Audi TCNG e-gas project

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Audi TCNG e-gas project
Audi TCNG e-gas project. foto: autodino/audi

Das Audi e-gas project – Lösung aller Energieprobleme?

Unter dem Begriff „Audi balanced mobility“ will das Unternehmen ein großes Ziel realisieren – eine ausgeglichene CO2-Bilanz über die gesamte Mobilitätskette. Ein Herzstück dieses Vorhabens ist das Audi e-gas project. Interessant dabei: Als erster Automobilhersteller weltweit baut Audi eine ganze Kette von nachhaltigen Energieträgern selbst auf. Während sich manche Wettbewerber darauf beschränken, Ökostrom von Dritten zu kaufen, steigt die Marke mit den Vier Ringen direkt in dessen Produktion ein. Autodino meint: EIN GENIALES KONZEPT!!!.

Lest selbst…

Dazu beteiligt sich Audi am Bau von Offshore-Windrädern in der Nordsee – sie erzeugen Ökostrom, der in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Mit Ökostrom will Audi seine künftigen elektrisch fahrenden e-tron-Modelle produzieren und auch betreiben.

Ein Teil des Windstroms soll einer Anlage zugutekommen, die per Elektrolyse Wasserstoff herstellt. Er kann künftig als Energiequelle für Brennstoffzellen­fahrzeuge dienen, alternativ lässt sich aus ihm in einem weiteren Schritt Methan herstellen. Dieses Methan heißt bei Audi e-gas; es ist chemisch mit Erdgas identisch und kann Verbrennungsmotoren antreiben. Audi wird ab 2013 Modelle mit der Bezeichnung TCNG in Serie bringen, deren vom TFSI abgeleitete Motoren mit e-gas laufen.

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Mittelfristig kann die deutsche Energiewirtschaft vom Konzept des Audi e-gas project profitieren. Es beantwortet die heute noch offene Frage, wie sich Ökostrom effizient und ortsunabhängig speichern lässt. Weht zum Beispiel viel Meereswind, lassen sich Strom-Überkapazitäten in e-gas wandeln und im größten verfügbaren Energiespeicher – dem öffentlichen Gasnetz – speichern. Aus dem Gasnetz lässt sich die Energie, wenn gewünscht, jederzeit ins Stromnetz zurückführen.

### Audi Pressemeldung ###

Das Audi e-gas project
Auf dem Weg in die CO2-neutrale Mobilität der Zukunft setzt Audi konsequent auf erneuerbare Energien – das Audi e-gas project wird ein Meilenstein auf diesem Weg. Es setzt sich aus zwei großen Bausteinen zusammen. Windräder erzeugen sauberen Strom; Audi nutzt einen Teil davon, um seine künftigen e-tron- Fahrzeuge zu bauen. Auch beim Antrieb der e-tron-Fahrzeuge soll der Ökostrom eine große Rolle spielen. Bereits im Mai 2010 hat Rupert Stadler, Vorsitzender des Vorstands der AUDI AG, die Maxime formuliert: „Elektroautos von Audi sollen vorwiegend mit nachhaltig erzeugtem Strom fahren.“

Eine neue Anlage – der zweite Baustein im e-gas project – wird mithilfe des verbleibenden Ökostroms per Elektrolyse Wasserstoff produzieren. Mit diesem klimafreundlich erzeugten Energieträger lassen sich mittelfristig Brennstoffzellen­autos betreiben. Aber Audi wird den Wasserstoff außerdem nutzen, um in einem weiteren Schritt aus ihm und aus COv(2) Methan zu erzeugen. Dieses Methan wird auch synthetisches Erdgas genannt, bei Audi heißt es Audi e-gas. Mit ihm lassen sich auf Erdgas ausgelegte Verbrennungsmotoren betreiben; Audi bringt ab 2013 solche Modelle mit der Bezeichnung TCNG in Serie.

Der besondere Nutzen der Methanisierung liegt darin, dass die Reaktion mithilfe von CO2 abläuft, das damit nicht in die Atmosphäre gelangt. So ergibt sich ein geschlossener COv(2)-Kreislauf, der klimafreundliche Langstreckenmobilität ermöglicht.

Das Audi e-gas project hat darüber hinaus einen immensen Nutzen, von dem die ganze Energiewirtschaft in Deutschland profitieren kann: Es koppelt den regenerativ erzeugten Strom auf dem Weg über das Methan an das Erdgasnetz an; damit kann es dazu beitragen, das Problem der Speicherung überschüssigen Wind- oder Solarstroms zu lösen. Aus dem Gasnetz lässt sich die Energie, wenn gewünscht, jederzeit ins Stromnetz zurückführen.

