Können Kraftstoffadditive schädliche Emissionen aus Kraftstoffsystemen reduzieren?

Wie Kraftstoffadditive zur Verringerung von Emissionen wirken

Chemische Wege: oxygenierte, Cetanzahl-verbessernde und katalytische Additive, die die Verbrennungschemie verändern

Additive für Kraftstoff wirken, indem sie die Verbrennung von Kraftstoffen auf molekularer Ebene verändern. Nehmen wir beispielsweise ethanolbasierte Produkte, die zusätzlichen Sauerstoff in das Kraftstoffgemisch einbringen und dadurch lästige Kohlenmonoxidmoleküle sowie unverbrannte Kohlenwasserstoffe reduzieren, indem sie diese stattdessen in CO2 und Wasserdampf umwandeln. Für Dieselmotoren gibt es sogenannte Cetanzahl-Verbesserer wie EHN, die die Entzündung des Kraftstoffs verbessern. Sie verkürzen die Wartezeit vor dem Verbrennungsbeginn, wodurch der Motor insgesamt gleichmäßiger läuft. Dann gibt es katalytische Additive, die Metalle enthalten, wobei Cer(IV)oxid ein häufiges Beispiel ist. Diese Substanzen erleichtern im Grunde die Zündung des Kraftstoffs, da sie die sogenannte Aktivierungsenergie senken. Das Ergebnis? Eine sauberere Verbrennung findet bereits bei nicht besonders hohen Temperaturen im Motorinneren statt. All diese chemischen Maßnahmen finden direkt in der Verbrennungskammer statt und reduzieren so die unvollständig verbrannten Rückstände, die zu Umweltbelastungen führen. Die meisten Hersteller berichten von erheblichen Verringerungen schädlicher Emissionen bei Verwendung geeigneter Additivpakete.

Thermodynamische Effekte: Schnellere Flammenverbreitung, kürzere Zündverzögerung und gleichmäßige Verbrennung

Bestimmte chemische Zusatzstoffe können die Kraftstoffverbrennung verbessern, indem sie wichtige Wärmeprozesse im Motor optimieren. Wenn Cetanverbesserungen dem Dieselkraftstoff zugesetzt werden, verkürzen sie die Zeit, die es dauert, bis der Treibstoff nach dem Sprühen in die Motorkammer Feuer fängt, manchmal um etwa 30%. Dies bedeutet, dass der Brennstoff schneller entzündet, sobald er injiziert wurde, was dazu beiträgt, eine gleichmäßige Verbreitung der Flammen in der gesamten Verbrennungskammer zu schaffen. Ohne diese Zusatzstoffe gibt es in der Zylinder oft Flecken, wo sich zu viel unverbrannter Treibstoff ansammelt, was zu diesen lästigen Partikeln führt, die wir PM-Verunreinigung nennen. Eine bessere Verbrennungskontrolle verhindert auch, dass es dort zu heiß wird, was eine gute Nachricht ist, denn hohe Temperaturen sind es, die diese schädlichen NOx-Gase erst einmal bilden. Insgesamt führt dies zu einer besseren Gesamtleistung des Motors, zu Einsparungen bei den Kraftstoffkosten und gleichzeitig zu einer Senkung der Standardluftverschmutzungen und der CO2-Emissionen.

Ziel der Schadstoffe: Wie Zusatzstoffe CO, NOx, THC und Feinstaub an der Quelle unterdrücken

Die heutigen Zusatzstoffe für Kraftstoffe wirken dadurch, daß sie durch ihre chemische Zusammensetzung bestimmte schädliche Emissionen reduzieren. Wenn sauerstoffhaltige Verbindungen eingemischt werden, helfen sie, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe zu reduzieren, weil sie sicherstellen, dass der Brennstoff vollständiger verbrennt, besonders wenn nicht viel Sauerstoff zur Verfügung steht. Einige Zusatzstoffe enthalten Metalle wie Cerium oder Eisen, die die Verbrennung von Rußpartikeln im Motor beschleunigen. Untersuchungen haben ergeben, daß dadurch die Partikelmenge der Motoren um 18 bis 31 Prozent gesenkt werden kann. Einige spezielle Mischungen regeln auch die Verbrennungstemperatur, was dazu beiträgt, den Stickstoffmonoxidgehalt niedrig zu halten, ohne den Motor zu beeinträchtigen. Diese Zusatzstoffe sind deshalb so wertvoll, weil sie mehrere Verschmutzungsquellen gleichzeitig bekämpfen. Sie dienen als zusätzliche Schutzschicht, bevor die Abgase den Motor verlassen, und machen die Verbrennung gleichzeitig effizienter und helfen Fahrzeugen, mit jedem Tank weiter zu fahren.

Sauerstoffhaltige Zusatzstoffe und sauberere Verbrennung in Benzin- und Dieselmotoren

Sauerstoffhaltige Zusatzstoffe erhöhen die Verbrennungswirksamkeit, indem sie die Sauerstoffverfügbarkeit in der Brennstoffmischung erhöhen, eine vollständige Oxidation fördern und Kohlenmonoxid- und unverbrannte Kohlenwasserstoffemissionen reduzieren.

