Heizwert verschiedener Brennstoffe: Vergleich der Brennstoffe nach Verbrennungswärme + Tabelle des Heizwerts

Wenn eine bestimmte Menge Brennstoff verbrennt, wird eine messbare Wärmemenge freigesetzt. Gemäß dem Internationalen Einheitensystem wird der Wert in Joule pro kg oder m³ ausgedrückt. Die Parameter können jedoch auch in kcal oder kW berechnet werden. Wenn der Wert auf die Maßeinheit des Brennstoffs bezogen wird, spricht man vom spezifischen Heizwert.

Worauf wirkt sich der Heizwert verschiedener Brennstoffe aus? Welche Bedeutung hat der Kennwert für flüssige, feste und gasförmige Stoffe? Die Antworten auf diese Fragen werden im Artikel ausführlich erläutert. Darüber hinaus haben wir eine Tabelle mit den spezifischen Heizwerten der Materialien erstellt – diese Informationen sind bei der Auswahl eines hochenergetischen Brennstoffs nützlich.

Allgemeine Informationen zum Heizwert

Die Energieabgabe bei der Verbrennung sollte durch zwei Parameter gekennzeichnet sein: hoher Wirkungsgrad und keine Erzeugung schädlicher Stoffe.

Künstlicher Brennstoff wird durch die Verarbeitung von natürlichem – biologischem Brennstoff gewonnen. Unabhängig vom Aggregatzustand des Stoffes weisen diese Brennstoffe in ihrer chemischen Zusammensetzung einen brennbaren und einen nicht brennbaren Anteil auf. Der erste Anteil ist Kohlenstoff und Wasserstoff. Der zweite Anteil besteht aus Wasser, Mineralsalzen, Stickstoff, Sauerstoff und Metallen.

Nach dem Aggregatzustand wird Brennstoff in flüssig, fest und gasförmig unterteilt. Jede Gruppe wird weiter in eine natürliche und eine künstliche Untergruppe unterteilt (+)

Bei der Verbrennung von 1 kg einer solchen „Mischung“ wird eine unterschiedliche Energiemenge freigesetzt. Wie viel Energie genau freigesetzt wird, hängt von den Anteilen der genannten Elemente ab – dem brennbaren Anteil, der Feuchtigkeit, dem Aschegehalt und anderen Bestandteilen.

Der Heizwert eines Brennstoffs setzt sich aus zwei Stufen zusammen – dem oberen und dem unteren Heizwert. Der erste Wert ergibt sich aus der Kondensation des Wassers, beim zweiten wird dieser Faktor nicht berücksichtigt.

Der untere Heizwert wird für die Berechnung des Brennstoffbedarfs und seiner Kosten benötigt; mit Hilfe solcher Kennwerte werden Wärmebilanzen erstellt und der Wirkungsgrad von mit Brennstoff betriebenen Anlagen ermittelt.

Den TST kann man analytisch oder experimentell berechnen. Wenn die chemische Zusammensetzung des Brennstoffs bekannt ist, wird die Mendelejew-Formel angewendet. Experimentelle Methoden basieren auf der tatsächlichen Messung der Wärme bei der Verbrennung des Brennstoffs.

In diesen Fällen wird eine spezielle Verbrennungsbombe verwendet – eine kalorimetrische zusammen mit einem Kalorimeter und einem Thermostat.

Die Berechnungsmerkmale sind für jede Brennstoffart individuell. Beispiel: Der TST in Verbrennungsmotoren wird vom unteren Wert berechnet, weil sich in den Zylindern keine Flüssigkeit kondensiert.

Der TST wird mithilfe einer kalorimetrischen Bombe ermittelt. Komprimierter Sauerstoff wird mit Wasserdampf gesättigt. In eine solche Umgebung wird eine Brennstoffprobe gegeben und die Ergebnisse werden bestimmt.

Jeder Stofftyp hat seinen eigenen TST aufgrund der Besonderheiten seiner chemischen Zusammensetzung. Die Werte unterscheiden sich erheblich, die Schwankungsbreite beträgt 1 000–10 000 kcal/kg.

Beim Vergleich verschiedener Materialarten wird der Begriff des Standardbrennstoffs verwendet, der durch einen unteren TST von 29 MJ/kg gekennzeichnet ist.

Heizwert fester Stoffe

Zu dieser Kategorie gehören Holz, Torf, Koks, Ölschiefer, brikettierte und staubförmige Brennstoffe. Der Hauptbestandteil fester Brennstoffe ist Kohlenstoff.

