Ein Erdgasfahrzeug (NGV) ist ein Fahrzeug mit alternativem Kraftstoff, das komprimiertes Erdgas (CNG) oder verflüssigtes Erdgas (LNG) verwendet. Erdgasfahrzeuge sind nicht zu verwechseln mit Fahrzeugen, die mit LPG (hauptsächlich Propan) betrieben werden, einem Kraftstoff mit einer grundlegend anderen Zusammensetzung.

In einem erdgasbetriebenen Fahrzeug wird Energie durch Verbrennung von im Wesentlichen Methangas (CH4) mit Sauerstoff (O2) aus der Luft zu CO & sub2; und Wasserdampf (H2O) in einem Verbrennungsmotor freigesetzt. Methan ist der sauberste brennende Kohlenwasserstoff, und viele Verunreinigungen, die in Erdgas vorhanden sind, werden an der Quelle entfernt.

Eine sichere, bequeme und kostengünstige Gasspeicherung und Betankung ist im Vergleich zu Benzin- und Dieselfahrzeugen eine größere Herausforderung, da das Erdgas unter Druck steht und / oder – im Falle von LNG – der Tank kalt gehalten werden muss. Dies macht LNG für Fahrzeuge ungeeignet, die nicht häufig verwendet werden. Die geringere Energiedichte von Gasen im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen wird in hohem Maße durch hohe Kompression oder Gasverflüssigung gemildert, erfordert jedoch einen Kompromiss in Bezug auf Größe / Komplexität / Gewicht des Speicherbehälters, Reichweite des Fahrzeugs zwischen Tankstopps, und Zeit zum Auftanken.

Obwohl ähnliche Speichertechnologien verwendet werden können und ähnliche Kompromisse für ein Wasserstofffahrzeug als Teil einer vorgeschlagenen neuen Wasserstoffwirtschaft gelten, ist Methan als gasförmiger Kraftstoff aufgrund seiner geringeren Entflammbarkeit, geringen Korrosivität und besseren Dichtheit aufgrund größerer Gase sicherer als Wasserstoff Molekulargewicht / Größe, was zu preisgünstigeren Hardwarelösungen führt, die auf bewährten Technologien und Konvertierungen basieren. Ein wesentlicher Vorteil der Nutzung von Erdgas besteht darin, dass der größte Teil der Infrastruktur und der Lieferkette, die nicht mit Wasserstoff austauschbar ist, im Prinzip vorhanden ist. Methan stammt heute größtenteils aus nicht erneuerbaren Quellen, kann aber auch aus erneuerbaren Quellen geliefert oder hergestellt werden und bietet eine CO2-neutrale Mobilität. In vielen Märkten, insbesondere in Nord- und Südamerika, kann Erdgas gegenüber anderen fossilen Brennstoffen wie Benzin, Diesel oder Kohle zu einem Preisnachlass gehandelt werden oder in der Tat ein weniger wertvolles Nebenprodukt sein, das mit seiner zu entsorgenden Produktion verbunden ist. Viele Länder bieten aufgrund des ökologischen Nutzens für die Gesellschaft auch Steueranreize für erdgasbetriebene Fahrzeuge. Niedrigere Betriebskosten und staatliche Anreize zur Verringerung der Umweltverschmutzung durch schwere Fahrzeuge in städtischen Gebieten haben die Einführung von NGV für kommerzielle und öffentliche Nutzungen, dh Lastkraftwagen und Busse, vorangetrieben.

Viele Faktoren halten NGV-Popularisierung für individuelle Mobilitätsanwendungen, dh private Fahrzeuge, zurück, einschließlich: relativ preis- und umweltunempfindliche, aber Bequemlichkeit suchende Privatpersonen; gute Gewinne und Steuern, die aus Kleinmengenverkäufen von Benzin- und Dieselkraftstoffen mit Mehrwert durch etablierte Handelskanäle und Ölraffinerien gewonnen werden können; Widerstände und Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Erhöhung der Gasvorräte in städtischen Gebieten; Dual-Use-Nutzung von Versorgungsnetzwerken, die ursprünglich für die Gasversorgung und die Zuteilung von Netzausbaukosten gebaut wurden; Zurückhaltung, Aufwand und Kosten im Zusammenhang mit dem Wechsel; Prestige und Nostalgie in Verbindung mit Erdölfahrzeugen; Angst vor Redundanz und Störung. Eine besondere Herausforderung könnte die Tatsache sein, dass Raffinerien derzeit dazu eingerichtet sind, aus Erdöl eine bestimmte Brennstoffmischung herzustellen. Flugkraftstoff dürfte aufgrund seiner Gewichtssensitivität für die absehbare Zukunft der Treibstoff der Wahl für Flugzeuge bleiben.

