Kraftstoff
Ein Kraftstoff (auch Treibstoff) ist ein Brennstoff, dessen chemische Energie durch Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen (Verbrennungsmotor, Gasturbine, …) und Raketentriebwerken in Antriebskraft umgewandelt wird.
Kraftstoffe werden überwiegend zum Antrieb von Fortbewegungsmitteln (Kraftfahrzeug, Flugzeug, Schiff, Rakete) verwendet. Da sie jeweils mittransportiert werden müssen, werden häufig Stoffe mit einer hohen Energiedichte eingesetzt. Aber auch stationäre Verbrennungsmotoren werden mit ihnen betrieben.
Bei der Verbrennung wird als Oxidator meist der Luft-Sauerstoff verwendet, teils, vor allem bei Raketen, aber auch ein eigener Oxidator wie verflüssigter Sauerstoff, Lachgas oder Salpetersäure.
Nomenklatur
Die Abgrenzung des Begriffes Kraftstoff zu dem Begriff Treibstoff ist nicht durchgängig einheitlich geregelt:
- Als Kraftstoff wird normalerweise ein Stoff bezeichnet, der zur direkten Verbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. Besonders gängig ist der Begriff im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik.
- Als Treibstoff wird normalerweise ein Stoff bezeichnet, der zum Antrieb eines Fortbewegungsmittels, seltener auch einer stationären Maschine, verwendet wird. Somit schließt der Begriff die Kraftstoffe mit ein. Besonders gängig ist der Begriff Treibstoff im Bereich der Schifffahrt und der Luft- und Raumfahrt.
In den meisten anderen Sprachen gibt es die Unterscheidung so nicht. So bedeutet z.B. im Englischen der Begriff fuel allgemein Brennstoff. Dies schließt Kraftstoffe (manchmal motor fuel genannt) und Treibstoffe (manchmal propellant genannt) mit ein.
Nicht als Kraftstoff bezeichnet werden üblicherweise Stoffe, die zwar als Energieträger für einen Antrieb dienen, bei denen aber keine chemische Energie freigesetzt wird, z.B. Wasser für eine Wasserturbine oder Uran für den Kernreaktor eines Nuklearantriebs.
Arten von Kraftstoffen
Flüssige Kraftstoffe
- Kerosin, Motorpetroleum bzw. Petroleum
- Benzin (Ottokraftstoff)
- Zweitaktgemisch (Ottokraftstoff mit Ölzusatz)
- Benzin-Benzol-Gemisch (Bibo) (Ottokraftstoff)
- Dieselkraftstoff
- Biodiesel
- XtL-Kraftstoffe, darunter GtL-Kraftstoff (Gas-to-Liquid), BtL-Kraftstoff (Biomass-to-Liquid) und CtL-Kraftstoff (Bsp.: Deutsches synthetisches Benzin (Coal-to-Liquid)
- Emulsionskraftstoff (meist Wasser in Diesel, zur Schadstoffminderung durch Temperaturabsenkung)
- Leichtbenzin
- Alkylatbenzin
- Ethanol-Kraftstoff, darunter Bioethanol und Cellulose-Ethanol
- Butanol, darunter Biobutanol
- Flüssigerdgas (auch: LNG Liquified Natural Gas)
- Flüssiggas (Propan/Butan-Gemisch, auch: Autogas oder LPG bzw. Liquified Petroleum Gas)
- Methanol
- Pflanzenöl
- Schweröl
- Benzol
- Gasöl
Gasförmige Kraftstoffe
- Erdgas – auch: Methan, CNG (Compressed Natural Gas) oder LNG (Liquid Natural Gas)
- Kompogas
- Biogas
- Methan - auch: Erdgas, darunter Biomethan
- Ethan
- Dimethylether
- Wasserstoff, darunter Biowasserstoff
- Holzgas
- Deponiegas
- Blaugas, ein nach dem Chemiker Hermann Blau benanntes Gas, das dem Flüssiggas ähnlich war (siehe Auftriebsausgleich für Luftschiffe)
Feste Kraftstoffe
- Festbrennstoffe (zum Beispiel für Antriebe von Feststoffraketen)
Verfahren zur Herstellung oder Gewinnung von Kraftstoffen
- Kohlevergasung
- Holzvergasung
- Elektrolyse (für Wasserstoffherstellung)
- Steam-Reforming zur Herstellung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Biomasse
- Erdölraffinerie
- Kohleverflüssigung
- Gas-to-Liquids
- Alkoholische Gärung
- Ölmühle
- Methanolsynthese aus Erdgas bzw. Synthesegasen oder aus recycletem CO2 in Kombination mit Wasser, siehe Methanolwirtschaft
- Fraktionierte Destillation
- Umesterung
- Biogasaufbereitung
Vergleich von Kraftstoffen
Für die Reichweite eines Fahrzeugs sind neben dem Wirkungsgrad seiner Aggregate u. a. das Volumen des Tanks und die darin gespeicherte Energie ausschlaggebend. Der physikalische Vergleich der Heizwerte (kWh pro m³) zeigt, dass flüssige Treibstoffe optimal sind. Bei Gasen hängt der Energieinhalt stark vom Druck ab.