Besonderheiten verschiedener Holzarten

Die maximale Effizienz bei der Verwendung von Brennholz wird unter zwei Bedingungen erreicht – Trockenheit des Holzes und ein langsamer Verbrennungsprozess.

Holzstücke werden in Stücke mit einer Länge von bis zu 25–30 cm gesägt oder gehackt, damit das Brennholz bequem in den Ofen geladen werden kann.

Als ideal für die Holzofenheizung gelten Eichen-, Birken- und Eschenholzstücke. Gute Heizwerte weisen Weißdorn und Haselnuss auf. Bei Nadelhölzern ist der Heizwert niedrig, aber die Brenngeschwindigkeit hoch.

Wie die verschiedenen Holzarten brennen:

1. Buche, Birke, Esche, Haselnuss sind schwer zu entzünden, können aber aufgrund ihres niedrigen Feuchtigkeitsgehalts auch feucht brennen.
2. Erle und Espe bilden keinen Ruß und können ihn aus dem Schornstein entfernen.
3. Birke benötigt ausreichend Luft im Ofen, sonst raucht sie und setzt Harz an den Rohrwänden ab.
4. Kiefer enthält mehr Harz als Fichte, daher sprüht sie Funken und brennt heißer.
5. Birne und Apfelbaum lassen sich leichter spalten und brennen ausgezeichnet.
6. Zeder verwandelt sich allmählich in glimmende Kohle.
7. Kirsche und Ulme rauchen, und Platane ist schwer zu spalten.
8. Linde und Pappel brennen schnell durch.

Die TST-Werte der verschiedenen Holzarten hängen stark von der Dichte der jeweiligen Arten ab. 1 Kubikmeter Brennholz entspricht etwa 200 Litern flüssigem Brennstoff und 200 m³ Erdgas. Holz und Brennholz fallen in die Kategorie mit geringer Energieeffizienz.

Einfluss des Alters auf die Kohleeigenschaften

Kohle ist ein natürliches Material pflanzlichen Ursprungs. Sie wird aus Sedimentgestein gewonnen. Dieser Brennstoff enthält Kohlenstoff und andere chemische Elemente.

Neben der Art beeinflusst auch das Alter des Materials die Verbrennungswärme der Kohle. Braunkohle gehört zur jungen Kategorie, gefolgt von Steinkohle, und als älteste gilt Anthrazit.

Auch der Feuchtigkeitsgehalt wird durch das Alter des Brennstoffs bestimmt: Je jünger die Kohle, desto höher ihr Feuchtigkeitsgehalt. Dieser beeinflusst ebenfalls die Eigenschaften dieses Brennstofftyps.

Der Verbrennungsprozess von Kohle geht mit der Freisetzung von umweltschädlichen Stoffen einher, wobei die Roststäbe des Kessels mit Schlacke bedeckt werden. Ein weiterer nachteiliger Faktor für die Atmosphäre ist der Schwefelgehalt im Brennstoff. Dieses Element wandelt sich bei Kontakt mit Luft in Schwefelsäure um.

Den Herstellern gelingt es, den Schwefelgehalt in der Kohle maximal zu senken. Infolgedessen unterscheidet sich der Heizwert sogar innerhalb einer Sorte. Auch die geografische Lage der Förderung beeinflusst die Werte. Als Festbrennstoff kann nicht nur reine Kohle, sondern auch brikettierte Schlacke verwendet werden.

Die höchste Brennstofffähigkeit weist Kokskohle auf. Auch Steinkohle, Holzkohle, Braunkohle und Anthrazit haben gute Eigenschaften.

Eigenschaften von Pellets und Briketts

Dieser Festbrennstoff wird industriell aus verschiedenen Holz- und Pflanzenabfällen hergestellt.

Zerkleinerte Späne, Rinde, Pappe und Stroh werden getrocknet und mit Hilfe von Spezialgeräten zu Granulat verarbeitet. Damit die Masse eine bestimmte Viskosität erhält, wird ein Polymer – Lignin – hinzugefügt.

Pellets zeichnen sich durch einen akzeptablen Preis aus, der durch die hohe Nachfrage und die Besonderheiten des Herstellungsprozesses beeinflusst wird. Dieses Material kann nur in für diesen Brennstofftyp vorgesehenen Kesseln verwendet werden.

