25. Februar 2010

Geheimnis der CO2-Angaben gelüftet

Der Kohlendioxidausstoss von Fahrzeugen wird in Gramm pro gefahrenen Kilometer angegeben. In jeder Preisliste wird dieser Wert publiziert. Auffallend bei dieser Angabe: Der CO2-Ausstoss korreliert mit den Verbrauchsangaben. AUTO&Technik zeigt, wie der Kohlendioxidausstoss bestimmt wird und welche Strategien zur Senkung die Automobilhersteller verfolgen.

Geheimnis der CO2-Angaben gelüftet

Die vereinfachte Verbrennungsformel einer vollständigen Verbrennung zeigt die Entstehung des Treibhausgases Kohlendioxid CO2 sowie Wasser H2O.

VON ANDREAS SENGER

Am Klimagipfel in Kopenhagen drehte sich die Diskussion im Kreise. Aufgrund der weltweit wirtschaftlich angespannten Lage wollten sich die politischen Weltführer nicht auf verbindliche Massnahmen zur Senkung der Kohlendioxidemissionen (CO2) einigen. Der Ankurbelung der globalen Wirtschaft wird höhere Priorität beigemessen.
Es blieb bei den Weltführern bei losen Versprechungen. Obwohl die Schweiz gemessen am weltweiten Ausstoss mit 0,2% eine relativ kleine Schuhnummer ist, müssen auch hierzulande Reduktionsmassnahmen ins Auge gefasst werden. Dass dazu unser Umweltminister Moritz Leuenberger mit seiner Entourage mit einem Sonderzug aus der Schweiz an die Konferenz reist, dessen CO2-Bilanz suboptimal ist (Strom in Deutschland aus Kohlekraftwerken), sei nur am Rande erwähnt.
Der Grund für den Reduktionszwang: CO2 ist ein ungiftiges, farb- und geruchloses Gas. Das CO2 in der Atmosphäre (0,038% der Luft) bewirkt, dass die von der Erde zurückreflektierten Sonnenstrah­len nicht ins Weltall abgestrahlt, sondern an dieser Schicht wieder auf die Erde zurückreflektieren. Dies ist ein ähnlicher Effekt wie in einem Treibhaus (daher der Name Treibhauseffekt). Das Prob­lem: Die Kohlendioxidemissionen werden zwar von den Pflanzen für das Wachstum (Photosynthese) benötigt. Manche Forscher sind aber der Ansicht, dass das Gleichgewicht nicht mehr stimmt und schlagen Alarm.

Facts and figures

Rund 95% der CO2-Emissionen sind natürlichen Ursprungs. Der restliche Anteil ist «Mensch gemacht». Davon entfallen in der EU rund 13 bis 22% auf den Stras­senverkehr (je nach Studie und Einschätzung). Der Anteil der Schweiz an den globalen CO2-Emissionen beträgt lediglich 0,2%, rund ein Drittel davon entfällt auf den Stras­senverkehr. Nur am Rande: Der Flugverkehr wird bei den nationalen Umweltdiskussionen meist ausgeklammert.
Für die Schweiz bedeutet dies, dass hiesige Bemühungen dem globalen Klima wenig bis nichts nützen. Hauptargument für die Reduktion des helvetischen CO2-Ausstosses müsste vielmehr sein, dass die Abhängigkeit vom importierten Erdöl und damit von Heizöl, Diesel und Benzin verkleinert wird.
Alternative Antriebe wie Elektro-, Hybrid- und Gasantrieb sollen diese Abhängigkeit reduzieren helfen. Analog würde der Kohlendioxidausstoss verringert. Weil die schweizerische Stromproduktion praktisch CO2-neutral erfolgt (Wasser- und Atomkraft), schneidet der Strassenverkehr hierzulande schlechter ab als in der EU (34%-Anteil versus 23%).

Berechnung der g/km

Gemäss der chemischen Gleichung einer vollständigen Verbren­nung (siehe Hauptbild) entsteht das CO2 aus der Oxidation des Treibstoffbestandteiles Kohlenstoff C mit Sauerstoff O. Zwei Wasserstoffanteile H des Treibstoffes oxidieren mit einem Teil Sauerstoff O zu H2O (Wasser). Je mehr Treibstoff ein Fahrzeug verbraucht, umso höher ist der CO2-Ausstoss.
Anhand eines einfachen Beispiels zeigen wir Ihnen die Berechnung auf. Als Basis dient ein Fahrzeug mit einem NEFZ-Durchschnittsverbrauch (Neuer Europäischer Fahrzyklus) von 10 l Benzin auf 100 km Strecke.
Die durchschnittliche spezifische Masse von Benzin beträgt 0,75 kg/l. Daraus resultiert ein Massenverbrauch von 7,5 kg/100 km. Der Kohlenstoff-Massenanteil bei Benzin beträgt 86,6%. Das bedeutet, dass pro 100 km Fahrstrecke 6,5 kg Kohlenstoff verbrannt werden. Aus einem Atom Kohlenstoff C entsteht durch Oxidation mit zwei Atomen Sauerstoff CO2. Um von Kohlenstoff auf Kohlendioxid zu rechnen, müssen die Molmas­sen beigezogen werden. Mittels Dreisatz lässt sich danach der CO2-Massendurchsatz bestimmen.
Ein Mol ist die stoffmengenbezogene Masse der Atome. Die Molmasse von C beträgt 12 g/Mol und von CO2 gemäss Periodensystem 12+16+16 (C+O+O) = 44 g/Mol. Aus den 6,5 kg/100 km Kohlenstoff entstehen also: 12 x 44 = 23,8 kg CO2 pro 100 km Fahrstrecke. Dies entspricht 238 g pro gefahrenen Kilometer.
Für einen Dieselmotor ist die Berechnung identisch, ausser dass sich die Dichte ändert auf 0,83 kg/l. Daraus resultiert wegen der höheren Dichte auch ein höherer CO2-Ausstoss von 263 g/km. Durch den besseren Wirkungsgrad des Dieselmotors ist sein Verbrauch allerdings geringer und damit auch der Kohlendioxidausstoss.

Geringere Verbräuche

Um den vom Strassenverkehr emittierten Kohlendioxid-Ausstoss nachhaltig zu verringern, muss zwingend der Verbrauch gesenkt werden. Alternativ wäre der Umstieg auf CO2 freundlichere Treibstoffe wie Erdgas, Biogas, flüssige Biotreibstoffe aus Abfällen, Elektrizität und Wasserstoff möglich.
Christian Bach, Leiter der Abteilung Verbrennungsmotoren der EMPA, hat mit seinem Team bewiesen, dass der Gasmotor dank höherem Heizwert von Methan (47 MJ/kg versus 43 MJ/kg von Benzin) und den besseren spezifischen CO2-Emissionen von 55 g/MJ versus 74 g/MJ technisch im Plus ist. Dies ist aber nur mit einem hoch aufgeladenen Verbrennungsmotor möglich. Vorläufige Resultate eines Forschungsprojektes (siehe Kasten Seite 19 oben) zeigen auf, dass ein auf Gas umgestellter 1,4-l-Forschungsvierzylindermotor aus dem VW-Konzern integriert in einen Hybridantrieb ein Reduktionspotential von rund einem Drittel aufweist. Die teilweise Loslösung von Erdölderivaten hat begonnen. Die Scheichs wird es nicht freuen.

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