| Name | Aggregatzustand | Dichte in kg/m³ |
Heizwert in kWh/kg |
Heizwert pro Volumeneinheiten |
|---|---|---|---|---|
| Wasserstoff | gasförmig (Normaldruck) | 0,09 | 37,0 | 3,3 kWh/m³ |
| Wasserstoff | gasförmig (20 MPa) | 37,0 | 530 kWh/m³ | |
| Wasserstoff | flüssig (-253 °C) | 67,8 | 37,0 | 2360 kWh/m³ |
| Erdgas H-Gas (CNG/GNV) | gasförmig (Normaldruck) | 0,81 | 13,0 | 10,5 kWh/m³ |
| Erdgas L-Gas (CNG/GNV) | gasförmig (Normaldruck) | 0,82 | 11,3 | 9,3 kWh/m³ |
| Erdgas | gasförmig (20 MPa) | 12,0 | 2580 kWh/m³ | |
| Autogas („Flüssiggas”) | flüssig | 540 | 12,8 | 6966 kWh/m³ |
| Superbenzin | flüssig | 740 | 12,0 | 8760 kWh/m³ |
| Methanol | flüssig | 787 | 6,11 | 4800 kWh/m³ |
| Ethanol | flüssig | 789 | 7,44 | 5900 kWh/m³ |
| Benzin-Benzol-Gemisch | flüssig | 796 | 11,6 | 9300 kWh/m³ |
| Diesel | flüssig | 833 | 11,8 | 9800 kWh/m³ |
| Benzol | flüssig | 880 | 11,1 | 9760 kWh/m³ [1] |
| Pflanzenöl | flüssig | 920 | 10,0 | 9200 kWh/m³ [2] |
Die Möglichkeit, einen Treibstoff in einem Motor einzusetzen, hängt nicht nur von Brenneigenschaften ab, sondern auch von der Auslegung des Motors und seiner Treibstoffzufuhr für die jeweiligen chemischen Eigenschaften des Treibstoffes und der ihm beigemischten Additive. Z. B. können sich Ventile und Ventilsitze, die nur für die Additive von Benzin ausgelegt worden sind, bei Betrieb mit Erdgas oder Autogas (keine Beimischung von Additiven) schneller abnutzen, deshalb rüsten verschiedene Fahrzeughersteller ihre Erdgasfahrzeuge mit speziellen für Erdgasbetrieb ausgelegten Motoren aus.
Darüber hinaus muss nach dem Zündungsprinzip unterschieden werden, ob also Selbstzündung (Dieselmotor) oder Fremdzündung (Ottomotor) verwendet wird, bei Letzterem spielt die Klopffestigkeit eine wichtige Rolle.
Alternative Kraftstoffe
Als Alternative Kraftstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können. Hierbei wird unterschieden zwischen Kraftstoffen aus fossilen Energieträgern und solchen, die aus biogenen Energieträgern hergestellt sind.
- Erdgas (CNG) ist seit den 1990er Jahren in Deutschland verfügbar. In Argentinien, Brasilien und Italien fahren bereits Millionen Automobile damit.
