Flüssiggas – einfach erklärt

Begriff, Abgrenzung und Bedeutung

Flüssiggas bezeichnet Gase, die durch Kühlung oder Kompression verflüssigt werden. Manche bleiben bei Normaldruck durch starke Kühlung und Wärmeisolation flüssig, etwa Sauerstoff und Stickstoff. Andere müssen unter Druck stehen, darunter Propan und Butan in Feuerzeugen, Campingflaschen oder Heizungs-Vorratstanks.

Im allgemeinen Sprachgebrauch meint Flüssiggas meist LPG („Liquefied Petroleum Gas“, in der Schweiz teilweise GPL). Dabei handelt es sich um kurzkettige Kohlenwasserstoffe wie Propan und Butan oder deren Gemische, die bei Raumtemperatur schon bei geringer Kompression von unter 10 bar flüssig bleiben. LPG entsteht bei der Förderung von Erdöl und Erdgas sowie in Erdölraffinerien und ist damit überwiegend ein fossiler Energieträger.

NGL („Natural Gas Liquids“) ist ein weiter gefasster Begriff: Er umfasst alle in Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe außer Methan, also auch Ethan. Ethan ähnelt in seinen physikalischen Eigenschaften noch stark dem Methan, gehört meist nicht zu LPG und wird häufig aufbereitetem Erdgas wieder zugesetzt.

LPG darf nicht mit Flüssigerdgas LNG oder flüssigem Biomethan LBM verwechselt werden. LNG besteht zu etwa 90 bis 98 Vol.-% aus fossilem Methan, LBM aus bis zu 99,8 % Biomethan. Beide werden erst durch Abkühlung auf −161 bis −164 °C flüssig und müssen bei dieser Temperatur transportiert und gelagert werden. LPG wird dagegen wegen seiner leichteren Verflüssigbarkeit nicht über Pipelines, sondern mit Seeschiffen, Binnenschiffen, Bahnkesselwagen oder Straßentankwagen transportiert.

Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften

LPG besteht aus einem oder mehreren leicht verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen mit drei oder vier Kohlenstoffatomen. Dazu gehören Propan C₃H₈, Propen beziehungsweise Propylen C₃H₆, Butan C₄H₁₀, Buten beziehungsweise Butylen C₄H₈, Isobutan beziehungsweise Methylpropan C₄H₁₀ und Isobuten beziehungsweise Methylpropen C₄H₈. Propen, Buten und Isobuten besitzen jeweils eine Doppelbindung. Autogas und Campinggas bestehen oft nur aus Propan und Butan.

Gasförmiges LPG ist dichter als Luft. Es wird unter Druck gelagert und transportiert. Bei Zimmertemperatur beginnt seine Verflüssigung ungefähr bei 8 bar; dabei schrumpft das Volumen auf etwa 1/260. In einem geschlossenen Druckbehälter bildet sich zwischen Flüssigkeit und Gas ein Gleichgewicht mit einem bestimmten Dampfdruck.

Gasförmiges LPG ist leicht brennbar und kann mit Luft explosionsfähige Gemische bilden. Abhängig vom Kohlenwasserstoffgemisch liegen die Explosionsgrenzen zwischen 1,5 und 11 Vol.-% in der Luft. Der Siedepunkt eines Propan-Butan-Gemischs hängt vom Mischungsverhältnis ab und liegt bei 1 bar zwischen −42 °C für reines Propan und −0,5 °C für reines Butan.

Der Heizwert beträgt 46,33 MJ/kg beziehungsweise 12,87 kWh/kg, der Brennwert 50,33 MJ/kg beziehungsweise 13,98 kWh/kg. Bei 20 °C und Überdruck wird eine Dichte von 540 kg/m³ angegeben; für Propan sind es 500 kg/m³ bei 8,4 bar und für Butan 580 kg/m³ bei 2,1 bar. Gefahrguttransporte tragen nach ADR die UN-Nummer 1965 und die Kemler-Zahl 23.

