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Dieselkraftstoff

Dieselkraftstoff (auch Dieselöl oder einfach Diesel) ist ein in Dieselmotoren genutzter flüssiger Kraftstoff, der größtenteils in Erdölraffinerien aus Erdöl hergestellt wird. Er besteht im Wesentlichen aus diversen Kohlenwasserstoffen. Seine Zusammensetzung ähnelt der von Heizöl und kann je nach Einsatzzweck variieren. Im Vergleich zu Benzin ist Dieselkraftstoff deutlich weniger entzündlich und flüchtig (führt also auch zu wesentlich niedrigeren Verdunstungsemissionen). Bei der Verbrennung von Diesel entstehen hauptsächlich Kohlendioxid (CO₂) und Wasserdampf, aber auch diverse giftige Luftschadstoffe.

Der Heizwert von Dieselkraftstoff liegt bei ca. 43 MJ/kg, der Brennwert bei 45,4 MJ/kg. Diese Werte hängen aber etwas von der Sorte (siehe unten) ab. Die massenbezogenen Werte sind geringfügig höher als die von Benzin; wegen der deutlich höheren Dichte (maximal 845 kg/m³) ist der Heiz- oder Brennwert pro Liter deutlich höher.

Ein wichtiges Qualitätskriterium für Dieselkraftstoff ist die Cetanzahl, ein Maß für die Zündwilligkeit des Kraftstoffs. Ein Dieselkraftstoff muss bereits seit 2000 eine Cetanzahl von mindestens 51 aufweisen (davor mindestens 49). Hochwertigere Kraftstoffe erreichen freilich höhere Werte von z. B. 60 oder in besonderen Fällen (Synthesekraftstoffe) sogar bis zu 80. Eine hohe Zündwilligkeit ist für die Verwendung in Motoren (vor allem in schnell laufenden) wichtig, um eine gleichmäßige und vollständige Verbrennung erreichen zu können.

Ein weiteres Qualitätskriterium ist der Schwefelgehalt. Rohöl enthält leider erhebliche Mengen von Schwefel, und dessen Entfernung in der Raffinerie kostet Geld. Jedoch ist Schwefel im Dieselkraftstoff unerwünscht, weil er zu giftigem Schwefeldioxid (SO₂) im Abgas der Motoren führt. Außerdem ist Schwefel schädlich für manche Arten von Abgaskatalysatoren.

Sorten von Dieselkraftstoff

Die Vielfalt der Sorten ist bei Dieselkraftstoff geringer als bei Benzin. An Tankstellen ist meist nur eine einzige Sorte verfügbar, aber es werden mancherorts auch gewisse Sorten von Premium-Diesel mit speziellen Zusätzen angeboten, die z. B. eine höhere Cetanzahl (höhere Zündwilligkeit) bewirken. Ebenfalls wird im Winter etwas dünnflüssigerer Dieselkraftstoff (Winterdiesel) abgegeben, ohne dass dies speziell gekennzeichnet würde.

Für große Motoren werden oft wesentlich schwerere Sorten verwendet. Insbesondere ist Schiffsdiesel (Marine-Dieselöl) eine schwere (dichte), wenig zündwillige aber preiswerte Variante, die häufig einen hohen Schwefelgehalt aufweist (→ Schweröl). Solche besonders umweltschädlichen Dieselkraftstoffe sind häufig für die Verwendung im küstennahen Bereich und vor allem in Häfen verboten. Internationale Bestrebungen sind im Gange, um den Schwefelgehalt von Schiffsdiesel allgemein stark zu reduzieren. In den vergangenen Jahren wurde der Schwefelgehalt von Schiffsdiesel teils gar erhöht, da schwefelärmeres Öl bevorzugt für Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommt und deswegen eher schwefelreicheres ("saureres") Öl für Schiffsdiesel übrig bleibt.

In manchen Fällen wird Dieselkraftstoff nicht in reiner Form verwendet, sondern in einem Gemisch (einer Emulsion) mit Wasser, welches als Wasserdiesel bezeichnet wird. Dieser Ansatz wird im Artikel über die Wassereinspritzung erklärt. Wasserdiesel wird nicht etwa in dieser Form getankt, sondern kurz vor der Verwendung im Fahrzeug hergestellt.

