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