mini|Pkw Fiat 500 mit Erdgasantrieb – ohne äußerlich erkennbaren Unterschied zu den Benzin- und Dieselmodellen mini|Omnibus Mercedes-Benz Citaro CNG – aus Platzgründen sind die Tanks auf dem Fahrzeugdach befestigt mini|Traktor New Holland T6.180 – der Gastank ist hier separat an der Fahrzeugfront befestigt Ein Erdgasfahrzeug, auch Erdgasauto ( – NGV oder CNG vehicle – CNG steht kurz für compressed natural gas ) genannt, ist ein Kraftfahrzeug, das mit Erdgas, Biogas oder synthetisierten Gasen als Kraftstoff betrieben wird. Die Motoren dieser Fahrzeuge arbeiten meist nach dem Otto- oder Dieselverfahren. Erdgasfahrzeuge zählen zu Fahrzeugen, die eine alternative Antriebstechnik haben.

Die Energiedichte von Erdgas mit dem Hauptbestandteil Methan beträgt etwa 50 MJ/kg und ist damit um ca. 20 % größer als die von herkömmlichen Kraftstoffen aus Rohöl (Diesel, Benzin ca. 41,9 MJ/kg). Aufgrund seiner erheblich geringeren Dichte bei atmosphärischem Druck wird das Erdgas auf bis zu 240 bar komprimiert (CNG = Compressed Natural Gas), um eine ausreichende Energiemenge in einem vertretbaren Volumen im Fahrzeug mitführen zu können. Das Erdgas als heute wichtigster Energieträger im Haushaltsbereich wird über das bereits bestehende Erdgasnetz direkt zu den Tankstellen transportiert und dort komprimiert und steht so auch dem Autoverkehr zur Verfügung.

In Deutschland gibt es bis zum 31. Dezember 2026 eine Steuerbegünstigung bei der Besteuerung des Erdgases, die ab 2024 schrittweise reduziert wird. Durch die Begünstigung sollte der Anteil der Erdgasfahrzeuge gesteigert werden; so wollte die Europäische Kommission erreichen, dass Erdgasfahrzeuge bis 2020 einen Anteil von 10 % am europäischen Kraftfahrzeugbestand ausmachten. Doch wurde dieses Ziel weit verfehlt.

Erdgasfahrzeuge sind nicht mit den Autogas­fahrzeugen zu verwechseln, die mit Flüssiggas (LPG = liquefied petroleum gas) betrieben werden.

Geschichte der Erdgasfahrzeuge Erste Entwicklungen im Deutschen Reich mini|Gasbetriebener Pkw mit Wechselgasflaschen in Paris (1945) In der Fachliteratur finden sich nur wenige Informationen zur Geschichte des Erdgasfahrzeuges, da es bisher kaum in den Fokus der historischen Forschung geraten ist. Beim Automobil gab es Anfang des 20. Jahrhunderts einen Systemkampf zwischen Elektroantrieb, Dampfantrieb und Antrieb mit flüssigen Erdölderivaten. Gasantrieb spielte von Anfang an keine Rolle. Erst durch die Autarkiepolitik der Nationalsozialisten mit ihren „Heimischen Kraftstoffen“ im Dritten Reich wurden Gase als Automobilkraftstoff interessant. Vor allem Kommunalbetriebe stellten ab 1934 zunehmend ihren Autobus-, Müllwagen- und Straßenreinigungswagenbetrieb auf Gas um. Dabei wurden die erdgasähnlichen Stoffgemische Stadtgas und Klärgas eingesetzt. Das Gas wurde wie bereits heute auf 20 MPa komprimiert, aber noch in Wechselgasflaschen im Fahrzeug mitgeführt. Feste Gastanks wurden zunehmend ab 1935 eingesetzt, da der Wechsel der Gasflaschen im Betrieb sehr umständlich war. In den folgenden drei Jahren entstand im Deutschen Reich ein Gastankstellennetz mit 50 Tankstellen. davon gaben 10 Klärgas und 40 Stadtgas ab. Technisch federführend bei der Gaswagenentwicklung war die TH Berlin, insbesondere die Lastregelung wurde stetig verbessert. Aufgrund des hohen Systemgewichts kamen diese frühen Gassysteme mit festen CNG-Speichern nur für Nutzkraftwagen in Betracht. Seitens der politischen Führung bestand nur geringes Interesse an flächendeckendem Gasbetrieb, da Hydrierwerke für die Kohleverflüssigung, die konventionelle Kraftstoffe liefern konnten, als geeigneter für die Lösung der Kraftstofffrage erschienen. Nach Beginn des Zweiten Weltkrieges in Europa mit zunehmendem Treibstoffmangel setzten Kommunalbetriebe aus der Not heraus für Autobusse ballonartige Niederdruckspeicher ein, die das Gas bei atmosphärischem Druck auf dem Fahrzeugdach speichern konnten. Daneben wurde auch direkt am Fahrzeug erzeugtes Holzgas eingesetzt. Erste Gasbusse fuhren 1942 in Wiesbaden, ab 1943 war diese ausgesprochen einfache Technik auch in anderen Großstädten verbreitet. Die Erdgasbusse konnten sich bis in die frühen 1950er-Jahre halten, verschwanden dann aber schnell von den Straßen, weil wieder Erdöl verfügbar war. Ähnliche Entwicklungen wie in Deutschland gab es auch in anderen westlichen Industriestaaten.

