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Verbrennungsrechner
Berechnen Sie Verbrennungsreaktionen, Luftbedarf, CO₂-Ausstoß und energetische Kennwerte für organische Verbindungen
Verbrennungsanalyse
Brennstoff-Eingabe
Format: CxHyOz (z.B. CH4, C2H5OH, C6H12O6)
Menge des Brennstoffes
0% = stöchiometrisch, >0% = überschüssige Luft
100% = vollständige Verbrennung
Beispiele:
Wissenswertes über Verbrennungsreaktionen
🔥 Allgemeine Verbrennungsgleichung
Für organische Verbindungen der Form CₓHᵧO_z:
CₓHᵧ + (x + y/4 - z/2) O₂ → x CO₂ + y/2 H₂O
Beispiel Methan (CH₄):
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Die Verbrennung ist eine exotherme Reaktion, bei der chemische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
💨 Luftbedarf
Theoretischer Luftbedarf (L_min):
L_min = m_O₂ / 0.232
Luft besteht zu ~23.2% aus Sauerstoff
Praktischer Luftbedarf:
L_prakt = L_min × (1 + Luftüberschuss/100)
Luftverhältnis (λ):
λ = L_zugeführt / L_min
- λ = 1: Stöchiometrische Verbrennung
- λ > 1: Mageres Gemisch (überschüssige Luft)
- λ < 1: Fettes Gemisch (unvollständige Verbrennung)
🌍 Umweltkennwerte
CO₂-Emissionsfaktor:
CO₂ pro kg Brennstoff = (x × MM_CO₂) / MM_Brennstoff
Typische Werte:
- Methan: 2.75 kg CO₂/kg Brennstoff
- Propan: 3.00 kg CO₂/kg Brennstoff
- Oktan: 3.09 kg CO₂/kg Brennstoff
- Kohle: ~2.4-3.0 kg CO₂/kg Brennstoff
Die Verbrennung von 1 kg Methan erzeugt ca. 2.75 kg CO₂, was etwa 0.75 kg reinen Kohlenstoffs entspricht.
📊 Typische Brennstoffe und ihre Eigenschaften
| Brennstoff | Formel | Molare Masse | Heizwert Hu | Brennwert Ho | CO₂-Faktor |
|---|---|---|---|---|---|
| Wasserstoff | H₂ | 2.016 g/mol | 119.9 MJ/kg | 141.8 MJ/kg | 0 kg CO₂/kg |
| Methan (Erdgas) | CH₄ | 16.04 g/mol | 50.0 MJ/kg | 55.5 MJ/kg | 2.75 kg CO₂/kg |
| Propan (Flüssiggas) | C₃H₈ | 44.10 g/mol | 46.3 MJ/kg | 50.4 MJ/kg | 3.00 kg CO₂/kg |
| Butan | C₄H₁₀ | 58.12 g/mol | 45.7 MJ/kg | 49.5 MJ/kg | 3.03 kg CO₂/kg |
| Oktan (Benzin) | C₈H₁₈ | 114.23 g/mol | 44.4 MJ/kg | 48.3 MJ/kg | 3.09 kg CO₂/kg |
| Dodecan (Diesel) | C₁₂H₂₆ | 170.34 g/mol | 44.1 MJ/kg | 47.3 MJ/kg | 3.14 kg CO₂/kg |
| Methanol | CH₃OH | 32.04 g/mol | 19.9 MJ/kg | 22.7 MJ/kg | 1.38 kg CO₂/kg |
| Ethanol | C₂H₅OH | 46.07 g/mol | 26.8 MJ/kg | 29.7 MJ/kg | 1.91 kg CO₂/kg |
| Glucose (Biomasse) | C₆H₁₂O₆ | 180.16 g/mol | 15.6 MJ/kg | 17.5 MJ/kg | 1.47 kg CO₂/kg |
⚡ Heizwert vs. Brennwert
Heizwert (Hu, Lower Heating Value):
Energie, die frei wird, wenn das Wasser im Abgas gasförmig bleibt.
Hu = Σν_i · ΔH_f°(Produkte) - Σν_j · ΔH_f°(Edukte)
Brennwert (Ho, Higher Heating Value):
Energie inklusive der Kondensationswärme des Wassers im Abgas.
Ho = Hu + n_H2O · ΔH_vap(H₂O)
Wobei ΔH_vap(H₂O) = 44.0 kJ/mol bei 25°C
Praktische Bedeutung:
- Brennwertkessel nutzen die Kondensationswärme (höherer Wirkungsgrad)
- Heizwert ist relevant, wenn Abgas nicht kondensiert wird
⚠️ Unvollständige Verbrennung
Bei Sauerstoffmangel entstehen neben CO₂ und H₂O auch:
- CO (Kohlenmonoxid): Giftig, entsteht bei λ < 1
- Ruß (C): Feststoffpartikel bei sehr magerer Verbrennung
- Kohlenwasserstoffe: Unverbrannte Brennstoffreste
CO-Bildung bei unvollständiger Verbrennung:
2 CₓHᵧ + (2x + y/2) O₂ → 2x CO + y H₂O
Maßnahmen gegen unvollständige Verbrennung:
- Luftüberschuss (λ > 1) ensures complete combustion
- Gute Durchmischung von Brennstoff und Luft
- Hohe Verbrennungstemperatur
- Genügend Verweilzeit bei der Verbrennungstemperatur