Hier
noch das Cover der Standard-Unterlage vonWelches Auto würdest du dir kaufen? (Wenn es schon sein muss.)
Zur Abgas-Problematik des Individualverkehrs
und der Energiegewinnung aus fossilen Energieträgern
Inhalt
Unser Lebensstandard ist in höchstem Maße abhängig von der Ausbeutung preiswerter Energiequellen. Wenn die versiegen, gehen nicht nur die Lichter aus.
Nach der Energiever(sch)wendung im Bereich Bauen und Wohnen ist der Verkehr der offensichtlichste Umweltbelaster.
Dazu ein paar alltägliche Sätze aus dem Mund von Autohändlern:
„Autokauf ist Emotionssache.“
„Autofahren muss vor allem auch Spaß machen.“
„Das bisschen Mehrverbrauch macht so gut wie nichts aus.“
Wen wundert’s, dass die Käufer fürs Lederlenkrad und für Alufelgen mehr Geld ausgeben als für einen Partikelfilter.
Welche Gefühle tauchen bei dir auf, wenn du an Autos bzw. Motorräder und Mofas denkst?
Die wichtigste Informationsquellen:
www.vcd.org – Verkehrsclub Deutschland
mit etwa 5 Jahren Verspätung haben auch nachgezogen:
www.provinz.bz.it/umweltagentur/2902/fap (etwas sperrig) und www.adac.de
Hier
noch das Cover der Standard-Unterlage von
Südtiroler Autokäufern und das Cover einer
(eigentlich unverzichtbaren) Ergänzung dazu.
Die erste ist in jedem Zeitschriftenladen erwerbbar,
aber auch in Bibliotheken auszuleihen.
Die zweite kann man bestellen und kommt noch
günstiger. Sie kreidet die entscheidenden Nachteile
schonungslos an und liefert ein objektives Umweltranking.
Benzin gibt es in zwei Qulitäten: Super(benzin) und Normal(benzin) Beide werden mittlerweile nur mehr bleifrei angeboten und unterscheiden sich durch die Oktanzahl. Ein großer Nachteil ist der im Vergleich zum Diesel niedrigere Wirkungsgrad von max. 32 % (Ph+Ch S. P19: 32 %) und damit der insgesamt erhöhte Abgasausstoß, vor allem des Treibhausgases CO2.
Methan wird auch als Erdgas oder CNG bezeichnet, funktioniert gleich wie Benzin nur mit geringerem Verbrauch, weniger Abgasen und günstigerem Preis.
GPL bedeutet Flüssiggas und funktioniert ebenfalls gleich wie Benzin nur mit weniger Abgasen und geringerem Verbrauch.
Diesel ist der Treibstoff vor allem für große Motoren in LKWs, Traktoren, Baufahrzeugen u.ä., weil er bei der Verbrennung einen im Vergleich zum Benzin um 25 % höheren Wirkungsgrad ermöglicht (Ph+Ch S. P19: 40 %). Deshalb hat er sich in letzter Zeit auch bei kleineren PKWs verstärkt durchgesetzt. Ein Nachteil ist der hohe Anteil an krebserregenden Rußpartikeln in den Abgasen.
Der Dieselmotor unterscheidet sich vom Benzinmotor vor allem dadurch, dass er zur Zündung keine Zündkerzen benötigt, sondern sich durch die starke Kompression selbst entzündet.
Die vielen Elektromotoren im Auto werden durch elektrischen Strom aus der Batterie angetrieben.
Aufgeladen wird die Batterie durch die Lichtmaschine, einem kleinen Generator, den der Automotor treibt.
Beim Elektroauto werden die Batterien normalerweise an der Steckdose des Hausnetzes aufgeladen.
Hybridmotor bedeutet dass, ein Benzin- und ein Elektromotor abwechselnd oder gemeinsam ein Fahrzeug antreiben, abhängig davon wie schnell beschleunigt oder gefahren wird.
