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HTWG Konstanz Labor für Verbrennungs-motoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner
Basiswissen Verbrennungsmotor 2 Kraftstoffe
Bild 2.1 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig 2008-01-08
2.5 Alternative Kraftstoffe
2.2 Kenngrößen von Kraftstoffen
2.1 Geografische Herkunft und Zusammensetzung der Kraftstoffe
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.3 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
2.1 Herkunft und Zusammensetzung von Kraftstoffen
○ Heute werden Kraftstoffe im Allgemeinen aus Mineralöl hergestellt.
○ Sie sind deswegen eine Mischung aus vielen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. (Diesel besteht beispielsweise aus etwa 3000 verschiedenen chemischen Verbindungen.)
○ Die Zusammensetzung der Kraftstoffe bestimmt wesentlich die motorischen Eigenschaften.
○ Teilweise werden Kraftstoffe auch aus Gasen oder biologischen Produkten wie Zuckerrohr, Holz oder Pflanzenöl hergestellt.
Das Mischungsverhältnis der Endprodukte lässt sich kaum verändern. Zurzeit wird in Europa wegen der vielen Dieselfahrzeuge zu viel Benzin produziert, das zum größten Teil nach USA verkauft wird. Bei Zugabe von Pflanzenöl und Wasserstoff entstehen hydrierte Pflanzenöle, die ähnliche Eigenschaften wie Dieselkraftstoff haben.
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Verschiedene Kraftstoffsorten
Kurzkettige Moleküle sind eher gasförmig, langkettige eher zähflüssig.
Bild 2.6 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Entwicklung der Kraftstoffpreise in Deutschland
Ein Grund, warum der Anteil an Diesel-Pkw in den letzten 15 Jahren deutlich zugenommen hat, ist der große Preisunterschied zwischen Dieselkraftstoff und Ottokraftstoff. Die 15 größten Seeschiffe produzieren mehr Schwefeldioxid als alle 760 Mio. Autos weltweit.
Bild 2.7 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Quelle: Aral, mot 16/2004, AMS 14/2008, Wärtsilä, TP 23/2011
2012-03-06
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1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
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Normal-BenzinSuper-BenzinDiesel
Marktanteile in Deutschland (Stand: Juni 2004) 53 % Dieselkraftstoff 47 % Ottokraftstoff (davon 30 % Normalbenzin, 66 % Superbenzin und 4 % Super Plus)
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Bild 2.8 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
2.2 Kenngrößen von Kraftstoffen
Da Kraftstoffe häufig keine reinen Stoffe, sondern Gemische aus verschiedenen chemischen Komponenten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen sind, gibt es für die Kenngrößen der Kraftstoffe im Allgemeinen keine festen Werte, sondern variable Größen oder Größenbereiche.
Es ist sehr wichtig, dass die Kenngrößen von Kraftstoffen trotz der unterschiedlichen Herkunft in engen Bereichen liegen, weil die Motoroptimierung vom Kraftstoff abhängt.
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Bild 2.11 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
2.2.1 Luftbedarf und Luftverhältnis
o Die meisten Kraftstoffe sind Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Kohlenstoff wird mit Sauerstoff zu Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser (H2O) verbrannt. Die Zusammensetzung des Kraftstoffes legt fest, wie viel Sauerstoff für eine stöchiometrische, das heißt vollständige Verbrennung benötigt wird.
o Da auf der Erde Sauerstoff im Allgemeinen nur in der Luft vorkommt, wird für die Verbrennung von Kraftstoffen Luft benötigt. Die anderen Luftbestandteile wie Stickstoff (N2) und Argon (Ar) müssen durch den Motor hindurch gesaugt werden, nehmen an der Verbrennung aber (fast) nicht teil.
