Kraftstoff

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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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Flüssige Kraftstoffe[Bearbeiten]

Gasförmige Kraftstoffe[Bearbeiten]

Feste Kraftstoffe[Bearbeiten]

Verfahren zur Herstellung oder Gewinnung von Kraftstoffen[Bearbeiten]

Vergleich von Kraftstoffen[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

Siehe auch: Motorenbenzin, Abschnitt Preise, Erdgasfahrzeuge, Abschnitt Kraftstoffpreise und Markttransparenzstelle für Kraftstoffe

Kraftstoffpreise weltweit (Auswahl) in Euro (ohne Berücksichtigung von Lohnniveau und Lebenshaltungskosten):

Land 1 l Super (98) in Euro 1 l Diesel in Euro 1 kg CNG-Erdgas in Euro Jahr
Argentinien 1,44 1,12 0,53 2011
Bolivien 0,50 0,38 0,17 2011
Brasilien 0,92 0,61 0,37 2011
Chile 0,54 0,33 0,21 2011
Deutschland 1,55 1,45 0,99 2011
Frankreich 1,21 1,03 0,55 2011
Italien 1,30 1,14 0,80 2011
Kanada 0,38 0,29 0,19 2011
Kolumbien 0,50 0,25 0,21 2011
Mexiko 0,46 0,33 0,19 2011
Niederlande 1,42 1,03 k.A. 2011
Österreich 1,11 0,94 0,89 2011
Portugal 1,28 1,00 k.A. 2011
Saudi Arabien 0,10 0,05 k.A. 2011
Spanien 1,06 0,90 k.A. 2011
USA 0,57 0,58 0,43 2011
Venezuela 0,09 0,05 0,002 2011

1 kg Erdgas entspricht ca. 1,5 Liter Super, ca. 1,3 Liter Diesel

Quelle: http://www.iru.org/en_services_fuel_prices (nur Benzin & Diesel), http://www.ngvjournal.com/en/statistics/item/925-worldwide-fuel-prices (Benzin-, Diesel- und CNG-Preise)

Siehe auch[Bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten]

  1. Eintrag zu Benzol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 13. April 2008 (JavaScript erforderlich)
  2. DIN 51605 – Rapsölkraftstoff“
  3. http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/bimschv_10_2010/gesamt.pdf Text der Verordnung

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]