Sonderentwicklungen in Italien und Neuseeland mini|Neuseeländischer Ford Falcon, der für den Betrieb mit Erdgas umgerüstet wurde Italien ist hier jedoch eine Ausnahme. In den 1950er-Jahren stieg die Erdgasförderung in Norditalien stark an, sodass es in Anbetracht des großen Energiebedarfes der italienischen Wirtschaft sinnvoll erschien, Erdgas als günstigen Kraftstoff einzusetzen. Die italienische Regierung förderte mit finanziellen Mitteln den Ausbau eines Erdgastankstellennetzes, sodass Automobilzubehörhersteller zunehmend Umrüstsätze von Benzinbetrieb auf Erdgas anboten. Serienmäßig produzierte Fahrzeuge mit Erdgasantrieb gab es aber zu jener Zeit noch nicht. Zwar erfuhr der Erdgaspersonenwagen so eine gewisse Verbreitung, blieb jedoch weitestgehend ein Nischenprodukt. Erst mit den Ölpreiskrisen in den 1970er-Jahren rückte das Erdgasfahrzeug wieder verstärkt in das öffentliche Bewusstsein. So wurden Entwicklungen in Richtung Erdgasantrieb unternommen, vor allem in Staaten mit eigenen, großen Erdgasvorkommen wie den USA, Kanada und Neuseeland. Insbesondere in Neuseeland wurde von staatlicher Seite der Erdgaspersonenwagen stark subventioniert, sodass hier zunächst italienische Umrüstsätze importiert und später von der heimischen Automobilzubehörindustrie hergestellt wurden. Bis in die 1980er-Jahre entstand in Neuseeland ein Netz aus 370 Erdgastankstellen und darüber hinaus Werkstätten, die Umbauten vornahmen. Bis Ende der 1980er-Jahre gab es in Neuseeland 120.000 Erdgasfahrzeuge, was 11 % des gesamten Kraftfahrzeugbestandes entsprach. Ein Regierungswechsel Mitte der 1980er-Jahre brachte jedoch ein jähes Ende der Subventionen, sodass es wirtschaftlich unattraktiv wurde, Fahrzeuge auf Erdgas umzurüsten. 2012 gab es in Neuseeland noch 65 Erdgasfahrzeuge, während es in Italien 750.000 waren.

Wirtschafts- und umweltpolitisch geförderter Aufschwung in den 1990er- und 2000er-Jahren Vor allem in Schwellenländern mit einfach zugänglichen Erdgasvorkommen setzten Regierungen zunehmend ab Beginn der 1990er-Jahre auf eine Autarkiepolitik, um Erdöl einzusparen. Insbesondere im Iran, in Pakistan, Argentinien, Brasilien und Indien sind daher Erdgasfahrzeuge sehr weit verbreitet. In westlichen Industriestaaten wie Deutschland wurde das Erdgasfahrzeug wegen der durch Umweltpolitik geschaffenen Rahmenbedingungen in der öffentlichen Wahrnehmung eine „Umweltschutzmaschine“, sodass Automobilhersteller hier vor allem aus Gründen der Markterweiterung anfingen, Erdgasfahrzeuge anzubieten. Wirtschaftlich wurden Erdgasfahrzeuge nur durch staatliche Subventionen und Steuererleichterungen. Ohne solche Maßnahmen hätte das Erdgasfahrzeug niemals eine nennenswerte Verbreitung erfahren.

