Description
Die Ereignisse der vergangenen Jahre haben uns vor Augen gefiihrt, wie sehr unser heutiges Leben von der Energiefrage abhangt. Die Verfiigbarkeit und der Preis von Energierohstoffen bestimmen zum entscheidenden Teil Wirtschaft und Wohlstand in den verschiedenen Regionen der Welt. Erdol ist derzeit der dominierende Faktor. Als Erganzung und als Alternative dazu sind zunehmend andere Energietrager notwendig, urn die heute bestehende einseitige Abhangigkeit zu mildern. Dies ist besonders wichtig fiir den StraBenverkehr, der heute nahezu ausschlieBlich yom Erdol abhangt. In der heutigen Diskussion urn Moglichkeiten, den StraBenverkehr der Zukunft mit alternativen Kraftstoffen zu versorgen, spielen die Alkohole Methanol und Ethanol eine besondere Rolle. Methanol als der KraftstotT, der sich preisgiinstig aus allen kohlenstoffhaltigen Energietragern, fossil oder nachwachsend, herstellen laBt. Ethanol als der KraftstotT, der mit einfacher Technologie aus nach wachsenden RohstotTen erzeugt werden kann. Die beiden Autoren, die die Aufgabe iibernommen haben, die wesentlichen Fragen der Herstellung und der Anwendung von AlkoholkraftstotTen zu be handeln, kennen die Problematik aus eigener jahrelanger Forschungsarbeit bei der Erstellung und Optimierung von Alkoholmotoren und Alkoholfahrzeugen sowie aus der vergleichenden, systemanalytischen Betrachtung verschiedener KraftstotT technologien. Sie geben damit Antworten auf die wesentlichen Fragen, die heute zu diesem Thema gestellt werden. 1. Warum alternative Kraftstoffe?.- Versorgungssicherheit.- Nutzung heimischer Energietrger.- Kosten.- Dauer der Umstellung.- Folgerungen.- 2. Mgliche Alternativen.- 3. Warum Alkoholkraftstoffe?.- 3.1 Energiewirtschaftlichkeit.- 3.2 Kosten.- 3.3 Umwelteinflu.- 3.4 Langfristiges Entwicklungspotential.- 3.5 Folgerungen.- 4. HersteUung von Methanol.- 4.1 AusgangsmateriaUen.- 4.2 Synthesegasherstellung.- 4.2.1 Rohstoffe Erdgas/Erdlgas.- 4.2.2 Rohstoff Schwerl.- 4.2.3 Rohstoff Kohle.- 4.2.4 Rohstoffe Torf und Holz.- 4.2.5 Rohstoff Abflle.- 4.3 Methanolsynthese.- 4.4 Wirtschaftlichkeit.- 5. Herstellung von Ethanol.- 5.1 AusgangsmateriaUen.- 5.2 Herstellungsverfahren.- 5.2.1 Grundlagen.- 5.2.2 Zuckerhaltige Rohstoffe.- 5.2.3 Strkehaltige Rohstoffe.- 5.2.4 Cellulosehaltige Rohstoffe.- Rohstoffzusammensetzung.- Holzverzuckerung.- Verfahren mit konzentrierten Suren.- Verfahren mit verdnnten Suren.- Weiterentwicklungen.- Enzymatische Hydrolyse.- 5.2.5 Weiterentwicklungen der Grungstechnologie.- 5.3 Wirtschaftlichkeit.- 5.3.1 Kosten.- 5.3.2 Energiebilanzen.- 6. Eigenschaften von Alkohol-Kraftstoffen.- 6.1 Unterschiede zu heute blichen Kraftstoffen.- 6.2 Alkohole als Kraftstoffe.- 6.2.1 Chemisch-physikalische Eigenschaften.- Chemische Zusammensetzung.- Heizwert.- Luftbedarf.- Gemischheizwert.- Verdampfungswrme.- Dampfdruck und Siedeverhalten.- Zndgrenzen.