Der 2-Takt-Benzinmotor unterscheidet sich vom 4-Takt-Benzinmotor dadurch, dass nicht Ventile den Gaseinzug und den Gasaustritt steuern, sondern der Kolben selber. Dadurch aber ist die Verbrennung so unsauber wie von 100 bis 200 katbestückten PKWs zusammen. Ein Rasenmähen mit Benzinmotor erzeugt gleichviel schädliche Gase wie 80 PKWs.
Im Vergaser wird das Benzin mit Luft zu einem geeigneten, zündfähigen Gemisch vermengt.
In
einem zylindrischen Hohlraum des Motors, dem Zylinder, wird das
Benzin-Luft-Gemisch mit Hilfe einer Zündkerze, die einen
Zündfunken erzeugt, zur Zündung gebracht:
Das
zündende Benzin setzt den Kolben im Zylinder in Bewegung. Der
Kolben überträgt die Bewegungsenergie auf die
Kurbelwelle,
die Kurbelwelle treibt ein Getriebe, das Getriebe
überträgt
die Energie auf die Räder des Autos. Ein Vierzylindermotor
besitzt vier nebeneinander liegende Zylinder mit jeweils vier Kolben,
die immer abwechselnd der Reihe nach tätig sind. Deshalb muss
der Zündzeitpunkt der Zündkerzen exakt stimmen.
Bei
der Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches in den Zylindern des Motors
entstehen gasförmige Verbrennungsprodukte, sog. Abgase. Benzin
besteht aus einem Stoffgemisch organischer Stoffe, welche aus
Erdöl
gewonnen werden. Das Erdöl ist im Laufe von Millionen von
Jahren
aus ehemaligen Pflanzenresten tief im Innern der Erde entstanden
("fossile Brennstoffe"). Organische Stoffe enthalten immer
chemisch gebundene Kohlenstoffatome. Diese oxidieren bei der
Verbrennung von Benzin, bzw. bei der Oxidation
mit Sauerstoff,
zu Kohlenstoffoxiden. Es können dabei zwei Kohlenstoffoxide
entstehen, das Kohlenstoffdioxid und das Kohlenstoffmonoxid.
Bei der Verbrennung von Benzin im Motor des Autos entstehen sehr hohe Temperaturen. Dadurch verbrennt der in der Luft enthaltene Stickstoff mit dem Sauerstoff zu Stickstoffoxid. Es können mehrere Stickoxide entstehen. Das Gemisch dieser Stickoxide wird als NOx bezeichnet.
Global werden 600 Millionen Kraftfahrzeuge (davon 150 Millionen LKW) rund um die Uhr bewegt. Das entspricht einer Schlange, die hundert mal um den Äquator reicht. Täglich wächst die Kolonne um 500 Kilometer. Ein Mittelklassewagen belastet pro Kilometer mit Katalysator rund 5000 Kubikmeter Atemluft, ein Wagen ohne Katalysator rund 30.000 Kubikmeter. Ein Lastkraftwagen belastet 200.000 Kubikmeter pro Kilometer Fahrt.
Die Abgase von Verbrennungsmotoren sind ein Gemisch einiger hundert Substanzen, die fast alle für sich genommen schon hochgradig schädlich auf Menschen, Tiere, Pflanzen und die gesamte belebte Umwelt wirken. Abhängig vom Motortyp und von der Kraftstoffart ist dieser Schadstoffcocktail unterschiedlich zusammengesetzt. Während in den Abgasen von Ottomotoren überwiegend Aldehyde, Benzol und andere einfache Aromaten sowie CO, und organische Bleiverbindungen enthalten sind, gelangen aus den Auspuffrohren von Dieselmotoren hauptsächlich Rußpartikel ebenso PAK und Aldehyde in die Außenluft.
