Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 2 - Luftschadstoffe · Abitur Hessen Umwelttechnik LK 2021
Thema: Luftschadstoffe: Entstehung, Ausbreitung und Wirkungen · Aus der Prüfung LK (2021)
Aufgabenstellung
Dieselpersonenkraftwagen (Diesel-Pkw) wurden in den letzten Jahren wegen ihres erhöhten Ausstoßes von Luftschadstoffen kritisiert. Zum einen gerieten Dieselmotoren durch den Dieselabgasskandal in Verruf. Zum anderen werden in vielen europäischen Städten die Grenzwerte für Abgase regelmäßig überschritten, wofür im Wesentlichen auch Diesel-Pkw verantwortlich gemacht werden.
2.1
Die bedeutendsten Luftschadstoffe aus den Otto- und Dieselmotoren sind Kohlendioxid (CO 2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO x) und Feinstäube inklusive Ruß (PM).
Beschreiben Sie die Entstehung dieser Luftschadstoffe im Straßenverkehr und deren Wirkungen auf die Umwelt beziehungsweise menschliche Gesundheit. [16 BE]
2.2
Vergleichen Sie Fahrzeuge mit Diesel- und Ottomotoren gleicher Leistung und gleicher Masse hinsichtlich der Ausstöße der drei Luftschadstoffe CO 2, NO x und PM und begründen Sie etwaige Unterschiede. [11 BE]
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
2.1 Beschreiben Sie die Entstehung dieser Luftschadstoffe im Straßenverkehr und deren Wirkungen auf die Umwelt beziehungsweise menschliche Gesundheit.
Lösung: Entstehung: - CO2: Verbrennung (Oxidation) der Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffs mit atmosphärischem Sauerstoff der Verbrennungsluft. - CO: Unvollständige/unterstöchiometrische Verbrennung vor allem bei Ottomotoren (z. B. im Leerlauf oder bei nicht erreichter Betriebstemperatur). - NOx: Oxidation des atmosphärischen Stickstoffs mit Sauerstoff bei hohen Verbrennungstemperaturen und schneller Abkühlung der Abgase. - Feinstaub/PM: Unverbrannter Kohlenstoff bei brennstoffreicher Verbrennung sowie Reifen- und Bremsenabrieb. Wirkungen: - CO2: Treibhausgas, Mitursache der Erderwärmung (in natürlicher geringer Konzentration ungefährlich). - CO: Bindung an Hämoglobin/Blockierung der Sauerstoffaufnahme im Blut, Herz-Kreislauf-Belastung, Erstickungsgefahr. - NOx: Reizung von Schleimhäuten/Atemwegen, Asthma, Bildung von Salpetersäure/saurem Regen, Sommersmog/Ozonbildung. - PM: Eindringen in tiefere Atemwege/Lungenbläschen, Entzündungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenkrebsrisiko.
2.2 Vergleichen Sie Fahrzeuge mit Diesel- und Ottomotoren gleicher Leistung und gleicher Masse hinsichtlich der Ausstöße der drei Luftschadstoffe CO2, NOx und PM und begründen Sie etwaige Unterschiede.
Lösung: Vergleich und Begründung: - CO2: Ottomotoren stoßen etwas mehr CO2 aus als Dieselmotoren. Begründung: Dieselmotoren besitzen einen höheren thermischen Wirkungsgrad, weshalb pro Kilometer weniger Kraftstoff verbrannt und somit weniger Kohlenstoff zu CO2 oxidiert wird. - NOx: Dieselmotoren haben einen deutlich höheren NOx-Ausstoß als Ottomotoren. Begründung: Dieselmotoren arbeiten mit hoher Verdichtung und hohem Luftüberschuss, wodurch sehr hohe Verbrennungs- bzw. Verdichtungstemperaturen entstehen, während die Abgastemperatur niedriger ist. Dies begünstigt die thermische NOx-Bildung. - PM: Die Masse der emittierten Rußpartikel ist bei Dieselfahrzeugen ohne Filter meist höher, jedoch stoßen direkteinspritzende Ottomotoren sehr viele kleinere Partikel aus. Begründung: Im Diesel-Brennraum kommt es bei hohen Temperaturen und Drücken zum Cracken von Kohlenwasserstoffen unter Rußbildung; dieser verbrennt schwerer. Abrieb von Reifen und Bremsen ist bei beiden gleich.
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