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Luftverhältnis: Frage (überfällig)
Status: (Frage) überfällig Status 
Datum: 18:07 Di 31.01.2017
Autor: Rebellismus

Aufgabe
In meinem Buch steht:

Bei vollständiger Verbrennung des Kraftstoffes entstehen

- Kohlendioxid
- Wasserdampf
- Stickstoff
- Edelgase

Bei unvollständiger Verbrennung entstehen neben den oben genannten Bestandteile des Abgases noch die Schadstoffe:

- Kohlenmonoxid
- Unverbrannte Kohlenwasserstoffe
- Stickoxide
- Feststoffe

Der Anteil dieser Schadstoffe im Abgas ist abhängig vom Luftverhältnis [mm] \lambda [/mm]


ps: Es geht hier um den Abgas nach der Verbrennung vor dem Katalysator


auf wikipedia steht das eine vollständige Verbrennung bei [mm] \lambda=1 [/mm] erreicht werden kann

[]Wikipedia Quelle

aber im folgenden Bild

[]das Bild


ist bei [mm] \lambda=1 [/mm] ein hoher Anteil von Stickoxiden (fast der Hochpunkt der schwarzen parabel)

Das ist ja ein Widerspruch, weil bei [mm] \lambda=1 [/mm] wegen der vollständgen verbrennung keine Schadstoffe entstehen sollte.

Wie erklärt sich dieser Widerspruch? Meine Vermutung ist:

Die vollständige Verbrennung ist nur in der Theorie möglich und nicht in der praxis.
Lambda=1 ist das Luftverhältnis, das für eine vollständige Verbrennung nötig wäre, aber das bedeutet nicht das es auch erfolgt. Bei lambda=1 gibt es genügend Sauerstoff, die für die vollständige verbrennung nötig wäre, aber es besteht auch die Möglichkeit, dass Sauerstoff mit Stickstoff zu Stickoxiden wird. Die vollständige verbrennung wäre also nur möglich, wenn Sauerstoff nur mit Kohlenstoff und Wasserstoff eine verbindung eingeht.
Aber in der Praxis ist das nie der Fall, weil eine kleine Menge Sauerstoff mit Stickstoff eine verbindung eingeht und zu Stickoxiden wird.
Deshalb gibt es auch bei lambda=1 Schadtstoffe wie Stickoxide

habe ich das jetzt so richtig verstanden?

        
Bezug
Luftverhältnis: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 19:41 Di 31.01.2017
Autor: Diophant

Hallo,

also so der Experte bin ich nicht mehr (das hatte ich mal vor vielen Jahren im Studium alles, aber eben vor vielen Jahren...). Ich stelle daher deine Frage auch einmal auf 'teilweise beantwortet'.

>

> Bei vollständiger Verbrennung des Kraftstoffes entstehen

>

> - Kohlendioxid
> - Wasserdampf
> - Stickstoff
> - Edelgase

>

Das kommt mir seltsam vor. So können Edelgase ja schlecht 'entstehen', die waren dann vorher schon in der angesaugten Luft. Und wieso soll bei einer Verbrennung Stickstoff entstehen und keine Stickoxide, das ist für mich zunächst paradox.

> Bei unvollständiger Verbrennung entstehen neben den oben
> genannten Bestandteile des Abgases noch die Schadstoffe:

>

> - Kohlenmonoxid
> - Unverbrannte Kohlenwasserstoffe
> - Stickoxide
> - Feststoffe

>

> Der Anteil dieser Schadstoffe im Abgas ist abhängig vom
> Luftverhältnis [mm]\lambda[/mm]

>
>

> ps: Es geht hier um den Abgas nach der Verbrennung vor dem
> Katalysator

Ok, dieser Hinweis ist wichtig.

> auf wikipedia steht das eine vollständige Verbrennung bei
> [mm]\lambda=1[/mm] erreicht werden kann

>

> []Wikipedia Quelle

>

> aber im folgenden Bild

>

> []das Bild

>
>

> ist bei [mm]\lambda=1[/mm] ein hoher Anteil von Stickoxiden (fast
> der Hochpunkt der schwarzen parabel)

Bei Wikipedia sehe ich aber nichts über den NOx-Anteil, während mir das verlinkte Bild plausibel erscheint und von füher her bekannt vorkommt.

> Das ist ja ein Widerspruch, weil bei [mm]\lambda=1[/mm] wegen der
> vollständgen verbrennung keine Schadstoffe entstehen
> sollte.

