Kraftstoffe und Heizstoffe

Erdöl und Kohle als Energieträger

Eine unbedingte Voraussetzung für die wirtschaftliche Entwicklung einer Gesellschaft ist eine ausreichende Energieversorgung. Die wichtigsten Energiequellen sind Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Erdgas, Wasserkraft, sowie Wind-, Kern-, und Solarenergie.

Energiewende

Die drei letztgenannten, sauberen Energiequellen werden in Zukunf immer mehr an Bedeutung gewinnen und die fossilen Energiequellen in den Hintergrund drängen. Einige Energieträger früherer Jahrhunderte, wie beispielsweise Holz und Torf, haben heute keine nennenswerte Bedeutung mehr. Diese von der Natur unmittelbar zur Verfügung gestellten Energiequellen nennt man Primär- oder Rohenergieträger. Aus diesen werden durch Umwandlung Sekundäre Energieträger erzeugt, um letztendlich als Nutz- oder Endenergie (Wärme, Bewegung, Licht) bei Bedarf zur Verfügung zu stehen. Zu den Sekundärenergieträgern zählen Koks, Briketts, Benzin, Heizöl, Strom und Gas.

Die Grafik in Bild 1 zeigt, dass Erdölprodukte die höchsten Heizwerte erzeugen. Unter Heizwert versteht man die Wärme, die bei der vollständigen Verbrennung einer bestimmten Menge (1 kg oder 1 m³) eines Brennstoffes entsteht. Angegeben wird der Heizwert in Kilojoule pro Kilogramm, Gramm oder Tonne. Als Vergleich zieht man in der Technik gelegentlich noch die Steinkohleeinheit ( = SKE) heran.

Motorenbenzin

Benzin für Motoren ist ein komplexes Gemisch aus über 100verschiedenen, überwiegend leichten Kohlenwasserstoffen, deren Siedebereich zwischen dem von Butan und Kerosin/Petroleumliegt. Motorenbenzin wird hauptsächlich aus veredelten Komponenten aus der Erdölraffination hergestellt und als Kraftstoff eingesetzt. Die ursprünglich im Erdöl vorhandenen gesättigten n-Alkane werden durch Reformieren teilweise in cyclische oder verzweigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Diese sind besser für Benzine geeignet, da sie sich nicht vorzeitig im Benzin-Luft-Gemisch entzünden. Als Bestimmungsgröße der späteren Entzündung wird international der Begriff » Klopffestigkeit « verwendet. Ein Motor »klopft«, wenn das Benzin-Luft-Gemisch vor der normalen Zündung schlagartig verbrennt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Eine höhere Klopffestigkeit ermöglicht eine größere Verdichtung des Benzin-Luft-Gemisches, wodurch die Leistung des Motors steigt.

Eine Maßzahl für die Klopffestigkeit ist die Oktanzahl (OZ). Ziemlich willkürlich hat man hundertprozentigem n-Heptan (C₇H₆) die Oktanzahl 0 gegeben und hundertprozentigem 2,2,4-Trimethylpentan (Isooctan) verpasste man die Oktanzahl 100. Handelsübliches Normalbenzin hat eine Oktanzahl von 91, Super von 95 und und Super Plus von 98. Ein Kraftstoff mit OZ 90 entspricht also in der Klopffestigkeit einem Gemisch aus 90% (Vol. ) Isooctan und 10% (Vol. ) n-Heptan.

Die Klopffestigkeit und damit die Oktanzahl kann neben dem Anteil entsprechender Kohlenwasserstoffe (Benzol: Oltanzahl 111) auch durch Zusatz von Chemikalien erhöht werden (Antiklopfmittel). Am bekanntesten war das Einbringen von Bleiverbindungen in das Benzin. 1 Liter Benzin enthielt (seit 1976) 0,15 g Bleitetraethyl. Der Bleigehalt der Luft wurde dadurch »auf ein gesundheitlich unbedenkliches Maß reduziert«, wie ein Umweltbericht der Bundesregierung aus dem Jahr 1976 zu berichten weiß. Das Benzinbleigesetz begrenzte seit 1971 die Zusätze von Blei in Ottokraftstoffen in der Bundesrepublik Deutschland. 1978 folgte dann eine europäische Regelung zur Begrenzung des Bleigehalts in Kraftstoffen. Im Februar 1988 schließlich wurde verbleites Normalbenzin komplett verboten.