- Ethanol-Kraftstoff (Bio-Ethanol) wird aus Zuckerrüben, Zuckerrohr oder Weizen gewonnen. Seit 2005 wird es in Deutschland in geringen Mengen dem normalen Benzin beigemischt. In Brasilien fahren bereits viele Automobile damit, siehe Flexible Fuel Vehicle. Verfahren zur Gewinnung von Cellulose-Ethanol aus pflanzlicher Biomasse befinden sich in der Entwicklung.
- Biodiesel wird aus mit Methanol veresterten Pflanzenölen hergestellt. Basis der Pflanzenöle ist unter anderem der Samen der Rapspflanze. Er wird auch dem mineralischen Diesel aus Klimaschutzgründen beigemischt. Da die Eigenschaften von Biodiesel in vielen Punkten denen von mineralischem Diesel sehr ähnlich sind, können auch nicht umgerüstete Dieselmotoren mit diesem Kraftstoff betrieben werden. Da sich Biodiesel wie ein leichtes Lösungsmittel verhält, können unter Umständen Dichtungen und Schläuche im Kraftstoffsystem angegriffen werden, wenn diese nicht beständig gegen Biodiesel sind. Nachteilig ist der hohe Aufwand zur Herstellung und die geringe Dezentralität der in Deutschland betriebenen Biodieselanlagen. Zudem kann Biodiesel eine große Menge Wasser aufnehmen, was zu Korrosionsproblemen an der Einspritzausrüstung führen kann.
- Biogas kann für stationäre Motoren und zu Heizzwecken in der Nähe der Erzeugeranlagen eingesetzt werden, aber auch Erdgasfahrzeuge können damit betankt werden.
- BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid) wird auch unter dem Markennamen SunDiesel vertrieben. Er wird aus Biomasse, wie z. B. Holz oder Stroh gewonnen. BtL befindet sich noch in der Erprobungsphase und hat noch einen großen Forschungsbedarf. Bei ihm können alle Bestandteile der Pflanze genutzt werden und er besitzt eine hohe Energiedichte. Auch konventionelle Dieselfahrzeuge können damit fahren. Eine Gesamtenergiebilanz der BTL-Prozesse liegt derzeit noch nicht vor.
- Reine Pflanzenöle z. B. aus Raps, Sonnenblume oder Leindotter, auch „Pöl“ oder Naturdiesel genannt, können als Kraftstoff in Dieselmotoren eingesetzt werden. Insbesondere die höhere Viskosität gegenüber Dieselkraftstoff führt dazu, dass zum dauerhaften Betrieb von Dieselmotoren mit Pflanzenöl eine Anpassung des Kraftstoff- und Einspritzsystems notwendig wird. Die Vorteile von Pflanzenöl sind neben der CO2-Neutralität die Möglichkeit der dezentralen Herstellung, die hohe Energiedichte und das geringe Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt (nicht wassergefährdend, kein Gefahrgut, ungiftig, hoher Flammpunkt).
- Wasserstoff kann aus Wasser (H2O) mittels Elektrolyse gewonnen werden. Kostengünstiger ist allerdings die Gewinnung durch direkte chemische Umwandlung von Erdgas (Steam-Reforming), wobei CO2 entsteht. Wasserstoff lässt sich mit Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen nutzen.
- Holzgas war in den 1940er Jahren eine verbreitete Alternative unter dem Druck von akutem Kraftstoffmangel. In Finnland sind Fahrzeuge mit selbstgefertigten Holzvergasern auch heute noch anzutreffen. Bei dem Verfahren verschwelt normales Holz, oft Holzabfälle, unter Luftabschluss in einem Druckkessel oder zersetzt sich unter Luftmangelverbrennung. Die entstehenden brennbaren Gase (überwiegend Methan bei Luftabschluss, überwiegend Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Methan bei Luftmangelzersetzung) werden nach Kühlung und Reinigung einem Motor zugeführt. Stationäre Holzgasanlagen werden zu Heizzwecken und in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen eingesetzt.