Nachdem die politischen Rahmenbedingungen geschaffen waren (Reduzierung der Mineralölsteuer auf Erd- und Biogas, Ausnahme von der Kfz-Steuer für monovalente Fahrzeuge), wurden in Deutschland bis Ende der 1990er-Jahre etwa 5000 Fahrzeuge auf Erdgasbetrieb umgerüstet und es entstand ein Tankstellennetz von 160 Erdgastankstellen. Meist waren es Erdgasversorger, die zunächst ihre eigenen Fahrzeuge auf Erdgasbetrieb umrüsteten, die zu den 5000 besagten Erdgasfahrzeugen gehörten. Im Jahr 2000 wurde schließlich der „Trägerkreis Erdgasfahrzeuge“ gegründet, dem Unternehmen aus der Energie-, Gas-, Mineralöl- und Automobilindustrie sowie das Bundesministerium für Umwelt und der ADAC angehörten. Dieser Trägerkreis setzte sich für Subventionen ein und propagierte das Erdgasfahrzeug als umweltfreundliche „Sparmaschine“: sparsam, sicher und sauber. Zusätzlich dazu führte die rot-grüne Bundesregierung unter Bundeskanzler Gerhard Schröder die „Ökosteuer“ ein, eine Erhöhung der Mineralölsteuer, wodurch Erdgasfahrzeuge einen zusätzlichen künstlichen ökonomischen Vorteil erhielten. So stieg der Bestand an Erdgasfahrzeugen in Deutschland bis 2012 auf rund 95.000 Fahrzeuge, was etwa 0,2 % des Gesamtfahrzeugbestands der Bundesrepublik ausmachte. Das reichte aus, dass das Erdgasfahrzeug nicht nur bei Flottenbetrieben, sondern auch unter privaten Fahrzeugpionieren als etabliert gelten konnte. Anders als noch in den 1990er-Jahren hatten mehrere Hersteller serienmäßige Erdgasfahrzeuge im Angebot. Allerdings hatte der Trägerkreis Erdgasfahrzeuge schon für das Jahr 2004 ein Ziel von deutschlandweit 1000 Erdgastankstellen angestrebt, das aber verfehlt wurde, denn tatsächlich gab es fast ein Jahrzehnt später (2013) erst 920 Tankstellen.

Stagnation seit 2010 und Abschwung zu Beginn der 2020er-Jahre Seit 2010 stagnierte dann der weitere Ausbau des Erdgastankstellennetzes. Ursächlich dafür war, dass Erdgastankstellen nicht gewinnbringend betrieben werden können. Inzwischen sinkt die Anzahl der Tankstellen. Mit der seit Ende der 2010er-Jahre fast ausschließlichen Fokussierung der Fahrzeughersteller auf die Elektromobilität als alternative Antriebstechnik verschwand der Gasbetrieb bei neu entwickelten Modellen aus ihren Planungen, so dass im Jahre 2023 in Deutschland keine Erdgas-Neufahrzeuge mehr angeboten werden.https://www.adac.de/verkehr/tanken-kraftstoff-antrieb/alternative-antriebe/erdgas/ (Abgerufen am 20. Juli 2023) Dies dürfte mittelfristig zum Verschwinden dieser Antriebsart aus dem Straßenverkehr führen.

Technische Grundlagen Erdgas als Kraftstoff Erdgas ist ein Gasgemisch, dessen Hauptbestandteil Methan ist. Methan ist ein Kohlenwasserstoff und bei Standardbedingungen (298,15 K, 101,325 kPa) gasförmig. Es hat zwar einen sehr hohen massenbezogenen Heizwert von 50 MJ/kg jedoch in Relation zur Masse ein sehr großes Volumen (Dichte ca. 0,66 kg/m³). Es muss daher auf mind. 20 MPa komprimiert oder verflüssigt werden, um in ausreichender Menge im Fahrzeug mitgeführt werden zu können. Im Vergleich zu anderen Kohlenwasserstoffen ist das Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis des Methans mit 1:4 relativ gering. Bei der Verbrennung von Erdgas wird beim gleichen Energieeinsatz daher rund 25 % weniger Kohlenstoffdioxid freigesetzt, als bei der Verbrennung von Motorenbenzin oder Dieselkraftstoff. Methan hat eine hohe Selbstentzündungstemperatur, weshalb es sich vor allem für Motoren mit Fremdzündung (Ottomotoren) eignet. Die hohe Klopffestigkeit (Methanzahl) erlaubt ein höheres Verdichtungsverhältnis als bei Ottomotoren mit Benzinbetrieb, was sich günstig auf den Wirkungsgrad auswirkt. Auch sind die Zündgrenzen sehr hoch, was in der Theorie Schichtladekonzepte und Magerbetrieb sinnvoll erscheinen lässt. Im Vergleich zur Benzindirekteinspritzung ist der Gemischheizwert bei Erdgasdirekteinblasung ca. 3 % geringer.

CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) als Kraftstoff für Pkw ist in der Norm DIN 51624 definiert. Es muss eine Mindestmethanzahl von 70 MZ und einen Methananteil von mindestens 80 % haben, die Dichte liegt im Bereich von 0,72–0,91 kg/m³. Zusätzlich wird zwischen zwei Qualitäten, High und Low, unterschieden. Erdgas der Qualitätsstufe Low hat einen mehr als 10 % geringeren Heizwert als Erdgas der Qualitätsstufe High. Dies muss bei der Motorauslegung berücksichtigt werden, ebenso wie unerwünschte Kraftstoffbestandteile wie Schwefel (durch Odorierung), Schmieröl (aus dem Gaskompressor an der Tankstelle) und Siloxane (entstehen bei der Biogasproduktion).