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Bild 2.15 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Luftverhältnis λ
Man kann Kraftstoffe auch (zumindest teilweise) verbrennen, wenn zu viel oder zu wenig Luft zur Verfügung steht: Luftverhältnis λ
Das Luftverhältnis ist eine wichtige Kenngröße zur Beschreibung der Verbrennung. Typische Werte: Konventionelle Ottomotoren werden mit λ = 0,9 … 1,1 betrieben. Dieselmotoren haben bei Volllast λ–Werte von etwa 1,4. Bei Schwachlast geht λ in die Größenordnung von 100.
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Bild 2.17 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Heizwert verschiedener Kraftstoffe
Während die auf die Masse bezogenen spezifischen Heizwerte weitgehend linear von der Mindestluftmenge abhängen, ist die Abhängigkeit der auf das Volumen bezogenen spezifischen Heizwerte komplizierter.
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Bild 2.18 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
2.2.3 Klopffestigkeit und Zündwilligkeit
Klopffestigkeit: Sicherheit gegen das Auftreten von Selbstzündungen Ottokraftstoff soll eine geringe Zündwilligkeit besitzen. Selbstzündungen führen zu starken Druckanstiegen und Gasdruckschwingungen (Klopfen). Maß für die Klopffestigkeit ist die Oktanzahl (OZ). Oktanzahl: Gibt an, wie viel Volumenprozent Iso-Oktan (Alkan, C8H18) eine Mischung aus Iso-Oktan (OZ = 100) und n-Heptan (Alkan, C7H16; OZ = 0) enthält, die in einem Prüfmotor die selbe Klopffestigkeit aufweist wie der zu prüfende Ottokraftstoff. Zwei Prüfmethoden: Research-Oktanzahl (ROZ) beim Beschleunigen Motor-Oktanzahl (MOZ) bei höheren Drehzahlen und Volllast.
Die Redeweise „Der Kraftstoff hat 95 Oktan“ ist übrigens falsch. Korrekt heißt es: „Der Kraftstoff hat eine Oktanzahl von 95.“ Das ist so, wie wenn man sagen würde: „Die Luft hat 20 Temperatur.“
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Bild 2.19 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Klopffestigkeit und Zündwilligkeit
Zündwilligkeit: Beschreibt die Selbstzündungseigenschaft (wichtig bei Dieselkraftstoff) Wenn die Zündwilligkeit zu gering ist, dann sammelt sich vor dem Verbrennungsbeginn eine große Menge an aufbereitetem Kraftstoff-Luft-Gemisch an, das dann beim Verbrennungsbeginn schlagartig verbrennt („Nageln“ des Dieselmotors). Im Extremfall erfolgt beim Startversuch überhaupt keine Zündung. Maß für die Zündwilligkeit ist die Cetanzahl (CZ). Cetanzahl: Gibt an, wie viel Volumenprozent Cetan (Alkan, C16H34) eine Mischung aus Cetan (CZ = 100) und α-Methylnaphthalin (Ringverbindung, C11H10) (CZ = 0) enthält, die in einem Prüfmotor dieselbe Zündverzugszeit wie der Dieselkraftstoff aufweist.
Ottokraftstoff soll sich nicht selbst entzünden (Klopfgefahr). Bei Dieselkraftstoff ist es genau umgekehrt. Die Zündwilligkeit ist, einfach gesprochen, das Gegenteil der Klopffestigkeit. Es gibt grobe Korrelationen zwischen der Cetanzahl und der Oktanzahl.
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Basiswissen Verbrennungsmotor Zündwilligkeit
Bild 2.20 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Quelle: TP 19/2005
α-Methyl-Naphtal (C11H10): extrem zündunwillig, CZ = 0
n-Hexadekan (Cetan): extrem zündfreudig (CZ = 100)
Unter dem Einfluss von hoher Temperatur und hohem Druck zerfällt das langkettige Cetan-Molekül in kleinere HC-Ketten. Diese reagieren dann mit Sauerstoff zu H2O und CO2.
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Basiswissen Verbrennungsmotor
2.2.4 Siedetemperatur
Kraftstoff besteht aus sehr vielen verschiedenen chemischen Verbindungen. Jede hat ihre eigene Siedetemperatur. Deswegen gibt es bei Kraftstoff einen Siedebereich. Die Komponenten, die bei normalen Temperaturen nicht sieden, bilden den Rückstand.