Weltweit gab es bis 2016 24.452 Millionen Erdgasfahrzeuge, angeführt von China (5,0 Millionen), dem Iran (4 Millionen), Indien (3,045 Millionen), Pakistan (3,0 Millionen), Argentinien (2,295 Millionen), Brasilien (1,781 Millionen) und Italien (1.001 Millionen). Die Region Asien-Pazifik ist mit 6,8 Millionen Fahrzeugen weltweit führend, gefolgt von Lateinamerika mit 4,2 Millionen. In Lateinamerika haben fast 90% der Erdgasfahrzeuge Bi-Fuel-Motoren, so dass diese Fahrzeuge entweder mit Benzin oder CNG betrieben werden können. In Pakistan behält fast jedes Fahrzeug, das auf alternativen Kraftstoff umgerüstet (oder hergestellt) wird, typischerweise die Fähigkeit, mit Benzin zu fahren.

Ab 2016 verfügten die USA über eine Flotte von 160.000 NG-Fahrzeugen, darunter 3.176 LNG-Fahrzeuge. Andere Länder, in denen Erdgasbusse beliebt sind, sind Indien, Australien, Argentinien, Deutschland und Griechenland. In den OECD-Ländern gibt es rund 500.000 CNG-Fahrzeuge. Pakistans Marktanteil an Erdgasfahrzeugen lag 2010 bei 61,1%, gefolgt von Armenien mit mehr als 77% (2014) und Bolivien mit 20%. Auch die Anzahl der Tankstellen hat sich seit 2010 auf 18.202 erhöht, 10,2% mehr als im Vorjahr.

Bestehende benzinbetriebene Fahrzeuge können auf CNG oder LNG umgerüstet werden und können entweder dediziert (nur mit Erdgas betrieben) oder bi-fuel (mit Benzin oder Erdgas betrieben) betrieben werden. Dieselmotoren für schwere Lastkraftwagen und Busse können ebenfalls umgerüstet werden und können mit zusätzlichen Köpfen ausgestattet werden, die Funkenzündsysteme enthalten, oder sie können mit einer Mischung aus Diesel und Erdgas betrieben werden, wobei der Primärbrennstoff Erdgas und eine kleine Menge ist von Dieselkraftstoff, der als eine Zündquelle verwendet wird. Es ist auch möglich, Energie in einer kleinen Gasturbine zu erzeugen und den Gasmotor oder die Turbine mit einer kleinen elektrischen Batterie zu koppeln, um ein hybridelektromotorgetriebenes Fahrzeug zu schaffen. Weltweit werden immer mehr Fahrzeuge von großen Automobilherstellern für den Betrieb auf CNG hergestellt. Bis vor kurzem war der Honda Civic GX der einzige auf dem US-amerikanischen Markt kommerziell erhältliche NGV. In jüngerer Zeit haben Ford, General Motors und Ram Trucks Bi-Fuel-Angebote in ihrer Fahrzeugpalette. Im Jahr 2006 führte die brasilianische FIAT-Tochter den Fiat Siena Tetra fuel ein, ein Vierstoffauto, das mit Erdgas (CNG) betrieben werden kann.

Erdgas-Tankstellen können überall dort platziert werden, wo Erdgasleitungen vorhanden sind. Kompressoren (CNG) oder Verflüssigungsanlagen (LNG) werden normalerweise in großem Maßstab gebaut, aber mit CNG sind kleine Heimtankstellen möglich. Eine Firma namens FuelMaker war Vorreiter für ein solches System namens Phill Home Refueling Appliance (bekannt als „Phill“), das sie in Zusammenarbeit mit Honda für das amerikanische GX-Modell entwickelten. Phill wird jetzt von BRC FuelMaker, einem Geschäftsbereich von Fuel Systems Solutions, Inc. hergestellt und verkauft.

