Brennwert

Was ist der Brennwert eines Brennstoffs?

Der Brennwert eines Stoffs gibt an, wie viel Energie bei seiner vollständigen Verbrennung freigesetzt wird. Er ist nicht zu verwechseln mit dem Heizwert, bei dem ein Teil der freigesetzten Energie mit den Abgasen verlorengeht. Um möglichst den gesamten Brennwert eines Brennstoffs energetisch zu nutzen, wird den Abgasen durch Kondensation des enthaltenen Wassers zusätzlich Wärme entzogen.

 

Bei der Verbrennung freigesetzte Energie

Der Brennwert (früher „oberer Heizwert“) ist die Energie, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes freigesetzt wird. Es handelt sich dabei also um den Teil der im Stoff gebunden chemischen Energie, der durch Verbrennen in thermische Energie umgewandelt und als Wärme an die Umgebung abgegeben wird.

Um vergleichbare Brennwerte für unterschiedliche Stoffe zu ermitteln, findet die Verbrennung unter bestimmten Standardbedingungen statt. So wird der Stoff zunächst so erhitzt, dass er vollständig verbrennt. Anschließend werden die bei der Verbrennung entstehenden Abgase wieder auf 25 °C abgekühlt. Enthalten die Abgase Wasserdampf, wie es bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen der Fall ist, dann muss dieser vollständig kondensieren, um auch die Kondensationswärme des Wasserdampfes zu gewinnen.

Wird der Wasserdampf hingegen mit den Abgasen an die Umwelt abgegeben, geht der in ihm enthaltene Anteil der Verbrennungsenergie für den Menschen verloren. Der Brennwert abzüglich der auf diese Weise „verlorenen“ Energie wird als Heizwert (früher „unterer Heizwert“) bezeichnet.

 

Brennwert und Heizwert

Ob und wie stark sich Brennwert und Heizwert voneinander unterscheiden, hängt vom Wasser- beziehungsweise Wasserstoffgehalt des jeweiligen Brennstoffs ab. Reines Kohlenstoffmonoxid (CO) enthält zum Beispiel keinen Wasserstoff. Bei der Verbrennung reagiert CO mit dem Sauerstoff (O2) der Luft zu Kohlenstoffdioxid (CO2). Während es sich anschließend auf 25 °C abkühlt, gibt es thermische Energie in Form von Wärme an seine Umgebung ab. Da bei dieser Reaktion kein Wasserdampf entsteht, der kondensieren könnte, ist der Brennwert von Kohlenstoffmonoxid gleich seinem Heizwert.

Die üblicherweise in der Energiewirtschaft eingesetzten Brennstoffe wie etwa Kohle, Erdöl, Erdgas oder Biomasse enthalten hingegen alle eine gewisse Menge Wasser. Je höher der Anteil des Wassers ist, umso größer ist der Unterschied zwischen Brennwert und Heizwert. So beträgt er bei Erdöl, das kaum Wasser enthält, nur etwa 5 bis 7 Prozent, bei Erdgas etwa 10 Prozent und bei vergleichsweise wasserreicher Braunkohle etwa 20 Prozent. Bei Holz liegt je nach Trocknungsgrad und Verarbeitung der Heizwert zum Teil sogar mehr als 20 Prozent unter dem Brennwert.

Um die Energie von wasserhaltigen Brennstoffen effizient zu nutzen, kommt die sogenannte Brennwerttechnik zum Einsatz. Dazu gehören zum Beispiel Brennkessel, in denen der Wasserdampf aus den Abgasen kondensieren kann, bevor diese über einen Kamin an die Umgebung abgegeben werden. So wird deutlich mehr Energie aus der Verbrennung gewonnen als ohne Kondensation.

 

Joule oder Kilokalorien?

Gemessen wird der Brennwert in Joule, der Einheit der Energie, bezogen auf die Masse oder das Volumen des verbrannten Stoffes. Die Maßeinheit ist Joule je Kilogramm (J/kg) beziehungsweise je Kubikmeter (J/m3). Die aus dem Alltag bekannten Kilokalorien (kcal) sind keine Standardeinheit der Wissenschaft und daher in der EU nicht anerkannt. Bei Brennmaterialien wie Heizöl werden sie daher nicht verwendet, bei der Kennzeichnung von Lebensmitteln immer nur ergänzend zur Angabe in kJ/kg.

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