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11.05.2018

Langstreckentauglich mit LNG

Moderne Erdgasmotoren mit großen LNG-Tanks bieten durchaus die nötigen Reich-weiten fürs Langstreckengeschäft. Der Gaspionier Iveco legt vor, bei Volvo geht man einen eigenen Weg. Andere Anbieter werden folgen.

Egal, ob die Lautsprecher Nikola oder Tesla heißen. Batterien oder Brennstoffzellen sind heute oder morgen keine Antriebsalternativen zum Dieselmotor, wenn es um den schweren LKW-Fernverkehr geht. Wenn man aber schon heute eine Lösung braucht? Vielleicht, weil man in einem Umfeld liefern muss, das Fahrverbote für Diesel und Lärmschutzauflagen vorschreibt? Mit einem Erdgasmotor unter dem Fahrerhaus wären heutige Restriktionen erfüllbar. Nahezu kein Feinstaub, bis zu 15 Prozent weniger CO2 als beim Diesel, dazu deutlich geringere Geräuschemissionen.


Neue starke Gasmotoren
Das macht sich der italienische Hersteller Iveco zunutze, er propagiert schon seit vielen Jahren Gasmotoren. Schon mal aus einem einfachen Grund: In Südeuropa, in Frankreich und in anderen Regionen fahren unzählige kommunale Fuhrparks traditionell mit Gas. Iveco hat seine Gasmotoren stetig modernisiert, anders als weiter im Norden. Dort war der Erdgas-Hype abgeflaut, zu billig war der konventionelle Dieselkraftstoff und vermeintlich zu sauber die Verbrenner. Heute, wo wieder mal alle Fakten auf den Tisch kommen, hat Iveco die Nase vorn. Dort spricht man von der Serienreife der LNG-Tank- und -Motortechnik (LNG = Liquified Natural Gas). Der Treibstoff Erdgas wird tiefkalt bei –162 Grad verflüssigt. Dann entspricht ein Kilo LNG energetisch 1,39 Liter Diesel. Die hohe Energiedichte von LNG, gegenüber dem CNG-Kraftstoff beträgt sie etwa das 600-fache, macht große Reichweiten möglich. Mit Tankformaten von 540 Litern soll man laut Iveco gut und gern 800 Kilometer weit kommen. Ihre ersten Erfahrungen haben die Iveco-Techniker mit ihrem Stralis NP 400 gemacht. Der 8,7 Liter große (oder kleine) Cursor-9-Sechszylinder liefert 400 PS und 1.700 Nm maximales Drehmoment, genug für Transporte eher im Volumen- als im Nutzlastsegment. Und nur wenige Monate später legen die Italiener nochmal nach. Ihr Cursor 13 als Gasmotor liefert standesgemäße 460 PS und bis zu 2.000 Nm, genug für 40-t-Züge.
Dass das Thema LNG keine Eintagsfliege ist, bestätigen die forcierten Aktivitäten des schwedischen Herstellers Volvo. Auch die Göteborger forschen und entwickeln nicht erst seit gestern am tiefkalten Kraftstoff. Wir haben nochmal ins Archiv geschaut: Vor gut zehn Jahren konnten wir in Schweden einen FH-Dreiachser fahren, der mit Biogas und Biodiesel fuhr. Beide Kraftstoffe wurden nach dem Dieselprinzip verbrannt, der Truck führte zwei Tanks und Einspritzsysteme mit sich. Jetzt, nach einem Jahrzehnt, bekommen wir es mit Volvo-Sattelzügen zu tun, die Erdgas unter Beimischung kleiner Dieselgaben verarbeiten, die Schweden sagen: „Bei unseren LNG-Motoren muss der Kunde keinen Verzicht üben. Er bekommt das gleiche Drehmoment und vergleichbare Wirkungsgrade“.