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„Die AUDI AG realisiert mit ihren Projektpartnern ein Verfahren, das die CO2-neutrale Mobilität in greifbare Nähe rückt“, sagt Michael Dick, Vorstand für den Geschäftsbereich Technische Entwicklung. „Unsere Technologie besitzt das Potenzial, der Diskussion über den Ausbau erneuerbarer Energien eine neue Richtung zu geben. Wir ergreifen hier selbst die Initiative und ergänzen die E-Mobilität durch ein ebenso klimafreundliches Konzept für die Langstrecke.“

Audi hat die Forschungsphase des e-gas project abgeschlossen. Ab Mitte 2011 erfolgt mit dem Neubau einer industriell nutzbaren Anlage der zweite Schritt, für den das Unternehmen einen hohen zweistelligen Millionenbetrag investiert. Damit startet Audi zusammen mit seinen Partnern – dem Stuttgarter Unternehmen SolarFuel GmbH, dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart, dem Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel und der EWE Energie AG – ein Energieprojekt in großem Stil.

Strom aus Offshore-Windrädern
Der erste große Baustein im Audi e-gas project sind die Windräder. In der ersten Projektphase finanziert das Unternehmen, zusammen mit einem regionalen Energieversorger, vier große Anlagen in einem Offshore-Windpark in der Nordsee. Mit jeweils 3,6 MW Leistung sollen sie im Jahr gemeinsam etwa 53 GWh Strom liefern – das entspricht dem Bedarf einer mittelgroßen Stadt.

Bei der Windenergienutzung in Deutschland spielen die Offshore-Windkraft­anlagen heute noch eine untergeordnete Rolle. Dabei können sie weit vor der Küste, bei durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten von etwa 30 km/h, etwa 40 Prozent mehr Energie produzieren als Onshore-Anlagen. Das Potenzial, das noch zu erschließen ist, liegt auf der Hand.

Die e-gas-Anlage
Der zweite große Baustein im Projekt ist die e-gas-Anlage, die Wasserstoff und Methan im industriell nutzbaren Maßstab produzieren wird. Der Spatenstich ist für Juli 2011 im niedersächsischen Werlte geplant. Die e-gas-Anlage ist an eine Abfall-Biogasanlage gekoppelt – von ihr bezieht sie das zur Methanisierung notwendige konzentrierte CO2, das sonst die Atmosphäre belasten würde.

Pro Jahr wird die Anlage etwa 1.000 Tonnen e-gas produzieren und dabei 2.800 Tonnen CO2 binden.

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Die Anlage besteht aus zwei Hauptkomponenten, dem so genannten Elektrolyseur und der Methanisierungsanlage. Dazu kommen Leitungstechnik, Tanks, Steuer- und Regelelektronik sowie Kompressoren zur Einspeisung von e-gas ins Erdgasnetz. Eine Laboranlage mit 25 kW Leistung, im Januar 2011 zu Testzwecken installiert, konnte auf Anhieb Gas in der geforderten Einspeise­qualität liefern.

Der Elektrolyseur wird mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben. Mithilfe von Polymer-Elektrolytmembranen spaltet er Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Der Wasserstoff kann künftig als Antrieb für Brennstoffzellen-Fahrzeuge wie dem Audi Q5 HFC dienen, die heute allerdings noch nicht serienreif sind. In der ersten Projektphase wird er deshalb nicht direkt genutzt; vielmehr gelangt er nach der Gastrennung und -trocknung in einen Speichertank und weiter zur Methanisierungsanlage.

Dort wird der Wasserstoff auf der Grundlage der sogenannten Sabatier-Reaktion mit Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Methan (CH4) verknüpft; als Nebenprodukt fällt Wasser (H2O) an. Auf diese Weise entsteht das Methan, ein synthetisches Erdgassubstitut, das in das deutsche Erdgasnetz und somit auch in das CNG-Tankstellennetz weitergeleitet wird.

Die Technologie, die sich in der chemischen Industrie seit Langem bewährt, funktioniert prinzipiell an jedem Standort, an dem Wasser, Strom und eine CO2-Quelle zur Verfügung stehen. Grundsätzlich lässt sich das CO2 auch der Umgebungsluft entziehen, wenn auch mit höherem Aufwand.

Der Strom aus Windkraft und das Methan aus der Anlage werden bereits in der ersten Phase des e-gas projects für insgesamt 2.500 Autos ausreichen. Mit einem Teil des Windstroms ließen sich 1.000 A1 e-tron herstellen und 10.000 km pro Jahr betreiben. Ein weiterer Anteil wird künftig ins Netz eingespeist, kommt bei Überschüssen im Stromnetz also auch der e-gas-Anlage zugute.

