Moin,
der Sprung ist leicht getan. Wenn Du einen Motor mit Luftüberschuß betreibst, finden bei den hohen Verbrennungstemperaturen auch Stickstoffmoleküle den Weg zum Sauerstoff ==> es bilden sich NOxe, die auch schon mal schnell mit Dioxinen verwechselt werden. Kurz gesagt, die Gefährlichkeit von NOxen halte ich nicht für groß, aber sie sind nunmal ein Umweltgift.
Betreibst Du den Motor fetter, so fehlen die Reaktionspartner einfach. Der Stickstoff geht leer aus und bleibt, wie er ist. Allerdings schaffen es unter diesen Bedingungen die anderen Reaktionspartner auch nicht, in der kurzen Phase der Verbrennung, alle zueinander zu finden. So bleibt Sauerstoff übrig und unverbrannter Treibstoff => logisch, daß dabei Energie verloren geht. Logisch auch, daß gerade bei dieser Mischung sehr viel mehr Kohlenmonoxid entsteht, als bei der Magerverbrennung mit ausreichend Luftüberschuß.
Im Katalysator wirds gerichtet! Die Verweilzeiten sind auch bei einfacher Durchströmung wesentlich länger, als sie bei der kurzen Verbrennung je sein könnten. So wird nachgearbeitet.
Vielfach wird angenommen, daß NOxe im Kat wieder reduziert werden und der freiwerdende Sauerstoff dann für die Nachverbrennung anderer Stoffe zur Verfügung steht. Dies ist leider nicht der Fall, obwohl die Tüftler und Forscher wirklich ihr Bestes gegeben haben. Das Problem ist, daß NOx unterhalb 650 °C metastabil ist und ein Katalysator diese Verbindung nicht trennt. Man müßte also das Abgas einmal richtig und ausreichen lange auf 750 °C oder mehr bringen und dann gaaanz langsam wieder abkühlen. Dadurch würden die NOxe zerfallen und keinen weiteren Schaden mehr anrichten. Dabei dürfte aber keine katalytisches Material anwesen sein, sonst blieben die Verbindungen doch zusammen
Was wir also brauchen, ist ein megariesiger Auspuff mit mehreren hundert Litern Volumen, der das Abgas erstmal richtig lange speichert und warm hält. Apropos warm hält, die heutigen Motoren nutzen die Energie so gut aus, daß die Abgastemperaturen schon immer weiter sinken, anders gesagt, die 900 °C, die man früher noch an einem Benzinerpassat messen konnte, sind heute schon lange nicht mehr wahr. Wir müssen also heizen und Energie für die Wiederaufheizung verbrauchen.
Bei den hohen Temperaturen bildet sich dann NO. Bereits entstandens NO2 ist bei diesen Temperaturen unbeständig und zerfällt in NO und 1/2 O2.
Danach kühlt man das Abgas schöööön langsam ab, damit sich das Reaktionsgleichgewicht von N2 + O2 <=> 2 NO möglichst weit auf die linke Seite verschiebt. Schafft man es, einige Zeit bei 750 °C zu verweilen, so ist fast kein NO mehr da (NO2 sowieso nicht)
Du siehst, es wird etwas aufwändiger.
Was wir in den Industrieöfen mittlerweile so einigermaßen in den Griff kriegen, wird mit extrem großen Bauvolumina erkauft. Schau Dich mal im Kraftwerk um. Die Riesenklötze, die da stehen, das ist alles Umweltschutz. Früher gab es einen großen Kessel, der wie ein Hochhaus ausschaute, dann das Maschinenhaus mit ein paar Trafos nebendran und dann noch einen Kühlturm
Heute weißt Du nicht mehr, wo Du hinschauen sollst. Diese ganzen Reaktionen erfordern eben Zeit. Im übrigen müssen auch die Kraftwerke gewaltige Energiemengen für die Wiederaufheizung bereitstellen. Die Rauchgaskanäle alleine reichen schon, um mit einer ganzen Daihatsu-Parade durchzufahren. MW ist so die kleinste Einheit, in der wir Planer denken. Bei den Mengen lohnt es sich auch zu denken. Beim Auto geht immer gleich der Preis in die Höhe - und wer will das?
Im Auto muß alles schnell gehen und klein sein. Was dreht ein Motor? Sagen wir mal 3000/min, nein, sagen wir ruhig mal 3600/min. Das sind 60 pro Sekunde, 30 Arbeitstakte. Die Verbrennung soll möglichst schon abgeschlossen sein, ehe der Kolben so richtig in Fahrt nach unten geht. Such Dir einen Wert aus, es bleibt einfach nicht viel Zeit.
Warmhalten iss nicht! Durch die Expansion der thermischen Expansionsmaschine kühlt natürlich alles sehr schnell ab. Das Abgas ist ruck zuck von 1500 °C auf 500 °C. Zu schnell, als daß sich NO wieder zurückbilden könnte. Nun saust das NO auch noch mit Luftüberschuß in den Kat - bumms, da ist es zu NO2 weiterreagiert. Und das ist gut wasserlöslich und fängt gleich an, irgendwelche Sauereien zu treiben.
Vorteil am Alkohol-Betrieb: die Verbrennung läuft ingesamt kälter und damit weniger NOx-bildend. Man kann also einen Alk-Motor ruhig magerer stellen, ohne Stickoxide zu befürchten. Nur wie gesagt, die Elektronik tuts nicht, sie regelt brav nach - deutlich zu sehen, an der Verbrauchsanzeige, deutlich auch zu sehen beim nächsten Tankstopp.
Ehrlicherweise muß man aber dazu sagen: würde man einen Alk-Motor in der Verdichtung bis an die Klopfgrenze hochsetzen, so hätte man noch mehr Leistung etc. , aber eben auch wieder NOxe. So gesehen, ist nur bei unseren Normalmotoren der Alkohol der sanfte Sprit.
Für den Winter überleg ich mir was mit Benzinstarteinspritzung. Auto ohne Basteln ist wie Computer ohne Programme. Mal schauen, ob ich IHN nicht doch noch kaputt kriege
Gruß
WS