Cetanzahl (CZ / CaZ): Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen

Was ist die Cetanzahl?

Die Cetanzahl, abgekürzt CZ oder CaZ, beschreibt die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen. Sie gibt Auskunft über den sogenannten Zündverzug, also über die Schnelligkeit der Selbstentzündung des Dieselkraftstoffes bei der Einspritzung in heiße Luft durch die Einspritzdüse. In einem nach dem Dieselprinzip arbeitenden Motor ist die Cetanzahl die maßgebende Größe zur Beschreibung der Güte des Verbrennungs­prozesses. Größere Cetanzahlen bedeuten dabei einen geringeren Zündverzug und gleichzeitig auch ein besseres motorisches Verhalten des Dieselmotors: Der eingespritzte Kraftstoff verbrennt gleichmäßiger und vollständiger, was in der Regel zu einer höheren Abgasqualität führt, insbesondere was Ruß, Feinstaub und unverbrannte Kohlenwasserstoffe betrifft. Die Zündwilligkeit eines Kraftstoffs beeinflusst nicht nur das Abgasverhalten, sondern auch das Verbrennungsgeräusch. Ist der Zündverzug hoch, zum Beispiel durch eine niedrige Cetanzahl, verbrennt der größte Teil des eingespritzten Kraftstoffs explosionsartig. Das führt zu dem dieseltypischen lauten Verbrennungsgeräusch („Nageln“).

Ermittlung der Cetanzahl

Die Ermittlung der Cetanzahl wird in der Norm DIN 51773 beschrieben. Demnach wird der zu prüfende Kraftstoff in einem bestimmten Prüfmotor (BASF-Motor und CFR-Motor) verbrannt. Zum Vergleich sucht man eine Mischung von n-Hexadecan (frühere Bezeichnung: Cetan) und 1-Methylnaphthalin, welche im gleichen Prüfmotor die gleiche Zündwilligkeit wie der jeweilige Kraftstoff aufweist. Dabei ist reinem Cetan die höchste Cetanzahl 100 zugeordnet (ist am zünd­willigsten) und reinem 1-Methyl­naphthalin die niedrigste Cetanzahl 0 (ist am zünd­unwilligsten). Der prozentuale Anteil von Cetan in der gefundenen Mischung, die dem Zündverhalten des zu prüfenden Kraftstoffs entspricht, beschreibt die Cetanzahl. Ein Kraftstoff mit der Cetanzahl 50 zündet also so wie ein Gemisch aus 50% Cetan und 50% 1-Methylnaphthalin. Anstelle von 1-Methyl­naphthalin kann als zündunwilliger Prüfkraftstoff auch Heptamethylnonan mit einer Cetanzahl von 15 eingesetzt werden.

Kraftstoffqualität und Cetanzahl

Die Norm DIN EN 590 schreibt vor, dass ein Dieselkraftstoff eine Cetanzahl von mindestens 51 haben muss. Kraftstoffe können aber auch höhere Werte von 60 oder in besonderen Fällen sogar bis 80 erreichen. Solche (meist teureren) Kraftstoffe können auch unter ungünstigen Motorbedingungen (beispielsweise unter hohen Motordrehzahlen) vollständig verbrennen. Da so keine unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Kraftstoffanteile ins Abgas gelangen, wird eine höhere Abgasqualität erzielt. Welche Cetanzahl der Kraftstoff für einen Motor haben muss, hängt von seiner Bauweise ab (Verdichtungsverhältnis, Geometrie des Verbrennungsraumes, Anordnung der Einspritzdüsen):

• Große ortsfeste Dieselmotoren oder Schiffsmaschinen, die langsam laufen, benötigen Dieselkraftstoffe mit Cetanzahlen zwischen 20 und 40, 
• ältere Dieselmotoren und ältere Fahrzeugmotoren eine Cetanzahl ab 40,
• schnell laufende, moderne Dieselmotoren, besonders Fahrzeugmotoren, eine Cetanzahl über 52.

Die Cetanzahl von Dieselkraftstoff kann durch Beimischen bestimmter Zusatzstoffe (Additive), wie Tetranitromethan, Amylnitrat, Acetonperoxid und 2-Ethylhexylnitrat, erhöht werden. Diese Additive erhöhen allerdings die Giftigkeit des Kraftstoffs. Beigaben solcher Zusatzstoffe können im Winter notwendig sein, um dem Kraftstoff auch bei starkem Frost eine ausreichend hohe Fließfähigkeit zu verleihen (siehe Winterdiesel).

Biodiesel als Biokraftstoff weist eine Cetanzahl von 56 bis 58 auf und eignet sich damit gut als Alternative für herkömmlichen Dieselkraftstoff. Unverarbeitete Pflanzenöle haben normalerweise niedrige Cetanzahlen, verbrennen unvollständig und eignen sich deshalb deutlich schlechter für Diesel­motoren. Extrem hohe Cetanzahlen von 75 bis 80 erreicht sogenannter Gas-to-Liquid-Diesel, der als Synthesekraftstoff aus Gasen wie Erdgas oder Methangas aus Biomasse­vergasung hergestellt wird. Ein Grund für die hohe Cetanzahl des Gas-to-Liquid-Diesels ist, dass solche Synthesekraftstoffe keine Aromaten (zyklische Verbindungen) enthalten. Mithilfe des Synthesediesels könnte man die Beimischung der teilweise giftigen Additive ersetzen, die konventionellem Dieselkraftstoff höhere Cetanzahlen verleihen.

Stand: Januar 2020
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