereitstellen. Nach Angaben von German LNG Terminal könne das Terminal etwa zehn Prozent des deutschen Gasbedarfs decken. Zudem werde es entscheidend die Entwicklung einer deutschen LNG-Betankungsinfrastruktur unterstützen und soll zur vermehrten Nutzung des Alternativkraftstoffs und damit zur Reduzierung von Emissionen im Schwerlast- wie Schiffsverkehr beitragen.

Eine weitere nutzbare LNG-Infrastruktur soll im Leuchtturm-Projekt LeanDeR am Duisburger Hafen entstehen. LeanDeR ist ein Verbundvorhaben zwischen den Industriepartnern Duisburger Hafen und RWE Supply & Trading sowie der Universität Duisburg-Essen (UDE). Im Verbundvorhaben wird ein ganzheitliches und nachhaltiges LNG-Logistikkonzept über mehrere Planungsstufen entwickelt und im Duisburger Hafen unter Praxisbedingungen getestet und evaluiert. Der Projektkern ist der Betrieb einer multimodal nutzbaren mobilen LNGAnlage sowie die Umrüstung und Demonstration zweier Hafenumschlagsgeräte, wie die UDE erklärt. Die Geräte werden im Dual-Fuel- sowie reinem LNG-Betrieb erforscht und getestet. Gefördert wird das Vorhaben mit 740.000 Euro vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

Um die bisher in der Bundesrepublik nur schwer in die Gänge kommende Nutzung von LNG voranzutreiben, verfolgt die LNG-Taskforce mit weiteren Partnern in der Initiative Erdgasmobilität den Abbau von Markthindernissen, die Festlegung von Empfehlungen für die Politik, die Entwicklung von Standards und Normen sowie die Umsetzung weiterer Projekte zum Ausbau einer Mindestinfrastruktur. Zu den vorgeschlagenen Maßnahmen der Taskforce gehören unter anderem eine Differenzierung der Kraftstoffbesteuerung auf Basis von klimarelevanten Emissionen, zeitlich limitierte Sonderabschreibungen für LNG-Nutzfahrzeuge oder auch die Berücksichtigung des klimaschonenden LNG-Antriebs bei der Lkw-Maut. Die Stärkung gasbetriebener Lkw erfuhr am 14. November 2018 erst jüngst Zuspruch durch eine Abstimmung des Europaparlaments: Der Betrieb mit erneuerbarem Gas soll nun in der CO2-Bilanz der Lkw-Hersteller angerechnet werden. Damit hatte das Parlament den Vorschlag der EU-Kommission zu neuen Abgasnormen erweitert. Zudem wurde die Kommission damit beauftragt, bis 2020 eine Methodik vorzulegen, welche die Auswirkungen der Nutzung von nachhaltig erzeugtem Biomethan oder synthetischem Erdgas aus PtG-Verfahren auf die Berechnung der durchschnittlichen Flottenemissionen berücksichtigt. „Damit zeigt das Parlament, dass mehr als nur ein Weg zur Dekarbonisierung führt und korrigiert die einseitige Vorfestlegung der Kommission auf die Elektromobilität“, schließt Dr. Timm Kehler, Vorstand von Zukunft ERDGAS. (vb)

 

Der feine Unterschied – LNG, CNG, LPG

LNG ist verflüssigtes Erdgas – auch als Liquefied Natural Gas bezeichnet. Es wird bei minus 130 bis minus 162 Grad Celsius und einem Druck zwischen einem und acht Bar verflüssigt. Dadurch wird sein Volumen um den Faktor 600 komprimiert und der Energieerhalt bezogen auf das Volumen erhöht. Ein Kilogramm LNG entspricht so zum Beispiel 1,4 Liter Diesel.

CNG – Compressed Natural Gas – dagegen ist Erdgas, das bei Raumtemperatur bis auf 200 Bar verdichtet wird. Der Energiegehalt pro Kilogramm CNG entspricht auch rund 1,4 Litern Diesel. Der durch die Komprimierung entstehende Druck ist deutlich höher als bei LNG, was für den Transport von CNG zur Folge hat, dass dessen Druckbehälter einer stärkeren Belastung standhalten müssen.

LPG, das auch Flüssiggas genannt wird, steht für Liquefied Petroleum Gas. Unter dem Begriff werden die Kohlenwasserstoffe Propan (C3H8) und Butan (C4H10) sowie deren Gemische zusammengefasst, die bei Raumtemperatur und geringer Kompression von sechs oder acht Bar in einem Tank verflüssigt gelagert werden. Weil sich Flüssiggas bereits unter geringem Druck komprimieren lässt, ist es leichter zu transportieren und zu lagern. LPG wird daher häufiger verwendet als CNG oder LNG. So findet LPG beispielsweise als Autogas oder als Heizenergie Anwendung.