Bei der Verbrennung wird chemische Energie in thermische Energie
umgewandelt. Die chemische Energie ist die Bindungsenergie der Stoffe. Diese Bindungen werden aufgebrochen/gebildet und die dabei freiwerdende Energie wird in Form von Wärme und Licht an die Umgebung abgegeben. Bei der Betrachtung der entstandenen Wärme spielt der Ablaufweg der chemischen Reaktion keine Rolle. Beispiele: Bezogen auf die verschiedenen Brennstoffe unterscheidet man bei der Wärmeenergie aus der Verbrennung zwischen dem unteren Heizwert
Hi (früher Hu) und dem oberen Heizwert Hs (früher Ho, in Deutschland auch Brennwert genannt). Der Unterschied liegt in der Kondensationswärme des Wasserdampfes in den Rauchgasen, welcher bei der Angabe des oberen Heizwertes mitgerechnet wird. Um diese Wärme zu nutzen, müssen die Rauchgase auf 25 °C abgekühlt werden. Das auskondensierte Wasser muss dann abgeführt werden, damit bei der
Verdampfung nicht wieder Wärme verloren geht. Bei Brennstoffen wie Heizöl mit einem Schwefelanteil bildet sich im Kondensat Schwefelsäure (H2SO4) was eine korrosionsfeste Ausführung des Brennraumes und Kamines erfordert.
Bei einer Verbrennung mit zu wenig Luft, gibt es eine schlechte Verbrennung, was Russ (Kohlenstoff) ergibt. Bei einer Verbrennung mit zu viel Luft geht mehr Wärme durch die Abgase verloren. Ideal ist ein Luftüberschuss um die 10 %.
| Feste Brennstoffe | ||||
| Holz lufttrocken | 500 | 4,0 | 4,7 | neutral |
| Holzkohle lufttrocken | 300 | 8,0 | 8,6 | neutral |
| Torf | 500 | 3,7 | 4,2 | neutral |
| Braunkohle | 1000 | 5,5 | 5,9 | 0,30 |
| Steinkohle | 1350 | 8,5 | 9,0 | 0,38 |
| Petrokoks | 1700 | 8,1 | 8,2 | 0,41 |
| Flüssige Brennstoffe | ||||
| Benzol C6H6 | 875 | 11,2 | 11,6 | 0,30 |
| Pentan C5H12 | 626 | 12,6 | 13,7 | 0,24 |
| Hexan C6H14 | 660 | 12,4 | 13,4 | 0,25 |
| Benzin | 760 | 11,9 | 12,8 | 0,26 |
| Heizöl/Dieselöl | 840 | 11,9 | 12,7 | 0,27 |
| Erdöl | 1000 | 11,7 | 12,5 | 0,28 |
| Gasförmige Brennstoffe | ||||
| Wasserstoff H2 | 0,08 | 33,3 | 39,4 | 0,00 |
| Kohlenmonoxid CO | 1,14 | 2,8 | 2,8 | 0,56 |
| Methan CH4 | 0,66 | 13,9 | 15,4 | 0,20 |
| Ethan C2H6 | 1,24 | 13,2 | 14,4 | 0,22 |
| Propan C3H8 | 1,80 | 12,9 | 14,0 | 0,23 |
| Butan C4H10 | 2,37 | 12,7 | 13,8 | 0,24 |
| Ethylen C2H4 | 1,15 | 13,1 | 14,0 | 0,24 |
| Propylen C3H6 | 1,72 | 12,7 | 13,6 | 0,25 |
| Butylen C4H8 | 2,90 | 12,6 | 13,5 | 0,25 |
| Acetylen C2H2 | 1,07 | 13,4 | 13,9 | 0,25 |
| Erdgas | 0,72 | 12,4 | 13,8 | 0,18 |
Bemerkung: Die spezifische CO2-Fracht bezieht sich auf den Heizwert des Brennstoffes. Nicht berücksichtigt ist die der Energieaufwand und die CO2-Fracht bei Förderung, Aufbereitung, Transport usw. welcher zum Beispiel bei LNG (verflüssigtem Erdgas) erheblich ist.
