Möchten Sie mehr zum Thema Erdgas erfahren?

CRAIG GIFFORD:
Willkommen bei Ask Swagelok. Mein Name ist Craig Gifford und das ist Chuck Hayes, der als Global Technical Lead im Bereich Clean Energy bei Swagelok arbeitet. Heute geht es um das Thema Erdgas.

Chuck, vielleicht kannst du zu Beginn erklären, welche verschiedenen Arten von Erdgas es gibt und wie diese verwendet werden?

CHUCK HAYES:
Okay, bei Erdgas in seiner Grundform handelt es sich grundsätzlich um Methan, also CH4. Erdgas besteht demnach aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen. Es gibt jedoch unterschiedliche Arten der Verwendung und damit auch verschiedene Namen. Erdgas kann z. B. über Rohrleitungen zu den Verbrauchern geleitet und dort für Ofen, Boiler und Herd verwendet werden. Auf diese Weise wird es weltweit genutzt.

Aber es gibt auch andere Formen. Zum Beispiel komprimiertes Erdgas – auch als CNG oder Compressed Natural Gas bezeichnet. Hierbei wird das Gas komprimiert, damit wir z. B. für den Transport oder auch die Nutzung mehr Moleküle in einem kleineren Volumen unterbringen können. Das gelingt, indem wir den Druck auf etwa 3600 psi erhöhen, das entspricht ungefähr 249 bar. 1 bar entspricht dabei etwa dem Normaldruck der physikalischen Atmosphäre. Das ist die Menge an Gas, die in 1 atm enthalten ist. Somit erreichen wir hier eine Kompression um das 250-fache.

Eine weitere Form ist flüssiges Erdgas bzw. LNG für Liquefied Natural Gas. Diese Variante nutzen wir, wenn große Mengen über weite Strecken transportiert werden müssen. Dabei wird das Erdgas verflüssigt und dann in flüssiger Form befördert. Flüssigkeiten kann man nicht weiter verdichten bzw. komprimieren – aber man bekommt deutlich mehr Moleküle unter. Das wären dann etwa 600 bar, also 600 atm. Das entspricht also in etwa dem Raum, den 600 Kilogramm Gas bei Normaldruck einnehmen.

Die letzte Variante ist erneuerbares Erdgas. Erneuerbares Erdgas ist noch relativ neu und hat unterschiedliche Namen. In Nordamerika wird es oft als RNG bzw. Renewable Natural Gas bezeichnet. In anderen Regionen spricht man auch von Biogas. Im Grunde stammt es aus Abfallströmen. Zu den Abfallströmen zählen beispielsweise Stallmist oder die Produkte aus Biogasanlagen, in denen landwirtschaftliche Abfälle zersetzt werden. Hierbei müssen z. B. die Bestandteile entfernt werden, die den Geruch verursachen. Das wäre hier Schwefel – der muss raus. Dann entfernen wir auch Siloxane und ein paar andere Stoffe. Am Ende erhält man rohes Biogas. Darin sind aber noch Stoffe enthalten, die wir NOx und SOx nennen. Also Stickoxide und Schwefeloxide in unterschiedlichen Konzentrationen. Wir entfernen diese Stoffe, trocknen das Gemisch und setzen es unter Druck. Anschließend leiten wir es durch ein System und können es als Gas verwenden. Das ist dann einfach ein Biogas. Man kann aber noch einen Schritt weitergehen und restlos alles herausfiltern, bis nur noch CH4 bleibt – dann wäre man wieder bei Erdgas.

CRAIG GIFFORD:
Danke, Chuck. Und welche verschiedenen Arten von Verteilungs- und Betankungsinfrastruktur gibt es für Erdgas – und welche Herausforderungen sind damit verbunden?

CHUCK HAYES:
Fangen wir mit der Betankungsinfrastruktur an – dabei geht es in erster Linie um Lkws, Autos und eventuell auch Schiffe. Zunächst vielleicht noch: CNG und RNG haben dieselbe chemische Zusammensetzung. In beiden Fällen handelt es sich um CH4. Beide sind gasförmig und stehen unter Druck. Wir verwenden CNG und RNG zur Betankung von großen und kleinen Lkws, Lieferfahrzeugen und Bussen. Hierfür gibt es spezielle Tankstellen – zum Beispiel an Autobahnraststätten für den Fernverkehr – oder die Betankung erfolgt oft auch auf dem Betriebsgelände. Viele Unternehmen haben ihre eigene Fahrzeugflotte, und bei denen sieht man das oft. Man hat also eine Tankstelle direkt auf dem eigenen Gelände.

Dort gibt es dann eine große zentrale Versorgungsleitung und die Fahrzeuge werden in einer Reihe aufgestellt. Dann wird ein Schlauch angeschlossen und das Fahrzeug wird über Nacht langsam betankt. So kann man jeden Tag nachtanken. Aber das funktioniert natürlich nicht, wenn man quer durchs Land fährt. Dann tankt man an der Raststätte, aber nicht dort, wo die Autos tanken. Man verwendet eine spezielle Zapfsäule, die wie eine normale Pumpe aussieht. Die Verbindung funktioniert zwar etwas anders, aber es gibt eine Verriegelung und so tankt man dann. Das ist dann eher eine schnelle Betankung. Genau, das ist eine Schnellfüllstation. Damit kann der Lkw in 10 bis 20 Minuten vollgetankt werden.

Dann gibt es noch LNG. LNG ist flüssig, aber sehr kalt. Das birgt einige Risiken. Man kann sich tatsächlich Kälteverbrennungen zuziehen. Und für die speziellen Klemmvorrichtungen braucht man besondere persönliche Schutzausrüstung (PSA) sowie zusätzliche Schulungen. Manchmal übernehmen die Fahrer die Betankung selbst, manchmal aber auch das speziell geschulte Personal an der Tankstelle.