Ähnlichkeit zu Heizöl

Dieselkraftstoff ist von seiner Zusammensetzung her dem leichten Heizöl ähnlich (heute allerdings weniger als früher). Da er wesentlich höher als Heizöl mit der Mineralölsteuer belastet wird, besteht im Prinzip ein Anreiz, Heizöl in Dieselmotoren einzusetzen, was aber als Steuerhinterziehung strafbar ist. Heizöl im Tank kann anhand eines roten Farbstoffs und eines zusätzlichen Markierstoffs erkannt werden.

Technisch gesehen wäre es früher relativ problemlos gewesen, Heizöl statt Dieselkraftstoff zu verwenden. Inzwischen sind die Unterschiede von Dieselkraftstoff und Heizöl allerdings wesentlich größer geworden:

• Dieselkraftstoff wird mit diversen Additiven für den Motoreneinsatz optimiert, z. B. kleine Mengen von Amylnitrat oder Ethyl-Hexyl-Nitrat (EHN) für eine ausreichend hohe Zündwilligkeit (Cetanzahl). Außerdem verwendet man Detergentien zum Sauberhalten von Einspritzdüsen, Fließverbesserer für die Betriebssicherheit bei niedrigen Umgebungstemperaturen und die Ermöglichung höherer Gehalte paraffinischer Komponenten mit hoher Cetanzahl, schmierende Substanzen zur Verringerung des Verschleißes von Einspritzpumpen, Silikonöle zur Unterdrückung der Schaumbildung beim Tanken und weitere Stoffe für den Korrosionsschutz im Kraftstoffsystem und bei der Lagerung.
• Der Anteil schwerer Kohlenwasserstoffe ist für Dieselkraftstoffe begrenzt, weil sie stark zur Rußbildung beitragen.
• Der Schwefelanteil ist ebenfalls viel strenger begrenzt als bei Heizöl. Seit 2009 sind in der EU nur noch 10 ppm (d. h. 10 mg pro kg Kraftstoff) erlaubt, weswegen die Schwefeldioxid-Emissionen von Dieselfahrzeugen ökologisch praktisch nicht mehr ins Gewicht fallen. (Selbst schwefelarmes Heizöl darf noch bis zu 50 ppm Schwefel enthalten, also fünfmal mehr.) Auch der Partikelausstoß ist bei schwefelfreiem Kraftstoff geringer, und der Einsatz von sogenannten SCR-Katalysatoren zur Verminderung der Stickoxidemissionen setzt ebenfalls praktisch schwefelfreien Kraftstoff voraus. Allerdings erfordert dies zusätzliche Additive, um den Verschleiß von Einspritzpumpen (die von der Schmierwirkung des Schwefelgehalts profitiert haben) zu reduzieren.

Aus diesen Gründen können bei Verwendung von Heizöl in einem Dieselmotor die Abgaswerte wesentlich verschlechtert und sogar Motorschäden verursacht werden. Insbesondere werden auch nachgeschaltete Abgasreinigungssysteme wie Abgaskatalysatoren gefährdet.

Aus ähnlichen Gründen ist übrigens auch der Einsatz von Pflanzenöl gerade in modernen Dieselmotoren bedenklich; selbst wenn der Motor momentan damit läuft, können in der Folge schwere Schäden entstehen.

Probleme bei niedrigen Temperaturen

Bei starkem Frost kann Dieselkraftstoff zähflüssig werden und schließlich sogar so versulzen, dass er nicht mehr durch einen Kraftstofffilter gepumpt werden kann. Dies kann dann zum Ausfall eines Dieselmotors führen, solange bis die Leitungen und der Filter wieder genügend erwärmt sind. Wenn der Kraftstoff Wasser aufgenommen hat, können ähnliche Probleme auch durch Einfrieren entstehen.

An den Tankstellen wird im Winter Dieselkraftstoff mit einer dünnflüssigeren Konsistenz angeboten. Dieser Winterdiesel enthält auch spezielle Additive (Flow-Improver), welche das Ausflocken von Paraffinen verhindern sollen. Bestimmte Premiumdieselkraftstoffsorten können sogar bis weit unter −30 °C problemlos eingesetzt werden. In manchen Regionen Nordeuropas gibt es Polardiesel, der sogar für −40 °C noch nutzbar sein kann.