Stöchiometrie
Die Stöchiometrie beruht auf dem Massenerhaltungssatz: Die Masse der Ausgangsstoffe ist gleich der Masse der Reaktionsprodukte. Damit kann zum Beispiel die Menge CO2 bestimmt werden, welche bei der Verbrennung von verschiedenen Brennstoffen entsteht.
Verbrennung von Wasserstoff
| H2 | + | 0,5 O2 | => | H2O |
| Wasserstoff | + | Sauerstoff | => | Wasserdampf |
| 1 * (2 * 1) | + | 0,5 * (2 * 16) | => | 1 * (2 * 1 + 16) |
| 2 kg | + | 16 kg | => | 18 kg |
| 1 kg | + | 8 kg | => | 9 kg |
Verbrennung von Kohle
| C | + | O2 | => | CO2 |
| Kohlenstoff | + | Sauerstoff | => | Kohlendioxid |
| 1 * (12) kg | + | 1 * (2 * 16) kg | => | 1 * (12 + 2 * 16) kg |
| 12 kg | + | 32 kg | => | 44 kg |
| 1 kg | + | 2,67 kg | => | 3,67 kg |
1 kg Luft beseht aus etwa 0,21 kg Sauerstoff. Damit eine saubere Verbrennung (ohne Russ) entsteht, braucht es einen Luftüberschuss von 1,05 bis 2. Bei einem Luftüberschuss von 1,1 braucht es für die Verbrennung von 1 kg Kohlenstoff etwa 14 kg Luft.
Verbrennung von Butangas
| C4H10 | + | 6,5 O2 | => | 4 CO2 | 5 H2O |
| Butan | + | Sauerstoff | => | Kohlendioxid | Wasserdampf |
| 1 * (4 *12 + 10 * 1) kg | + | 6,5 * (2 * 16) kg | => | 4 * (12 + 2 * 16) kg | 5 * (2 * 1 + 16) kg |
| 58 kg | + | 208 kg | => | 176 kg | 90 kg |
| 1 kg | + | 3,6 kg | => | 3,0 kg | 1,6 kg |
Verbrennung von Ethanol
| C2H6O | + | 3 O2 | => | 2 CO2 | 3 H2O |
| Ethanol | + | Sauerstoff | => | Kohlendioxid | Wasserdampf |
| 1 * (2 *12 + 6 * 1 + 16) kg | + | 3 * (2 * 16) kg | => | 2 * (12 + 2 * 16) kg | 3 * (2 * 1 + 16) kg |
| 46 kg | + | 96 kg | => | 88 kg | 54 kg |
| 1 kg | + | 2,1 kg | => | 1,9 kg | 1,2 kg |
Verbrennung von Heizöl (Dieselöl)
Heizöl besteht aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Im Durchschnitt kommt es nahe an das n-Pentacosan C25H52.
| C25H52 | + | 38 O2 | => | 25 CO2 | 26 H2O |
| n-Pentacosan | + | Sauerstoff | => | Kohlendioxid | Wasserdampf |
| 1 * (25 *12 + 52 * 1) kg | + | 38 * (2 * 16) kg | => | 25 * (12 + 2 * 16) kg | 26 * (2 * 1 + 16) kg |
| 352 kg | + | 1216 kg | => | 1100 kg | 468 kg |
| 1 kg | + | 3,46 kg | => | 3,13 kg | 1,33 kg |
Verbrennung von Erdgas (Methan)
Erdgas besteht vorwiegend aus Methan CH4.
| CH4 | + | 2 O2 | => | CO2 | 2 H2O |
| Methan | + | Sauerstoff | => | Kohlendioxid | Wasserdampf |
| (12 + 4 * 1) kg | + | 2 * (2 * 16) kg | => | (12 + 2 * 16) kg | 2 * (2 * 1 + 16) kg |
| 16 kg | + | 64 kg | => | 44 kg | 36 kg |
| 1 kg | + | 4 kg | => | 2,75 kg | 2,25 kg |