Weitere Kandidaten in Sicht
Auch bei Scania positioniert man sich mit neuen Gasmotoren. Bislang waren es die kleineren 9-l-Fünfzylinder, die mit CNG gefüttert wurden. Die Südschweden entwickeln ebenfalls an der LNG-Technologie, ihr erster Motor für den Fernverkehr heißt OC13. Dahinter steckt der bekannt-bewährte 12,7-l-Sechszylinder, der mit stöchiometrischer Verbrennung nach dem Ottoprinzip Erdgas verbrennt. Der Reihensechser ist für 410 PS und 2.000 Nm gut, er arbeitet grundsätzlich einem hauseigenen Opticruise-Getriebe zu. Ein einfacher Dreiwege-Katalysator reicht, um die demnächst geforderten Schadstoffnormen einzuhalten. Scania weist auch darauf hin, dass der OC13 die Piek-Lärmschutzrichtlinie erfüllt. Die schreibt für Wohngebiete und lärmgeschützte Areale maximal 72 dB(A) vor, damit darf der LNG-Scania auch Kaufhäuser und Märkte in Innenstädten beliefern. Für Ölwechsel und das Erneuern sieht Scania ein Intervall von 45.000 Kilometern vor. Den ersten Auftrag für ihren OC13 haben die Schweden bereits, mit 100 LNG-Trucks sollen VW-Spediteure beglückt werden. Und schon bald auch wir: Scania hat für den Herbst Testfahrten angekündigt.
Und hier geht es um ein Gerücht. Auch bei Daimler möchte man dem regen LNG-Treiben nicht tatenlos zusehen, was man ja verstehen kann. Wenn die Informationen stimmen, darf man bereits zur kommenden IAA im Herbst mit einem großen Gasmotor rechnen. Man spricht von einer Diesellösung, aber weiter möchten wir uns nicht aus dem Fenster lehnen. Denn ein Gerücht bleibt immer noch ein Gerücht.


Wie klappt die Befüllung?
Das Betanken der LNG-Tanks ist markenübergreifend gleich. Vielleicht nicht so trivial wie die Befüllung mit Diesel, aber mit dem Wissen um die sicherheitsrelevanten Vorkehrungen ähnlich kurz. Jedenfalls einfacher als die zeitraubende Ladung von großen Hochvoltbatterien, der Fahrer oder Tankwart muss Schutzkleidung mit Arbeitsbrille, Handschuhe und Sicherheitsschuhe tragen. Dann erdet er die Tankstelle und reinigt mit einer Druckluftpistole den Schlauchanschluss von Eisresten. Mit einem massiven Schraubverschluss (Twistlock) wird angedockt und verriegelt, dann darf der LNG-Treibstoff in den Thermotank des Fahrzeugs strömen. Die Konzentration auf den Vorgang sichert eine Tot-Mann-Regelung, der Bediener muss jede Minute einen Schalter drücken. Nach der Befüllung wird die Verbindung zum Tank wieder gelöst – in umgekehrter Reihenfolge, mit einiger Übung fällt das Betanken nicht schwer.
Und dennoch: Die LNG-Kehrseite ist bis auf weiteres die mangelnde Kraftstoffversorgung. Selbst im Vergleich zum dünnen CNG-Netz sieht es für LNG-Fahrer noch düster aus. Luft nach oben zeigen die Zahlen: Seit der Eröffnung der ersten LNG-Tankstelle im Jahr 2011 sind heute 150 Stationen in Europa in Betrieb. Der Hersteller Iveco sieht der Zukunft freilich optimistisch entgegen: Gemäß seiner Auskunft kommen wöchentlich zwei bis drei Neueröffnungen dazu.

Schon gefahren: Iveco Stralis NP 460
Großer Otto mit feinen Manieren
Fortschritt wird in großen Dosen geboten. Der hubraumstarke Sechszylinder wird jetzt auch mit Erdgas gefüttert. Im Fernverkehrs-LKW Stralis gibt er sich souverän und tugendhaft.