Gewinnung und Aufbereitung

Flüssiggas wird aus Erdgas gewonnen oder fällt bei der Verarbeitung von Rohöl in Raffinerien an. Bei der Gewinnung aus Erdgas werden saure Bestandteile wie Schwefelwasserstoff mit alkalischen Medien entfernt. In Raffinerien trennt man die Flüssiggasfraktion beispielsweise durch Destillation oder andere Verfahren von den übrigen Erdölprodukten. Die genaue Zusammensetzung hängt vom eingesetzten Verfahren ab.

Daneben gibt es sogenanntes Bio-Flüssiggas. Es kann unter anderem bei der Hydrierung von Fetten und Ölen entstehen. Hydrierung bedeutet hier die Reaktion mit Wasserstoff: Der Glycerinanteil der Fettsäureester wird direkt zu Propan umgewandelt. Die allgemeine Reaktionsgleichung lautet: C₃H₅(RCOO)₃ + 12 H₂ → C₃H₈ + 3 RCH₃ + 6 H₂O.

Nutzung für Wärme, Kühlung und Fahrzeuge

Die wichtigsten Einsatzgebiete sind Heizen, Kochen, der Betrieb von Brennern, die Verwendung als Kraftstoff sowie der Einsatz als Treib- und Kältemittel.

Für Heizungen wird LPG beim Verbraucher in Behältern mit einigen hundert bis mehreren tausend Litern Volumen gelagert und durch Tankwagen geliefert. Besonders in ländlichen Gebieten Europas dient es zur Beheizung von Einfamilienhäusern. In kleinen Flüssiggasnetzen wird das verdampfte Gas von einem zentralen Lagerbehälter über ein Niederdrucknetz zu mehreren Häusern geleitet. Gegenüber Heizöl verursacht LPG als Heizenergieträger deutlich weniger Feinstaub und etwas weniger CO₂.

Für Haushalte, Grills und Camping werden Flaschen und Kartuschen genutzt. Übliche Füllmassen sind in Deutschland und der Schweiz 5 kg, in der Schweiz außerdem 7,5 kg sowie 10 kg oder 10,5 kg und in Deutschland 11 kg oder 33 kg. In Südeuropa wird für Flaschengas überwiegend Butan verwendet, in Deutschland und der Schweiz für große Campingflaschen Propan; kleine Kartuschen können Mischungen enthalten. Reines n-Butan bleibt unter seinem Siedepunkt von −0,5 °C bei normalem Luftdruck flüssig. Isobutan eignet sich bei Kälte besser, weil sein Siedepunkt bei −11,7 °C liegt. In Deutschland ist das Kochen in der Küche mit einer Gasflasche bis höchstens 16 kg erlaubt, wenn die Sicherheitsvorschriften eingehalten werden und ein Sachkundiger die Anlage nach den Technischen Regeln Flüssiggas 2012 installiert und abnimmt.

LPG betreibt außerdem Bunsenbrenner, Geräte zum Hart- und Weichlöten, Schweißen und Brennschneiden sowie Brenner zum Verarbeiten bitumenhaltiger Baustoffe. Als Kältemittel in Klimaanlagen ersetzt es ozonschädliche FCKW und klimaschädliche FKW. Speziell aufbereitet wird es auch in Kühlschränken verwendet. Außerdem dient es als echtes Treibgas in Sprühdosen.

Als Autogas treibt ein Propan-Butan-Gemisch dafür ausgerüstete Ottomotoren an. Sein Mischungsverhältnis unterscheidet sich nach Land, Jahreszeit und Anbieter. Das flüssige Gemisch wird bei Umgebungstemperatur mit 10 bis 12 bar über besondere Anschlüsse in den Fahrzeugtank gepumpt.

Ersatz für Erdgas und wirtschaftliche Daten

Seit Beginn des Russisch-Ukrainischen Krieges im Februar 2022 und der damit verbundenen Erdgasknappheit stellten zahlreiche deutsche Industriebetriebe ihre Brenngasversorgung ersatzweise auf LPG um. Solche Anlagen bestehen gewöhnlich aus einem oft erdgedeckten Tank, einer Pumpe, einem Verdampfer und einer Gasmischanlage.