Wieso nicht? Was ein Schadstoff ist und was nicht entscheidet ja nicht unbedingt der Verbrennungsgrad (außer vielleicht beim Kohlenstoff, wenn wir den Klimawandel außer Acht lassen).

> Wie erklärt sich dieser Widerspruch? Meine Vermutung ist:

>

> Die vollständige Verbrennung ist nur in der Theorie
> möglich und nicht in der praxis.
> Lambda=1 ist das Luftverhältnis, das für eine
> vollständige Verbrennung nötig wäre, aber das bedeutet
> nicht das es auch erfolgt. Bei lambda=1 gibt es genügend
> Sauerstoff, die für die vollständige verbrennung nötig
> wäre, aber es besteht auch die Möglichkeit, dass
> Sauerstoff mit Stickstoff zu Stickoxiden wird. Die
> vollständige verbrennung wäre also nur möglich, wenn
> Sauerstoff nur mit Kohlenstoff und Wasserstoff eine
> verbindung eingeht.
> Aber in der Praxis ist das nie der Fall, weil eine kleine
> Menge Sauerstoff mit Stickstoff eine verbindung eingeht und
> zu Stickoxiden wird.
> Deshalb gibt es auch bei lambda=1 Schadtstoffe wie
> Stickoxide

>

> habe ich das jetzt so richtig verstanden?

Das erscheint mir zu ungenau. Wenn ich das recht erinnere, dann benötigt die Verbrennung von Stickstoff sehr hohe Temperaturen. Und der Großteil der Stickoxide im Autoabgas kommt aus der angesaugten Verbrennungsluft und nicht aus dem Kraftstoff. Insofern denke ich, dass ein gutes Luftverhältnis bei hohen Temperaturen die Entstehung von NOx sogar fördern kann (u.a. deshalb benötigt man ja Katalysatoren).

Und bei Experimenten mit Wasserstoff-Antrieben (also Verbrennungmotoren mit Wasserstoff als Treibstoff) entsteht genau diese Problematik: weil diese Verbrennung wohl bei um die [mm] 1000^{\circ}C [/mm] vonstatten geht, haben diese Motoren einen enormen Ausstoß an NOx, sofern sie ihre Verbrennungsluft aus der Atmosphäre (die zu 35% aus Stickstoff besteht) beziehen.

Ich hoffe, dass dir dieser Denkansatz ein wenig weiterhilft.


Gruß, Diophant

Bezug
                
Bezug
Luftverhältnis: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 20:17 Di 31.01.2017
Autor: Rebellismus

Hallo,

> >
>  > Bei vollständiger Verbrennung des Kraftstoffes

> entstehen
>  >
>  > - Kohlendioxid

>  > - Wasserdampf

>  > - Stickstoff

>  > - Edelgase

>  >
>  
> Das kommt mir seltsam vor. So können Edelgase ja schlecht
> 'entstehen', die waren dann vorher schon in der angesaugten
> Luft. Und wieso soll bei einer Verbrennung Stickstoff
> entstehen und keine Stickoxide, das ist für mich zunächst
> paradox.

Das ist schlecht formuliert (aber so steht das wirklich in meinem Buch). Besser wäre:

Bei vollständiger Verbrennung des Kraftstoffes (d.h., aus dem Kraftstoff wurde CO₂ und H₂O) besteht der Abgas vor dem katalysator aus:

- Kohlendixoid (Sauerstoff reagiert mit Kohlenstoff)
- Wasser bzw. Wasserdampf (Sauerstoff reagiert mit Wasserstoff
- Stickstoff (Bestandteil der Luft, reagiert nicht mit dem Sauerstoff, deshalb bleibt es als Stickstoff übrig)
- Edelgase (bestandteil der Luft, reagiert mit keinem anderen Element, deshalb bleibt es als Edelgase übrig)



> Wieso nicht? Was ein Schadstoff ist und was nicht
> entscheidet ja nicht unbedingt der Verbrennungsgrad (außer
> vielleicht beim Kohlenstoff, wenn wir den Klimawandel
> außer Acht lassen).

Weil in meinem Buch steht das bei vollständiger Verbrennung keine Schadstoffe entstehen.
Schadstoffe sind Stickoxide, unverbrannte Wasserstoffe und Kohlenmonoxid


Bezug
        
Bezug
Luftverhältnis: Fälligkeit abgelaufen
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 18:22 Fr 03.03.2017
Autor: matux

$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
Bezug
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