Briketts unterscheiden sich nur in der Form; sie können in Öfen und Kessel geladen werden. Beide Brennstofftypen werden nach dem Rohmaterial unterteilt: aus Rundholz, Torf, Sonnenblumen, Stroh.

Pellets und Briketts haben wesentliche Vorteile gegenüber anderen Brennstoffarten:

• vollständige Umweltfreundlichkeit;
• Möglichkeit der Lagerung unter nahezu allen Bedingungen;
• Beständigkeit gegen mechanische Einwirkungen und Schimmel;
• gleichmäßiges und langes Brennen;
• optimale Größe der Granulate für die Beschickung des Heizgeräts.

Umweltfreundlicher Brennstoff ist eine gute Alternative zu traditionellen Wärmequellen, die nicht erneuerbar sind und die Umwelt negativ beeinflussen. Pellets und Briketts sind jedoch erhöht brandgefährlich, was bei der Organisation des Lagerortes zu berücksichtigen ist.

Bei Bedarf können Sie die Herstellung von Brennstoffbriketts selbst durchführen – weitere Details finden Sie in diesem Artikel.

Parameter flüssiger Stoffe

Flüssige Materialien setzen sich ebenso wie feste aus folgenden Bestandteilen zusammen: Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff. Das prozentuale Verhältnis wird in Massenprozenten angegeben.

Aus Sauerstoff und Stickstoff bildet sich der innere organische Ballast des Brennstoffs; diese Bestandteile brennen nicht und werden dem Stoff nur bedingt zugerechnet. Der äußere Ballast besteht aus Feuchtigkeit und Asche.

Eine hohe spezifische Verbrennungswärme wird bei Benzin beobachtet. Je nach Sorte beträgt sie 43–44 MJ.

Ähnliche Werte der spezifischen Verbrennungswärme gelten auch für Flugkerosin – 42,9 MJ. Auch Dieselkraftstoff zählt mit 43,4–43,6 MJ zu den Spitzenreitern beim Heizwert.

Da Benzin einen höheren Heizwert als Dieselkraftstoff hat, müssten auch Verbrauch und Wirkungsgrad höher sein. Tatsächlich ist Dieselkraftstoff jedoch 30–40 % sparsamer als Benzin.

Relativ niedrige Heizwerte kennzeichnen flüssigen Raketentreibstoff und Ethylenglykol. Alkohol und Aceton weisen die geringste spezifische Verbrennungswärme auf. Ihre Werte liegen deutlich unter denen herkömmlicher Motorkraftstoffe.

Eigenschaften gasförmiger Brennstoffe

Gasförmiger Brennstoff setzt sich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan, Butan, Ethylen, Benzol, Schwefelwasserstoff und weiteren Bestandteilen zusammen. Diese Anteile werden in Volumenprozenten angegeben.

Die höchste Verbrennungswärme weist Wasserstoff auf. Ein Kilogramm des Stoffes setzt beim Verbrennen 119,83 MJ Wärme frei. Allerdings ist es äußerst explosionsgefährlich.

Auch Erdgas besitzt hohe Heizwerte.

Sie betragen 41–49 MJ pro kg. Bei reinem Methan liegt der Heizwert mit 50 MJ pro kg noch höher.

Vergleichstabelle der Kennwerte

Die Tabelle zeigt die Werte der massenspezifischen Verbrennungswärme flüssiger, fester und gasförmiger Brennstoffarten.

Die Tabelle zeigt, dass Wasserstoff unter allen Stoffen, nicht nur unter den gasförmigen, den höchsten Heizwert aufweist. Er zählt zu den hochenergetischen Brennstoffen.

Das Verbrennungsprodukt von Wasserstoff ist einfaches Wasser. Dabei entstehen weder Schlacke, Asche noch Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, was den Stoff zu einem ökologisch sauberen Brennstoff macht. Allerdings ist er explosionsgefährlich und hat eine geringe Dichte, weshalb er sich nur schwer verflüssigen und transportieren lässt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Über den Heizwert verschiedener Holzarten. Vergleich der Werte pro m³ und kg.

Der Heizwert ist die wichtigste thermische und betriebliche Kenngröße eines Brennstoffs. Dieser Wert wird in verschiedenen Bereichen menschlicher Tätigkeit verwendet: in Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken, der Industrie, beim Heizen von Wohnungen und beim Kochen.

Die Heizwerte helfen, verschiedene Brennstoffarten nach der freigesetzten Energie zu vergleichen, die erforderliche Brennstoffmasse zu berechnen und Kosten zu sparen.

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