Jetzt ist das Erdgas-Sortiment lückenlos, die Iveco-Strategen machen Ernst. Vom kleinen Daily-Transporter bis zum schweren Stralis – für alle Modelle gibt es kompetente Erdgasmotoren. Und jetzt runden die Motorentechniker aus Arbon ihr Portfolio nach oben mit einem richtig stämmigen Gasmotor ab. Dieser Motor soll nicht nur für den Fernverkehr zu haben sein, auch der Stralis X-Way für die Baulogistik ist ein Fall für den Kraftstoff LNG. Heute darf es ein Stralis NP 460 mit Dreiachstrailer sein, er hat das Objekt der Begierde, einen Cursor-13-Sechszylinder mit Erdgasfütterung, unter der Kabine. Der Grundmotor bleibt wie gehabt, aber er trägt einen Zylinderkopf mit Zündkerzen und auf der kalten Versorgungsseite Gasinjektoren. Der NP 460 wird mit neuen Kolben, einem weiterentwickelten Kraftstoffrail und einem wassergekühlten Turbolader bestückt. Für die neue Klopfregelung und die Luftstromsteuerung haben sich die FPT-Techniker (FPT = Fiat Powertrain) Patente gesichert. Wichtig für Transportunternehmer: Das Wartungsintervall wurde auf 90.000 Kilometer verlängert, beim kleineren Cursor 9 fordert der Hersteller noch 75.000 Kilometer.


Bis zu 1.600 Kilometer
Der Dreh- und Angelpunkt für die Praxistauglichkeit ist der Aktionsradius der Fahrzeuge. Hier bietet Iveco ein großes Sortiment an Tankgrößen auf. Die Maximallösung von beiderseits 540 Liter am Rahmen soll für 1.600 Kilometer Reichweite gut sein, damit fährt ein LNG-Stralis von Ulm nach Hamburg und zurück. Iveco hält auch Tankgrößen mit 250 oder 400 Liter bereit, wer Bauraum am Rahmen für andere Komponenten braucht, fährt nur mit einem Tank. Die LNG-Tanks sind mit Sicherheitsventilen bestückt, die bei Überdruck (größer 16 bar) kontrolliert abblasen. Dann eben, wenn der LKW mit teilentleertem Tank lange in der Sonne steht, im Fahrbetrieb soll dieser Überdruck nicht entstehen. Der Hersteller kombiniert auf Wunsch auch CNG- und LNG-Tanks, der Maschine ist es egal. Sie verarbeitet Methan, auf moderate Druck- und Temperaturverhältnisse reduziert.


Rund 200 Umdrehungen mehr
Im Fahrbetrieb ist der Stralis NP 460 zuerst ein gewöhnlicher Fernverkehrs-Iveco. Genügend Platz in der Kabine, an der Bedienung ändert sich für den Fahrer nur wenig. Vielleicht nur in der Wahrnehmung, beim Starten und danach, man hört die Maschine im Leerlauf kaum. Und spürt keine Vibration, der große Cursor 13 NG läuft im Gegensatz zu seinem eher rauen Dieselpendant wie ein Glöckerl. Der Blick auf die Instrumente offenbart eine Tankanzeige in Kilo, der kleinere NP 400 besitzt noch die Liter-Anzeige der Dieselkollegen. Fast wie ein Diesel zieht der 32-Tonner auch los, der Sattelzug beschleunigt gut aus dem Stand, der Fahrer muss hier nicht Verzicht üben. Im Gegenteil, er wird mit gehobenem Geräuschkomfort verwöhnt, bei Autobahntempo dominieren die Windgeräusche. Etwa 1.100 Touren braucht die große LNG-Maschine, um volles Drehmoment zu entwickeln – im Vergleich zum gleichgroßen Diesel sind es rund 200 Kurbelwellen-Umdrehungen mehr. Mit maximal 2.000 Nm kann man gut leben, zumal sie bis 1.600 Touren zur Verfügung stehen. Verarbeitet wird die Leistung von einem automatisierten Hi-Tronix-Getriebe, Insider wissen – ein 12-Gang-Traxon-Getriebe von ZF. Damit es auch gut funktioniert, spendieren die FPT-Techniker eine spezielle Motor- und Schaltsoftware. Denn der Gasmotor reduziert seine Drehzahl beim Schalten nicht so schnell wie der Diesel, er besitzt ja auch keine Motorbremse, die er dafür einsetzen könnte. Auch nicht bei zügigen Bergabfahrten, hier braucht es einen kräftigen Retarder – diese Aufgabe erledigt der jetzt stärkere Intarder.
Natürlich funktionieren alle elektronischen Helferlein auch im LNG-Stralis, der GPS-Tempomat ebenso gut wie der Spurassistent oder das Notbremssystem. Auf der Rückfahrt durch die Stadt entdecken wir dann doch noch eine Besonderheit. Der Schalter „Silent Mode“ begrenzt das Drehvermögen der Maschine auf 1.500 Umdrehungen, damit befährt der schwere Iveco lärmgeschützte Zonen, man könnte da und dort auch nachts beliefern.


