4. Erdöl und Erdgas 4: Kraftstoffe

Verbrennungsmotoren setzen chemische Reaktionsenergien in mechanische Energie um. Je nach Motorenart werden verschiedene Treibstoffe mit charakteristischen Eigenschaften eingesetzt. Bei allen handelt es sich aber um Kohlenwasserstoffgemenge.

 

 

 

Auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen wird die Zusammensetzung von Benzin der Jahreszeit angepasst. Im Winter wird ein erhöhter Anteil an leichter flüchtigen Kohlenwasserstoffen (also kürzeren Ketten) zugesetzt.

 

 

Im Verbrennungsraum des Motors reagieren langkettige, unverzweigte Kohlenwasserstoffe leichter als verzweigte. Sie entzünden sich zu früh, es kommt zu unregelmäßigen Verbrennungen noch vor der Zündung durch die Zündkerze. Man sagt, der Motor "klopft". Die Folge sind ein erhöhter Kraftstoffverbrauch und längerfristig die Beschädigung der Kolben.

 

 

Um dies zu verhindern, mischt man Benzin verzweigte, aromatische und Cycloalkane zu. Diese werden meist mittels Reforming- oder Crackingverfahren hergestellt.

Zur Charakterisierung der Verbrennungseigenschaften bzw. der Klopffestigkeit dient die Oktanzahl OZ (auch: ROZ = Research Octanzahl).

 

Reines 2,2,4-Trimethylpentan ("Isooctan") hat die OZ von \(100\). Unverzweigtes Heptan ist weniger klopffest, es erhält die OZ \(0\). Der zu untersuchende Treibstoff wird nun mit Mischungen von Isooctan und Heptan in unterschiedlichen Verhältnissen verglichen und so die OZ bei gleicher Kopffestigkeit bestimmt.

 

So hat z.B Normalbenzin eine OZ von mindestens \(91\), während Superbenzin eine OZ von mindestens \(95\) aufweisen muss.

 

Früher wurde Treibstoffen häufig Tetraethylblei \(Pb (C_2 H_5)_4\) als "Antiklopfmittel" zugesetzt. Seit \(1993\) ist dies in Österreich auf Grund der starken Toxizität von Blei, sowie technischer Probleme verboten.

 

 

  

  

 

Beim Dieseltreibstoff handelt es sich um ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen mit höheren Siedepunkten als Benzin. Daher wird Dieseltreibstoff als Flüssigkeit in die heiße, komprimierte Luft im Zylinder eingespritzt, es kommt zur Selbstentzündung.

 

Analog zur Octanzahl beim Benzin wird Dieseltreibstoff durch die Cetanzahl charakterisiert. Reines n-Hexadecan \(C_{16} H_{34}\) hat die Cetanzahl \(100\), die Zumischung von 1-Methylnaphthalin (Cetanzahl \(0\)) erniedrigt die Cetanzahl.

  

 

In den vergangenen Jahrhunderten wurde Erdöl gefördert, um Petroleum zur Beleuchtung zu erhalten. Später wurde Petroleum zu einem Nebenprodukt der Erdölverarbeitung. Heute ist es als Kerosin der wichtigste Treibstoff für den Flugverkehr geworden.

 

 

Folgende Tabelle fasst die Anwendungen der wichtigsten Treibstoffe zusammen:

 

Verkehrsmittel	Motortyp	Treibstoff	Art der Gemischerzeugung
PKW	Viertaktmotor	Benzinkraftstoff	Vergaser: die angesaugte Luft reißt den Treibstoff fein verteilt mit
Moped, Motorrad	Zweitaktmotor	Gemisch aus  Benzin & Schmieröl	Vergaser
LKW, PKW, Diesellok	Dieselmotor	Dieselkraftstoff	Einspritzpumpe: Dieselöl wird in komprimierte Heißluft gespritzt
Düsenflugzeug	Düsentriebwerk	Kerosin	Erhitztes Kerosin-Luft-Gemisch verbrennt kontinuierlich