Dazu kommen große Mengen an Kohlendioxid CO2, die weder durch Filter noch durch die geregelten Drei-Wege-Katalysatoren - von ihnen wKohlenmonoxiderden Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in die scheinbar harmlosen Verbindungen Wasserdampf und Kohlendioxid umgewandelt - zurückzuhalten sind. Wasserdampf und Kohlendioxid schädigen aber den Menschen und seine Umwelt mittelbar, indem sie zur globalen Erwärmung durch die Verstärkung des Treibhauseffektes beitragen.
Weiterhin werden fast alle Bestandteile der Autoabgase entweder durch Sonneneinstrahlung direkt in die aggressiven Fotooxidantien des Sommersmogs umgewandelt oder verstärken die Bildung des bodennahen Ozons O3. Während das aggressive Reizgas Ozon einerseits unmittelbar gesundheitsschädigend wirkt, trägt es andererseits ebenfalls wie Wasserdampf und Kohlendioxid mittelbar zur Verstärkung des Treibhauseffekts bei.
Schon heute werden zulässige Grenzwerte von Benzol, Dieselruß und Ozon in besonders hoch belasteten Verkehrszonen und in Innenstädten teilweise überschritten; das Atmen wird hier zu einem Gesundheitsrisiko.
Denn Auspuffgase stinken nicht nur, sondern sie gefährden auch die Gesundheit. Sie erhöhen das Krebsrisiko und greifen die empfindlichen Atemwege an - insbesondere die der Kinder. Ultrafeine Partikel aus dem Auspuff der Autos sind ein Grund für die epidemieartige Zunahme asthmatischer Atemwegserkrankungen. Kinder, deren Schulweg durch verkehrsbelastete Straßen führt, zeigen eine höhere Asthma- und Allergieanfälligkeit.
Übrigens
ist während der morgendlichen Rush-hour zwischen sieben und
acht
Uhr der Kohlenmonoxidgehalt der Luft am
höchsten, wenn
die Erwachsenen zur Arbeit fahren und die Kinder zur Schule gehen
oder gefahren werden bzw. Säuglinge im Kinderwagen geschoben
werden. Falls Schüler früh über
Kopfschmerzen,
Schwindel und Übelkeit klagen könnte dies eine der
Ursachen
sein.
Überhaupt tragen Kinder das größte
Gesundheitsrisiko gegenüber den direkt über dem Boden
emittierten Autoabgasen weil sie mit ihrer Nase am dichtesten am
Schadstoffcocktail dran sind. Außerdem sind krebserregende
Stoffe Summationsgifte, d.h. die Dosis wird vom
frühen
Kindesalter an aufsummiert. Je höher die Lebensdosis ist,
desto
größer wird das Risiko, an Krebs zu erkranken.
Allerdings kommen auch die Verursacher nicht gänzlich unbeschadet davon: Autofahrer auf stark frequentierten Pendler-Routen atmen mehr Kohlenmonoxid, Benzol und Dieselruß ein als etwa ein erwachsener Fußgänger. Die Konzentration der Schadstoffe ist nämlich im Auto um ein mehrfaches höher als auf dem Fußgängerweg. Sie gelangen durch die Lüftung in das Wageninnere, im Stau werden von der Klimaanlage sogar die Abgase des eigenen Autos angesaugt. An der Belastung im Innenraum der Fahrzeuge sind auch Gase von Lösungsmitteln beteiligt, die aus verschiedenen Materialien wie Armaturen oder Sitzbänken austreten. Das ist nicht nur bei Neuwagen so, sondern auch bei älteren Modellen, insbesondere nach längerem Parken im Sonnenschein.
In einer defensiven und Sprit sparenden Fahrweise liegt ein Einsparpotential von 20 bis 25 Prozent.
5)
Eigenschaften der Abgase (Wiederholung oder
Vorwegnahme
von Naturkunde-Inhalten)
Stickoxide
(NOx):
Die Stickoxide sind starke Atemgifte.
