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Das Auto und seine Abgase
siehe auch Arbeitsblätter
 
Nach wie vor steigt der Bestand an Kraftfahrzeugen weltweit. Damit verbunden ergeben sich auch die Verkehrs- und Umweltprobleme. Allerdings wurden im Hinblick auf den Benzinverbrauch und die Umweltfreundlichkeit beim Auto seit 1970 wesentliche Fortschritte gemacht.  
    
  
 
 
Die Zahl der Verkehrsunfälle hat seit 1970 ebenfalls 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, das innerhalb 3/100 Sekunden 60 Liter Stickstoff in den Airbag freisetzt.  
    
  
  
  
Bei der Verbrennung von Benzin mit Luft im Motor des Autos entstehen Abgase. 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. 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") (Grafik). 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, Kohlenstoffdioxid (CO2) und Kohlenstoffmonooxid (CO). 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 Stickstoffoxide entstehen, beispielsweise Stickstoffmonooxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) oder Distickstofftetraoxid: N2O4. Das Gemisch dieser Stickstoffoxide wird als NOx bezeichnet  
   
Eigenschaften der Abgase  
  
Die Stickstoffoxide sind starke Atemgifte. Bei Kindern nehmen Erkrankungen der Atemwege und Infektionen bei der Aufnahme von kleinsten Mengen zu. Die Stickstoffoxide sind für die Entstehung des Sauren Regens 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.  

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.  

Kohlenstoffmonooxid 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 Kohlenstoffmonooxidgehalte auf.  
   
Schwefeldioxid: 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:  
   

 
Funktionsweise eines Drei-Wege-Katalysators  

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 Kohlenstoffmonooxid 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 Stickstoffoxidemissionen des Verkehrs sind seit 1990 leicht zurückgegangen. Dies ist auf den Katalysator zurückzuführen.  
   
   
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