Die Mischanlage verbindet Flüssiggas mit Umgebungsluft. Sie erzeugt fortlaufend ein Gasgemisch, dessen Wobbe-Index oder volumetrischer Brennwert dem zuvor eingesetzten Erdgas entspricht. Der Wobbe-Index ist eine Kennzahl für die Austauschbarkeit von Brenngasen. Dadurch kann die vorhandene Leitungsinfrastruktur ab dem Einspeisepunkt grundsätzlich weiterverwendet werden. Erforderlich ist mindestens ein an die örtlichen Bedingungen angepasstes Druckregelungssystem. Wegen möglicher Durchsätze von bis zu 10.000 Nm³/h muss zum Brand- und Explosionsschutz auch der Sauerstoffanteil im Gasgemisch überwacht werden.

Die amtlichen deutschen Mineralöldaten zeigen schwankende Mengen. Das Gesamtaufkommen lag beispielsweise im September 2023 bei 261.697 Tonnen, im Dezember 2023 bei 297.255 Tonnen, im März 2024 bei 370.136 Tonnen und im September 2024 bei 286.845 Tonnen. Für September 2024 wurden außerdem 285.598 Tonnen Brutto-Raffinerieerzeugung, 57.936 Tonnen Importe aus der EU und 13.045 Tonnen Importe aus Drittländern ausgewiesen.

Sicherheit und rechtliche Vorgaben

Die leichte Brennbarkeit, die Bildung explosionsfähiger Luftgemische und die höhere Dichte gegenüber Luft bestimmen die Sicherheitsregeln. Ausgetretenes Gas kann sich besonders unter Erdgleiche, etwa in Kellern, sowie an Kanaldeckeln, Luken und Kellerabgängen wie ein „See“ sammeln. Solche Bereiche müssen deshalb in die Gefährdungsbeurteilung einbezogen werden. Der europäische Transport unterliegt den ADR-Gefahrgutbestimmungen.

In Deutschland gelten Flüssiggaslagerbehälter als überwachungsbedürftige Anlagen nach der Betriebssicherheitsverordnung. Zugelassene Überwachungsstellen müssen sie vor der Inbetriebnahme und danach in festgelegten Abständen prüfen. Außerdem gelten Vorschriften zum Explosionsschutz. Die Technische Regel für Flüssiggas (TRF) fasst den Stand der Technik und Anforderungen aus Vorschriften und Normen zusammen. Für ortsfeste Druckanlagen gelten insbesondere die TRBS 3146; nach § 3 BetrSichV und § 6 GefStoffV müssen Gefahren beim Errichten, Aufstellen, Befüllen, Lagern, Entleeren, Instandhalten, Stillsetzen und Demontieren ermittelt werden. Die TRGS 407 behandelt die Gefährdungsbeurteilung bei Tätigkeiten mit Gasen. Frühere besondere Beschränkungen für Garagen sind in Deutschland offiziell aufgehoben.

Ab einer Lagerkapazität von mindestens 3 t ist grundsätzlich ein Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz erforderlich. Für einen Behälter mit 29 t, also mindestens 9 t und weniger als 30 t, wird ein vereinfachtes Verfahren ohne öffentliche Auslegung genannt; bei 165 t ist ein förmliches Verfahren mit öffentlicher Auslegung erforderlich. Im Artikel werden zugleich Referentenentwürfe erwähnt, die für das förmliche Verfahren eine Schwelle von 50 t vorsehen. Unabhängig davon fällt die Lagerung von Propan ab 50 t unter die Störfallverordnung und kann zusätzliche Dokumentations- und Prüfpflichten auslösen.

In Österreich regelt die Flüssiggas-Verordnung Lagerung, Abfüllung, Umfüllung und Verwendung. Garagenbestimmungen sind dort nicht einheitlich, weil sie in die Zuständigkeit der Bundesländer fallen.

Das Einatmen von Feuerzeuggas ist lebensgefährlich. Seine narkotisierende Wirkung beruht auf Sauerstoffmangel im Gehirn und kann Bewusstlosigkeit oder Atemstillstand mit möglicherweise tödlichem Ausgang verursachen. Zusätzlich kann die neurotoxische Wirkung Herzrhythmusstörungen sowie Schäden an Gehirn und Nervensystem hervorrufen.