Bei Kindern nehmen Erkrankungen der Atemwege und Infektionen bei der
Aufnahme von kleinsten Mengen zu. Die Stickoxide sind für die
Entstehung des Sauren Regens und des damit verbundenen Waldsterbens
mit
verantwortlich. Außerdem sind sie an der Bildung des
Atemgiftes
Ozon
in
der Atmosphäre beteiligt. Aus diesem Grunde steigen jedes Jahr
im Sommer die Ozonwerte in Ballungsgebieten mit viel
Straßenverkehr
bedenklich an.
Kohlenstoffdioxid
(CO2):
Das Kohlenstoffdioxid ist relativ ungiftig. Es entsteht bei
allen Verbrennungen von organischen Stoffen, auch bei der Verbrennung
von Zucker in der Muskulatur der Lebewesen. Wir atmen Sauerstoff ein
und atmen Kohlenstoffdioxid aus. Dieses Gas bildet in der
Erdatmosphäre eine Treibhausglocke und verhindert, dass die
Wärme der Sonne wieder in das Weltall entweicht. Durch die
rücksichtslose Verfeuerung der fossilen Brennstoffe entstehen
riesige Mengen von Kohlendioxid, der natürliche Treibhauseffekt
wird
verstärkt, die Erdatmosphäre erwärmt sich
und führt
zu einer Klimakatastrophe, welche sich bereits durch das Abschmelzen
des Eises an den Polen und durch verheerende Überschwemmungen
ankündigt.
Kohlenstoffmonoxid
(CO):
Dieses Abgas entsteht bei der unvollständigen
Verbrennung von Benzin, besonders bei Kraftfahrzeugen nach dem Start
und im Leerlauf. Es ist ein farb- und geruchloses, aber hochgiftiges
Gas und wirkt schon in kleinsten Mengen tödlich, da es als
Atemgift den Sauerstofftransport im Blut behindert. Vor allem
Verkehrspolizisten und Raucher weisen im Blut hohe
Kohlenstoffmonoxidgehalte auf.
Schwefeldioxid
(SO2):
Im Dieselbenzin und im Heizöl befinden sich
Schwefelreste des Erdöls. Diese verbrennen bei der Verbrennung
im Motor zu Schwefeldioxid, einem stark lungenreizenden Gas. Das
Schwefeldioxid löst sich in der Feuchtigkeit der Luft zu einer
Säure, welche Bauwerke aus Naturstein zerfrisst. Diese
Säure
ist auch der Hauptverursacher für den Sauren Regen und
für
das Waldsterben.
In den Autoabgasen befinden sich neben den Verbrennungsprodukten unverbrannte Bestandteile des Benzins, wie das krebserregende Benzol, ein sogenannter "Kohlenwasserstoff".
Der Auto- und Schwerlastverkehr trägt mit etwa 50 Prozent am meisten zur Luftverschmutzung mit Stickoxiden bei. Zu bedenken ist, dass ein Liter Benzin 10000 Liter Abgase erzeugt! Um den Ausstoß aller dieser Schadstoffe an die Umwelt und die damit verbundenen Folgen zu verringern, wird ein Drei-Wege-Katalysator zwischen Motor und Auspuffanlage montiert:
Rußpartikel:
Durch Verbrennung von Dieselbenzin entsteht eine große
Menge an Russpartikeln, die stark kanzerogen sind. Laut
einer Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes sterben allein in
Deutschland jährlich 10-19.000 Menschen an den
Folgeerkrankungen
durch Dieselruß.
6) Der (Drei-Wege-) Katalysator in Benzinmotoren u.ä.
In der Chemie sind Katalysatoren Stoffe, welche chemische Reaktionen ermöglichen und sogar von selbst ablaufen lassen. Der Drei-Wege-Katalysator initiiert folgende drei chemischen Reaktionen in den Abgasen:
1.)
Die Stickoxide werden zu Stickstoff
reduziert.
2.) Das Kohlenmonoxid wird zu Kohlenstoffdioxid
oxidiert.
3.) Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden zu Wasserdampf
und zu Kohlenstoffdioxid
oxidiert.