Bild 2.21 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.22 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
2.3 Ottokraftstoffe
Ottokraftstoffe bestehen im Wesentlichen aus leicht siedenden Kohlenwasserstoffen. DIN 51600 legt die Anforderungen für verbleiten, EN 228 für unverbleiten Ottokraftstoff fest. Die Klopffestigkeit wird durch Beimischen von Antiklopfmitteln erhöht. Früher: Bleiverbindungen (Grenzwerte seit 1976), Verzicht wegen der Katalysatortechnik Heute: hochoktanige Kohlenwasserstoffverbindungen, sauerstoffhaltige Komponenten mit hoher Klopffestigkeit wie beispielsweise MTBE (Methytertiärbutyläther)
Es ist für den Autofahrer wichtig zu wissen, dass er an der Tankstelle garantiert norm-gerechten Kraftstoff erhält. Sonst könnte der Motor Schaden nehmen. Die Mineralölkonzerne haben ein umfassendes Qualitätsmanagement und kontrollieren sich gegenseitig.
Die Mineralölkonzerne legen Wert auf die Feststellung, dass ihre Kraftstoffe besser sind, als es die Norm verlangt.
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.25 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Bei einem ADAC-Test im Jahr 2003 kam heraus, dass fast kein Motor die höhere Qualität des Superkraftstoffes nutzt. Das Kunde zahlt nur mehr Geld. Das wird sich aber ändern, wenn Motoren entwickelt werden, die die höhere Qualität auch in Kundennutzen umsetzen können.
Maßnahme Auswirkung Oktan-Zahl = 100
Eventuell kann der Zündzeitpunkt nach früh gelegt werden, was zu einem besseren Kraftstoffverbrauch führen kann (Voraussetzung: Klopfsensor, Freigabe durch die Motorelektronik)
Additiv-Paket
Reinigung von Ablagerungen (z.B. an den Einlassventilen) kann zu einem ruhigeren Motorlauf führen Schmieradditiv reduziert die Reibung im heißen Feuerstegbereich, was zu einer Drehmoment-steigerung führen kann
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Ablagerungen an Einlassventilen
Durch Billigkraftstoffe ohne Reinigungszusätze oder durch falsche Motoröle können Ablagerungen auf den Ventilen entstehen. Der blaue Pfeil zeigt Ablagerungen am Ventilsitz, die zu Undichtigkeiten und reduzierter Leistung führen. Die roten Pfeile zeigen Ablagerungen auf den Ventilen, die den Ladungswechsel verschlechtern.
Bild 2.27 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor 2.4 Dieselkraftstoffe: EN 590 für Dieselkraftstoff
Bild 2.28 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig 2005-03-14
In Deutschland werden seit 2003 schwefel-haltige Kraft-stoffe höher besteuert: Es gibt nur noch schwefelfreien Diesel.
Bestimmung EN 590 Forderung ACEA Dichte bei 15°C 0,820 kg/l … 0,845 kg/l 0,820 kg/l … 0,840 kg/l kin. Viskosität bei 40°C 2,0 mm2/s … 4,5 mm2/s Siedeverlauf: bis 250°C bis 350°C bis 370°C
≤ 65 Vol.-% ≥ 85 Vol.-% ≥ 95 Vol.-%
Siedepunkt ≤ 360 °C ≤ 340 °C Flammpunkt ≥ 55°C Filtrierbarkeit: 15.04.-30.09. (CFPP) 01.10.-15.11. 16.11.-28.02. 01.03.-14.04.
bessere Betriebssicherheit bei niedrigen Temperaturen
Wax-Anti-Setting-Additiv bessere Lagerbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen
Schmierfähigkeitsverbesserer niedrigerer Verschleiß der Einspritzkomponenten besonders beim Einsatz von wasserstoffbehandelten schwefelarmen Kraftstoffen
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2.5 Alternative Kraftstoffe
Diese Prognose des Weltenergieverbrauchs erwartet die max. Erdölförderung ca. 2030. Andere Prognosen erwarten diesen Peak in ca. 10 Jahren. Wiederum andere meinen, dass der Peak schon erreicht ist.