Mit dem regenerativ erzeugten e-gas können 1.500 A3 TCNG jeweils 15.000 km pro Jahr fahren. Dabei bleiben noch 150 Tonnen e-gas für das öffentliche Gas­netz. Bei Bedarf lässt sich dieses Gas wieder rückverstromen. Unter dem Strich stehen ein großer Nutzen für das Stromnetz und jährlich weit über 30 Millionen klimaneutrale Kilometer Fahrstrecke.

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In der Umweltbilanz brilliert e-gas als Antrieb für Fahrzeuge. Ein mit e-gas betriebenes Erdgas-Auto der Kompaktklasse emittiert pro km weniger als 30 Gramm CO2-Äquivalent, wenn man nicht die Emission am Auspuff, sondern die well-to-wheel Bilanz (von der Quelle zum Rad) betrachtet. Dabei sind Emissionen für den Bau der Windräder und der e-gas-Anlage schon eingerechnet. Noch besser schneiden nur Elektrofahrzeuge ab, die direkt mit Windstrom versorgt werden – sie stoßen noch nicht einmal vier Gramm pro km aus. In der energetischen Gesamtbilanz unter Einbeziehung der Fahrzeug-Produktion haben sie jedoch das Handicap, dass die Herstellung ihrer Batterien viel Energie verbraucht.

Die Speicherung von Ökostrom im Gasnetz
Das Audi e-gas project kann auf einen Schlag mehrere Antworten auf drängende Fragen der nachhaltigen Energiewirtschaft liefern. In der Prozesskette entstehen sauberer Strom, Wasserstoff und Methan – drei wichtige Energieträger für die Mobilität der Zukunft. Mittelfristig hat die Technologie das Potenzial, eine zu 100 Prozent regenerative und dennoch hochflexible Energieversorgungsstruktur für Strom, Wärme und Verkehr zu etablieren, bei der sich die Anteile der drei Energieträger ganz nach Bedarf austarieren lassen.

Die Zukunft der Energieversorgung in Deutschland gehört den erneuerbaren Energien. Im vergangenen Jahr stieg ihr Anteil am gesamten Verbrauch von Strom, Wärme und Kraftstoff erstmals über 10 Prozent. Bei der Stromerzeugung liegt er – mit großen Unterschieden zwischen den einzelnen Bundesländern – bereits bei 17 Prozent, zu denen die Windenergie den größten Teil beiträgt. Bis zum Jahr 2050 soll der Anteil regenerativer Energie am Bruttostromverbrauch auf 77 Prozent wachsen.

Die Windkraft besitzt große Potenziale. Das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) hat dazu im Auftrag des Bundesverbands WindEnergie eine Studie vorgelegt. Ihr zufolge ließen sich in Deutschland mit Windkraft pro Jahr realistisch etwa 390 Terawattstunden (TWh) Energie erzeugen; sie würden 64,7 Prozent des deutschen Bruttostromverbrauchs aus dem Jahr 2010 (603 TWh) decken. Die installierte Gesamtleistung beträgt im Rechenmodell 198 Gigawatt (GW).

Die Produktion des Stroms aus Wind und Sonne unterliegt jedoch naturbedingten Schwankungen, und die erforderliche Speicherkapazität ist heute noch sehr gering. Pumpspeicherwerke kommen nur als Kurzzeitspeicher infrage – im Notfall könnten sie die Energieversorgung in Deutschland gerade mal für eine Stunde aufrecht erhalten. Alle anderen Lösungen, Druckluftspeicher beispielsweise, sind in ihrer Kapazität und Speicherdauer ebenfalls stark eingeschränkt.

Das Konzept der Methanisierung von Wasserstoff mithilfe regenerativer Energie leistet einen Beitrag zur Problemlösung: Das Stromnetz wird mit dem unterirdischen Gasnetz gekoppelt – in ihm lassen sich die Überkapazitäten monatelang speichern. Das Potenzial des Gasnetzes beträgt 217 TWh, das Stromnetz kann lediglich 0,04 TWh speichern. Zudem liegt seine Transport­kapazität um ein Vielfaches – etwa Faktor 10 – niedriger als jene des Gasnetzes.

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Aus dem Gasnetz lässt sich die Energie durch Rückverstromung, etwa in Gaskraftwerken oder dezentral in Blockheizkraftwerken, jederzeit ins Stromnetz zurückführen. Neue dezentrale Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) können den Wirkungsgrad weiter erhöhen. Darüber hinaus eignet sich Methan auch für die Gasversorgung von Haushalten oder zur Bereitstellung von Hochtemperatur-Prozesswärme.

