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Autos stossen zu viel CO2 aus

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Wie funktioniert die Verbrennung von Benzin?

Autos sollten ab Ende 2015 nur 130 g/km Kohlenstoffdioxid CO2 austossen. Ab 2020 gilt ein Grenzwert von 95g/km CO2 für alle neu zugelassenen Personenwagen. Die importierten Wagen werden aber im Durchschnitt mit 134 g/km deklariert. Dies sind aber nur Laborwerte, die tatsächlichen Werte liegen etwa bei 180 g/km. Wie kann es überhaupt sein, dass ein Auto 180 g/km CO2 ausstossst, wenn es etwa 0.1 Liter Benzin pro Kilometer verbraucht?

Benzin ist ein Gemisch hauptsächlich aus Alkanen mit 5 bis 9 Kohlenstoffatomen. Die generelle Formel der Alkane ist CnH2n+2. Die niedrigen Alkane sind:

1C1H4Methan
2C2H6Ethan
3C3H8Propan
4C4H10Butan
5C5H12Pentan
6C6H14Hexan
7C7H16Heptan
8C8H18Octan
9C9H20Nonan
10C10H22Decan

Bei genügender Sauerstoffzufuhr verbrennen Alkane zu Kohlendioxid und Wasser, das in Form von Wasserdampf freigesetzt wird:

2 CnH2n+2 + (3n + 1) O2 → 2n CO2 + 2(n + 1) H2O

Die Mol-Masse der Substanzen sind (in Gramm):

CnH2n+214n + 2
O232
CO244
H2O18

Die Massenbilanz der Verbrennungsgleichung ist also:

2 * (14n + 2) [g] CnH2n+2 + (3n + 1) * 32 [g] O2 → 2n * 44 [g] CO2 + 2 * (n + 1) * 18 [g] H2O

Aus (28n + 4) [g] eines n-Alkans entstehen 88 n [g] Kohlenstoffdioxid. Das Verhältnis von ausgestossenem Kohlenstoffdioxid zu verbrenntem Alkan ist:

88n / (28n + 4) ≅ 3.1.

Das ist sehr überraschend: der Ausstoss an Kohlenstoffdioxid ist etwa dreimal so gross wie das verbrauchte Benzin (in Gramm)! Die Erklärung ist, dass sehr viel Sauerstoff zur Erzeugung von Kohlenstoffdioxid beiträgt. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Alkan ist:

44 (3n + 1) / [2 (14n + 1)] ≅ 4.7.

Benzin hat das spezifische Gewicht ca. 0.75 g/cm3. Ein Liter Benzin wiegt also 750 g und verbrennt zu ca. 3.1 * 750 = 2325 g Kohlenstoffdioxid. Wenn ein Auto 10 Liter / 100 km verbraucht, also 0.1 L/km, dann stossst es ca. 232 g/km Kohlenstoffdioxid aus. Man sieht, wie schwierig es ist, 130 g/km oder weniger CO2 zu erreichen. Praktisch ist es nur möglich, indem der Benzinverbrauch reduziert wird.

Merke: Ein Liter Benzin produziert ca. 2.3 kg CO2.

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