Bild 2.31 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Beim offenen CO2-Kreislauf werden das CO2 im Motor produziert, das die Pflanzen vor Jahrmillionen aus der Atmosphäre entnommen haben. Beim geschlossenen CO2-Kreislauf verkürzt sich diese zeitliche Differenz auf wenige Monate.
Bild 2.35 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Annahmen: Gleiche Reichweite (Pkw- Betrieb) Realistische Wirkungsgrade des Antriebes Angaben zum Kraftstoff einschließlich Tank
Vergleich versch. Kraftstoffe hinsichtlich Tankvolumen und -gewicht
Flüssige Kraftstoffe haben bezüglich Tankgröße und –masse deutliche Vorteile gegenüber Gasen. Das gilt übrigens auch für die Brennstoffzelle. Europäische Union: Bis Ende 2010 müssen 5,75 % der Kraftstoffe Biokraftstoffe sein. Deutschland: 10 % bis 2010 (Bioethanol, Biodiesel und co-hydrierte PÖ); 20 % bis 2020
Bild 2.37 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig 2007-11-22
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Batte
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MasseVolumen
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35 150
Batterien haben nur ca. 1 % der
Energiedichte von flüssigen
Kraftstoffen und sind unverhältnismäßig
teuer.
Flüssigkeiten
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Vergleich versch. Kraftstoffe hinsichtlich Tankvolumen und -gewicht
Bei gasförmigen Kraftstoffen ist der Tank wesentlich schwerer als der Kraftstoffinhalt.
Bild 2.38 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig 2010-05-12
Quelle: Eichlseder
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Basiswissen Verbrennungsmotor Energiespeicherung im Fahrzeug
Beim Vergleich verschiedene Energiespeicher müssen immer die kompletten Systeme verglichen werden.
Bild 2.39 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.41 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Well-to-Wheel-Analysen (WTW)
2007-03-05
Quelle: EUCAR 2004 / Bosch 2005
Die regenerative Gewinnung von Wasserstoff ist die CO2-günstigste Form der Energieversorgung. 110 21 131
140 24 164
111 28 139
85 21 106
13 13
9 9 H2-Gas (Wind), Brennstoffzelle
H2-Gas (Holz), Brennstoffzelle
120 120 flüss. H2 (Erdgas), Brennstoffzelle
94 94 H2-Gas (Erdgas), Brennstoffzelle
CNG (Erdgas), Otto-Hybrid
Diesel, Diesel-Hybrid
133 26 159 Diesel, DieseImotor
120 20 140 Benzin, Otto-Hybrid
Benzin, Ottomotor
CNG (Erdgas), Ottomotor
-100 -50 0 50 100 150 CO2-Emissionen in g/km
Tank-to-Wheel Well-to-Tank
Ethanol (Zuckerrüben), Otto
20 134 -114 BTL (Holz), Diesel
129 53 182
GTL (Erdgas), Diesel
55 137 -82
90 139 -49 RME (Raps), DieseI
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Basiswissen Verbrennungsmotor Kosten von Biokraftstoffen und CO2-Reduzierung
Die kostengünstigste Variante zur CO2-Einsparung bei Kraftstoffen ist die Verwendung von Erdgas. Mit Biokraft-stoffen der 2. Generation und regenerativ erzeugtem Wasserstoff lässt sich am meisten CO2 einsparen.
Bild 2.42 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Ökobilanz der EMPA: E-Auto der Golfklasse mit Li-Ionen-Batterien entspricht bei Verwendung von EU-Strommix einem 4-l-Auto. 15 % davon entfallen auf Herstellung, Unterhalt und Entsorgung der Batterie.
