Kraftstoff

Ein Kraftstoff, häufig auch Treibstoff genannt, ist ein chemischer Stoff, dessen Energieinhalt meist durch Verbrennung oder durch andere Energieumwandlungsformen zur Krafterzeugung oder Erzeugung eines Antriebes in technischen Systemen nutzbar gemacht wird. Kraftstoffe werden häufig in Fortbewegungsmitteln (Fahrzeug, Flugzeug, Schiff, Rakete) verwendet. Da sie jeweils mittransportiert werden müssen, werden meist Stoffe mit einer hohen Energiedichte eingesetzt.

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.

Kraftstoffe werden direkt Kraft erzeugenden Maschinen, zum Beispiel Motoren oder Gasturbinen zugeführt. Im Gegensatz dazu steht der Begriff Brennstoff, der auf die Verwendung zur reinen Wärmegewinnung hinweist. Diese Definition der Begriffe ist unabhängig von der chemischen Zusammensetzung. So ist Diesel ein Kraftstoff, der chemisch fast unverändert unter der Bezeichnung „Heizöl EL“ als Brennstoff verwendet wird. Das Wasser, das die Turbine eines Wasserkraftwerkes antreibt, wird nicht als Kraftstoff bezeichnet, da hier kein chemischer Energiegehalt genutzt wird.

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Arten von Kraftstoffen

Feste Kraftstoffe

• Kernbrennstoff (Uran, Plutonium) in Verbindung mit Dampfkraftmaschinen
• Kohle in Verbindung mit Dampfkraftmaschinen (Kohlekraftwerk)
• Festbrennstoffe (zum Beispiel für Antriebe von Feststoffraketen)
• Biomasse (Holz, Stroh...zur Befeuerung von Dampfkraftmaschinen oder Verwendung in Holzvergasern)
• Kohlestaub, kann nach dem Dieselprinzip mittels Pressluft in den Brennraum eingeblasen werden und entzündet sich selbst (Kohlestaubexplosion).

Flüssige Kraftstoffe

• Kerosin bzw. Petroleum
• Benzin (Ottokraftstoff)
• Leichtbenzin
• Synthetisches Benzin (Ottokraftstoff)
• Zweitaktgemisch (Ottokraftstoff mit Ölzusatz)
• Diesel
• Alkylatbenzin
• Biodiesel
• Ethanol-Kraftstoff
• Flüssigerdgas (auch: LNG Liquified Natural Gas)
• Flüssiggas (Propan/Butan-Gemisch, auch: Autogas oder LPG bzw. Liquified Petroleum Gas)
• Methanol
• Pflanzenöl
• Emulsionskraftstoff (meist Wasser in Diesel, zur Schadstoffminderung durch Temperaturabsenkung)
• Schweröl
• Benzol
• Benzin-Benzol-Gemisch (Bibo) (Ottokraftstoff)
• Gasöl
• Motorpetroleum

Gasförmige Kraftstoffe

• Erdgas – auch: Methan, CNG (Compressed Natural Gas) oder LNG (Liquid Natural Gas)
• Kompogas
• Biogas
• Methan - auch: Erdgas
• Ethan
• Wasserstoff
• Holzgas
• Deponiegas
• Blaugas, ein nach dem Chemiker Hermann Blau benanntes Gas, das dem Flüssiggas ähnlich war (siehe Auftriebsausgleich für Luftschiffe) und heute keine Bedeutung mehr hat.