CNG kann erzeugt und für Massenspeicher und Pipeline-Transport von erneuerbarer Energie verwendet werden und auch mit Biomethan vermischt werden, das wiederum aus Biogas aus Deponien oder anaerober Vergärung stammt. Dies würde die Verwendung von CNG für Mobilität ermöglichen, ohne die Konzentration von Kohlenstoff in der Atmosphäre zu erhöhen. Es würde auch die fortgesetzte Nutzung von CNG-Fahrzeugen ermöglichen, die derzeit mit nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen betrieben werden, die nicht veraltet sind, wenn strengere CO2-Emissionsvorschriften zur Bekämpfung der Erderwärmung vorgeschrieben sind.

Trotz seiner Vorteile unterliegt der Einsatz von Erdgasfahrzeugen mehreren Einschränkungen, einschließlich Brennstoffspeicherung und Infrastruktur, die für die Lieferung und Verteilung an Tankstellen verfügbar sind. CNG muss in Hochdruckzylindern (Betriebsdruck 3000 psi bis 3600 psi) gelagert werden, und LNG muss in kryogenen Zylindern (-260 F bis -200 F) gelagert werden. Diese Zylinder benötigen mehr Platz als Benzin- oder Dieseltanks, die in komplizierten Formen geformt werden können, um mehr Kraftstoff zu speichern und weniger Platz im Fahrzeug zu nutzen. CNG-Tanks befinden sich normalerweise im Kofferraum oder im Pickup-Bett des Fahrzeugs, wodurch der Platz für andere Ladung reduziert wird. Dieses Problem kann gelöst werden, indem die Tanks unter der Karosserie des Fahrzeugs oder auf dem Dach (typisch für Busse) installiert werden, so dass die Laderäume frei bleiben. Wie bei anderen alternativen Kraftstoffen sind auch die Erdgasverteilung an und an Tankstellen sowie die geringe Anzahl an CNG- und LNG-Stationen weitere Hindernisse für den weitverbreiteten Einsatz von Erdgasfahrzeugen.

CNG-betriebene Fahrzeuge gelten als sicherer als benzinbetriebene Fahrzeuge.

CNG / LNG als Kraftstoff für Automobile

Verfügbare Serienautos
Bestehende benzinbetriebene Fahrzeuge können auf CNG oder LNG umgerüstet werden und können entweder dediziert (nur mit Erdgas betrieben) oder bi-fuel (mit Benzin oder Erdgas betrieben) betrieben werden. Allerdings werden weltweit immer mehr Fahrzeuge für den Betrieb mit CNG hergestellt. Bis vor kurzem war der jetzt eingestellte Honda Civic GX der einzige auf dem US-amerikanischen Markt erhältliche NGV. In jüngerer Zeit haben Ford, General Motors und Ram Trucks Bi-Fuel-Angebote in ihrer Fahrzeugpalette. Fords Ansatz besteht darin, ein Bi-Fuel-Prep-Kit als Fabrikoption anzubieten und den Kunden dann einen autorisierten Partner für die Installation der Erdgasausrüstung auswählen zu lassen. Bei der Auswahl der GM-Bi-Kraftstoff-Option werden die HD-Pickups mit dem 6,0-Liter-Benzinmotor an IMPCO in Indiana geschickt, um das Fahrzeug auf CNG zu bringen. Ram ist derzeit der einzige Pickup-Truck-Hersteller mit einem werkseitig installierten CNG-Bi-Fuel-System, das auf dem US-Markt erhältlich ist.

Außerhalb der USA stellte GM do Brasil 2004 den MultiPower-Motor vor, der CNG, Alkohol und Benzin (E20-E25-Gemisch) als Kraftstoff nutzen konnte. Er wurde im Chevrolet Astra 2.0 Modell 2005 für den Taximarkt eingesetzt. Im Jahr 2006 führte die brasilianische FIAT-Tochter den Fiat Siena Tetra fuel ein, ein Vier-Kraftstoff-Auto, das unter Magneti Marelli von Fiat Brasilien entwickelt wurde. Dieses Auto kann mit Erdgas (CNG) betrieben werden; 100% Ethanol (E100); E20 zu E25 Benzinmischung, brasilianisches vorgeschriebenes Benzin; und reines Benzin, obwohl in Brasilien nicht mehr verfügbar, wird es in den Nachbarländern verwendet.

