Zusammen
mit den niedrigeren Kohlenwasserstoffemissionen, deren Bestandteile
für den Menschen erst noch weniger giftig und in der
Atmosphäre chemisch viel weniger reaktiv sind, trägt die
CEV-Technologie daher im Gegensatz zu Benzin- und Dieselfahrzeugen
kaum – vor allem im Sommer – zur Bildung des Reizgases
Ozon bei. Noch besser sieht es bei den Partikelemissionen aus: Die
Anzahl Partikel pro Kubikmeter Abgas – Stichwort Feinstaub
– sind sogar rund 100-mal geringer als diejenigen von
konventionellen Benzinfahrzeugen. Das CEV-Konzept vermindert somit
auf einen Schlag die drei schwerstwiegenden ökologischen
«Probleme» des Individualverkehrs. Kommt hinzu, dass
ein mit CEV-Antrieb ausgerüstetes Fahrzeug ohne Anpassungen
auch mit aufbereitetem Biogas, beispielsweise mit Kompogas, betankt
werden kann.
Am Anfang des Projekts stand ein marktüblicher VW Polo mit
einem Liter Hubraum und 37 Kilowatt Leistung. In einem ersten
Schritt bauten die Empa- und ETH-Ingenieure das Fahrzeug auf
Erdgasbetrieb um: Das Verdichtungsverhältnis des Treibstoffs
musste erhöht und ein geregelter Turbolader konzipiert und
integriert werden. Die Motorenleistung erhöhte sich dadurch
auf 44 Kilowatt. Dann hiess es für das Team, Verbrauch und
Schadstoffausstoss zu senken. Bisherige
Abgasnachbehandlungskonzepte von Benzinmotoren zeitigen beim
Einsatz in Erdgasantrieben nach wie vor Probleme; daher haben die
Forscher ein für Erdgasmotoren optimiertes Katalysatorkonzept
entwickelt und die Motorsteuerung entsprechend angepasst. In
Zusammenarbeit mit VW entwickeln Bach und sein Team derzeit
optimierte Katalysatoren für die nächste Generation der
Erdgasfahrzeuge.
Aufgrund seiner hohen Klopffestigkeit von bis zu 130 Oktan
– zum Vergleich: Benzin hat 95 bzw. 98 Oktan – eignet
sich Erdgas hervorragend als Treibstoff; dadurch lässt sich
der Wirkungsgrad des Motors stärker steigern als bei
Benzinmotoren. Beim CEV immerhin um 10 Prozent – trotz den
strengen Anforderungen bezüglich möglichst niedriger
Abgasemissionen. Der ohnehin geringere CO2-Ausstoss der
Erdgasmotoren verringert sich dadurch noch weiter. Die im Vergleich
zu Benzin stärker variierende Zusammensetzung von Erdgas sowie
die Stabilität des Methanmoleküls, dem Hauptbestandteil
der Kohlenwasserstoffemissionen, stellten das Projektteam
allerdings vor besondere Herausforderungen. So musste die
Fähigkeit der Motorsteuerung, sich automatisch an die jeweils
vorliegende Gaszusammensetzung anzupassen, verbessert und die
Katalysatorsteuerung, zum Beispiel im Bereich der Kaltstart- und
Warmlaufstrategien, angepasst werden.
Computersimulation als wichtiges Werkzeug
Wesentliche Hinweise für ihre Entwicklungsarbeit erhielten
die Empa- und ETH-Ingenieure aus Computermodellen. Die im Rahmen
einer Doktorarbeit entwickelte Computersimulation des
Verbrennungsprozesses erlaubte dem Team, die Verbrennung im Detail
zu studieren, Motor und Getriebe weiter zu optimieren sowie eine
geeignete Turboaufladung auszulegen. Dies führte letztlich zu
Treibstoffeinsparungen von rund 10 Prozent. Mit dem «Clean
Engine Vehicle», dessen Entwicklung vom Bundesamt für
Energie (BFE) sowie der schweizerischen, deutschen und
österreichischen Gaswirtschaft unterstützt wurde, konnten
die Empa- und ETH-Forscher zeigen, dass entsprechend
ausgerüstete Erdgasfahrzeuge deutlich niedrigere
Schadstoffemissionen erreichen als aktuelle Benzin- oder
Dieselfahrzeuge. Mit anderen Worten: Mit Hilfe von
Erdgastechnologie lässt sich bereits heute kostengünstig
ein praktisch emissionsfreier Antrieb mit guter CO2-Bilanz
verwirklichen. «In Zukunft wird sich der Treibstoffmarkt
stark diversifizieren», ist Christian Bach überzeugt.
«Das heisst, neben Benzin und Diesel werden auch etliche
andere Treibstoffen zum Einsatz kommen. Erd- beziehungsweise Biogas
finden darin sicher ebenfalls ihren Platz.»
Text: Lukas Herzog
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