Der letzte wichtige Einsatzbereich ist die Schifffahrt. Dabei wird Erdgas als alternativer Treibstoff verwendet, denn in vielen Teilen der Welt ist Schweröl in Häfen oder Küstengewässern nicht mehr erlaubt. Also wird auf LNG umgestellt, was dann wiederum in den gasförmigen Zustand gebracht und als CNG im Lkw oder auf dem Schiff selbst verwendet wird. Der andere Einsatzbereich ist der Großtransport. Wir haben also auf unseren Meeren diese riesigen Tanker, die CNG oder LNG an verschiedene Orte transportieren.

Zu den wichtigsten Herausforderungen zählen dabei die Kompression – wir müssen das Gas verdichten, um CNG zu erhalten – und die sichere Handhabung, d. h. durch geeignete Tanks und Behälter. Ein weiter wichtiger Punkt sind die richtigen leckagefreien Komponenten. Bei LNG kommen zusätzlich noch die Temperaturen und andere Faktoren ins Spiel, wie schon erwähnt z. B. an der Betankungsinfrastruktur.

CRAIG GIFFORD:
Welche einschlägigen Normen gelten bei der Auslegung von LNG- und CNG-Systemen?

CHUCK HAYES:
Das ist eine sehr gute Frage. Die Antwort hängt ein wenig davon ab, wo auf der Welt man sich befindet. Fangen wir mit CNG an: Wenn wir über Fahrzeuge in Nordamerika sprechen, ist die CSA, also die Canadian Standards Association, für diese Normen zuständig. Diese Normen dienen in erster Linie der Sicherheit, das ist ihr Hauptzweck. Es gibt die NGV-Normen, also Normen für Fahrzeuge mit Erdgasantrieb. Alle NGV-Normen, die mit einer 3 beginnen, also z. B. NGV 3.1 und so weiter gelten für Fahrzeugkomponenten. Es gibt eine ganze Reihe davon. Sie regeln, wie diese Komponenten spezifiziert und geprüft werden müssen, um eine normgerechte Verwendung sicherzustellen.

Für LNG gibt es ebenfalls entsprechende Normen. Auch hier beginnen die Normen für Fahrzeugkomponenten mit der Ziffer 3. In Europa ist das ein wenig anders. Dort gilt die ECE R110 als Norm für Fahrzeugkomponenten. Dafür sind andere Zertifizierungen notwendig. Die Prüfanforderungen ähneln sich jedoch stark, weil wir in den Normungsgremien intensiv daran arbeiten, diese Normen über die Kontinente hinweg zu harmonisieren.

Für Tankstellen gilt im Prinzip das Gleiche: Hier gelten ebenfalls NGV-Normen, diese beginnen jedoch mit der Ziffer 4. Also NGV 4.x – diese Reihe an Normen regelt die Anforderungen an die Komponenten der Tankstellen. Insgesamt gibt es also eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen – abhängig davon, was genau gemacht wird, wo es gemacht wird und wie.

CRAIG GIFFORD:
Genau. Ein Beispiel: In Indien, wo die Nutzung von CNG stark verbreitet ist, basieren die nationalen Normen zwar auf internationalen ISO-Normen, enthalten aber auch landesspezifische Anpassungen. Das wird in vielen Ländern und bei unterschiedlichen Normen so gemacht.

Verstehe. Und was sind die wichtigsten sicherheitstechnischen Aspekte bei der Lagerung von CNG und LNG?

CHUCK HAYES:
Fangen wir mit den grundlegenden Punkten an. CNG als Gas wird zur Verwendung in der Regel verbrannt, z. B. in einer Brennkammer. Bei der Verbrennung kommt es gewissermaßen zu einer kleinen Explosion. Das Gas ist explosiv und entzündlich – d. h. wir müssen sicherstellen, dass es nirgendwo auf der Welt zu einer unkontrollierten Freisetzung kommt. CNG wird demnach im gasförmigen Zustand verwendet. LNG hingegen verwenden wir in der Regel nicht in flüssiger Form. Die Lagerung und der Transport erfolgen in flüssigem Zustand und für die Nutzung wird das LNG in ein Gas umgewandelt. Das ist ein wichtiger Punkt, den man im Kopf behalten sollte.

In beiden Fällen wollen wir das Gas sicher einschließen. Damit das gelingt, müssen wir qualitativ hochwertige Produkte verwenden, die den einschlägigen Normen entsprechen und für die jeweilige Anwendung zugelassen sind. Also niedrige Leckageraten, gute Ventile, zuverlässige Verschraubungen und so weiter. Das sind Punkte, bei denen Swagelok unterstützen kann. Eine gute Auslegung ist auch wichtig. Bei LNG kommt jedoch noch ein weiterer Faktor hinzu. Und zwar, dass das Gas extrem kalt ist. Mögliche Gefährdungen sind Kälteverbrennungen und Erfrierungen der Atemwege sowie viele andere Risiken. Bei einer sehr schnellen und vollständigen Ausdehnung, d. h. mit einem Ausdehnungsverhältnis von 600 zu 1, wird unter Umständen eine große Menge an Energie freigesetzt. Sicherheit bedeutet hier also: keine Leckagen, keine unbeabsichtigte Freisetzung in die Atmosphäre. Nur so bleibt es sicher.

CRAIG GIFFORD:
Vielen Dank dafür, dass du dein Wissen mit uns geteilt hast, Chuck. Und vielen Dank, dass Sie sich dieses Ask Swagelok-Video angeschaut haben!