Im Jahr 2015 gab Honda die Entscheidung bekannt, die Kommerzialisierung von erdgasbetriebenen Fahrzeugen auslaufen zu lassen, um sich auf die Entwicklung einer neuen Generation von elektrifizierten Fahrzeugen wie Hybriden, Plug-in-Elektroautos und wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenfahrzeugen zu konzentrieren. Seit 2008 hat Honda rund 16.000 Erdgasfahrzeuge verkauft, hauptsächlich an Taxi- und Handelsflotten.

Unterschiede zwischen LNG- und CNG-Kraftstoffen
Obwohl LNG und CNG beide als NGVs betrachtet werden, unterscheiden sich die Technologien erheblich. Betankungsausrüstung, Treibstoffkosten, Pumpen, Tanks, Gefahren, Kapitalkosten sind alle unterschiedlich.

Eine Sache, die sie teilen, ist, dass wegen Motoren, die für Benzin gemacht werden, computergesteuerte Ventile zur Steuerung von Kraftstoffgemischen für beide von ihnen erforderlich sind, die oft proprietär und spezifisch für den Hersteller sind. Die On-Engine-Technologie für die Kraftstoffmessung ist die gleiche für LNG und CNG.

CNG als Autotreibstoff
CNG oder komprimiertes Erdgas wird bei hohem Druck von 3.000 bis 3.600 Pfund pro Quadratzoll (21 bis 25 MPa) gelagert. Der erforderliche Tank ist massiver und teurer als ein herkömmlicher Kraftstofftank. Kommerzielle On-Demand-Tankstellen sind wegen der für die Kompression benötigten Energie teurer im Betrieb als LNG-Stationen, der Kompressor benötigt 100-mal mehr elektrische Leistung, jedoch kann Slow-Fill (viele Stunden) mit LNG-Stationen kosteneffektiv sein Zitat – die anfängliche Verflüssigung von Erdgas durch Kühlung benötigt mehr Energie als die Gasverdichtung]. Die Zeit zum Füllen eines CNG-Tanks variiert stark abhängig von der Station. Heimbetankungsvorrichtungen füllen typischerweise ungefähr 0,4 GGE / Std. „Fast-fill“ Stationen können einen 10 GGE Tank in 5-10 Minuten wieder auffüllen. Aufgrund der niedrigeren Energiedichte ist der Bereich von CNG im Vergleich zu LNG begrenzt. Gaszusammensetzung und -durchsatz erlauben, dass es möglich sein sollte, kommerzielle CNG-Tankstellen mit Stadtgasnetzen zu verbinden, oder die Heimbetankung von CNG-Fahrzeugen direkt unter Verwendung eines Gaskompressors zu ermöglichen. Ähnlich wie bei einer Autobatterie könnte der CNG-Tank eines Autos als Energiespeicher für zuhause dienen und der Kompressor könnte zu Zeiten betrieben werden, wenn überschüssige / freie erneuerbare elektrische Energie vorhanden ist.

LNG als Autotreibstoff
LNG oder verflüssigtes Erdgas ist Erdgas, das auf eine kryogene Flüssigkeit abgekühlt wurde. In seinem flüssigen Zustand ist es immer noch mehr als 2 mal so dicht wie CNG. LNG wird in der Regel bei LNG-Tankstellen ab einer Lagertankmenge von 20 DGE / min abgegeben. Manchmal wird LNG lokal aus dem Utility-Rohr hergestellt. Wegen seiner kryogenen Natur wird es in speziell konstruierten isolierten Tanks gelagert. Im Allgemeinen arbeiten diese Tanks bei relativ niedrigen Drücken (etwa 70 bis 150 psi) im Vergleich zu CNG. Im Kraftstoffsystem ist ein Verdampfer installiert, der das LNG in ein Gas verwandelt (das einfach als Niederdruck-CNG betrachtet werden kann). Beim Vergleich der Errichtung einer kommerziellen LNG-Tankstelle mit einer CNG-Tankstelle bevorzugen Versorgungsinfrastruktur, Kapitalkosten und Strom stark LNG gegenüber CNG. Es gibt LCNG-Tankstellen (sowohl CNG als auch LNG), in denen Kraftstoff als LNG gespeichert und dann bei Bedarf zu CNG verdampft wird. LCNG-Stationen benötigen weniger Kapitalkosten als Fast-Fill-CNG-Stationen, aber mehr als LNG-Stationen.

