treibstoffe

Motor - Treibstoffe
	©stu2006/10/14 (last update)

Der Viertakt-Otto-Motor
saugt beim 1. Takt das Benzin-Luft-Gemisch an und verdichtet es im 2. Takt. Am Ende des 2. Taktes wird das Gemisch durch die Zündkerze gezündet, es folgt der 3. Takt, der Arbeitstakt. Schließlich werden die Abgase im 4. Takt ausgestossen. Die Abgase gehen durch den Katalysator in den Auspuff. Ein Zylinder ist immer gerade an der Arbeit.

Herstellung von Auto-Benzin

Mit Primärbenzin würde heute kein modernes Auto funktionieren. Benzin muss eine entsprechende Oktanzahl haben. Die Oktanzahl beschreibt die Klopffestigkeit eines Treibstoffes. Ein Benzin mit zu geringer Oktanzahl explodiert beim Verdichten (2. Takt) im Motor von selbst, bevor der Takt des Kolbens zu Ende ist. Dies führt zu Fehlfunktionen des Motors und zu Motorschäden.

Seit Oktober 2005 müssen in Österreich 5% "Bio-Ethanol" zugesetzt werden. Dieses Ethanol wird aus landwirtschaftlichen Produkten (stärkehaltigen oder zuckerhaltigen Pflanzen) durch Gärung hergestellt.

Erhöhung der Oktanzahl von Benzin:

1) Cyclisieren: Dabei werden bei höheren Temperaturen in Gegenwart von Katalysatoren kettenförmige Moleküle zu ringförmigen Molekülen (=> bessere Klopffestigkeit / höhere Oktanzahl).

2) Reformieren: Dabei werden bei höheren Temperaturen in Gegenwart von Katalysatoren unverzweigte Moleküle zu verzweigten Molekülen (=> bessere Klopffestigkeit / höhere Oktanzahl).

3) Zusätze: Früher wurde das giftige Bleitetraethyl Pb(C₂H₅)₄ zugesetzt. Da Abgas-Katalysatoren durch das Blei wirkungslos würden, werden heute andere Stoffe zugesetzt:

Benzen ("Benzol") C₆H₆, ein krebserregender Stoff (bis zu 1% in Super-Benzin)
MTBE ("Methyl-tertiär-butyl-ether")
Alkohole, wie z.B. C₂H₅OH, etc.

Der Abgas-Katalysator beim Benzinmotor

Im Motor entstehen nicht nur CO₂ und H₂O, sondern es reagieren auch Stickstoff (4/5 der Luft) und Sauerstoff miteinander, dabei entstehen Stickoxide (NO, NO₂ , etc.). Die Abgase enthalten auch immer Kohlenmonoxid und unverbranntes Benzin. Ein geregelter Katalysator kann diese schädlichen Stoffe zu über 90% vermindern.

Eine Sonde misst die Zusammensetzung der Abgase, ein Computer berechnet für die Einspritzpumpe die richtige Zusammensetzung des Benzin-Luft-Gemisches

Ein Katalysator beschleunigt Reaktionen, ohne sich dabei selbst zu verändern - er wird auch nicht verbraucht. Der Katalysator im PKW besteht aus einer Art Ziegel mit sehr vielen kleinen Löchern (Oberfläche ca. so groß wie ein Fußballfeld). Dieses Stück Keramik ist mit einer dünnen Schicht Platin-Legierung überzogen. An seiner Oberfläche passieren unter anderem folgende Reaktionen:

Stickstoffmonoxid reagiert mit Kohlenmonoxid zu Stickstoff und Kohlendioxid	2 NO + 2 CO => N₂ + 2 CO₂
Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (Benzin) werden zu Kohlendioxid und Wasser	C_xH_y + z O₂ => x CO₂ + y/2 H₂O

Flüssiggas als Treibstoff für Benzin-Autos

"Flüssiggas" ist ein Gemisch aus Propan und Butan, das sich unter Druck leicht verflüssigen lässt. Es wird z. B. in Gasfeuerzeugen, Camping- und Laborkochern und als Treibgas in Spraydosen verwendet.
Schon seit einigen Jahrzehnten werden Benzin-Autos auch mit "Flüssiggas" betrieben. Benzin-PKW lassen sich mit einer Flüssiggas-Anlage nachrüsten. Dabei wird ein zusätzlicher Gas-Tank eingebaut und das Auto kann wahlweise mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden. Flüssiggas ist billiger, umweltfreundlicher und es gibt mehr Flüssiggas-Tankstellen um als Erdgas-Tankstellen. Wenn man beide Tanks voll hat, verdoppelt sich die Reichweite des Autos.
Nachteile: Der zusätzliche Tank vermindert das Kofferraumvolumen und man darf mit solchen Autos nicht in jeder Tiefgarage parken.

