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Wichtige Punkte, die beim Bau zuverlässiger Tankstellen für komprimiertes Erdgas zu berücksichtigen sind

Drei Beispiele, wie intelligente Fluidsysteme zum Bau besserer CNG-Tankstellen beitragen können

Chuck Hayes, Lead New Product Development Engineer bei Swagelok, und Paul LeStrange, Technical Representative, Alternative Fuels, Swagelok San Diego

Schwerlaster, Stadtbusse und andere große Fahrzeuge werden seit jeher mit Dieselgestank und schwarzen Abgaswolken assoziiert.

Im Jahr 2021 sind das jedoch überholte Vorstellungen. Die weltweit strengeren Emissionsvorschriften sorgen auch im Bereich des Transportwesens dafür, dass die Forschung zu alternativen Kraftstoffen für Fahrzeuge aller Art vorangetrieben wird. Komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas – CNG) gilt momentan als einer der vielversprechendsten alternativen Kraftstoffen, vor allem aufgrund seiner guten PS-Leistungen, Kosteneffizienz und der erheblich niedrigeren Emissionen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Im Zuge dessen sind immer mehr CNG-Fahrzeuge auf den Straßen der Welt unterwegs.

Dieser Aufwärtstrend wird sich aller Voraussicht nach fortsetzen. Die US-amerikanische Regierung hat kürzlich die Laufzeit des Alternative Fuel Infrastructure Tax Credit verlängert. Dieses Gesetz sieht einen Steuerfreibetrag von 30 % auf die Baukosten für Betankungsanlagen für Erdgas und eine Reihe weiterer Kraftstoffe vor, die bis zum 31. Dezember 2021 installiert werden. Anreize dieser Art werden weltweit umgesetzt und tragen dazu bei, den Bau eines zuverlässigen Netzwerks aus Tankstellen voranzutreiben. Das wiederum führt dazu, dass CNG zunehmend großflächig zum Einsatz kommt.

Um diese finanziellen Anreize bestmöglich auszunutzen und eine zuverlässige CNG-Betankungsinfrastruktur für sowohl Privatnutzer als auch Fahrzeugflotten aufzubauen, muss ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen einem schnellen und effizienten Bau einerseits und der Sicherheit und Integrität der Betankungsinstallationen andererseits gewährleistet sein. Bei der Auswahl der Fluidsystemkomponenten für CNG-Betankungsanlagen sollten Sie die folgenden drei Punkte berücksichtigen:

1. Maximale Effizienz und Systemintegrität durch vormontierte Systeme

CNG-Tankstellen umfassen in der Regel ein komplexes Netzwerk aus Rohrleitungen, Ventilen und anderen Komponenten, über die das komprimierte Gas von der Quelle zum Fahrzeug transportiert wird. Auf dem Weg zum Fahrzeug wird das Gas auf den notwendigen Druck komprimiert. Dabei wird es über Rangfolge-Panels und Ventile zu einzelnen Pumpen und Schläuchen geleitet und kommt dann über ein spezielles Ventil beim Fahrzeug an.

Mit vollständig vormontierten und direkt montagebereiten Fluidsystemen wird der Bau beschleunigt und gleichzeitig sichergestellt, dass alle Komponenten korrekt zusammengebaut wurden.

Für die Auslegung und den Zusammenbau dieser Systeme ist eine gewisse Expertise im effizienten Aufbau und der sicheren Installation notwendig. Ein erfahrener Installateur fängt z. B. mit einer langen Rohrleitung an und legt fest, an welchen Punkten eine Biegung erforderlich ist, um die Leitung mithilfe bewährter Best Practices angemessen ins System zu integrieren.

Das hierfür benötigte Fachwissen ist nicht sehr weit verbreitet. Zudem ist es nicht ganz einfach Fachkräfte zu finden, die dieses Wissen auch in die Praxis umsetzen können. Vormontierte Untersysteme eines zuverlässigen Anbieters können bei der Überwindung solcher Herausforderungen helfen. Vollständig vormontierte Fluidsysteme sind bereits bei Lieferung montagefertig. So wird der Bau beschleunigt und es kann sichergestellt werden, dass alles korrekt montiert wurde.