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Basiswissen Verbrennungsmotor Alternative Kraftstoffe (Teil 1)
Aus Biomasse können ganz unterschiedliche Kraftstoffe hergestellt werden.
Bild 2.44 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.45 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Biodiesel und Pflanzenöle
• In Deutschland aus Raps hergestellt • Heute: ca. 1,7 % des Dieselverbrauchs in Deutschland substituiert • weitgehend CO2-neutral (fast geschlossener CO2-Kreislauf) • 1700 Tankstellen in Deutschland • Relativ geringe Flächenerträge • Als 10-%-Zumischung zu Diesel oder rein in Naturschutzgebieten • Reiner Kraftstoff ist problematisch für Partikelfilter • Schläuche und Dichtung müssen geeignet sein • Zurzeit keine Freigabe durch Einspritzpumpenhersteller • Steuerbelastung seit 1. August 2006:
RME: 9 Ct/l RME-Beimischung: voller Steuersatz von 47,4 Ct/l PÖ: 10 Ct/l ab 2008; steigt auf 45 Ct/l bis 2012
Bio-Ethanol 1. Generation
• Weltweit wichtigster Biokraftstoff • Entsteht durch alkoholische Gärung von zucker- oder stärkehaltigen
Pflanzen (z.B. Mais, Zuckerrohr, Zuckerrüben) • In Brasilien substituiert Ethanol 12 % des Kraftstoffes • Als 5-%-Zumischung zu Benzin oder als reines Ethanol • Problemlos als 15-%-Zumischung in Form von ETBE (Ethyl-Tertiär-
Butyl-Ether) (47 % Ethanol, 53 % Isobuten, sehr klopffest) • Als Reinstoff sind Motormodifikationen notwendig
Bio-Ethanol 2. Generation
• Verwendet die ganze Pflanze • Biochemische Umwandlung von Zellulose aus Stroh und Bioresten • Noch im Laborstadium
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Bild 2.46 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Methanol • Verwendung in Brennstoffzellen oder in Verbrennungsmotoren • Sehr korrosiv; deswegen neue Infrastruktur notwendig
Dimethyl-ether (DME)
• Gas, wird ähnlich wie Flüssiggas bei moderaten Drücken flüssig • Hohe Cetanzahl, rußfreie Verbrennung • Infrastruktur von LPG kann genutzt werden
GTL (Syn-Fuel)
• Synthetischer flüssiger Kraftstoff („Designer-Kraftstoff“), der aus Erdgas erzeugt wird
• Schwefel- und aromatenfrei • Infrastruktur von handelsüblichen Kraftstoffen kann verwendet werden • Zumischung zu Benzin oder Verwendung von reinem Kraftstoff
BTL (Sun-Fuel)
• Synthetischer flüssiger Kraftstoff („Designer-Kraftstoff“), der aus Gas erzeugt wird. Das Gas entsteht durch die Vergasung von Biomasse entstehen (biomass-to-liquid BTL oder Sun-Fuel)
• Die ganze Pflanze wird verwendet • Schwefel- und aromatenfrei • Infrastruktur von handelsüblichen Kraftstoffen kann verwendet werden • Zumischung zu Benzin oder Verwendung von reinem Kraftstoff • Bislang noch keine großtechnische Produktion
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Bild 2.47 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Erdgas • Hauptbestandteil: Methan (CH4) • Einsatz in Ottomotoren • Ca. 25 % weniger CO2 als Benzin • Großes Tankvolumen • Limitierte Infrastruktur • In Deutschland sollen 1000 Erdgastankstellen errichtet werden (Stand
2006: 700; Flüssiggas: 1100) • Weltweit gibt es ca. 1 Mio Erdgasfahrzeuge • Kurz- und mittelfristige Ergänzungslösung • Schwere und große Tanks • Kostspielige Sicherheitsüberprüfung (300 bar!)