Der Wirkungsgrad der e-gas-Pilotanlage – vom Windrad zum Methangas – erreicht etwa 54 Prozent. Bei Nutzung der entstehenden Abwärme liegt dieser Wert nochmals deutlich höher. Für spätere Ausbaustufen ist ein Wirkungsgrad von über 60 Prozent das Ziel. Das Potenzial der Strom-Gas-Kopplung, Wind- oder auch Solarenergie in großen Mengen zu speichern, kann dem Ausbau der erneuerbaren Energien starke Impulse verleihen. Das Audi e-gas project lässt sich leicht auf alle Länder übertragen, in denen Erdgasnetze existieren – auch das beweist seine technisch-ökonomische Bedeutung.

Die Autos im e-gas project
Mit dem e-gas project stellt Audi drei Energieträger bereit – elektrischen Strom, Wasserstoff und Methangas. Sie eignen sich für ganz unterschiedliche Antriebs­konzepte – für Elektroautos, für Brennstoffzellenfahrzeuge und für CNG- Fahrzeuge.

Der Audi A1 e-tron
Der A1 e-tron ist das Konzept eines reinen Elektrofahrzeugs. Bei Bedarf lädt ein Range Extender die Batterie nach – der A1 e-tron bewegt sich ausschließlich mit der Kraft seiner E-Maschine, der Viersitzer kann also lokal emissionsfrei fahren.

Der Elektromotor des kleinen Kompakten liefert 45 kW (61 PS) Dauerleistung und 75 kW (102 PS) Spitzenleistung, die über ein einstufiges Getriebe an die Vorderräder fließen. Das maximale Drehmoment von 240 Nm steht vom Start weg bereit. Der A1 e-tron spurtet in 10,2 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht über 130 km/h Spitze.

Die Energie kommt aus einem Paket Lithium-Ionen-Akkus, das in Form eines T unter dem Mitteltunnel und der Fondbank liegt. Die flüssigkeitsgekühlte Batterie speichert 12 kWh Energie, genug für mehr als 50 km Strecke. Mit Starkstrom dauert ein Ladevorgang weniger als eine Stunde. Bei längeren Distanzen wird ein Range Extender aktiv. Der kleine Wankelmotor, der unter dem Gepäckraum liegt, lädt den Akku über einen Generator nach.

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Der Audi A3 TCNG
Der Technikträger Audi A3 TCNG kann das e-gas nutzen, das Audi in der Methanisierungsanlage erzeugt. Sein Vierzylinder-TFSI und der Katalysator im Abgasstrang sind für den Betrieb mit Erdgas ausgelegt. Allein in Deutschland ist es schon an rund 900 CNG-Tankstellen verfügbar – Tendenz steigend.

Über ein so genanntes Bilanzkreisverfahren, wie es in ähnlicher Form auch beim Bezug von Ökostrom funktioniert, kann sich der Kunde des A3 TCNG voraus­sichtlich ab 2013 Windenergie in den Tank holen. In dem Umfang, in dem er e-gas tankt, wird die zur Erzeugung dieser Menge benötigte regenerative Energie ins Netz eingespeist.

Die volumetrische Dichte des e-gas entspricht der des fossilen Erdgases und ist somit geringer als bei Superbenzin. Bei der Verbrennung von e-gas entsteht wie bei Erdgas deutlich weniger CO2 als bei Superbenzin.

Für das e-gas project bedeutet das: Die CO2-Emission ist nicht nur in der Gesamtbilanz (well-to-wheel) sehr niedrig, sondern auch am Auspuff (tank-to-wheel). Am Auspuff entweicht kein Gramm CO2, das nicht vorher bei der Herstellung von e-gas gebunden worden wäre. Zwischen der Herstellung des Kraftstoffs und seiner Verbrennung existiert also ein geschlossener CO2-Kreislauf.

Die hohe Oktanzahl von zirka 130 ROZ, die Erdgas, Biomethan und eben auch e-gas aufweisen, erlaubt eine hohe effektive Verdichtung im Turbomotor – Garant für hohe Effizienz. Wie jeder Audi ist auch der A3 TCNG ein Auto ohne Abstriche bei Alltagseigenschaften und Fahrspaß. Seine Gastanks, in denen das e-gas unter 200 bar Druck gespeichert wird, bieten genug Volumen auch für lange Strecken. Der Audi A3 TCNG ist bivalent ausgelegt – wenn sich die Gastanks leeren und keine CNG-Tankstelle in Sicht ist, fährt er ohne Leistungsverlust mit Benzin weiter.

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