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Kraftstoffverbrauch

Unter Kraftstoffverbrauch versteht man bei Antrieben und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Energie- bzw. Kraftstoffbedarf pro bestimmten Bezugsgrößen.

Die in chemisch gebundener Form zugeführte Energie (Heizwert des Kraft- oder Treibstoffs) wird im Verbrennungsmotor in mechanische Arbeit für den Antrieb umgewandelt. Der thermische Wirkungsgrad spiegelt jedoch nur die Effizienz der Energieumwandlung wider, ohne quantitative Aussagen über zugeführte chemische Energie und verrichtete mechanische Arbeit zu tätigen (l/100km, g/kWh).

Die nicht als mechanische Arbeit entnommene Energie des Kraftstoffes, geht als Wärmeenergie verloren, daher dienen zur Beurteilung des Kraftstoffverbrauches von Fahrzeugen andere spezifische, von der Nutzung abhängige Bezugsgrößen (zurückgelegte Strecke, Zeit, Personenkilometer, Tonnenkilometer, mechanische Energie).

Inhaltsverzeichnis

Verbrauchsangaben

Bezug zur erbrachten Transportarbeit

Neben dem Antrieb spielt für den Verbrauch auch die Konstruktion des Fahrzeuges und die Logistik eine Rolle. Verkehrsmittel können besser verglichen werden, wenn der Verbrauch auf die Transportarbeit bezogen wird. Beispielsweise:

Dabei spielt die Auslastung der Verkehrsmittel eine große Rolle. So übertreffen moderne Großflugzeuge mit einem Treibstoffverbrauch teilweise nur knapp über 2,5 Liter pro 100 Personenkilometer[1] die Werte für PKW (nur mit Fahrer), wenn sie gut besetzt sind. Das gilt insbesondere auch für öffentliche Verkehrsmittel wie die Eisenbahn, die zwar im Durchschnitt energieeffizienter ist als einige anderen motorisierte Verkehrsmittel, aber im Bereich Nebenstrecken mangels Auslastung und im Bereich Hochgeschwindigkeit infolge des Luftwiderstandes einen höheren Endenergieverbrauch pro Personenkilometer hat. Jedoch sind die Emissionen durch die Luftfahrt klimaschädlicher als jene durch den Straßenverkehr[2].

Treibstoffverbrauch

Bei Verbrennungsmaschinen wird üblicherweise die verbrauchte Kraftstoffmenge je Arbeitseinheit angegeben, also der spezifische Verbrauch in g/kWh oder kg/kWh. Die Angabe in g/kWh erfolgt hauptsächlich für den Bestpunkt, den Betriebspunkt mit der höchsten Kraftstoffeffizienz.

Bei Raketentriebwerken wird der Treibstoffverbrauch als spezifischer Impuls angegeben, also Ns/kg. Dies entspricht dann einfach der theoretischen Ausströmgeschwindigkeit ins Vakuum, kgms/kgs²= m/s.

Bezug zum Heizwert

Bei Kraftwerken ist die Menge des pro Zeit verbrauchten Treib- oder Brennstoffes zwar logistisch interessant, deren Effizienz wird jedoch durch die umgewandelte Energiemenge pro Heizwert des Brennstoffes angegeben. Moderne Gasturbinenkraftwerke können bis zu 60 % des Heizwertes in Elektroenergie umwandeln, bei Kohlekraftwerken und Dieselgeneratoren liegt dieser Wert bei etwa 40 %.

Kraftfahrzeuge

Für Kraftfahrzeuge wird der Kraftstoffverbrauch in der Regel in Liter pro 100 km Fahrtstrecke bei genormten Fahrzyklus angegeben. Er ist eine maßgebliche Größe bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und der Umweltfreundlichkeit von Automobilen. Er wird ermittelt, indem mit dem Fahrzeug ein festgelegter Fahrzyklus durchfahren wurde und der hierbei verbrauchte Kraftstoff ermittelt wird. Um einheitliche Randbedingungen zu schaffen, erfolgt die Ermittlung des Kraftstoffverbrauches seit dem 1. Januar 1996 generell auf einem Rollenprüfstand.

Die genormten Fahrzyklen stellen Durchschnittsprofile dar, um die Fahrzeuge untereinander vergleichen zu können, sie stimmen oft nicht mit dem Nutzungsprofil des Kunden überein, insbesondere dann, wenn viel Kurzstrecken- und Stadtverkehr vorkommt oder auf Autobahnen sehr hohe Geschwindigkeiten gefahren werden.

Weit verbreitete Fahrzyklen sind:

Die Verbräuche, welche sich durch die verschiedenen Zyklen ergeben, unterscheiden sich zum Teil erheblich und sind daher nicht direkt miteinander vergleichbar. Technische Maßnahmen der Hersteller von Automobilen zur Senkung des Kraftstoffverbrauches betreffen effizientere Motoren, Verringerung des Luftwiderstandes und des Rollwiderstandes der Reifen sowie alternative Antriebskonzepte. Daneben bietet vor allem das Nutzungsverhalten großen Einfluss auf den Energieverbrauch.

Umrechnungen

Umrechnung l/100 km in mpg

In den angelsächsischen Ländern wird noch vielfach die mögliche Fahrstrecke je Gallone Kraftstoff in Meilen je Gallone (abgekürzt: mi/gal oder mpg für miles per gallon) angegeben.