2. Erhöhte Sicherheit durch leckagefreie Hochdruckverbindungen

Nach dem Bau der Tankstelle hat die betriebliche Sicherheit höchste Priorität. Bei jedem Betankungsvorgang muss eine sichere und einfache Bedienung der CNG-Zapfsäulen gewährleistet sein. Hierzu müssen potenzielle Leckagen im System vermieden werden und der Druck von der Quelle zur Zapfsäule konstant gehalten bzw. verändert werden können.

Obwohl Erdgas sehr verbreitet ist und die meisten mit der Nutzung bereits vertraut sind, bringt CNG aufgrund der erforderlichen Drücke viele unterschiedliche Herausforderungen mit sich. So ist der CNG-Druck bei der Vor-Ort-Lagerung beispielsweise um ein Vielfaches höher als der Druck, mit dem das Gas in den Tank des Fahrzeugs gelangt. Durch den Druckabfall bei der Betankung fällt die Gastemperatur infolge des Joule-Thomson-Effekts deutlich ab.

Bei herkömmlichen Gewindeverbindungen kann aufgrund der Druck- und Temperaturveränderungen des Gases keine langfristige Leckagesicherheit gewährleistet werden. Diese Gewindeverbindungen können in Mitleidenschaft gezogen werden und bei Materialien geringerer Qualität können die Temperaturschwankungen zu Ausdehnung bzw. Schrumpfung führen. Dies kann schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Am Einsatz qualitativ hochwertiger Komponenten führt daher kein Weg vorbei. Hierzu zählen z. B. Verschraubungen, die selbst unter anspruchsvollen Bedingungen eine gute Systemintegrität gewährleisten.

3. Erhöhte Zuverlässigkeit durch qualitativ hochwertigere Materialien

Genau wie herkömmliche Gewindeverbindungen sind auch konventionelle Materialien nicht immer die beste Wahl für CNG-Infrastrukturkomponenten, bei denen langfristige Zuverlässigkeit und Integrität von äußerster Wichtigkeit sind.

Rohrleitungen aus Kohlenstoffstahl beispielsweise sind für viele Systeme sehr gut geeignet. In Anwendungen mit hohem Risikopotenzial und hohen Drücken wie bei CNG-Betankungsanlagen ist Kohlenstoffstahl aufgrund seiner Korrosions- und Rostanfälligkeit allerdings nicht die erste Wahl. Erdgas hat einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, der Materialien wie Kohlenstoffstahl schneller korrodieren lässt. Da sich CNG-Tankstellen unter freiem Himmel befinden, müssen auch Wettereinflüsse wie Regen oder Schnee als weitere mögliche Korrosionsursache berücksichtigt werden.

Korrosion kann zu kleinen Löchern auf der Oberfläche des Materials führen. Selbst das kleinste Loch kann bei den bei CNG typischen Betriebsdrücken Probleme verursachen. Die Materialwahl ist demnach ein wichtiger Aspekt beim Aufbau einer CNG-Infrastruktur. Rostfreier Stahl AISI 316 bzw. 316L ist hierfür eine gute Wahl. Rostfreie Stähle mit erhöhtem Nickel- und Chrom-Anteil bieten sogar eine noch höhere Korrosionsbeständigkeit. Durch die Auswahl der geeigneten Materialien kann langfristig eine gute Leistung sichergestellt und eine ständige Wartung oder ein häufiger Austausch der Komponenten vermieden werden.

Da CNG-Fahrzeuge weltweit immer mehr Verbreitung finden, muss eine zuverlässige Infrastruktur für CNG geschaffen werden. Für einen effizienten Aufbau, die Betriebssicherheit und die langfristige Zuverlässigkeit braucht es die richtigen Anbieter an der Seite, die Unterstützung sowohl bei der Auswahl als auch Beschaffung qualitativ hochwertiger Bauteile und Komponenten für CNG-Betankungssysteme bieten.

Sie möchten mehr erfahren? Wir verfügen über umfangreiche Erfahrungen im Aufbau leistungsfähiger CNG-Betankungsinfrastrukturen auf der ganzen Welt. Unsere Field Engineers und Experten freuen sich darauf, Ihr nächstes Projekt auf Erfolgskurs zu bringen.

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