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Schnellfahren?

Weil ich den Überschlag sowieso gerade mal gemacht habe, hier noch mal festgehalten:

Wenn ich mit einem Golf 180 km/h schnell fahre, wie viel Diesel brauche ich dann mindestens?

Antwort: Keine Ahnung, aber ich rechne zumindest mal das aus, was ich zur Überwindung des Luftwiderstands brauche:

Der Luftwiderstand FL (Das ist eine Kraft, logisch, die zieht ja am Auto) bestimmt sich durch Luftdichte ϱ1, Geschwindigkeit v in Meter pro Sekunde, dem Luftwiderstandsbeiwert cW2 und der Stirnfläche A des Fahrzeugs.

FL = ϱ/2 * cW * A * v2

 

Wir nehmen folgende Zahlen:

  • Die Luftdichte ϱ beträgt im Mittel ca. 1,2kg/m3
  • Der cW-Wert eines Golf VI beträgt ca. 0,3
  • Die Stirnfläche eines Golf VI beträgt 2,38m2
  • Wir gehen von 180km/h aus, das sind 50m/s

Daher:

FL = 1,2kg/m3 / 2 * 0,3 * 2,38m2 * (50m/s)2 = 1071N

Die Leistung dafür ist definiert als Kraft mal Geschwindigkeit, also

P = FL * v = 1071N * 50m/s = 53.550W = 53,55kW

Wir brauchen also 53,55kW, das sind ca. 73PS, Motorleistung, nur um bei 180km/h den Luftwiderstand zu überwinden. Was bedeutet das in Kraftstoff?

Nun wissen wir ja, dass in einem Liter Diesel ca. 10kWh an Energie gespeichert sind.

Ein guter Dieselmotor schafft bei Volllast unter Optimalbedingungen ca. 35% Wirkungsgrad am Rad3.

Wenn wir eine Stunde lang konstant 180km/h auf ebener Fläche fahren, dann brauchen wir nach obiger Rechnung folgende Energiemenge:

53,55kW * 1h = 53,55kWh

Da wir von den 10kWh an Energie im Diesel nur 3,5kWh zum antreiben verwenden können, brauchen wir also dafür:

53,55kWh / 3,5kWh/l = 15,3l

Da wir in dieser Stunde 180km weit gefahren sind, rechnen wir noch auf 100km runter:

15,3l / 1,8 = 8,5l

Wir brauchen für 100km bei 180km/h 8,5l Diesel, alleine um den Luftwiderstand zu überwinden (dazu kommt dann noch die Rollreibung, Walkverluste4, leichte Beschleunigung, Unebenheit etc.). Meistens müssen wir dabei aber immer wieder abbremsen (das verbraucht keinen Kraftstoff) und dann aber wieder beschleunigen (das verbraucht viel mehr Kraftstoff, da ja die 1,5t Blech auch noch beschleunigt werden wollen).

Alleine das reicht schon als Argument für ein allgemeines Tempolimit auf ca. 130km/h …

Und langsamer

Daher noch schnell die auf dem selben Weg gerechneten Zahlen für eine Geschwindigkeit von 130km/h:

  • Luftwiderstand: 560N
  • Benötigte Leistung: 20kW bzw. 27PS
  • 5,2l Diesel in einer Stunde (130km weit)
  • 4,38l Diesel auf 100km

Also locker die Hälfte an Spritverbrauch nur beim Luftwiderstand.

Hier noch ein kleiner Rechner:

cW:
Stirnfläche: m2
Geschwindigkeit: km/h
Wirkungsgrad: % (Tank zu Rad)
Luftwiderstand: N
Ben. Leistung: kW
Diesel: l/100km
Benzin: l/100km

 

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Effizienz

Grosse Streitfrage: ist der Diesel wirklich effizienter als der Benziner?

Was ist Effizienz?

Gute Frage. Kommt darauf an, was man wissen will, was man betrachten will, was man aussagen will.

Der Duden sagt:

Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit

Ok. Wirksamkeit klingt spannend, Wirtschaftlichkeit ist etwas komplexer1.Als Wirksamkeit betrachten wir einfach mal das, was ein Auto primär tun soll: fahren. Also: wie viel Energie brauchen wir mit Benziner oder Diesel, um von A nach B zu kommen.

Richtig spannend wäre eine Well-to-Wheel-Betrachtung, also wie viel Energie für welchen Kraftstoff aufgebracht werden muss, bis er vom Boden im Tank bzw. als Kraft bei den Rädern ist. Ist uns auch zu komplex, wir betrachten ganz einfach mal zwei Aspekte:

  • Wie viel Energie ist im jeweiligen Kraftstoff gespeichert und wie viel davon wird zum Antrieb verwendet (also der Wirkungsgrad zwischen Tank und Rad).
  • Wie viel CO22 wird frei.

Wie effizient ist nun unser Fahrzeug?

Wir können uns bei Spritmonitor mal Gölfe anschauen, Diesel und Benzin:

  • Baujahr ab 2015
  • Leistung 90-140PS3

Dann bekommen wir folgende Ergebnisse:

Energie

Die Energie, die man idealerweise beim Verbrennen des Kraftstoffs gewinnen4 kann, ist der Heizwert:

D.h. in einem kg Diesel ist mehr Energie gespeichert als in einem kg Benzin. Umgekehrt bedeutet das, dass man, wenn man 1kg Diesel verbrennt, mehr Energie einsetzt als wenn man 1kg Benzin verbrennt.

Wir betrachten aber die Liter, daher brauchen wir die Dichte:

D.h. in einem Liter Kraftstoff ist folgende Energiemenge gespeichert:

Ok, in einem Liter Diesel sind also ca. 15% mehr Energie enthalten als in einem Liter Benzin. Mal sehen, was die dann so rausholen:

Also im Rahmen der Messgenauigkeit gleich. War zu erwarten, immerhin wird ein ziemlich gleich grosses Fahrzeug ziemlich gleich bewegt, da braucht es halt die Energie. Zumindest wenn man halt einen Motor mit per se schlechtem Wirkungsgrad auch noch andauernd im Teillastbetrieb5 fährt, wo er noch schlechter ist.

CO2

Beim Verbrennen von Benzin oder Diesel werden (reine Stöchiometrie!) folgende Mengen an CO2 frei:

Auf unsere Gölfe bezogen:

Siehe da, so gross ist der Unterschied gar nicht.

Im Jahr fährt ein Auto im Schnitt in Deutschland ca. 14000km6. Daher:

Macht im Jahr im Schnitt also ca. 70kg CO2 Unterschied aus. Nicht nichts, aber halt auch nicht so viel, wie immer suggeriert wird.

Hybrid?

Weil’s grad so viel Spass macht, rechnen wir das auch mal mit einem Hybriden, dem Prius aus. Laut Spritmonitor7:

Damit brauchen wir also folgende Energie:

Ok, der Prius, der etwas grösser ist als der Golf, braucht also mit den Zahlen des Spritmonitor ca. 25% weniger Kraftstoff. Ist also definitiv effizienter (soweit man die Zahlen bei Spritmonitor als sinnvoll erachtet).

Und CO2?

Oder im Jahr:

Das ganze aus einem Saugmotor (also ohne Turbolader und damit mit quasi keinem Feinstaub und NOx-Problem)…

 

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CO2 in Zahlen

http://blog.koehntopp.info/index.php/2372-the-story-of-co2-and-other-greenhouse-gas-emissions/#1502181556132

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Aboutism(1): Und die Heizungen?

Sicher sind die Heizungen ein Problem. Aber:

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/umweltzonen-in-deutschland#