Vorteile gegenüber Benzin und Diesel
LNG – und insbesondere CNG – neigen dazu, die Teile eines Motors weniger schnell zu korrodieren und zu verschleißen als Benzin. So ist es durchaus üblich, Diesel-Erdgasfahrzeuge mit hohen Laufleistungen (über 500.000 Meilen) zu finden. CNG emittiert außerdem 20-29% weniger CO2 als Diesel und Benzin. Die Emissionen sind sauberer, mit geringeren Kohlenstoffemissionen und geringeren Partikelemissionen pro zurückgelegter Entfernung. Es gibt im Allgemeinen weniger Kraftstoffverschwendung. Kosten (monetäre, umweltbedingte, bereits bestehende Infrastruktur) von Verteilung, Kompression, Kühlung müssen jedoch berücksichtigt werden.

Inhärente Vorteile / Nachteile zwischen Autogas (LPG) und NGV
Autogas, auch bekannt als LPG, hat eine andere chemische Zusammensetzung, aber immer noch ein Gas auf Erdölbasis, hat eine Reihe von innewohnenden Vor- und Nachteilen, sowie nicht-inhärente. Der inhärente Vorteil von Autogas gegenüber CNG besteht darin, dass es eine weit geringere Kompression erfordert (20% der CNG-Kosten), dichter ist, da es bei Raumtemperatur flüssig ist, und somit weit billigere Tanks (Verbraucher) und Kraftstoffkompressoren (Anbieter) als CNG benötigt . Im Vergleich zu LNG erfordert es keine Kühlung (und somit weniger Energie) oder Probleme im Zusammenhang mit extremer Kälte wie Erfrierungen. Wie NGV hat es auch Vorteile gegenüber Benzin und Diesel bei den Schadstoffemissionen, zusammen mit einem geringeren Verschleiß der Motoren gegenüber Benzin. Der größte Nachteil von LPG ist seine Sicherheit. Der Kraftstoff ist flüchtig und die Dämpfe sind schwerer als Luft, was dazu führt, dass sie sich im Falle eines Lecks an einer niedrigen Stelle ansammeln, was die Verwendung wesentlich gefährlicher macht und mehr Sorgfalt bei der Handhabung erfordert. Außerdem ist LPG (40% aus der Raffination von Rohöl) teurer als Erdgas.

Aktuelle Vorteile von LPG-Power gegenüber NGV
In Orten wie den USA, Thailand und Indien gibt es fünf bis zehn Mal mehr Stationen, wodurch der Kraftstoff leichter zugänglich ist als Erdgas-Tankstellen. Andere Länder wie Polen, Südkorea und die Türkei, LPG-Stationen und Autos sind weit verbreitet, während NGVs nicht sind. Darüber hinaus ist der LPG-Kraftstoff für den Einzelhandel in einigen Ländern, wie in Thailand, erheblich billiger.

Zukünftige Möglichkeiten
Obwohl ANG (adsorbiertes Erdgas) weder in Versorgungsstationen noch in Verbraucher-Lagertanks verwendet wurde, hat seine geringe Kompression (500 psi gegenüber 3600 psi) das Potenzial, die Kosten für Erdgasinfrastruktur und Fahrzeugtanks zu senken.

LNG-betriebene Fahrzeuge

Verwendung von LNG zum Betanken von großen LKWs
LNG wird für Straßen-, Offroad-, Marine- und Eisenbahnanwendungen auf der Straße evaluiert und getestet. Es gibt bekannte Probleme mit den Treibstofftanks und die Lieferung von Gas an den Motor.

China ist seit 2014 führend bei der Verwendung von LNG-Fahrzeugen mit über 100.000 LNG-betriebenen Fahrzeugen.

In den Vereinigten Staaten gab es im Februar 2015 69 LNG-Tankstellen für öffentliche Lastkraftwagen. Das National Trucker’s Directory von 2013 listet ungefähr 7.000 Lastkraftwagen-Stopps auf, so dass ungefähr 1% der US-Tankstellen LNG zur Verfügung haben.

Im Jahr 2013 gab Dillon Transport bekannt, dass sie 25 LNG-Großlastwagen in Dallas Texas in Betrieb nehmen. Sie tanken in einem öffentlichen LNG-Tanklager. Im selben Jahr kündigte Raven Transportation an, dass sie 36 LNG-Großlastwagen kauften, die von Clean Energy Fuels-Standorten angetrieben werden sollten, und Lowe’s eine seiner Spezialflotten zu LNG-betriebenen Lastkraftwagen umbaute.