Erdgas-Substitut (SNG)
• Gereinigtes Biogas (Biogas besteht aus Methan, Kohlendioxid, Wasserdampf und anderen Komponenten)
• Infrastruktur von Erdgas kann verwendet werden
Flüssiggas (Autogas, LPG)
• Relativ einfache Umrüstmöglichkeit • Weniger CO2 als Benzin • Qualität in DIN EN 589 festgelegt • Stand 2006: D: 70.000 Pkw; I: 1,2 Mio Pkw; NL: 800.000 Pkw • Limitierte Infrastruktur • Schwerer als Luft (Tiefgarage!) • Herstellung aus Erdöl
Wasserstoff • Gilt als Energieträger der Zukunft, wenn er regenerativ erzeugt wird • Nachteile: fehlende Infrastruktur; Probleme bei der Speicherung und
beim Transport • Großer Einsatz ist in den nächsten Jahrzehnten nicht absehbar
Weil die Fläche weltweit auch für die Lebensmittelproduktion benötigt wird, muss man sparsam mit ihr umgehen. Allerdings müssen auch die Kosten beachtet werden. In Deutschland werden 18 % der Ackerfläche für nachwachsende Rohstoffe (nicht nur Kraftstoffe) verwendet.
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Bild 2.50 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Altern. Kraftstoffe (Teil 6): Umrechnung von Energieeinheiten
Verwendung von Biokraftstoff in Deutschland (2009): Der größte Anteil wird dem mineralischen Kraftstoff beigemischt.
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Bild 2.53 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Alternative Kraftstoffe: Zusammenfassung
o In Zukunft wird die Kraftstoffvielfalt viel größer werden. o Seriöse Ökobilanzen und politische und soziale Bilanzen sind notwendig, um
gute Entscheidungen bezüglich der Auswahl zu treffen. o Je teurer das Erdöl wird, umso eher lohnen sich alternative Kraftstoffe auch
wirtschaftlich. o Bei Biokraftstoffen gibt es immer eine Konkurrenz bezüglich der Verwertung
der Pflanzen. Denn letztlich kann die auf dem Acker wachsende Biomasse nur einmal verwendet werden: als Lebensmittel, zur stofflichen Verwertung oder zur energetischen Verwertung als Strom oder Kraftstoff
o Letztlich legt der Gesetzgeber durch seine Steuerpolitik fest, welcher
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Bild 2.57 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Nutzung von Pflanzenöl in Verbrennungsmotoren
Unverändertes Pflanzenöl kann nicht in unveränderten Dieselmotoren eingesetzt werden. Abhilfe: Änderung des Pflanzenöls oder Änderung des Motors o Variante 1: Kraftstoffanpassung
Umesterung von Pflanzenöl und Einsatz in einem konventionellen Motor. Bei diesem muss nur darauf geachtet werden, dass die Schläuche und Dichtungen biodieselresistent sind.
o Variante 2: Fahrzeuganpassung Umrüstung auf ein Eintank- oder ein Zweitanksystem mit beheiztem Tank und beheizten Kraftstoffführungen bis hin zur Einspritzpumpe und zur Einspritzdüse oder Verwendnung eines Spezialmotors (Elsbettmotor)
Allgemein gilt: Ein Verbrennungsmotor wird immer geschädigt, wenn Kraftstoff eingesetzt wird, der nicht motorentauglich ist. Deswegen muss bei jedem Kraftstoff, egal ob fossiler Kraftstoff oder alternativer Kraftstoff, ein Einhaltung der für diesen Kraftstoff geltenden Normen beachtet werden.
Hydrolyse anerobe Bakterien 20 min … 10 h Einfachzucker, Amino- und Fettsäuren
Versäuerung säurebildende Bakterien 1 h … 48 h
organische Säuren, CO2, Wasserstoff
Essigsäurebildung essigsäurebildende Bakterien 9 h … 10 Tage
Essigsäure, CO2, Wasserstoff
Methanbildung Methanbakterien 48 h … 5 Tage Methan, CO2, Wasser
Hinweis: Die Stoffwechselprodukte in einem Schritt sind die Nahrung für die folgende Bakteriengruppe.