Umwelt
Die bei der Verbrennung von Kraftstoffen freigesetzten Abgase bewirken Gesundheits- und Umweltschäden wie Sauren Regen und den Treibhauseffekt und somit die globale Erwärmung. Insbesondere CO2, CO und Stickoxide spielen dabei wichtige Rollen. Weiterhin ist das im Benzin befindliche Benzol erwiesenermaßen karzinogen. Art und Umfang der freigesetzten Schadstoffe sind im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Kraftstoffes, der Bauart des Motors und (wenn genutzt) der Abgasnachbehandlung abhängig. In Deutschland regelt die 10. BImSchV die Zusammensetzung und Qualität der Kraftstoffe, um die Luftbelastungen zu mindern. Die Verordnung regelt die Beschaffenheit von Otto- und Dieselkraftstoffen, Gasöl, Biodiesel, Ethanol, Flüssiggas, Erdgas, Biogas und Pflanzenölkraftstoff.[3]
Kraftstoffpreisentwicklung
Zu Benzinpreisen siehe auch: Motorenbenzin, Abschnitt Preise
Kraftstoffpreise weltweit (Auswahl) in Euro 2011 (ohne Berücksichtigung von Lohnniveau und Lebenshaltungskosten):
| Land | 1 l Super (98) in Euro | 1 l Diesel in Euro | 1 kg CNG-Erdgas in Euro |
|---|---|---|---|
| Argentinien | 1,44 | 1,12 | 0,53 |
| Bolivien | 0,50 | 0,38 | 0,17 |
| Brasilien | 0,92 | 0,61 | 0,37 |
| Chile | 0,54 | 0,33 | 0,21 |
| Deutschland | 1,55 | 1,45 | 0,99 |
| Frankreich | 1,21 | 1,03 | 0,55 |
| Italien | 1,30 | 1,14 | 0,80 |
| Kanada | |||
| Kolumbien | 0,50 | 0,25 | 0,21 |
| Mexiko | 0,46 | 0,33 | 0,19 |
| Niederlande | 1,42 | 1,03 | k.A. |
| Österreich | 1,11 | 0,94 | 0,89 |
| Portugal | 1,28 | 1,00 | k.A. |
| Saudi Arabien | 0,10 | 0,05 | k.A. |
| Spanien | 1,06 | 0,90 | k.A. |
| USA | 0,57 | 0,58 | 0,43 |
| Venezuela | 0,09 | 0,05 | 0,002 |
1 kg Erdgas entspricht ca. 1,5 Liter Super, ca. 1,3 Liter Diesel
Quelle: www.iru.org (Datenstand: März 2007), www.ngvgroup.com (CNG-Preise, Datenstand Dezember 2006), Umrechnungskurs US-Dollar in Euro am 8. März 2007
Siehe auch
- Brennstoff
- Entwicklung der Ottokraftstoffe
- Verbrennungsluftverhältnis
- Kraftstofftank
- Kraftstoffverbrauch
- Pflanzenöl-Kraftstoff
- Nutzpflanze
- Stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis
- Biokraftstoff
- Raketentreibstoff
- Schiffstreibstoff
- Luftfahrtbetriebsstoff
Quellen
- ↑ Eintrag zu Benzol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 13. April 2008 (JavaScript erforderlich)
- ↑ DIN 51605 – Rapsölkraftstoff“
- ↑ http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/bimschv_10_2010/gesamt.pdf Text der Verordnung
Literatur
- K. Griesbaum, D. Hönicke: Kraftstoffe der Zukunft, Chemie in unserer Zeit, 14. Jahrg. 1980, Nr. 3, S. 90-101, ISSN 0009-2851
- Sven Geitmann: Alternative Kraftstoffe – Womit fahre ich am besten? Hydrogeit Verlag, Oberkrämer, November 2010, ISBN 9783937863153
Weblinks
- Alternative Kraftstoffe Auflistung der Vor- & Nachteile von erneuerbaren Energien
- Infoportal für Biokraftstoffe Informationen Alternativ-Kraftstoff und Umrüstungen
- http://www.kraftstoffweb.de Eine Graphik, die die Kosten für Normal- / Superbenzin, Diesel und Autogas gegenüberstellt
- Sparsam und nachhaltig mit Kraftstoff umgehen
- International Fuel Prices 2009 Informationen zu Benzin- und Dieselpreisen in mehr als 170 Ländern sowie zu Prinzipien der Kraftstoffbesteuerung