UPS hatte im Februar 2015 über 1.200 mit LNG betriebene LKWs auf den Straßen. UPS hat 16.000 LKW in seiner Flotte, und 60 der neuen für 2014 großen Lkw werden in der Region Houston, Texas, in Betrieb genommen, wo UPS ihre eigenen baut privates LNG-Kraftstoffzentrum, um die Leitungen in Tankstellen zu vermeiden. In Amarillo, Texas und Oklahoma City, Oklahoma, nutzt UPS öffentliche Tankstellen.

Clean Energy Fuels hat mehrere öffentliche LNG-Tankstellen entlang der I-10 eröffnet und behauptet, dass LNG-betankungsfahrzeuge ab Juni 2014 die Strecke von Los Angeles, Kalifornien nach Houston, Texas, nutzen können, indem sie ausschließlich in öffentlichen Einrichtungen von Clean Energy Fuels betankt werden. Im Jahr 2014 eröffneten Shell und Travel Centers of America das erste eines geplanten Netzwerks von US-Tankstellen für LNG-Tankstellen in Ontario, Kalifornien. Auf der Tankstelle für alternative Kraftstoff-Tankstellen befinden sich 10 LNG-fähige öffentliche Tankstellen im Großraum Los Angeles, was sie zum am stärksten durchdrungenen U-Bahn-Markt macht. Ab Februar 2015 verfügt Blu LNG über mindestens 23 betriebsfähige LNG-fähige Kraftstoffzentren in 8 Bundesstaaten und Clean Energy über 39 öffentliche öffentliche LNG-Anlagen.

Wie auf der Tankstelle für alternative Kraftstoff-Tankstellen zu sehen ist, gibt es Anfang 2015 keine öffentlichen und privaten LNG-Tankstellen von Illinois bis Rocky Mountains. Eine LNG-Produktionsanlage von Noble Energy im Norden von Colorado sollte im 1. Quartal 2015 online gehen und eine Kapazität von 100.000 Gallonen LNG pro Tag für Straßen-, Gelände- und Bohrarbeiten haben.

Ab dem Jahr 2014 hatten LNG-Kraftstoff und NGVs in Europa kaum Verwendung gefunden.

American Gas & Technology war Vorreiter bei der Nutzung der Vor-Ort-Verflüssigung unter Verwendung einer Van-Station, um aus Versorgungsleitungen auf Erdgas zuzugreifen und es zu reinigen, zu verflüssigen, zu lagern und abzugeben. Ihre Stationen machen 300-5.000 Gallonen LNG pro Tag.

Verwendung von LNG zur Förderung von Motoren mit hohem und hohem Drehmoment
Bei Verbrennungsmotoren ist das Volumen der Zylinder ein übliches Maß für die Leistung eines Motors. Somit wäre ein 2000 ccm-Motor typischerweise leistungsfähiger als ein 1800 cc-Motor, aber das setzt voraus, dass ein ähnliches Luft-Kraftstoff-Gemisch verwendet wird.

Wenn der 1800ccm-Motor beispielsweise über einen Turbolader ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verwendet, das signifikant energiedichter ist, könnte er möglicherweise mehr Leistung erzeugen als ein 2000ccm-Motor, der ein weniger energiereiches Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Turbolader sind jedoch sowohl komplex als auch teuer. Somit wird klar, dass für Motoren mit hohem Leistungsbedarf / hohem Drehmoment ein Kraftstoff, der inhärent verwendet werden kann, um ein energiedichteres Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, bevorzugt ist, da ein kleinerer und einfacherer Motor verwendet werden kann, um die gleiche Leistung zu erzeugen.

Bei herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren ist die Energiedichte des Luft-Kraftstoff-Gemisches begrenzt, da sich die flüssigen Kraftstoffe im Zylinder nicht gut mischen. Außerdem entzünden sich Benzin und Diesel bei Temperaturen und Drücken, die für das Motordesign relevant sind. Ein wichtiger Teil des traditionellen Motordesigns ist die Konstruktion der Zylinder, Verdichtungsverhältnisse und Einspritzdüsen, so dass eine Vorzündung vermieden wird, gleichzeitig aber so viel Kraftstoff wie möglich eingespritzt werden kann, gut gemischt werden kann und noch Zeit zum Abschluss hat der Verbrennungsprozess während des Krafthubs.