Früher haben Dieselfahrer im Winter manchmal noch etwas Benzin dem Dieselkraftstoff beigefügt, um der drohenden Versulzung entgegen zu wirken. Davon ist allerdings abzuraten, da dies besonders bei modernen Motoren zu schweren Motorschäden führen kann (z. B. an der Kraftstoffeinspritzung). Der an den Tankstellen heute abgegebene Winterdieselkraftstoff sollte normalerweise auch ausreichen.

Herstellung von Dieselkraftstoff

Graue Energie und Emissionen

Dieselkraftstoff wird in der Regel in Erdölraffinerien gewonnen. Die entstehenden klimaschädlichen Emissionen durch Rohölförderung, Transport und Raffinerien betragen rund 10 % der CO₂-Emissionen, die später durch Verbrennung des Kraftstoffs entstehen. (Bei Verwendung nicht-konventionell gewonnenen Erdöls können die Emissionen allerdings weitaus höher sein.) Im Wesentlichen geht es bei der Herstellung um eine Destillation zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen in einem gewissen Bereich von Molekülgrößen. Außerdem kommen gewisse Additive zum Einsatz, z. B. Flow-Improver zur Verbesserung der Fließfähigkeit, Cetanzahl-Improver zur Erhöhung der Zündwilligkeit und weitere Stoffe zur Verbesserung der Schmierfähigkeit, der Vermeidung von Ablagerungen, der Reduktion der Rußbildung im Motor und der Verminderung der Korrosion von Metallteilen.

Es gibt auch Biodiesel, der aus Pflanzenmaterialien wie Raps und Palmöl gewonnen werden kann. Obwohl seine chemische Zusammensetzung völlig anders ist als die von Dieselkraftstoff aus Erdöl, sind seine Verbrennungseigenschaften recht ähnlich. Ansonsten kann besonders hochwertiger Dieselkraftstoff auch aus Erdgas synthetisch hergestellt werden.

In Deutschland werden dem Dieselkraftstoff in der Regel einige Prozent Biodiesel beigemischt; der überwiegende Anteil stammt aber aus den Mitteldestillatfraktionen des Erdöls. Die Beimischung von Biodiesel erfolgt offiziell als Klimaschutzmaßnahme, obwohl seit längerem bekannt ist, dass dies dem Klima eher schadet. Insbesondere ist die Verwendung von Palmöl äußerst problematisch, weil sie die Zerstörung von Regenwäldern (hauptsächlich in Indonesien) fördert. Zwar wurde ein Zertifizierungssystem für Nachhaltigkeit entwickelt, aber dies scheint nicht richtig zu funktionieren. Selbst wenn konsequent unterbunden würde, dass Palmöl zertifiziert wird, das auf ehemaligen Regenwaldflächen gewonnen wird, bliebe das Problem, dass die Nachfrage auch die Gewinnung nicht zertifizierten Palmöls (ggf. durch andere Akteure) fördert. Obwohl dieses Problem auf EU-Ebene inzwischen erkannt und benannt wird, hält z. B. die deutsche Bundesregierung bis auf weiteres an der sehr umweltschädlichen Förderung des Einsatzes von Palmöl fest.

Der Transport von Kraftstoff z. B. von der Raffinerie zu einer Tankstelle, aber auch schon der Transport des Rohöls zur Raffinerie führt zu weiteren Emissionen, die je nach Fall sehr unterschiedlich sein können. In der Regel dürfte aber der Energieaufwand in der Raffinerie überwiegen.

