Page - 168 - in Umwelt- und Bioressourcenmanagement für eine nachhaltige Zukunftsgestaltung

168 5 Umweltrelevante Systeme & Technologien stoffen und Produkten von Temperatur und Druck abhängig. Um Vergleichbarkeit zu schaffen, werden Reaktionsenthalpien daher meist auf den Standardzustand (1 bar = 100 kPa, 25 °C = 298,15 K) bezogen angegeben. Fallbeispiel 5.1.1: Verbrennung von Methan (Datenquelle: NIST 2019) Die Verbrennung, eine Oxidation mit molekularem Sauerstoff (O2), ist eine in der Energietechnik wichtige Reaktion. Wir betrachten die Oxidation von Methan (CH4) mit Luftsauerstoff. Erdgas besteht in Wien zu mehr als 98 vol% aus Methan. Die chemische Reaktionsgleichung der Verbrennung lautet: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O(g) ∆HR (1 bar, 298,15 K) = – 802,56 kJ/mol Bei der Verbrennung von Methan werden pro Mol CH4 802,56 kJ an thermischer Energie freigesetzt. Ein Mol eines Gases nimmt gemäß idealer Gasgleichung bei Normalbedingungen (101.325 Pa, 273,15 K) ein Volumen von 22,41 Litern ein. Pro Normalkubikmeter Methan werden demnach 35.800 kJ thermische Energie freigesetzt, was umgerechnet rund 10 kWh entspricht. Die Reaktionsenthalpie von Verbrennungsreaktionen bei Standardbedingungen (1 bar, 298,15 K) wird, bezogen auf die Menge des eingesetzten Brennstoffes, als Heizwert des Brennstoffes bezeichnet. Dabei wird angenommen, dass das im Abgas enthaltene Wasser gasförmig vorliegt. Heizwert = Reaktionsenthalpie der Verbrennungsreaktion In der Energietechnik ist der Heizwert eine wichtige Bezugsgröße für Wirkungs- grade. Er wird pro kg oder Volumen eines Brennstoffes angegeben (Tabelle 5.1.1). Die chemische Reaktionsenthalpie exothermer Reaktionen wird meistens als thermische Enthalpie freigesetzt. Eine Ausnahme bilden elektrochemische Reaktionen: Mithilfe einer elektrochemischen Zelle kann ein großer Teil der Reaktionsenthalpie direkt als elektrische Energie abgeführt werden. Solche Systeme gewinnen in der Energie- technik immer mehr an Bedeutung (Batteriespeicher, Brennstoffzellen). Tabelle 5.1.1: Heizwerte gebräuchlicher Brennstoffe (Datenquelle: Gammel 2019) Brennstoff Heizwert Einheit Steinkohle ca. 30 MJ/kg Holz (lufttrocken) ca. 15 MJ/kg Ethanol 21,2 MJ/l Benzin ca. 30,5 MJ/l Diesel, Heizöl Extra Leicht ca. 35,5 MJ/l Methan 35,8 MJ/Nm3 Wasserstoff 10,8 MJ/Nm3