Ethanol- und 1-butanolmischungen: Verringerung der Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen um bis zu 22%

Ethanol und 1-butanol sind gut etablierte Sauerstoffstoffe, die bei Vermischung mit Benzin oder Diesel die CO- und Kohlenwasserstoffemissionen um bis zu 22% reduzieren können (SAE 2020). Der hohe Sauerstoffgehalt unterstützt eine gründlichere Verbrennung, insbesondere bei schlanken Verbrennungsbedingungen, bei denen der Sauerstoff ansonsten begrenzt ist, was zu weniger teilweise verbrannten Nebenprodukten führt.

Abwägung der NOx- und PM-Reduktion bei Dieselbetrieb mit hoher Last

Sauerstoffsätze reduzieren die Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen gut, aber wenn es um Stickstoffmonoxide und Partikel bei schweren Diesellastlastungen geht, sind die Ergebnisse nicht so klar. Mehr Sauerstoff bedeutet heißere Verbrennungen im Inneren des Motors, was tatsächlich dazu führt, die NOx-Produktion zu erhöhen. Forscher haben etwas Interessantes bemerkt. Es scheint eine kleine Zunahme dieser winzigen ultradünnen Partikel zu geben, laut einer Studie, die 2017 in Combustion and Flame veröffentlicht wurde. Die Gesamtsäude sinkt jedoch in der Regel. Das alles zeigt, daß sich verschiedene Schadstoffe je nach der Arbeit des Motors unterschiedlich verhalten.

Nanopartikel und metallbasierte Katalysatorzusatzstoffe zur fortgeschrittenen Emissionskontrolle

Al2O3 und CeO2 Nanopartikel: 1831%ige Reduzierung der aus dem Motor ausgestoßenen Partikel und verstärkte Rußoxidation

Bestimmte Nanopartikel wie Aluminiumoxid (Al2O3) und Ceriumoxid (CeO2) wirken als Katalysatoren in Motorröhren, steigern die Wärmeübertragung und helfen, Brennstoffe vollständiger zu verbrennen. Wenn etwa 50 bis 100 Teile pro Million CeO2 in Dieselkraftstoff gemischt wird, fallen die Partikelmissionen von Motoren nach Studien um 18 bis 31%. Auch der Kohlenmonoxidgehalt sinkt, zusammen mit den lästigen Kohlenwasserstoffrückständen. Was hier passiert, ist eigentlich ziemlich interessant. Das Cerium arbeitet durch Oberflächenreaktionen und gibt beim Brennen Sauerstoff ab, wodurch diese aktiven Sauerstoffmoleküle entstehen, die Rußpartikel angreifen. Diese zweigliedrige Vorgehensweise verringert von Anfang an die Rußbildung und beugt auch die bereits in den Verbrennungskammern aufgelagerten Kohlenstoffablagerungen ab. Mechaniker, die an modernen Motoren arbeiten, haben festgestellt, daß diese Zusatzmittel im Laufe der Zeit sauberer sind, wenn sie regelmäßig verwendet werden.

Eisen- und Ceriumverbindungen als Katalysatoren im Kraftstoff: Effizienzsteigerung und Verringerung der NOx-PM-Kompromisse

Die Zugabe von Eisen- und Ceriumverbindungen macht Fortschritte bei der Lösung des langjährigen Problems des Ausgleichs der NOx- und Partikelmissionen in Dieselmotoren. Diese Zusatzstoffe verringern die Zündverzögerungszeiten und schaffen gleichmäßige Verbrennungsmuster im Inneren des Zylinders. Die Rauchemissionen sinken dadurch deutlich - einige Tests zeigen eine Reduktion von etwa 40-45% - ohne dass die Produktion von Stickstoffmonoxid erheblich ansteigt. Diese Katalysatoren sind besonders nützlich, weil sie in einer Vielzahl von Betriebstemperaturen wirksam funktionieren können, und arbeiten also weiter, egal ob der Motor mit geringer Last oder voller Leistung läuft. Dies steht im Gegensatz zu traditionellen Abgasbehandlungsmethoden, die Schadstoffe erst dann behandeln, wenn sie sich bereits während der Verbrennung gebildet haben. Stattdessen werden mit Brennstoff-Katalysatoren von Anfang an die Probleme gelöst, wodurch sauberere Ergebnisse erzielt werden, wobei weniger Komponenten für die Emissionskontrolle insgesamt benötigt werden.