 

 

Dieselkraftstoffe

Die Hauptbestandteile des Dieselkraftstoffes sind vorwiegend Alkane, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe mit etwa 9 bis 22 Kohlenstoff-Atomen pro Molekülund einem Siedebereich zwischen 170 °C und 390 °C. Dieser Kraftstoff hatte vor 1995 einen sehr breiten Fraktionierbereich, weshalb die vergleichsweise vielen schweren Anteile zum Rußen des Motors führen konnten.

Die verschärften Spezifikationen (Dichte, 95-%-Punkt, s. u. ) haben dieses Risiko jedoch erheblich reduziert. Beim Dieselmotor erfolgt die Zündung des Kraftstoffes durch Selbstzündung beim Einspritzen in die heiße, komprimierte Verbrennungsluft des Zylinders. Das Verfahren wurde von Rudolf Diesel entwickelt, der zu dieser Zeit bei der Maschinenfabrik Augsburg, einem der Gründungsunternehmen der späteren MAN, angestellt war.

Heizöle

Chemisch gesehen stehen sich Dieselkraftstoffe und Heizöle sehr nahe. Bis 1994 waren beide Produkte nahezu identisch, so dass damals Dieselmotoren problemlos in der Lage waren, leichtes Heizöl zu verbrennen. Der Einsatz als Kraftstoff für Fahrzeuge ist jedoch als Steuerhinterziehung strafbar. Weiterhin erlischt die Betriebserlaubnis des Kraftfahrzeugs, mit allen hieraus resultierenden rechtlichen Konsequenzen. Nach der Konsistenz unterscheidet man dünnflüssiges »Leichtes Heizöl« und dickflüssiges »Schweres Heizöl«. Heizöl Extra Leicht (HEL) ist eine Mischung aus Kerosin, verschiedenen Gasölfraktionensowie diversen Additiven (im mg/kg Bereich). Kerosin und Gasöl werden großteils durch Fraktionierung von Erdöl als Mitteldestillatfraktionen gewonnen und für die HEL-Herstellung in Hydrodesulfurierungsanlagenentschwefelt.

Leichtes Heizöl wird für den Betrieb von Ölheizungen in großem Umfange verwendet. In Deutschland wurden 2009 ca. 20,5 Millionen Tonnen HEL verkauft. Vom Verbrauch entfallen derzeit 60 % auf private Haushalte, 30 % auf das Gewerbe und 8 % auf die Industrie. Der Rest (2 %) dient zur Strom-, Fernwärme- und Gaserzeugung. Das Schwere Heizöl kann erst nach Vorwärmung, wodurch es dünnflüssig wird, in Anlagen der Industrie oder in Kraftwerken verbrannt werden.

Gasförmige Brennstoffe

Die Kohlenwasserstoffe Propan und Butan können leicht durch Druck verflüssigt werden. Sie kommen dann als » Flüssiggas « in den Handel, das bei Raumtemperatur unter vergleichsweise geringem Druck flüssig bleibt.

Es fällt als Nebenprodukt der Erdölraffinierung und als Begleitgas bei der Förderung von Erdöl und Erdgas an und ist somit ein fossiler Energieträger. Neben der Verwendung als Haushaltgas spielen auch Anwendungen in der Industrie eine Rolle, beispielsweise findet es in Klimaanlagen als FCKW-Ersatz Verwendung.

Der wichtigste Energieträger unter den gasförmigen Kohlenwasserstoffen ist das Erdgas, das überwiegend aus Methan besteht. Durch die geringen Verunreinigungen verbrennt Erdgas generell gegenüber anderen fossilen Brennstoffen sauberer. Trotzdem tragen Förderung, Transport, Verarbeitung und Verbrennung von Erdgas zur Freisetzung der Treibhausgase Methan und Kohlenstoffdioxid bei. Gegenüber Erdöl entsteht beim Verbrennen von Erdgas um bis zu 25 % weniger Kohlenstoffdioxid. Es ist somit ein ausgesprochen umweltfreundliches Heizgas.