Unempfindlich bei schlechteren Gasqualitäten
Die Iveco-Strategen sind von ihrem LNG-Konzept überzeugt. Ein monovalenter Ottomotor, der ausschließlich Methan-Kraftstoff benötigt, egal ob dann Bio-, Deponie- oder Erdgas getankt werden. Nur ein Dreiwegekatalysator reicht, um das geforderte Abgasreglement zu erfüllen. Ganz ohne Zusatz, keine Abgasrückführung, kein Adblue, der Motor soll gemäß Herstelleraussagen auch mit unterschiedlichen Gasqualitäten laufen. Nur über die Preissituation gaben sich die Iveco-Experten wenig auskunftsfreudig, aber Kunden gegenüber gibt es dann keine Ausreden mehr.


Schon gefahren: Volvo FH LNG
Hoher Wirkungsgrad durch Selbstzündung
An diesen Gasmotoren forschen und entwickeln die Schweden schon lange. Jetzt soll der Gas-Selbstzünder mit Dieselbeigabe serienreif sein. Auf den ersten Proberunden legten sich die 13-l-Motoren schon mal tüchtig ins Zeug.
Bei Volvo geht man eigene Wege. Jetzt auch bei den neuen LNG-Motoren, aber so überraschend neu ist das Volvo-Konzept dann doch nicht. Vor gut zehn Jahren hatten wir den ersten Kontakt damit, damals lüfteten die Volvo-Entwickler ihre Prototypen und Antriebsvorhaben ein wenig. Neben zahlreichen Alternativantrieben durfte man auch einen LNG-Erdgas-Diesel probefahren. Die Maschine mit zwei Kraftstoffen zog recht kräftig, die elektronische Steuerung schaltete fleißig zwischen beiden Tanks hin und her. Und immer veränderte der Sechszylinder sein Klangbild, bei Gaseinsatz tönte er deutlich sanfter als im Dieselmodus. Heute kann davon keine Rede mehr sein. Der aktuelle G13-Motor, so heißt das neue Gas-Aggregat, verbrennt immer Methan, und immer mit einer geringen Beigabe von Dieselkraftstoff. „Im Prinzip funktioniert der Diesel wie eine flüssige Zündkerze“, erklärt Anneli Soppi. Die verantwortliche Projektmanagerin zeigt auf die zwei konzentrischen Nadeln, die sowohl Diesel als auch Gas einspritzen. Eine geringe Menge Diesel genügt, um die Verbrennung in Gang zu bringen. Der Motor läuft vorwiegend mit Gas, es ersetzt zu 90 Prozent den sonst nötigen Diesel. Der Hersteller setzt voll auf das Dieselprinzip, um sich die Leistungs- und Drehmomentwerte zu sichern.