Cetanverbesserungsmittel und ihre Auswirkungen auf die Dieselemissionen

2-Ethylhexylnitrat (EHN): Wirkliche Auswirkungen auf CO, HC, NOx und Rauchdunkelheit aus den NEDC-Prüfungen

EHN, oder 2-Ethylhexylnitrat, ist ein beliebter Zusatzstoff zur Verbesserung der Cetanzahl von Dieselkraftstoff, was im Grunde bedeutet, dass dies Dieselmotoren schneller entzünden lässt. Bei Tests nach den alten NEDC-Standards konnte durch das Hinzufügen von EHN zu Kraftstoffen die Emission von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen um etwa 15 Prozent reduziert werden, da der Kraftstoff vollständiger verbrennt. Was mit Stickstoffoxid geschieht, hängt davon ab, wie hart der Motor arbeitet. Bei geringeren Belastungen sinken die NOx-Emissionen um bis zu 8%, aber wenn die Motoren mit voller Leistung laufen, werden die Temperaturen so heiß, dass die NOx um etwa 1,8% steigen. Die gute Nachricht ist, dass Rauch und Feinstaub normalerweise zwischen 10 und 20% sinken, da eine bessere Zündung alles sauberer brennt. Für ältere Dieselmotoren bietet die EHN eine erschwingliche Möglichkeit zur Emissionsreduktion, ohne dass teure Hardwaremodifizierungen erforderlich sind. Natürlich hängen die tatsächlichen Ergebnisse stark von spezifischen Motorenentwürfen ab, wie sie täglich betrieben werden und welche Art von Basisbrennstoff mit dem Zusatzstoff vermischt wird.

Brennstoffzusatzstoffe und Nachbehandlungssysteme: Effizienz, Kosten und praktische Grenzen

Vergleich von Brennstoffzusatzstoffen mit Katalysatoren: Emissionsreduzierung pro Dollar, Haltbarkeit und Integrationsprobleme

Bei der Emissionsminderung gehen Kraftstoffzusatzstoffe und Nachbehandlungssysteme wie Katalysatoren völlig andere Wege. Die Zusatzstoffe für Kraftstoffe verändern die Verbrennung des Motors. Sie erfordern keine mechanischen Änderungen am Fahrzeug, haben relativ niedrige Anfangskosten und können ohne große Mühe leicht zu den regulären Kraftstoffvorräten hinzugefügt werden. Was ist der Nachteil? Diese Zusatzstoffe müssen kontinuierlich verwendet werden, um ihre Wirkung zu erhalten, so dass sie im Laufe der Zeit die Betriebskosten tatsächlich erhöhen können. Katalysatoren bieten etwas ganz anderes. Sie halten länger und reduzieren schädliche Gase wie Kohlenmonoxid, Stickstoffmonoxide und Kohlenwasserstoffe sehr effektiv. Aber es gibt auch einen Haken: Diese Systeme sind mit hohen Installationspreisen verbunden, benötigen Platz im Fahrzeug und erfordern regelmäßige Wartungsüberprüfungen. Wenn man sich die Kosten pro Gallone ansieht, wird man normalerweise feststellen, daß Zusatzstoffe für kleinere Flotten oder bei verschiedenen Motoren besser geeignet sind. Andererseits sind Nachbehandlungssysteme in Situationen, in denen Fahrzeuge länger dauernd laufen, tendenziell besser geeignet. Die meisten Unternehmen befinden sich irgendwo dazwischen und kombinieren oft beide Methoden, um angesichts ihrer besonderen Umstände die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

FAQ-Bereich

Was sind Brennstoffzusatzstoffe und wie verringern sie die Emissionen?

Kraftstoffzusatzstoffe sind Stoffe, die Benzin oder Dieselkraftstoff hinzugefügt werden, um den Verbrennungsvorgang zu verändern und die Leistung des Motors zu verbessern. Sie reduzieren die Emissionen, indem sie die Verbrennungswirksamkeit der Brennstoffe erhöhen, die vollständige Oxidation unterstützen und schädliche Schadstoffe an der Quelle wie CO, NOx, THC und Feinstaub reduzieren.

Können Kraftstoffzusatzstoffe Katalysatoren ersetzen?

Kraftstoffzusatzstoffe bieten zwar eine bequeme Möglichkeit, die Emissionen direkt im Motor zu reduzieren, ersetzen jedoch möglicherweise nicht vollständig Katalysatoren, die dazu bestimmt sind, die Abgase vor dem Verlassen des Fahrzeugs weiter zu reinigen.

Wie funktionieren Zetanverbesserungsmittel in Dieselmotoren?

Cetanverbesserungsmittel wie 2-Ethylhexylnitrat (EHN) verbessern die Zündqualität von Dieselkraftstoff und helfen ihm, sich schneller zu entzünden, sobald er in die Verbrennungskammer injiziert wird, wodurch die Verzögerungszeiten reduziert und die Verbr

Gibt es bei der Verwendung sauerstoffhaltiger Zusatzstoffe Kompromisse?

Sauerstoffhaltige Zusatzstoffe reduzieren die CO- und Kohlenwasserstoffemissionen erheblich, können aber aufgrund höherer Verbrennungstemperaturen zu einer erhöhten NOx-Produktion bei hoher Diesellast führen.