Quelle: Eder / Schulz
Bei einstufigen Verfahren finden alle vier Prozesse gleichzeitig im Fermenter statt. Beim zweistufigen Verfahren gibt es einen ersten Behälter für die beiden ersten (schnellen) Prozessschritte und einen Fermenter für die beiden letzten (langsamen) Prozessschritte.
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Bild 2.60 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
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Bild 2.62 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Synthetischer Dieselkraftstoff
o Biodiesel steht nur in begrenzter Menge zur Verfügung. In Deutschland können max. 4% … 6% des Dieselbedarfs durch selbst produzierten Biodiesel ersetzt werden.
o Weltweit werden bei der Erdölförderung riesige Mengen an Erdgas abgefackelt.
o Synthetischer Dieselkraftstoff kann aus Erdgas (Synfuel) oder aus Biogas (Sunfuel) hergestellt werden (Fischer-Tropsch-Verfahren).
o Synthetischer Diesel hat eine höhere Cetanzahl, eine kleinere Dichte und engere Siedegrenzen als mineralischer Diesel. Damit wird die Verbrennung verbessert, wodurch alle Schadstoffemissionen verringert werden. Weil synthetischer Diesel eine günstigeres H-C-Verhältnis besitzt, verringern sich auch die CO2-Emissionen.
o Shell und BP/Aral bauen weltweit Anlagen zur Produktion von Synfuel auf.
o In Deutschland gibt es in Choren die erste Anlage zur Produktion von Sunfuel. Im Juli 2011 wurde Insolvenz beantragt.
o Sunfuel nutzt ca. 30 % … 45 % der Energie, die in der Pflanze zur Verfügung steht.
o Herstellkosten für Sunfuel: mind. 75 Ct … 100 Ct pro Liter
Je teurer Erdöl wird, umso eher lohnt sich die Produktion von synthetischen Kraftstoffen.
Quelle: MTZ 4/2004; DC; MTZ 10/2005; AMS 17/2011
2012-03-31
BTL: biomass to liquid (Sunfuel) GTL: gas to liquid (Synfuel)
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Bild 2.63 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Sunfuel: Kraftstoff aus Holzschnitzeln und Pflanzenresten
2005-09-29
Quelle: TP 30/2005; MTZ 10/2005
Es wäre auch denkbar, nicht nur Biomasse, sondern auch Haus- und Industriemüll zu vergasen, weil bei Prozesstemperaturen über 1600°C beispielsweise auch Säuren und Laugen in ihre Grundbestandteile zerlegt werden.
Zurzeit werden neben Choren weitere Sun- und Synfuelanlagen errichtet: Choren: 13.000 t / Jahr (BTL) Malaysia/Shell: 625.000 t / Jahr (GTL) Qatar/Chevron (2009): 6 Mio t / Jahr (GTL) Qatar/Shell (2010): 4 Mio t / Jahr (GTL) Lubmin/Greifswald (?): (BTL)
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Basiswissen Verbrennungsmotor
Herstellung von Bio-Ethanol aus Weizen
Bio-Ethanol hat eine korrosive Wirkung. Deswegen muss das Kraftstoffsystem geändert werden.
Bild 2.64 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig
Quelle: AMS 4/2006
2006-02-10
Produktion von jährlich 260.000 m3 Bio-Ethanol aus 700.000 Tonnen Weizen in Zeitz (Sachsen-Anhalt): 1: Weizen 2: Weizenschrot 3: Zugabe von Wasser und Enzymen 4: Zucker (Glukose) 5: Zugabe von Hefe 6: Bio-Ethanol und CO2
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CWtL-Technik (Carbon Dioxide and Water to Liquid)
Die Idee des Verfahrens ist, dass man diskontinuierlich anfallende elektrische Energie durch Elektrolyse in Wasserstoff speichert und mit diesem Kohlendioxid in flüssige Kraftstoffe verwandelt.
Bild 2.65 Verwendung nur zum persönlichen Gebrauch im Rahmen der Seminarmitschrift zulässig