Erdgas entzündet sich nicht bei Drücken und Temperaturen, die für die herkömmliche Benzin- und Dieselmotorkonstruktion relevant sind, und bietet somit mehr Flexibilität bei der Konstruktion eines Erdgasmotors. Methan, der Hauptbestandteil von Erdgas, hat eine Selbstzündungstemperatur von 580C / 1076F, während Benzin und Diesel bei 250C bzw. 210C selbstzünden.

Bei einem Motor mit komprimiertem Erdgas (CNG) ist das Mischen des Kraftstoffs und der Luft effektiver, da sich Gase typischerweise in kurzer Zeit gut vermischen, aber bei typischen CNG-Kompressionsdrücken ist der Kraftstoff selbst weniger energiedicht als Benzin oder Diesel Das Endergebnis ist somit ein energieärmeres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Somit ist ein CNG-betriebener Motor ohne Turboaufladung für dieselbe Zylinderverdrängungsmaschine typischerweise weniger leistungsfähig als ein Benzin- oder Dieselmotor ähnlicher Größe. Aus diesem Grund sind Turbolader in europäischen CNG-Fahrzeugen beliebt. Trotz dieser Einschränkung ist der 12-Liter-Cummins Westport ISX12G-Motor ein Beispiel für einen CNG-fähigen Motor, der Zugmaschinenlasten von bis zu 80.000 lbs ziehen kann. CNG kann in den meisten, wenn nicht allen LKW-Anwendungen eingesetzt werden. Die ursprünglichen ISX G-Motoren enthielten einen Turbolader, um die Luft-Kraftstoff-Energiedichte zu erhöhen.

LNG bietet einen einzigartigen Vorteil gegenüber CNG für anspruchsvollere Hochleistungsanwendungen, da kein Turbolader erforderlich ist. Da LNG bei etwa -160 ° C kocht, kann bei Verwendung eines einfachen Wärmetauschers eine kleine Menge LNG bei extrem hohem Druck unter Verwendung von wenig oder keiner mechanischen Energie in seine gasförmige Form umgewandelt werden. Ein richtig ausgelegter Motor mit hoher Motorleistung kann diese extrem dampfdichte gasförmige Kraftstoffquelle nutzen, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit höherer Energiedichte zu erzeugen, als mit einem CNG-betriebenen Motor effizient erzeugt werden kann. Das Endergebnis im Vergleich zu CNG-Motoren ist eine höhere Gesamteffizienz in Großmotorenanwendungen, wenn Hochdruck-Direkteinspritzungstechnologie verwendet wird. Das Westport HDMI2 Kraftstoffsystem ist ein Beispiel für eine Hochdruck-Direkteinspritzungstechnologie, die keinen Turbolader erfordert, wenn sie mit der entsprechenden LNG-Wärmetauschertechnologie kombiniert wird. Der 13-Liter-LNG-Motor von Volvo Trucks ist ein weiteres Beispiel für einen LNG-Motor, der fortschrittliche Hochdrucktechnologie nutzt.

Westport empfiehlt CNG für Motoren bis 7 Liter und LNG mit Direkteinspritzung für Motoren zwischen 20 und 150 Litern. Für Motoren zwischen 7 und 20 Litern wird eine Option empfohlen. Siehe Folie 13 in der Präsentation zu NGV BRUXELLES – INDUSTRY INNOVATION SESSION

Hochleistungsmotoren in den Ölbohr-, Bergbau-, Lokomotiv- und Marinefeldern wurden oder werden entwickelt. Paul Blomerous hat eine Arbeit geschrieben, die besagt, dass bis zu 40 Millionen Tonnen LNG (etwa 26,1 Milliarden Gallonen / Jahr oder 71 Millionen Gallonen / Tag) benötigt werden, um die globalen Bedürfnisse der Großmotoren von 2025 bis 2030 zu erfüllen .

Zum Ende des 1. Quartals 2015 hat die Prometheus Energy Group Inc. in den vergangenen 4 Jahren über 100 Millionen Gallonen LNG in den Industriemarkt geliefert und weitere Kunden gewonnen.