- Zndtemperatur.- Flammpunkt.- 6.2.2 Verbrennungseigenschaften.- Flanmienfortpflanzungs- bzw. Znd- und Brenngeschwindigkeit.- Volumenvergrerung.- Wassergehalt im Abgas.- 6.2.3 Mischbarkeit von Alkoholen mit Benzin und Dieselkraftstoff.- 6.2.4 Bestimmung der Octanzahlen von Alkoholkraftstoffen.- 6.3 Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffe.- 6.3.1 Auswirkungen der Alkoholzumischung.- Einflu auf Siedeverhalten.- Auswirkungen auf den Dampfdruck.- Auswirkungen auf Heizwert und Luftzahl.- Einflu auf die Viskositt.- 6.3.2 Stabilitt von Mischkraftstoffen.- 6.3.3 Klopffestigkeit von Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffen.- Methanol-Mischkraftstoffe.- Einflu des Grundkraftstoffs.- 6.3.4 Super- bzw. Normalkraftstoff.- 6.4 (Reine) Alkoholkraftstoffe fr Ottomotoren.- 6.4.1 Antiklopfmittel mit Alkohol.- 6.5 Alkoholkraftstoffe fr Dieselmotoren.- 6.5.1 Cetanzahl von Alkoholen.- 6.5.2 Alkohol-Diesel-Mischkraftstoffe.- Bestimmung der Cetanzahl von Alkohol-Diesel-Mischkraftstoffen.- 6.5.3 Dieselkraftstoffe aus Alkoholen und Zndwilligkeitsverbesserer.- Beurteilung der Cetanzahlen.- 6.5.4 Umwandlung von Alkoholen.- 6.6 Alkoholderivate als Kraftstoffe bzw. Mischkomponenten.- 6.6.1 Ether.- 6.6.2 Methyl-Tertir-Butylether.- 6.7 Grotechnisch hergestellte Kraftstoffe.- 6.7.1 Methanol-Benzin-Mischkraftstoffe.- 6.7.2 Methanolkraftstoff.- 6.7.3 Vernderung der Kraftstoffqualitt in Lagertanks.- 6.8 Kraftstoffspezifikation.- 6.8.1 Methanol-Benzin-Mischkraftstoffe.- 6.8.2 Methanolkraftstoff.- 6.8.3 Ethanolkraftstoff.- 6.9 Giftigkeit von Alkoholen.- 7. Anwendung – Einsatz von Alkoholkraftstoffen.- 7.1 Allgemeines.- 7.1.1 Alkoholkraftstoffe fr die verschiedenen motorischen Arbeitssysteme.- 7.1.2 Systeme mit einem bzw. zwei Kraftstoffen.- 7.1.3 Erhhter motorischer Wirkungsgrad bei Alkoholkraftstoffen.- Thermodynamik.- Wirkungsgrad.- 7.2 Fahrzeug-Motorkonzepte fr Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffe.- 7.2.1 Anpassungsmanahmen.- Fahrverhalten.- Material.- Flchtigkeit.- 7.2.2 Einflu der Kraftstoffeigenschaften auf das Verhalten der Fahrzeuge.- Flchtigkeit und Fahrverhalten.- Kaltfahrverhalten.- Heifahrverhalten.- Motorleistung.- Kraftstoffverbrauch.- Abgasemissionen.- Straenoctanzahl.- 7.2.3 Dichte der Viskositt.- 7.2.4 Entmischung im Fahrzeugtank.- 7.2.5 Sauberkeit im Vergaser und Ansaugsystem.- Ablagerungen.- Vergaservereisung.- 7.2.6 Materialvertrglichkeit bei Mischkraftstoffen.- 7.2.7 Betrieb von M15-Fahrzeugen mit normalem Benzin.- 7.2.8 Mischkraftstoffe fr Ottomotoren mit mehr als 15% Methanolgehalt.- 7.2.9 Allgemeines zu Mischkraftstoffen.- 7.3 Ottomotoren fr Alkoholkraftstoffe.- 7.3.1 Der Alkohol-Ottomotor im Vergleich zum Benzinmotor.- Einflu des Alkoholkraftstoffs.- Einflu der Verdichtung.- 7.3.2 Untersuchung des Verbrennungsablaufs.- Hochgeschwindigkeitsklopfen.- Vorentflammung (Glhzndungen).- Glhzndungen bei Methanol-Motoren.