Probleme durch hohen Dieselanteil

In Europa (gerade auch in Deutschland) ist der Anteil von Dieselmotoren bei Kraftfahrzeugen relativ hoch, nicht zuletzt wegen der niedrigen Besteuerung von Dieselkraftstoff im Vergleich zu Benzin (siehe oben). Während in 1975 die in Deutschland verkauften Mengen von Dieselkraftstoff nur etwa halb so groß waren wie diejenigen von Ottokraftstoffen (Benzin), waren sie in 2000 bereits etwa gleich groß, und heute sind sie noch höher. Dies führt nicht nur zu höheren Stickoxid- und Partikelemissionen der Fahrzeuge, sondern auch zu zunehmenden Problemen (auch zu erhöhtem Energieverbrauch) bei den europäischen Erdölraffinerien. Dort entsteht nämlich ein Mangel an Diesel, der eigentlich höhere Raffineriekapazitäten verlangen würde, gleichzeitig aber ein Überschuss an Rohbenzin, der die Wirtschaftlichkeit der Raffinerien bedroht. Bisher wird das Problem dadurch gemildert, dass Benzinüberschüsse in die USA exportiert werden können, während gleichzeitig Dieselkraftstoff von dort importiert wird. Da die USA aber voraussichtlich ihre Benzineinfuhren verringern werden, wird das Problem weiter verschärft und könnte auch zur Schließung von europäischen Raffinerien führen.

Aus diesen Gründen gibt es Bestrebungen, die steuerliche Bevorzugung von Dieselkraftstoffen (siehe unten) abzuschaffen oder wenigstens zu vermindern, obwohl Dieselmotoren wegen ihrer höheren Energieeffizienz theoretisch einen gewissen Klimaschutzbeitrag leisten können. Eine andere Strategie wäre, den Heizölbedarf z. B. durch vermehrte Gebäudesanierung und Substitution z. B. durch Erdgas zu verringern, da leichtes Heizöl aus der gleichen Fraktion wie Dieselkraftstoff hergestellt wird.

Vergleich von Diesel und Benzin

Dieselkraftstoff und Benzin unterscheiden sich in vieler Hinsicht. Auch ihr Einsatz in Verbrennungsmotoren hat viele Vor- und Nachteile, die den Vergleich relativ komplex machen:

• Dieselkraftstoff (in den für Kraftfahrzeuge üblichen Sorten) weist eine ca. 13 % höhere Dichte auf. Auch der Energiegehalt und die bei der Verbrennung entstehende CO₂-Menge pro Liter Diesel sind um diesen Betrag höher. Ein sachgerechter Vergleich der Energieeffizienz von Diesel- und Benzinmotoren muss diesen Umstand berücksichtigen.

• Der Wirkungsgrad von Dieselmotoren ist in der Regel um einige Prozentpunkte höher, besonders auch im Teillastbetrieb. Dies zusammen mit dem höheren Energiegehalt von Diesel pro Liter führt zu einem deutlich niedrigeren Verbrauch (in Litern pro 100 km gemessen – aber weniger beim viel aussagekräftigeren Vergleich nach Kilogramm).
• Die Abgasqualität von modernen Dieselmotoren ist weitaus besser als von alten Dieselmotoren (mit teils sehr hohen Feinstaubemissionen), andererseits aber meist deutlich schlechter als von heutigen Benzinmotoren. Dies trifft zu für Dieselmotoren mit Partikelfilter (gegen Ruß und andere Stoffe), aber ohne besondere Maßnahmen gegen Stickoxide, im Vergleich mit Benzinmotoren mit Drei-Wege-Katalysator (zumindest solange keine Direkteinspritzung verwendet wird). Weitere technische Verbesserungen (insbesondere SCR-Katalysatoren gegen Stickoxide) können diese Unterschiede weitgehend ausgleichen. Jedoch hat sich gezeigt, dass die Abgasreinigungsanlagen vieler Diesel-Autos aufgrund von Manipulationen der Hersteller gegen Stickoxide bei weitem nicht so wirksam sind, wie sie es entsprechend den modernen Abgasnormen sein sollten.
• Dieselkraftstoff ist weniger flüchtig und riecht daher deutlich weniger stark als Benzin. Dies führt auch zu viel geringeren Verdunstungsemissionen. Allerdings dauert es auch entsprechend länger, bis sich der Geruch von verschüttetem Dieselkraftstoff verflüchtigt hat.
• Eine weitere Folge der geringeren Flüchtigkeit von Dieselkraftstoff ist sein deutlich höherer Flammpunkt von mindestens 55 °C. Da dieser deutlich über den typischen Lagertemperaturen liegt, geht Dieselkraftstoff in Bezug auf seine Entzündlichkeit als wenig gefährlich – ganz im Gegensatz zu Benzin.

