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Treibstoffe für Verbrennungsmotore

2019: wurden fast 130 Mio. Liter Benzin+Diesel pro Tag getankt

Die Besten Treibstoffe für das Konzept der üblichen Verbrennungsmotore

Keines dieser Treibstoffe würde, bei einem Unfall, eine so große Umweltschädigung verursachen können, wie Benzin oder Diesel:

  1. Propan (gasförmig) - ein Hauptbestandteil im Flüssiggas (Feuerzeug, Campingkocher und LPG bzw. Autogas) und ist klopffester als Benzin
  2. Butan (gasförmig) - ein Hauptbestandteil im Flüssiggas (Feuerzeug, Campingkocher und LPG bzw. Autogas) und ist klopffester als Benzin
  3. Methanol (flüssig) - ist klopffester als Benzin und kann auch in entsprechenden Brennstoffzellen von E-Autos verbraucht werden
  4. Ethanol (flüssig) - ist klopffester als Benzin und kann deutlich effektiver aus Rutenhirse (switchgrass) hergestellt werden als z.Z. Methanol aus Mais hergestellt wird

Methan (Erdgas) ist nochmal deutlich klopffester als Methanol oder Autogas (LPG) aber leider auch deutlich schwieriger zu speichern, weil man dafür einen extrem hohen Druck und Kühlung braucht.

Pauschal kann man sagen, dass alle Treibstoffe, die eine erhöhte Klopffestigkeit aufweisen, auch eine geringere Energiedichte aufweisen und auch eine schlechtere Kaltstartfähigkeit besitzen.

gasförmige Treibstoffe

LPG & CNG: Die 11 größten Gasauto-Irrtümer - Bloch erklärt #54 | auto motor und sport

Von allen als Treibstoff eingesetzten Kohlenwasserstoffen hat Erdgas H-Gas (Methan) die größte Energiedichte (13 kWh/kg). Zum Vergleich, Diesel hat von den flüssigen Treibstoffen, mit ca. 11,9 kWh/kg die höchste Energiedichte. Reiner Wasserstoff hat dagegen eine fast dreimal so große Energiedichte (37 kWh/kg) als Erdgas. Allerdings gibt es bei der Speicherung von Wasserstoff enorm große Anforderungen an die Dichtungen. Erst nach 2010 war es möglich geeignete Dichtungen herzustellen. Trotzdem ist es nicht möglich, Wasserstoff sehr lange zu lagern, weil es nur durch abkühlen verflüssigt werden kann, nimmt es Wärme aus der Umgebung auf, dann kann es einen Druck aufbauen, der jeden Behälter sprengt. Deshalb wird es bei der Speicherung und Lagerung immer Verluste durch das nötige Überdruckventil geben müssen. Aus dem Grund pläriere ich für Methan oder Erdgas als Treibstoff der Zukunft.

flüssige Treibstoffe

synthetische Treibstoffe

Fischer-Tropsch-Synthese

Kurzfassung: Kohlenwasserstoffe mit einem Katalysator aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugen, aus denen dann alle möglichen Arten von Benzin- oder Diesel-Kraftstoffen gewonnen werden können.

Das grundsätzliche Verfahren zur Herstellung von E-Fuels ist uralt. Im Fachjargon heißt es Fischer-Tropsch-Synthese. Sie wurde von Franz Fischer und Hans Tropsch in den 1920er Jahren entwickelt. Dabei ging es um die Umwandlung von sogenanntem Synthesegas in flüssige Kohlenwasserstoffe. Das Verfahren diente ursprünglich zur Verflüssigung von Kohle.

Synthesegas ist ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2). Es entsteht bei hohen Temperaturen aus Kohle, Sauerstoff und Wasser. Unter hohem Druck und mit Hilfe von eisenhaltigen Katalysatoren (meist mit Cobalt, Eisen-Oxide, Eisen-Carbide, Nickel und Ruthenium) reagiert der Wasserstoff mit dem Kohlenmonoxid. Daraus entstehen verschiedene Kohlenwasserstoffe, aus denen alle möglichen Arten von Benzin- oder Diesel-Kraftstoffen gewonnen werden können.

Das typische Fischer-Tropsch-Produkt enthält rund 10–15 % Flüssiggase (Propan und Butane), 50 % Benzin, 28 % Kerosin, 6 % Weichparaffin (Paraffingatsch) und 2 % Hartparaffine. Die Kettenlängenverteilung der während der Reaktion gebildeten Kohlenwasserstoffe folgt einer Schulz-Flory-Verteilung.

In Deutschland wurden damit vor allem im Zweiten Weltkrieg Kraftstoffe hergestellt. Wegen des hohen Energieeinsatzes waren diese aber langfristig nicht konkurrenzfähig mit erdölbasierten Kraftstoffen. In Südafrika hatte das Verfahren eine große Bedeutung für die Versorgung des Landes mit Kraftstoffen aufgrund der großen und vor allem billigen Kohlevorkommen.

HELMETH

Kurzfassung: Aus Wasserstoff und Kohlendioxid soll Methan hergestellt werden. Hierbei besteht die besondere Herausforderung aber darin, dass unter Einsatz von möglichst wenig Energie auch gleich der benötigte Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen und das benötigte Kohlendioxid aus der Umgebungsluft zu gewonnen werden soll.

https://de.wikipedia.org/wiki/Power-to-Gas#Europ%C3%A4isches_Forschungsprojekt_HELMETH

Im April 2014 wurde das von der EU geförderte und vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierte Forschungsprojekt HELMETH (Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion) gestartet.