Der Autokatalysator besteht aus einem Keramikeinsatz, der von
winzigen, wabenförmigen Kanälen, welche mit Platin
beschichtet sind, durchzogen ist. Das fein verteilte Platin wirkt als
Katalysator.
Zwischen Motor und Katalysator befindet sich eine Lambdasonde. Diese testet den Gehalt an unverbranntem Sauerstoff in den Abgasen. Sauerstoff macht den Katalysator unwirksam. Stellt die Lambdasonde zuviel Sauerstoff in den Abgasen fest, drosselt sie über ein Steuersystem die Luftzufuhr im Vergaser. Sie regelt die Luftzufuhr im Vergaser so, dass immer genauso viel Luft im Motor vorhanden ist, wie zur Verbrennung des Benzins benötigt wird. Nur dann funktioniert der Vergaser optimal. Für ein einwandfreies Arbeiten des Autokatalysators ist das Tanken von bleifreiem Benzin notwendig. Bleistäube in den Abgasen machen Katalysatoren unwirksam und zerstören sie. Ein Drei-Wege-Katalysator vernichtet etwa 90 Prozent der Schadstoffe. Die Stickoxidemissionen des Verkehrs sind seit 1990 leicht zurückgegangen. Dies ist auf den Katalysator zurückzuführen.
(bei Dieselmotoren notwendig!)
Ganz allgemein zur Technik des Rußpartikelfilters: Die Partikel werden in einem feinporigen Keramikfilter gesammelt und alle 500 bis 1000 Kilometer verbrannt. Unterschiede gibt es bei der Art, wie der Verbrennungsprozess eingeleitet wird. VW, Peugeot und HJS (Nachrüstung) verwenden dafür ein Additiv, das in einem Behälter im Motorraum untergebracht ist und nach etwa 120000 Kilometern (HJS: 50000) von der Werkstatt wieder aufgefüllt wird. Mercedes und Toyota verzichten auf Zusätze und erhöhen – vereinfacht ausgedrückt - die zum Abbrand der Partikel notwendige Abgastemperatur durch Mehrfacheinspritzungen des Diesels. Für den Kunden ist die Frage, ob mit oder ohne Additiv verbrannt wird, im Praxisbetrieb unerheblich.
Zusatzwissen Auto-Sicherheit: Der Airbag
Die Zahl der Verkehrsunfälle hat seit 1970 deutlich zugenommen, aber der Anteil an tödlichen Verkehrsunfällen ist stark zurückgegangen. Dies ist vor allem auf verbesserte Sicherheitsausstattungen wie Gurte oder den Airbag zurückzuführen. Im Falle eines Zusammenstoßes zündet ein elektronischer Sensor eine Tablette, welche aus einem Gemisch aus Natriumnitrat und Bor besteht. Die Stoffe reagieren explosionsartig miteinander und zünden eine Tablette aus Natriumazid, welches innerhalb 30 Tausendstel Sekunden 60 Liter Stickstoff in den Airbag freisetzt.
Diese Unterrichts-Einheit ist wie folgt konzipiert:
Die Dowloads rechts
kann man mit Rechtsklick und "Ziel speichern unter ..." starten.
Einstieg als Einführung welches_auto_Info.pdf
Arbeitsblatt Treibstoffe und Motoren Treibstoffe_Motoren_Arbeitsblatt.pdf
Gemeinsames Wiederholen am Prinzip Ottomotor (s. Einstieg)
Erarbeitung in der Schule oder zu Hause der Abgasproblematik und Eigenschaften der Gase (s. Einstieg)
Hausaufgabe Spalte 3+4 von Wunschauto Wunschauto_Arbeitsblatt.pdf
Spalte 5 von Wunschauto an Hand Quattroruote und VCD-Liste in Kleingruppen
Kompetenzkontrolle mit Test Motor_Abgas_Testvorlage.pdf
für KIT ein Tabellenkalkulation-Arbeitsblatt : Vorlage Autovergleich.xls
Die komplette Unterrichts-Einheit als editiebarer Text: Welches_Auto_komplett.zip
by Luis Rauter