Steuern

Generell werden Kraftstoffe von der Mineralölsteuer wesentlich höher belastet als Brennstoffe z. B. für Heizungen. Deswegen ist die steuerliche Belastung von Dieselkraftstoff wesentlich höher als die von Heizöl.

In vielen Ländern wird Dieselkraftstoff allerdings deutlich weniger stark besteuert als Benzin. Entsprechende gesetzliche Regelungen wurden jedoch häufig stark geändert, da die energiepolitische Diskussion darüber von vielen verschiedenen Aspekten beeinflusst ist, die je nach aktueller Lage an Einfluss gewinnen oder verlieren können. Gerade in Deutschland gab es deswegen diverse Anpassungen der Mineralölsteuer für Dieselkraftstoff. Es blieb aber immer eine deutliche steuerliche Bevorzugung von Dieselkraftstoffen: Die steuerliche Belastung pro Liter Kraftstoff ist geringer, obwohl Energieinhalt und CO₂-Ausstoß etwas höher liegen, sodass trotz ziemlich ähnlicher Herstellungkosten an der Zapfsäule meist ein wesentlicher Preisvorteil für Diesel gegenüber Benzin resultiert. Man versucht dies oft damit zu rechtfertigen, dass der CO₂-Ausstoß von Diesel-Autos trotzdem niedriger ist wegen der höheren Effizienz der Motoren, und somit eine Förderung des Diesel-Anteils dem Klimaschutz diene. Jedoch sprechen mehrere Argumente gegen diese steuerliche Begünstigung:

• Zunächst einmal ist der CO₂-Vorteil deutlich geringer, als oft angenommen wird. Es wird oft übersehen, dass der in Litern gemessene Verbrauchsvorteil zum Teil durch den höheren Kohlenstoff-Anteil von Dieselkraftstoff kompensiert wird.
• Hinzu kommt, dass Rebound-Effekte den Verbrauchsvorteil weiter vermindern: Weil Käufer den Verbrauchsvorteil ebenfalls meist überschätzen, tendieren sie stärker zum Kauf eines schwereren und stärker motorisierten Fahrzeugs (z. B. SUV) und evtl. zur vermehrten Benutzung des Fahrzeugs. Somit sind Vergleichsrechnungen, die implizit gleich schwere und gleich stark motorisierte und gleich häufig benutzte Fahrzeuge mit Benzin- oder Dieselmotor unterstellen, nicht realistisch. Es ist anzunehmen, dass die Berücksichtigung dieser Faktoren den angeblichen CO₂-Vorteil von Diesel ausgleicht oder sogar überkompensiert.
• Die "Verdieselung" der europäischen Fahrzeugflotte führt dazu, dass im Verhältnis zu Benzin mehr Dieselkraftstoff benötigt wird, als die Erdölraffinerien herstellen können. In der Folge wird dann Dieselkraftstoff aus den USA importiert und Benzin dorthin exportiert. Der erhebliche zusätzliche Transportaufwand verschlechtert die CO₂-Bilanz von Diesel weiter. Auch der Energieaufwand in den Raffinerien steigt dadurch an.
• Ein weiterer Faktor sind die erheblich höheren Schadstoffemissionen von Dieselmotoren. Zwar lösen heute Rußpartikelfilter das Problem der Feinstaubemissionen der Motoren weitgehend, und die Stickoxid-Emissionsgrenzwerte sind inzwischen denen für Benzinmotoren angeglichen. Jedoch sind die Stickoxidemissionen im Praxisbetrieb bei den meisten Fahrzeugen weitaus höher, da die Hersteller verbreitet sogenannte Abschalteinrichtungen bei der Abgasreinigung eingesetzt haben, die die Wirksamkeit der Entstickung meist massiv reduzieren. Deswegen trägt der hohe Dieselanteil der Pkw-Fahrzeugflotte stark zur Luftbelastung vor allem in belebten Städten bei.

Siehe auch: Kraftstoff, Dieselmotor, Biodiesel, Kohlenwasserstoffe, Zündwilligkeit, Schweröl, Benzin, Erdölraffinerie, Mineralölsteuer, Tanktourismus