Die Oktanzahl ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit von Benzin und anderen Kraftstoffen gegen Detonation (Klopfen) in Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung. Hochleistungsmotoren haben in der Regel ein höheres Verdichtungsverhältnis und sind daher anfälliger für Detonationen, so dass sie einen Kraftstoff mit höherer Oktanzahl benötigen. Die Oktanzahl eines Kraftstoffs wird in einem Prüfmotor gemessen und durch den Vergleich mit einem Gemisch aus Iso-Oktan und normalem Heptan definiert, das die gleiche Klopffestigkeit wie der zu prüfende Kraftstoff aufweist: Der Volumenanteil von Iso-Oktan in diesem Gemisch ist die Oktanzahl des Kraftstoffs. Ein Benzin mit den gleichen Klopfeigenschaften wie ein Gemisch aus 90 % Iso-Oktan und 10 % Heptan hätte beispielsweise eine Oktanzahl von 90. Da einige Kraftstoffe klopffester sind als Iso-Oktan, wurde die Definition so erweitert, dass auch Oktanzahlen über 100 möglich sind.
Die Oktanzahl eines Kraftstoffs für Ottomotoren ist die Klopffestigkeit im Vergleich zu einem Gemisch aus Iso-Oktan (2,2,4-Trimethylpentan, einem Isomer von Oktan) und n-Heptan. Definitionsgemäß wird Iso-Oktan eine Oktanzahl von 100 und Heptan eine Oktanzahl von Null zugewiesen. Ein Benzin mit 87 Oktan hat beispielsweise die gleiche Klopffestigkeit wie ein Gemisch aus 87 % (Volumenanteil) Iso-Oktan und 13 % (Volumenanteil) n-Heptan. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Benzin diese Kohlenwasserstoffe tatsächlich in diesen Anteilen enthält. Es bedeutet lediglich, dass es die gleiche Detonationsfestigkeit aufweist wie das beschriebene Gemisch.
Die Oktanzahl bezieht sich nicht auf den Energiegehalt des Kraftstoffs. Sie ist lediglich ein Maß für die Tendenz des Kraftstoffs, zu verbrennen und nicht zu explodieren.
Messmethoden
Die weltweit gebräuchlichste Art der Oktanzahl ist die Research Octane Number. Die ROZ wird ermittelt, indem man den Kraftstoff in einem Testmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis unter kontrollierten Bedingungen laufen lässt und die Ergebnisse mit denen von Gemischen aus Iso-Oktan und n-Heptan vergleicht.
Es gibt eine andere Art der Oktanzahl, die so genannte Motor-Oktanzahl oder Mager-Oktanzahl für die Luftfahrt, die ein besseres Maß dafür ist, wie sich der Kraftstoff unter Last verhält. Bei der MON-Prüfung wird ein ähnlicher Prüfmotor wie bei der ROZ-Prüfung verwendet, jedoch mit einem vorgewärmten Kraftstoffgemisch, einer höheren Motordrehzahl und einem variablen Zündzeitpunkt, um die Klopffestigkeit des Kraftstoffs weiter zu belasten. Je nach der Zusammensetzung des Kraftstoffs liegt der MON-Wert eines modernen Benzins etwa 8 bis 10 Punkte unter dem ROZ-Wert. In den meisten Ländern (einschließlich ganz Europas und Australiens) ist die auf der Zapfsäule angegebene „Haupt-Oktanzahl“ die ROZ, aber in den Vereinigten Staaten, Kanada und einigen anderen Ländern ist die Haupt-Oktanzahl der Durchschnitt aus ROZ und MON, manchmal auch als Antiklopf-Index (AKI), Straßen-Oktanzahl (RdON), Pumpen-Oktanzahl (PON) oder (R+M)/2 bezeichnet. Aufgrund des oben erwähnten Unterschieds von 8 bis 10 Punkten ist die in den Vereinigten Staaten angegebene Oktanzahl um 4 bis 5 Punkte niedriger als der gleiche Kraftstoff in anderen Ländern: Kraftstoff mit 87 Oktan, das „normale“ Benzin in den USA und Kanada, hat in Europa 91-92 Oktan. Die meisten europäischen Zapfsäulen liefern jedoch 95 (ROZ) als „Normalbenzin“, was 90-91 US (R+M)/2 entspricht, und einige liefern sogar 98 (ROZ) oder 100 (ROZ).
Es ist möglich, dass ein Kraftstoff eine ROZ von mehr als 100 hat, da Iso-Oktan nicht die klopffeste Substanz ist. Rennkraftstoffe, AvGas, Flüssiggas und alkoholische Kraftstoffe wie Methanol oder Ethanol können eine Oktanzahl von 110 oder deutlich höher haben – die ROZ von Ethanol beträgt 129 (MON 102, AKI 116). Typische Benzinadditive zur Erhöhung der Oktanzahl sind Tetraethylblei, MTBE und Toluol. Tetraethylblei (der in verbleitem Benzin verwendete Zusatz) lässt sich leicht in seine Radikalkomponenten zerlegen, die mit den Radikalen aus dem Kraftstoff und dem Sauerstoff reagieren, die die Verbrennung in Gang setzen, wodurch die Zündung verzögert und die Oktanzahl erhöht wird. Tetraethylblei und seine Nebenprodukte sind jedoch giftig, und die Verwendung von Tetraethylblei stellt eine Gefahr für die Umwelt dar. Seit den 1970er Jahren ist seine Verwendung in den Vereinigten Staaten und den meisten Industrieländern eingeschränkt. Derzeit wird es nur noch als Zusatzstoff für Flugbenzin verwendet.