460 oder nur 420 PS
Die Schweden gehen auch gleich mit zwei Leistungsvarianten an den Start. Der Kunde hat die Wahl: 420 PS und 2.100 Nm oder 460 PS und 2.300 Nm. Die Ziffern signalisieren auch gleich, dass gegenüber den Dieselmotoren leistungsmäßig keine Abstriche zu machen sind. Als Basis für die Entwicklung dienten die bewährten Sechszylinder mit 12,8 l Hubraum. Der Zylinderkopf erhält den gleichen Turbolader, wird aber mit je einem Rail für Gas und für Diesel bestückt. Eine spezielle Pumpe setzt das Gas mit rund 300 bar unter Druck, so entsteht aus LNG dann CNG für die Verbrennung – ein kleiner Puffer mit fünf Liter Volumen gleicht Druckschwankungen aus. Die Injektoren besitzen die beschriebenen zwei Nadeln, zuerst wird Diesel für die Zündflamme eingespritzt. Die darauf folgende Gaseinspritzung liefert den Großteil der Energie, die beiden Kraftstoffe mischen sich erst im Brennraum. Und damit ist auch klar, dass der G13-Motor kein bivalenter Verbrenner ist. Der Volvo kann, wenn das Gas zur Neige geht, ausschließlich mit Diesel nur mit geringer Leistungsabgabe (etwa 50 PS) zum nächsten sicheren Standplatz rollen.
Die LNG-Tanks werden von Westport bezogen, Volvo führt vorerst drei Formate zu Wahl. Das größte Volumen mit 495 Liter (205 kg), dazu zwei kleinere mit 275 oder 375 Liter (115 oder 155 kg). „Rund 20 Kilo reichen für 100 Kilometer“, sagt Mats Franzen, Produktmanager Motoren bei Volvo. So reicht der große Tank für rund 1.000 Kilometer. LNG wiegt im energetischen Vergleich weniger als Diesel, damit kann der Gewichtsnachteil des zusätzlichen Dieseltanks kompensiert werden. Dass die LNG-Volvos auch SCR-Kats und Partikelfilter brauchen, um die Abgasnormen zu erfüllen, bringt zusätzliche Kilos und Komplexität ins Spiel. In Skandinavien entsteht daraus kein Nutzlastnachteil für den Volvo. Die Finnen geben dem Gas-LKW eine Tonne zusätzlichen Nutzlast-Bonus fürs saubere Antriebsprinzip.


Volle Leistung mit 1.700 Touren
Im Cockpit ist der LNG-Volvo nur an der zusätzlichen Tankanzeige für den Gas-Vorrat zu erkennen, er wird in Kilogramm ausgewiesen. Dann beim Anlassen das Aha-Erlebnis, der LNG-Sechszylinder nuschelt nur sanft vor sich hin und verliert auch unter Volllast seine Contenance nicht. Etwa 100 Umdrehungen mehr sind gefordert, um Dieselleistungen zu erzielen. Ab der 1.000er-Marke stehen die Motoren gut im Futter, vor allem der 460er lässt sich nicht lange bitten. Das Drehmomentplateau fällt nicht so üppig breit aus, aber die volle Nennleistung wird bereits bei 1.700 Umdrehungen bereitgestellt. Aber hier sind nur 30 Tonnen zu bewegen, da hat auch der gefahrene 420er wenig Mühe. Aus Angst vor Straßenschäden dürfen die Schweden ihre Sattelzüge auf dem Testareal nicht schwerer fahren.
Umsteiger brauchen sich nicht zu sorgen: Alle nötigen Handgriffe sind vertraut, auch der Griff zur Motorbremse. Ja, auch der LNG-Volvo bremst bergab vorzugsweise mit seiner VEB+-Motorbremse. Weil in unserem Fall die Achsübersetzung fahraktiv gewählt wurde, verzögert sie sehr wirksam. Die Schaltarbeit übernimmt das vertraute I-Shift-Getriebe, für den Gaseinsatz haben die Techniker die Schaltsoftware etwas angepasst.


Künftig mehr Biogas
„Auf lange Sicht“, so sagen die Volvo-Entwickler, „hat Flüssiggas das Potenzial, die Emissionen noch weiter zu reduzieren “. Sie verweisen auch auf den Schiffsverkehr mit flüssigem Erdgas, der heute schon gute Erfolge ausweist. Und sie rechnen mit verstärktem Einsatz von klimaneutralem Biogas anstelle von Erdgas, das jedoch die Versorgungssicherheit garantiert. „Wir glauben, dass Methan das größte Potenzial hat“, sagt Lars Martensson, „sowohl in Hinblick auf eine sofortige Reduktion von CO2 als auch für eine langfristige Lösung in den nächsten 20 bis 30 Jahren“. Der Direktor für Umweltschutz und Innovation bei Volvo ist auch überzeugt, dass sich das bisher lückenhafte LNG-Tankstellennetz schneller verdichtet als man heute annimmt. Denn in vielen Staaten wird die wachsende Brisanz des Klimawandels mit Sorge wahrgenommen – LNG-Antriebe könnten eine schnelle und handhabbare Lösung bieten.

 

Wolfgang Tschakert

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