Das Ziel des EU-Projekts ist, die Machbarkeit eines hocheffizienten Power-to-Gas-Prozesses mit thermischer Integration von Hochtemperaturelektrolyse (SOEC) und CO2-Methanisierung zu demonstrieren. Durch die thermische Integration von exothermer Methanisierung und Verdampfung für die Wasserdampfelektrolyse sind Wirkungsgrade von über 85 % (Brennwert des erzeugten Methans bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie) theoretisch möglich. Das Projekt wurde Ende 2017 abgeschlossen und erreichte einen Wirkungsgrad von 76 % für den Prototyp mit einem angegebenen Potenzial von 80 % für Anlagen im industriellen Maßstab. Die Betriebsbedingungen der CO2-Methanisierung sind ein Gasdruck von 10 – 30 bar, eine SNG (Synthetic Natural Gas) Produktion von 1 – 5,4 m3/h (NTP) und ein Eduktumsatz der SNG mit H2 < 2 vol.-% bzw. CH4 > 97 vol.-% erzeugt. Damit wäre das erzeugte Erdgassubstitut in das gesamte deutsche Erdgasnetz ohne Einschränkungen einspeisefähig. Als Kühlmedium für die exotherme Reaktion wird siedendes Wasser bei bis zu 300 °C benutzt, was einem Wasserdampfdruck von rund 87 bar entspricht. Die SOEC arbeitet mit einem Druck von bis zu 15 bar, Dampfumsätzen von bis zu 90 % und erzeugt aus 3,37 kWh Strom einen Normkubikmeter Wasserstoff als Ausgangsstoff für die Methanisierung.

E-Fuels

Kurzfassung: Die Erzeugung von synthetischen Treibstoffen (Benzin / Diesel) aus erneuerbarer Energie (z.B. Windkraft) und dem Kohlendioxid aus der Umgebungsluft. Das wird z.Z. üblicherweise mit einer abgewandelten Fischer-Tropsch-Synthese im Rahmen des Forschungsprojektes HELMETH praktiziert.

Otto-Motor-Treibstoff

Diesel-Motor-Treibstoff

2-Taktöl mit dem Diesel mischen. Wem nutzt der Geheimtipp?

In vielen Diesel-Motoren kann man auch JP-8 (NATO-Code F-34 / 1978-2025) verfahren. JP-8 wird als Universalkraftstoff auch in militärischen Dieselmotoren eingesetzt. Da die Cetanzahl jedoch nicht spezifiziert ist, gibt es bei modernen hoch aufgeladenen Dieselmotoren Probleme mit dem Zündverzug bei Kaltstarts und im Leerlauf bei kaltem Motor. Ebenso ist die Schmierfähigkeit nicht spezifiziert. Deshalb ist dieser Flugzeugkraftstoff für den Einsatz in Common-Rail-Systemen nur bedingt geeignet. Sowohl die Cetanzahl als auch die Schmierfähigkeit können mit dem Multifunktionsadditiv S-1750 verbessert werden, der Kraftstoff bekommt dann die Bezeichnung F-63 und ist für andere Anwendungen als Diesel-Motoren ungeeignet. Zudem gibt es einen Referenz- bzw. Abnahmekraftstoff nach MIL-DTL-46162 mit engeren Toleranzen und u. a. zusätzlich spezifizierter Cetanzahl. Zusätzlich zur Betankung von Flugzeugen wird JP-8 auch zum Betrieb von Heizgeräten oder Öfen, Panzern oder anderen Militärfahrzeugen eingesetzt.

Diesel-Skandal 2018

Die 10 größten Diesel-Irrtümer - Bloch erklärt #35 | auto motor und sport

Der Staat wusste seit 2005 von den "Schummeleien" auf den Prüfständen! Der TÜV-Nord hatte im Jahre 2005 im Auftrag des Umweltbundesamtes eine Untersuchung für eine Änderung der EU-Richtlinie 93/116/EU (Messung des Kraftstoffverbrauches und der CO2-Emission) angestellt. Und da steht drin: "… Ein Fahrzeug war mit einem Dieselmotor ausgestattet. Bei diesem Fahrzeug waren die CO- und HC-Emissionen bei allen Zykle nahe Null. Andererseits scheint die Strategie der NOx-Reduzierung auf den Prüfzyklus zur Typgenehmigung optimiert zu sein. …"

Bio-Diesel selbst gemacht

Quelle: The simple way to make bio diesel.

  1. Das altes Speiseöl so lange stehen lassen, bis sich alles Schwebeteilchen abgesetzt haben.
  2. 10 Liter des klaren Öls abfüllen
  3. und auf eine Temperatur von 55-60°C erhitzen
  4. dann 50g Natriumhydroxid (NaOH) in 2 Liter Methanol auflösen (dauert ein wenig Zeit)
  5. die Natriumhydroxid-Methanol-Lösung dann in das erhitzte Speiseöl geben und gut verrühren (20-30 Minuten)
  6. nun in einen Behälter umfüllen, der am Boden eine Öffnung mit einem Hahn hat
  7. ca. einen Tag bei sommerlichen Temperaturen stehen lassen (bis sich ein dunkler Bodensatz gebildet hat)
  8. den dunklen Bodensatz durch den Hahn am Boden ablassen
  9. jetzt etwas Wasser (ca. 3-4 Liter) dazugeben, um den Bio-Diesel zu waschen
  10. einmal gut durchrühren
  11. ein paar Tage stehen lassen
  12. den Bodensatz ablassen und die Prozedur mit dem Wasser erneut für weitere 3 Male durchführen
  13. danach ist der Diesel sehr klar