Verfahren zur Herstellung oder Gewinnung von Kraftstoffen

• Kohlevergasung
• Elektrolyse (für Wasserstoffherstellung)
• Steam-Reforming zur Herstellung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Biomasse
• Erdölraffinerie
• Cracken
• Kohleverflüssigung
• Gas-to-Liquids
• Alkoholische Gärung
• Ölmühle

Vergleich von Kraftstoffen

Der physikalische Vergleich der Heizwerte (kWh pro m³) zeigt, dass die Vorteile bestimmter Treibstoffe im Kraftstoffverbrauch bei der Angabe in l pro 100 km auf ihrer höheren Dichte und dem entsprechend höheren Gewicht pro Liter beruhen und nicht auf ihrem Energiegehalt pro kg:

• Methanol: Dichte 787 kg/m³ flüssig, Heizwert 6,49 kWh/kg = 5,1 kWh/l
• Ethanol: Dichte 789 kg/m³ flüssig, Heizwert 7,44 kWh/kg = 5,9 kWh/l
• Autogas (LPG/GPL): Dichte 540 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,8 kWh/kg = 6,9 kWh/l
• Superbenzin: Dichte 740 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,0 kWh/kg = 8,9 kWh/l
• Pflanzenöl: Dichte 920 kg/m³ flüssig, Heizwert 10,0 kWh/kg = 9,2 kWh/l ^[1]
• Erdgas L-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,82 kg/m³ (Normkubikmeter) gasförmig, Heizwert 11,3 kWh/kg = 9,3 kWh/m³
• Benzin-Benzol-Gemisch (Bibo): Dichte 796 kg/m³ flüssig, Heizwert 11,6 kWh/kg = 9,3 kWh/l
• Benzol: Dichte 879 kg/m³ flüssig, Heizwert 11,1 kWh/kg = 9,76 kWh/l
• Diesel: Dichte 830 kg/m³ flüssig, Heizwert 11,8 kWh/kg = 9,8 kWh/l
• Erdgas H-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,81 kg/m³ (Normkubikmeter) gasförmig, Heizwert 13,0 kWh/kg = 10,5 kWh/m³

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.

Darüber hinaus muss nach dem Zündungsprinzip unterschieden werden, ob also Selbstzündung (Dieselmotor) oder Fremdzündung (Ottomotor) verwendet wird.

Alternative Kraftstoffe

Als alternative Kraftstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können.

• Erdgas (CNG) ist seit den 90er in Deutschland verfügbar. In Argentinien, Brasilien und Italien fahren bereits Millionen Automobile damit.
• Ethanol-Kraftstoff (Bio-Ethanol) wird aus Zuckerrüben 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 Zellulose-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 wird hauptsächlich für stationäre Motoren und zu Heizzwecken in der Nähe der Erzeugeranlagen eingesetzt 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 Leindotter, Raps oder Sonnenblume, 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 Pöl sind neben der CO₂-Neutralität die Möglichkeit der dezentralen Herstellung, die hohe Energiedichte, das geringe Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt (nicht wassergefährdend, kein Gefahrgut, ungiftig, hoher Flammpunkt).
• Wasserstoff kann aus regenerativ erzeugtem Strom mittels Elektrolyse gewonnen werden. Kostengünstiger ist allerdings die Gewinnung durch direkte chemische Umwandlung von Biomasse bei hohen Temperaturen (Steam-Reforming). 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.

Kraftstoffpreisentwicklung

Preisentwicklung für Bleifrei 95 im europäischen Vergleich (Stand 7. Juli 2006 in Euro)^[2]

¹ Zollfrei

Kraftstoffpreise weltweit (Auswahl) in Euro 2006

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

Quelle: www.iru.org (Datenstand: März 2007), www.ngvgroup.com (CNG-Preise, Datenstand Dezember 2006), Umrechnungskurs US-Dollar in Euro am 8. März 2007

Siehe auch

• Brennstoff
• Entwicklung der Ottokraftstoffe
• Verbrennungsluftverhältnis
• Kraftstofftank
• Kraftstoffverbrauch
• Kraftstoff Pflanzenöl
• Nutzpflanze
• Stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis
• Treibstoff (Schiff)
• Biokraftstoff
• Raketentreibstoff

Quellen

1. ↑ EE-Saarland „Vornorm DIN 51605 – Rapsölkraftstoff“
2. ↑ Touring Club Schweiz