Der Diesel-Motor

Auch der Diesel-Motor ist zumeist ein Viertakt-Motor. Er unterscheidet sich vom Benzin-Motor dadurch:

1. Takt	2. Takt	3. Takt	4. Takt
Luft wird angesaugt	Luft wird verdichtet, dabei wird sie heiß und in die heiße Luft wird Diesel eingespritzt	Das Diesel/Luft - Gemisch entzündet sich von selbst - Arbeitstakt	Abgase werden ausgestoßen.

Der Diesel-Motor verbraucht weniger Treibstoff, als der Benzin-Motor, allerdings enthalten Diesel-Abgase Rußteilchen, auf denen sich krebserregende Substanzen befinden. Diesel-Abgase können nicht mit einem geregelten Katalysator unschädlich gemacht werden.
Verbesserungen der Diesel-Abgase sind nur durch Konstruktionsänderungen am Motor möglich und durch eine weitere Entschwefelung des Treibstoffes in der Raffinerie (das hängt von der Gesetzgebung ab und ist teuer).
Für LKW wurde ein System entwickelt um die Stickoxide aus Diesel-Abgasen zu entfernen, dieses ist im Experimentierstadium, es ist teuer und braucht viel Platz.

Um das Problem der krebserregenden Rußteilchen in den Abgasen zu vermindern, baut Citroen/Peugeot seit 2001 einen Rußfilter in Diesel-PKWs ein. Die anderen Autofirmen warten auf die Versorgung mit "schwefelfreiem" Diesel-Treibstoff, der eine ganz große Verminderung der Rußbildung ohne Filter ermöglichen soll.
Ab 2005 gilt in der EU eine neue Abgas-Norm ("weitgehende" Versorgung mit "schwefelarmem" Dieseltreibstoff = max. 10 mg Schwefel pro kg Treibstoff, ab 2009 "flächendeckende" Versorgung). Das wird zur Folge haben, dass Diesel-PKW weniger Treibstoff brauchen und weniger Ruß-Partikel ausstoßen.

Diesel-Treibstoff

Versuch

Diesel	Benzin
größere Moleküle - höherer Siedepunkt	kleinere Moleküle - niedriger Siedepunkt
verdampft schwer - schwer entzündlich	verdampft leicht - leicht entzündlich
soll im Motor von selbst zünden	soll im Motor nicht selbst zünden

Die Cetanzahl von Dieselkraftstoff beschreibt, wie leicht sich der Treibstoff beim Einspritzen in die verdichtete Luft im Zylinder entzündet. Je höher die Cetanzahl (mindestens 50) desto besser funktioniert der Motor und desto niedriger sind die Emissionen von Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

Beim Diesel-Treibstoff spielt die Oktanzahl keine Rolle. Im Winter wird "Winterdiesel" verkauft, der weniger "Paraffine" enthält. Paraffine sind feste Kohlenwasserstoffe, die im Diesel gelöst sind. Sie werden im Winter fest und verstopfen die Treibstoffleitungen und den Treibstofffilter. Diesel darf nach derzeitiger Gesetzeslage mehr Schwefel enthalten als Benzin.

Seit Oktober 2005 müssen in Österreich dem Diesel-Treibstoff 5% "Bio-Diesel" zugesetzt werden. Dieser Biodiesel wird aus pflanzlichem Öl (Rapsöl oder Altspeiseöl) durch Umestern mit Methanol hergestellt. Genauer behandeln wir diese Sache in einem späteren Kapitel. (Fette & Öle)

Diesel - Abgasreinigung: Neue Entwicklungen

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