Erdgas: Eine Brücke von Diesel zur Elektrifizierung

Als der Dieselpreis in 2008 auf rekordhohe Preise stieg, beschleunigte sich die Entwicklung von Erdgasmotoren sowohl für mittelschwere als auch für Schwerlast-Nutzfahrzeuge. Die Entwicklungsbemühungen waren auf zwei Schwerpunktbereiche aufgeteilt. Einige OEMs konzentrierten sich auf die Umrüstung bestehender Dieselmotoren auf Erdgas, während andere einen Spezialmotor entwickelten, der speziell für komprimiertes Erdgas (CNG), verflüssigtes Erdgas (LNG) oder regeneratives Erdgas (RNG) optimiert wurde.

Nach dem Rückgang der Dieselpreise gingen jedoch die Investitionen in die Entwicklung von Erdgasmotoren und in die Infrastruktur stark zurück. Es fühlt sich an wie eine Boom-Bust-Situation für die Branche. Dies ist verständlich, da die meisten OEMs Diesel-ähnliche Leistung bei niedrigeren Kraftstoffkosten wünschen und Erdgas ein Sechstel des Energiegehalts von Diesel hat. Mit abnehmender Preisdifferenz sinkt auch die Motivation. Der Dieselpreis ist jedoch wieder auf ein Niveau gestiegen, bei dem die Investition in Erdgas wieder Sinn macht.

Der Erdgasmotor könnte als emissionsvermittelnde Alternative auch wieder Interesse geweckt haben. Cummins Westport hat das ISL-G bereits zertifiziert, um die aktuellen Emissionsstandards der US-Umweltschutzbehörde (EPA) und des California Air Resource Board (CARB) zu erfüllen. Darüber hinaus wurden bestimmte Versionen dieses Motors als nahezu emissionsfrei zertifiziert, die die zukünftig zu erwartenden CARB ultra-low NOx Anforderungen von 0.02 g/bhp-hr erfüllen. Da die Liste der Städte, Staaten und Länder, die emissionsarm oder emissionsfrei sind oder ein Verbot für Dieselmotoren haben, wächst, werden die OEMs nach alternativen Technologien suchen, um den Marktanforderungen gerecht zu werden. Die meisten Fahrzeug-OEMs haben die Cummins Westport ISL-G- und ISX12-G NG-Motoren als Motorenangebot, um nicht ausgelassen zu werden, wenn Erdgas zu einer Schlüsseltechnologie in einer sehr restriktiven Emissionsumgebung wird.

China könnte ein weiterer Grund sein, ein Wiederaufleben der Erdgasmotorentechnologie zu erwarten. Es wird erwartet, dass China zum weltweit größten Importeur von Erdgas wird, da die Regierung plant, ihre Brennstoffquellen aus Emissionsgründen zu diversifizieren. Alle chinesischen Schwerlastnutzfahrzeughersteller haben Erdgasmotoren in ihrem Portfolio, um die Kunden zu beliefern, und die Durchdringung des Gesamtvolumens der Hochleistungsmotoren ist höher als in jedem anderen geografischen Gebiet.

Es gibt einige technische Herausforderungen mit Erdgas-Dieselmotoren auf der Straße. Einer davon ist die Motorbremsleistung. Bei der Umwandlung von Diesel zu Erdgas wird das Kompressionsverhältnis des Motors signifikant reduziert, und der Turbo wird üblicherweise verkleinert, um ein niedrigeres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das für die stöchiometrische Verbrennung benötigt wird, zu berücksichtigen. Die Kombination dieser beiden Änderungen kann die Motorbremsleistung um bis zu 30% beeinträchtigen. Dies wiederum wirkt sich negativ auf die Fähigkeit des Fahrzeugs aus, die Geschwindigkeit in einer Abfahrt zu halten, ohne die Basisbremsen zu verwenden. Ein erhöhter Einsatz von Basisbremsen könnte zu einem Bremsverblassen und erhöhten Bremsverschleißraten führen. In einigen Märkten wie Europa, China und Indien könnte sich dies auf die Fähigkeit des Fahrzeugs auswirken, die Anforderungen der Verordnung E13C für zusätzliche Verzögerungswerte zu erfüllen, und könnte eine Reduzierung der Höchstbruttogewicht-Zertifizierung erforderlich machen.

Dafür gibt es Lösungen. Jacobs High Power Density (HPD - hohe Leistungsdichte)-System sowie ein Antriebsstrang-Retarder erhöhen die Gesamtbremskraft des Fahrzeugs und reduzieren die Abhängigkeit von den Basisbremsen. Diese Systeme können die Verzögerungsleistung des Dieselmotors wiederherstellen oder übertreffen, so dass der Fahrer die Sicherheit und Produktivität erhöhen kann.

Die Fähigkeit, den Erdgasmotor auf dem gleichen Niveau wie ein Dieselmotor mit positiver und negativer Leistung arbeiten zu lassen, ist wichtig für die Einführung der Technologie. Es wird noch wichtiger, da der Erdgasmotor einer neuen Konkurrenz-Elektrifizierung gegenübersteht. Immer mehr OEM-Entwicklungsdollar werden in Elektrifizierungstechnologien investiert. Die Vollelektrifizierung ist zwar noch Jahre davon entfernt, die derzeitige Leistungsfähigkeit des Nutzfahrzeugmarktes zu erreichen, doch scheint der Erdgas-Verbrennungsmotor als Brückentechnologie in der nahen Zukunft eine wichtige Rolle zu spielen.