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Zündwilligkeit

Definition: ein Maß für die Neigung eines Kraftstoffs, sich bei Einspritzen in heiße Luft selbst zu entzünden

Englisch: ignitability

Kategorien: Energieträger, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 08.01.2015; letzte Änderung: 03.11.2018

Die Zündwilligkeit ist ein Qualitätskriterium, welches hauptsächlich für Dieselkraftstoffe relevant ist. Sie ist ein Maß dafür, wie leicht sich ein Kraftstoff selbst entzündet, wenn er durch eine Einspritzdüse in heiße Luft eingespritzt wird. Genauer gibt sie Auskunft über den sogenannten Zündverzug, d. h. den Zeitraum, der zwischen Kraftstoffeinspritzung und Selbstentzündung unter definierten Bedingungen vergeht. Ein möglichst geringer Zündverzug ist beim Betrieb eines Dieselmotors sehr erwünscht, da er zu einer gleichmäßigeren und vollständigeren Verbrennung führt und in der Regel auch zu einer höheren Abgasqualität, insbesondere was Feinstaub und unverbrannte Kohlenwasserstoffe betrifft.

Die Cetanzahl

Das gebräuchlichste Maß für die Zündwilligkeit ist die sogenannte Cetanzahl. Die Cetanzahl eines Kraftstoffs wird ermittelt, indem man eine Mischung von n-Hexadecan (früher: Cetan) und 1-Methylnaphthalin findet, die die gleiche Zündwilligkeit wie der jeweilige Kraftstoff aufweist. Der dafür benötigte prozentuale Anteil von n-Hexadecan ist dann die Cetanzahl des Kraftstoffs.

Dieselkraftstoffe sollen eine möglichst hohe Cetanzahl haben, d. h. sich bei der Einspritzung schnell selbst entzünden. (Bei Ottokraftstoffen wie Benzin ist es genau umgekehrt; man möchte eine ausreichend hohe Klopffestigkeit, ausgedrückt durch eine hohe Oktanzahl, um jegliche Selbstentzündung zu vermeiden.) Gemäß der Norm DIN EN 590 muss ein Dieselkraftstoff eine Cetanzahl von mindestens 51 haben. Hochwertigere Kraftstoffe erreichen freilich höhere Werte von z. B. 60 oder in besonderen Fällen sogar bis 80. Dies begünstigt eine vollständige Verbrennung auch unter ungünstigen Bedingungen (z. B. hohe Motordrehzahlen) und damit auch eine höhere Abgasqualität, weil jegliche unverbrannte bzw. nur teilweise umgesetzte Kraftstoffanteile im Abgas ungünstig sind. Bei langsam laufenden Motoren ist die Cetanzahl tendenziell weniger wichtig.

Optimierung der Zündwilligkeit von Kraftstoffen

Beim Vergleich der linearen Alkane (der einfachsten Kohlenwasserstoffe) miteinander findet man, dass Alkane mit schwereren (längeren) Molekülen höhere Cetanzahlen aufweisen. Dies ist insofern erstaunlich, dass schwerere Alkane einen höheren Siedepunkt haben und auch einen höheren Flammpunkt. Dieselkraftstoff lässt sich ganz im Gegensatz zu Benzin kaum mit einer Flamme entzünden, solange er nicht deutlich erwärmt wird, da sonst nur sehr wenig Kraftstoff verdampft. Trotzdem zeigt Dieselkraftstoff in Motoren eine zuverlässige Selbstentzündung, was mit Benzin nicht funktionieren würde. Um den scheinbaren Widerspruch aufzulösen, muss man beachten, dass das Entflammen eines Kraftstoffs bei niedriger Temperatur und die Selbstzündung bei hohen Temperaturen Vorgänge sind, die unter recht unterschiedlichen Umständen ablaufen.

Verzweigte Kohlenwasserstoffe und Aromaten (zyklische Verbindungen) haben niedrigere Cetanzahlen und sind deswegen für Dieselkraftstoffe weniger geeignet als einfache lineare Alkane.

Die Cetanzahl von Dieselkraftstoff kann durch Beimischen gewisser Additive erhöht werden. Beispiele hierfür sind Tetranitromethan, Amylnitrat, Acetonperoxid und 2-Ethylhexylnitrat. Leider erhöhen diese die Giftigkeit des Kraftstoffs. Vermehrte Beigaben solcher Additive können im Winter notwendig sein, da dann zwecks Erreichen einer ausreichend hohen Fließfähigkeit (selbst bei niedrigeren Temperaturen) tendenziell leichtere s verwendet werden müssen, die eine niedrigere Cetanzahl haben. Es wäre beispielsweise schädlich, dem Dieselkraftstoff im Winter einfach Benzin beizumischen, ohne die Cetanzahl durch zusätzliche Additive wieder zu erhöhen. Die Beimischung von Benzin kann freilich auch andere schädliche Wirkungen haben.

Biodiesel ist mit einer Cetanzahl von ca. 56 relativ gut als Ersatz für herkömmlichen Dieselkraftstoff geeignet. Dagegen haben unverarbeitete Pflanzenöle meist recht niedrige Cetanzahlen und sind deswegen deutlich weniger gut geeignet für Dieselmotoren.

Extrem hohe Cetanzahlen von ca. 75 bis 80 werden von so genanntem GtL-Diesel erreicht, der als Synthesekraftstoff aus Gasen hergestellt wird, die z. B. aus Erdgas, aber auch durch Biomassevergasung gewonnen werden können. Ein Grund hierfür ist, dass solche Synthesekraftstoffe keine Aromaten enthalten. Sie wären besonders geeignet als Beimischung zu konventionellem Dieselkraftstoff, um dort Additive überflüssig zu machen.

Siehe auch: Dieselkraftstoff, Biodiesel, Kraftstoffeinspritzung, Synthesekraftstoff, Klopffestigkeit
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