Kapitel 5, Kraftstoffe Flashcards
Welche Anforderungen gibt es an Kraftstoffe für den mobilen Einsatz, insbesondere in Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen.
- einfache und zuverlässige Bildung eines zünd- und brennbaren Kraftstoff-Luft Gemisches, das rückstandsfrei verbrennt
- geringes Gewicht und geringer Raumbedarf für die Energieeinheit und den Kraftstoffbehälter
- bequeme und gefahrlose Aufnahme und Mitführung, betriebssichere Fortleitung im Fahrzeug
In welchem speziellen Merkmal unterscheiden sich Paraffine (Alkane) und Olefine ( Alkene)?
Welche Bezeichnung tragen deshalb Olefine zur Unterscheidung von anderen
Kohlenwasserstoffen?
Paraffine (Alkane):
gesättigte Kohlenwasserstoffe (z.B. Methan CH4)
(einfache c-c Bindungen)
Olefine (Alkene):
Doppelbindungen (ungesättigt)
Unterscheidung: Endung -en (z.B. Ethen)
Welche Kennzahl beschreibt das
Klopfverhalten von Ottokraftstoffen?
Wie hängt diese mit der Zündwilligkeit zusammen?
Oktanzahl (OZ)
OZ = 0: sehr zündwillig, klopffreudig
OZ = 100: sehr zündunwillig, klopffest
Die Zündwilligkeit ist eine Funktion der C-H-Struktur:
- lange, unverzweigte Ketten: zündwillig
- kurze, kompakte Struktur: zündunwillig (z.B. Benzol)
Welche Kennzahl beschreibt die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen?
Wie ist diese Kennzahl definiert?
Cetanzahl (CZ)
CZ = 0: sehr zündunwillig
CZ = 100: sehr zündwillig
Warum weisen Benzin und Diesel eine sog. Siedekurve auf und keinen singulären Siedepunkt?
Zeichnen Sie qualitativ die Siedelinie eines Otto- und eines Dieselkraftstoffs in das vorgegebene Diagramm!
Reine Flüssigkeiten haben einen genau definierten Siedepunkt, Stoffgemische in der Regel einen Siedebereich. Mineralöle bestehen aus einem Gemisch aus verschieden siedenden Kohlenwasserstoffen, folglich gibt es keinen klar definierten Siedepunkt.
Diagramm: Abb. 4
Benzin: 40 - 190 °C
Diesel: 195 - 320 °C
Welche alternativen Kraftstoffe kennen Sie?
Ottomotor:
- Ethanol
- Erdgas/Methan
- Flüssiggas LPG/Autogas
- Methanol
- Wasserstoff
Dieselmotor:
- Gas to Liquid (GTL)
- Coal to Liquid (CTL)
- Biomass to Liquid (BTL)
- Dimethylether (DME)
- Pflanzenöl
Wie hoch kann die CO2-Reduzierung durch den Wechsel von Benzin zu Flüssiggas bzw. zu Erdgas sein?
Was ist der Grund für diese CO2-Reduzierung?
Benzin zu Flüssiggas: -10%
Benzin zu Erdgas: -20 bis -30%
Grund: günstigeres C/H-Verhältnis
Was ist der unterschied zwischen alternativen und nachhaltigen bzw. regenerativen Kraftstoffen?
Im Unterschied zu regenerativen Kraftstoffen können alternative Kraftstoffe sowohl aus fossiler als auch aus erneuerbarer Primärenergie hergestellt werden.
(Alternative Kraftstoffe sind Kraftstoffe, deren Primärenergieträger nicht Erdöl ist.)
Nennen Sie das Kernstück einer Biogasanlage und schildern Sie knapp den Prozess.
Wie werden Biogasanlagen derzeit überwiegend genutzt?
Der Fermenter ist das Kernstück einer Biogasanlage, in welchem unter Luftabschluss der Gärprozess abläuft. Der Gärraum wird täglich mit Gärsubstrat gefüttert.
Danach wird das Methan von den restlichen Biogasbestandteilen getrennt und genutzt.
Nennen Sie Gründe, warum der Energieträger Wasserstoff sowohl hinsichtlich benötigtem Volumen, als auch benötigter Masse schlecht zu lagern ist.
- extrem geringe Dichte unter Normbedingungen (-> großes Tankvolumen)
- aufgrund geringer Dichte rasche Verteilung in der Atmosphäre
Welche Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck sind für die Speicherung von Wasserstoff für die Mitnahme im Fahrzeug erforderlich? (+ Bezeichnung)
Verteilung und Speicherung entweder tiefkalt in flüssiger Form (LH2 (Liquid Hydrogen), - 253°C) oder unter Druck in gasförmiger Form (CGH2 (Compressed Gaseous Hydrogen), z.B. 700 bar)
Wie hoch sind die CO2-Emissionen bei der Verbrennung (tank-to-wheel) von Wasserstoff?
Was ist bei einer well-to-wheel Betrachtung zusätzlich zu beachten?
Annähernd 0 (5 Gramm CO2 pro Kilometer)
Bei der H2-Erzeugung und -bereitstellung werden große Energiemengen benötigt und fossile Primärenergien eingesetzt. Daher ist das Brennstoffzellenfahrzeug derzeit bei Betrachtung der Well-to-Wheel-Kette ebenso wie das Elektroauto nicht schadstofffrei und besitzt im Vergleich zu diesem einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad.
Ethanol-Kraftstoffe werden meist als Beimengung zu Ottokraftstoff eingesetzt. Welche Beimengungsanteile sind gängig und wie werden diese Kraftstoffe bezeichnet (Abkz.)?
Ab welchem Anteil sind Anpassungen am Motor erforderlich, die über die Sicherstellung der Werkstoffverträglichkeit hinausgehen (z.B. applikative Änderungen)?
Warum gibt es in der Realität keinen Kraftstoff aus reinem Ethanol?
E10: max. 10% Ethanol
E24: 24% Ethanol
E85: 85% Ethanol
Für einen Ethanol-Anteil von über 5% sind Anpassungen am Motor erforderlich
In der Realität gibt es keinen Kraftstoff aus reinem Ethanol, da unter 10°C E100-Sprit im Motor nicht verdampft, der Wagen springt nicht mehr an.
Desweiteren müssen beim Motorbau andere Materialien verwendet werden, da Ethanol eine hohe Agressivität gegenüber Metallen und Elastomeren hat.
Welches Verfahren liegt der Herstellung synthetischer Dieselkraftstoffe zugrunde?
Was wird Umgewandelt, was entsteht bei diesem Verfahren? (+ Reaktionsgleichung)
Fischer-Tropsch-Synthese (CTL-, GTL-, BTL-Verfahren)
Umwandlung von Synthesegas in flüssige Kohlenwasserstoffe:
CO + 2H2 -> CH2 + H2O
- Was ist der Unterschied zwischen Biodiesel und Rapsöl?
- Wie wird Biodiesel ebenfalls bezeichnet?
- Welche Stoffeigenschaft von Rapsöl erschwert seine Anwendung als Kraftstoff in Dieselmotoren, insbesondere wenn hohe Einspritzdrücke gefordert sind?
- Biodiesel wird aus z.B. Raps und tierischen Ölen und Fetten gewonnen
- FAME (Fettsäure-Methylester)
- Die Verkorkung