Schiffe
Das MV Isla Bella ist das weltweit erste LNG-betriebene Containerschiff. LNG-Tanker werden manchmal durch das Abdampfen von LNG aus ihren Lagertanks angetrieben, obwohl Diesel-LNG-Tanker ebenfalls üblich sind, um den Ladungsverlust zu minimieren und ein vielseitigeres Betanken zu ermöglichen.

Flugzeug
Einige Flugzeuge verwenden LNG, um ihre Turbofans anzutreiben. Flugzeuge sind besonders empfindlich auf Gewicht und ein großer Teil des Gewichts eines Flugzeugs geht in den Treibstoffwagen, um die Reichweite zu ermöglichen. Die geringe Energiedichte von Erdgas, selbst in flüssiger Form, im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen, ist ein deutlicher Nachteil für Fluganwendungen.

Chemische Zusammensetzung und Energiegehalt
Chemische Zusammensetzung
Die Hauptkomponente von Erdgas ist Methan (CH4), das kürzeste und leichteste Kohlenwasserstoffmolekül. Es kann auch schwerere gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und Butan (C4H10) sowie andere Gase in unterschiedlichen Mengen enthalten. Schwefelwasserstoff (H2S) ist eine häufige Verunreinigung, die vor den meisten Anwendungen entfernt werden muss.

Energiegehalt
Die Verbrennung von einem Kubikmeter ergibt 38 MJ (10,6 kWh). Erdgas hat das höchste Energie- / Kohlenstoff-Verhältnis eines fossilen Brennstoffs und erzeugt somit weniger Kohlendioxid pro Energieeinheit.

Lagerung und Transport
Transport
Die größte Schwierigkeit bei der Nutzung von Erdgas ist der Transport. Erdgas-Pipelines sind wirtschaftlich und an Land und über mittlere Wasserstrecken (wie Langeled, Interconnector und Trans-Mediterranean Pipeline) üblich, aber in großen Ozeanen unpraktisch. Flüssigerdgas (LNG) -Tankerschiffe, Eisenbahntanker und Tanklastwagen werden ebenfalls verwendet.

Lager
CNG wird typischerweise in Stahl- oder Verbundbehältern unter hohem Druck (3000 bis 4000 psi oder 205 bis 275 bar) gelagert. Diese Behälter sind typischerweise nicht temperaturgeregelt, können aber auf lokaler Umgebungstemperatur bleiben. Es gibt viele Standards für CNG-Zylinder, der bekannteste ist ISO 11439. Für Nordamerika ist der Standard ANSI NGV-2.

LNG-Speicherdrücke liegen typischerweise bei 50-150 psi oder 3 bis 10 bar. Bei atmosphärischem Druck hat LNG eine Temperatur von -260 ° F (-162 ° C), jedoch ist die Temperatur in einem Fahrzeugtank unter Druck etwas höher (siehe gesättigte Flüssigkeit). Lagertemperaturen können aufgrund unterschiedlicher Zusammensetzung und Lagerungsdruck variieren. LNG ist viel dichter als selbst der hoch komprimierte Zustand von CNG. Als Folge der niedrigen Temperaturen werden vakuumisolierte Lagertanks aus Edelstahl verwendet, um LNG zu halten.

CNG kann bei niedrigerem Druck in einer Form gespeichert werden, die als ein ANG-Tank (Adsorbed Natural Gas) bei 35 bar (500 psi, der Druck von Gas in Erdgaspipelines) in verschiedenen schwammartigen Materialien, wie Aktivkohle und Metallorganik, bekannt ist Frameworks (MOFs). Der Kraftstoff wird mit ähnlicher oder höherer Energiedichte als CNG gespeichert. Dies bedeutet, dass Fahrzeuge ohne zusätzliche Gaskompression aus dem Erdgasnetz betankt werden können, die Kraftstofftanks können abgespeckt werden und aus leichteren, weniger starken Materialien bestehen.

Umbausätze
Umrüstsätze für Benzin oder Diesel nach LNG / CNG sind in vielen Ländern verfügbar, zusammen mit den Arbeitskräften für deren Installation. Die Bandbreite der Preise und der Qualität der Umstellung ist jedoch sehr unterschiedlich.

Kürzlich wurden die Vorschriften für die Zertifizierung von Anlagen in den USA auf zertifizierte private Unternehmen ausgedehnt, die gleichen Kit-Installationen für CNG sind auf die $ 6.000 + -Reichweite (abhängig vom Fahrzeugtyp) gefallen.