(1 US-Gallone = 3,785411784 Liter; 1 US-Meile = 1,609344 km)

Für die Umrechnung mit Imperialen Gallonen und US-Meilen gilt der Faktor 282,481.

Berechnung der CO2-Emission auf Basis des Kraftstoffverbrauchs

Bei der Diskussion um den Treibhauseffekt wird der Kohlenstoffdioxid-Anteil (CO2) an den Abgasen bewertet. Ein in diesem Sinn idealer Kraftstoff ist Wasserstoff. Er wird vollständig zu Wasser umgesetzt. Das andere Extrem bildet reiner Kohlenstoff (Kohle), er verbrennt vollständig zu Kohlendioxid (CO2). Gängige Treibstoffe bestehen überwiegend aus Kohlenwasserstoffen und liegen dazwischen (man sollte dabei beachten, dass Wasserstoff hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen gewonnen wird, wobei dann ebenfalls Kohlendioxid frei wird; siehe Hauptartikel Wasserstoff). Der Kohlenstoffanteil von Kraftstoffen ist konstant und ein Kohlenstoffatom mit zwei Sauerstoffatomen bildet ein CO2-Molekül. Andere Verbindungen bilden sich kaum. Daher lässt sich vom Verbrauch unmittelbar die Menge des erzeugten CO2 berechnen, indem entsprechend der Molaren Masse zu jeweils 12 g Kohlenstoff 32 g Sauerstoff addiert werden.

Bei der Verbrennung entsteht aus

Neben Wasser und geringen Mengen anderer Verbrennungsprodukte entsteht bei der Verbrennung aus

Man erkennt, dass bei der Verbrennung von 1 l Diesel 13 % mehr CO2 entsteht als bei 1 l Benzin, d. h. wenn ein Ottomotor einen Mehrverbrauch von 13 % gegenüber einem Dieselmotor hat, sind die Motoren hinsichtlich CO2-Ausstoß gleichwertig. Daher können Benzin- u. Dieselfahrzeuge nicht nur über den Kraftstoffverbrauch gemessen in Litern verglichen werden. Die Ursache dafür liegt in der unterschiedlichen Anzahl an Kohlenstoffatomen in den Molekülen der Kraftstoffe. Der von der Europäischen Kommission vorgeschlagene Richtwert von 130 g CO2 pro km entspricht einem Verbrauch von 5,0 l/100 km Diesel bzw. 5,6 l/100 km Benzin. Das im Jahr 2012 in Kraft tretende EU-Emissionsgesetz schreibt eine Flottenemission von 120 g CO2/km vor.

Verlässlichkeit der Firmenangaben zum Kraftstoffverbrauch

Nachdem die Veröffentlichungspflicht zur Vergleichbarkeit führt und auch die Kaufentscheidungen beeinflusst, versuchen die Automobilfirmen, möglichst gute Werte publizieren zu können. Dies erreichen sie durch verschiedene Maßnahmen:

Die Fahrversuche zur Ermittlung des Verbrauchs finden ausnahmslos auf Prüfstandsrollen und nach europaweit genormten Fahrzyklen (NEFZ) statt, welche eine Fahrt in einer europäischen Stadt und auf Landstraßen abbilden sollen. Das Fahrzeug muss einen bestimmten Beladungszustand und vor allem die Serienausstattung aufweisen. Die Durchschnittsverbrauchswerte, die im Fahrzeug mittels eines Bordcomputers angezeigt werden, können um bis zu 10 % vom tatsächlichen Verbrauchswert abweichen (wie auch die tatsächliche von der angezeigten Fahrgeschwindigkeit), in der Regel nach oben. Ursache dafür ist unter Anderem die starke Schwankung von Radabrollumfängen, die durch unterschiedliche Dimensionen montierter Räder (Sommer- / Winterbereifung), oder durch verminderte Profiltiefe hervorgerufen werden.

Der tatsächliche Verbrauch ist stark vom Fahrverhalten des Fahrers abhängig. Entgegen einiger Meinungen ist es durchaus möglich, die ermittelten Verbräuche noch zu unterbieten. Besonders großvolumige Motoren in Verbindung mit Handschaltgetrieben werden im NEFZ zu ungünstigen Motorbetriebspunkten gezwungen.

Der jährliche Kraftstoffverbrauch privat genutzter PKWs in Österreich lag 1999-2000 bei 1.082 l bei einer Jahresfahrleistung von 13.461 km = 8,0 l/100 km (Benziner 1.060 l und 12.032 km = 8,8 l/100 km, Diesel 1.120 l und 15.965 km = 7,0 l/100 km).

2004 lag der Verbrauch bei 1.069 l und 14.469 km = 7,4 l/100 km (Benziner 984 l und 12.146 km = 8,1 l/100 km, Diesel 1.153 l und 16.815 km = 6,9 l/100 km).

Quellen

  1. Lufthansa: „Balance“ - Nachhaltigkeitsbericht Ausgabe 2003/2004, S. 19
  2. http://www.bi-greven-fmo.de/home_FMO/gruende/klima.html
  3. a b Energiesparend Fahren Broschüre des Innenministeriums Baden-Württemberg, 6.Auflage August 2006; Seite 20

Siehe auch