Grober Unfug: "Stickstoffmotor"

[Tanto]

Der Stickstoffmotor ist kein tragfähiges Konzept, wie ein Blick in den Markt für Antriebe ergibt.

Die Frage ist jetzt, wie unsinnig genau diese Idee ist, wofür eine Unterfütterung mit Zahlen hilfreich wäre. In der betreffenden Diskussionsseite im Wiki stehen ein paar Überlegungen zum Wirkungsgrad, die allein schon zu einem deprimierenden Ergebnis kommen.

Allerdings hat ja jeder Stoff auch noch einen ihm eigenen Energiegehalt, und aufgrund - offenbar dilettantischer - Berechnungen komme ich bisher zu dem Schluß, daß dieser "Brennwert" für flüssigen Stickstoff immens gering ist.

Man wies mich auf Dinge hin, die ich nicht berücksichtigt hatte und gern korrigiert sähe: Nämlich erstens auf eine Kondensationswärme von 2,79 kJ/mol und zweitens die Existenz zweier verschiedener Wärmekapazitäten Cp und Cv.

Meine unvollständigen Überlegungen zum "Brennwert" sehen bisher so aus:

Die spezifische Wärmekapazität des Stickstoffs liegt bei 1040 J kg^-1  K^-1.

Der Temperaturunterschied von einem Kelvin in einem Kilo Stickstoff entspricht also 1040 Joule. Um das Zeug flüssig zu kriegen, muß es von - sagen wir mal - Raumtemperatur (20°C) auf -197°C heruntergekühlt werden, also um 217 K.

Dichte flüssigen Stickstoffs: 0,807 g/ml Daraus folgt: Eine Liter flüssiger Stickstoff wiegt 0,807 kg.

Wir rechnen also: 217 K mal 1040 J kg^-1 K^-1 mal 0,807 kg ergibt 182.123,76 Joule, die - theoretisch! - in einem Liter flüssigem Stickstoff stecken. Zum Vergleich: Ein Liter herkömmlichen Motorenbenzins hat einen Brennwert von ca 32.250.000 Joule. Das ist etwa der 180-fache Wert.

- Jetzt fände ich interessant: Kann jemand sagen, an welcher Stelle die nicht bedachten Punkte da reinspielen, und in welcher Weise?

(Nebenbei wäre ich natürlich auch für jeden Hinweis zum Wirkungsgrad dankbar, aber da scheint mir eine Überarbeitung bisher weniger dringlich zu sein.)

[NoHope]

Hallo Tanto,
Ich hoffe, du interessierst dich noch dafür. Imo sind deine Überlegungen nicht zielführend.

Der Verbrennungsmotor arbeitet mit Gasexpansion durch Verbennung (Druck und Temperatur des Gases nimmt explosionsartig zu), der Stickstoffmotor aber, so wie ich das verstanden habe, durch das Antreiben einer Turbine mit "Druckluft".

Der Prozess ist also quasi das Ablassen von Stickstoff aus einer Gasflasche.

Was du ausgerechnet hast, ist die Wärme, die benötigt wird, um einen Liter Stickstoff um 217K zu erwärmen.
(Nehme an, die angegebene Wärmekapazität gilt für gasförmigen Stickstoff)
Diese Wärme wird von der Kondensationswärme in die Höhe getrieben, weil der Phasenübergang Energie benötigt.

Ob man jetzt Cp oder Cv nehmen muss hängt vom Prozess ab. Bei konstantem Druck: Cp, konstantes Volumen: Cv.
Unser Prozess läuft definitiv nicht bei konstantem Volumen ab (Gas verrichtet Volumenarbeit) sondern bei konstantem Druck.
Du must Cp benutzen, das ist höher als Cv.

Ich empfehle da Nachschlagewerke in Sachen Thermodynamik. Bei der Wikipedia steht auch was zu drin.

Vermutlich wird die Energie, die du rauskriegst am Ende größer sein, als die jetzige, im Fall der Kondensationswärme also etwa 80 kJ.
Argumentativ sind solche Rechnungen aber eher zwecklos, weil die meisten da nicht folgen wollen. Außerdem ist das am Ende ja nur die Energie, die du zuführen musst, damit dein Tank auf 20°C bleibt. Um von Wirkungsgraden zu reden, müsste man wissen, wie viel Energie benötigt wird, um das Zeug zu verflüssigen, nicht theoretisch, sondern real. usw...

Führt auch jetzt eher ins leere.

Dass die Pleite gegangen sind, ist wohl im Zeitalter des Kapitalismus, wo absolut jede Nische zum Geldmachen besetzt wird, Argument genug...

Gruß NoHope.

[Roland K.]

Hallo Tanto,

fl. Stickstoff ist ein Energiespeicher, während Benzin bei der Verbrennung Energie liefert, deshalb musst Du ganz anders rechenen, wie NoHope schon treffend angemerkt hatte.

Ich rechne mal so:

Der Preis für einen Liter flüssigen Stickstoffs beträgt gemäß
http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssigstickstoff
,,zwischen einigen Cent und einem Euro". Rechnen wir wohlwollend mit 0,05 Euro pro Liter.

Die Energie zur Erwärmung des Stickstoffs gibt es kostenlos. Das Molekulargewicht von N2 beträgt 28 g/mol. In einem Liter oder 0,807Kg sind also 28,8 mol. Gemäß dem Gesetz für ideale Gase dehnen sich die 28,8mol bei 20°C auf ein Volumen aus von:

V=nRT/p = 28,8*8,3144*293/1,01325*10^5 = 0,6924 m3

Die maximal mögliche Volumenarbeit W (bei 20°C, im Winter sind es weniger) beträgt also

W = 1,01325*10^5 * (0,6924 – 0,001) = 70,15 KJ

Davon werden real nur ca. 40% zu nutzen sein, also 28 KJ. Also kostet das KJ bei 0,05EURO/L etwa
1,8*10^-3 EURO pro KJ.

Zum Vergleich:
Wie Du selbst schreibst: ,,Ein Liter herkömmlichen Motorenbenzins [1,5 EURO/L] hat einen Brennwert von ca 32.250.000 Joule."

Rechnen wir wieder mit 40% Wirkungsgrad, haben wir bei 12900 KJ Kosten von 1,5 EURO, also nur
1,2*10^-4 EURO pro KJ.

Benzin ist also um mehr als eine Größeneinheit günstiger. Dazu kommt, dass der Staat im umgekehrten Fall sicherlich auf fl. Stickstoff nennenswerte Steuern erhoben hätte.

mfg
Roland K.