- 7.3.3 Kaltstart von Alkohol-Motoren.- Flchtigkeit.- Dampfdruck.- Verdampfungswrme.- Kraftstoff-Luftverhltnis.- 7.3.4 Konstruktive Hinweise.- Motor.- Gemischbildung.- Gemischheizung im Saugrohr.- verdampfter Alkohol.- 7.3.5 Definition des Motorkonzepts.- 7.3.6 Abgestimmtes Fahrzeugkonzept mit Methanolmotor.- Kraftstoffverbrauch.- Leistung.- 7.3.7 Motoren fr Methanol – Ethanol.- 7.3.8 Betriebserfahrungen mit Alkoholmotoren.- 7.3.9 Zwei-Stoffbetrieb fr Ottomotoren.- 7.4 Abgas-Emissionen.- 7.4.1 Gesetzlich Hmitierte Abgasbestandteile.- Kohlenmonoxid.- Kohlenwasserstoffe.- Stickoxide.- 7.4.2 Gesetzlich nicht Hmitierte Abgasbestandteile.- Aldehyd-Emissionen.- Aldehyd-Messungen an Fahrzeugkonzepten und Motoren.- 7.4.3 Einflu des Kraftstoffs.- 7.4.4 Allgemeines zu Abgas-Emissionen.- 7.5 Sensoren fr den Alkoholgehalt im Kraftstoff.- Lambda-Sonde im Abgassystem.- Dielektrizittskonstante.- Ultraschallabsorption.- Brechungsindex.- 7.6 Dissoziierte Alkohole als Kraftstoffe.- 7.6.1 Grundlagen.- 7.6.2 Praktische Ausfhrungen von Spaltgasgeneratoren, Ergebnisse von Versuchen mit Motoren.- 7.6.3 Systemstudie fr ein Konzept mit dissoziiertem und flssigem Methanol.- 7.7 Dieselmotoren fr Alkoholkraftstoffe.- 7.7.1 Grundlagenversuche ber die Verwendung von Alkoholen in Dieselmotoren.- – Systeme nt einem Kraftstoff -.- 7.7.2 Alkohol-Diesel-Mischkraftstoffe.- Filtrierbarkeit.- Viskositt.- Flchtigkeit bzw. Siedeverhalten.- Korrosionsverhalten.- Versuchsergebnisse.- 7.7.3 Reine Alkohole in Dieselmotoren.- 7.7.4 Dieselmotoren mit Zndhilfe durch Glhkerzen.- 7.7.5 Dieselmotoren mit zustzlicher Funkenzndung.- 7.7.6 Ethanol mit Zndbeschleuniger in Dieselmotoren.- 7.7.7 Alkoholderivate.- – Systeme mit zwei Kraftstoffen -.- 7.7.8 Mechanisch erzeugte Alkohol-Dieselkraftstoff-Mischungen.- 7.7.9 Alkohol-Dieselmotoren mit Zndstrahl.- 7.7.10 Zugabe von Alkoholkraftstoffen in das Ansaugsystem.- 7.7.11 Zwei Einspritzsysteme (Doppel-Einspritzung).- 7.7.12 Ethanol bzw. Methanol im Dieselmotor.- 7.7.13 Schmierung, Emissionen.- 7.8 Werkstoffe – Auswirkungen auf die Materialvertrglichkeit.- 7.8.1 Einflu auf Kunststoffe.- 7.8.2 Einflu auf Lacke.- 7.8.3 Prfflssigkeiten.- 7.8.4 Einflu auf Metalle.- Korrosion durch Ethanolkraftstoffe.- 7.8.5 Korrosionsschutz.- 7.9 Verschlei an Motoren beim Betrieb mit Alkoholkraftstoffen.- 7.10 Alkohole in anderen Antrieben.- 7.10.1 Zweitaktmotoren, Kreiskolbenmotoren.- 7.10.2 Motoren mit Schichtladung.- 7.10.3 Gasturbine und andere Antriebe mit kontinuierlicher Verbrennung.- 7.10.4 Brennstoffzellen.- 8. Einfhrungsstrategien.- 8.1 Alkoholkapazitten.- 8.2 Mgliche Zwischenstufen.- 8.3 bergangsprodukte.- 8.3.1 Komponenten aus Minerall.- 8.3.2 Komponenten aus Biomasse.- 8.4 Aktueller Einsatz von Alkoholkraftstoffen.- 8.4.1 Im Markt eingefhrte Kraftstoffe.- 8.4.2 Erprobungs- bzw. Forschungsprogramme.- Erluterung von fachlichen Begriffen.
