Energiedichte berechnen von “Brennstoffen”

Die Energiedichte ist eine Größe, die nicht nur im Fach Chemie vorkommt, sondern in allen Naturwissenschaften. Wie der Begriff “Energie” + “Dichte” vermuten lässt, kennzeichnet der Begriff “Energiedichte” die Verteilung von Energie auf eine bestimmte Größe oder Menge eines Körpers bzw. Stoffes. Im Fach Physik kennt man den Begriff “Energiedichte” v.a. bei Plattenkondensatoren, während man den Begriff “Energiedichte” im Fach Chemie hauptsächlichbei Energieträgern verwendet. Daher tritt die Energiedichte auch mit unterschiedlichen Einheiten auf:

  • Zum einen ist die Energiedichte, die Energie verteilt auf ein Raumvolumen eines Körpers (w = E : V). Die Einheit dieser Energiedichte ist J/m³
  • Zum anderen ist die Energiedichte, die Energie verteilt auf eine Masse eines Stoffes (w = E : m), (diese Energiedichte wird auch als spezifische Energie bezeichnet). Die Einheit dieser Energiedichte ist J/kg.

Die Energiedichte ist also eine (bestimmte) Energiemenge pro Volumen oder Masseneinheit und ist -wie man sieht- nicht einheitlich geregelt.

Die Energiedichte von Brennstoffen berechnen

In der Organischen Chemie berechnen wir die Energie von Brennstoffen (Kohlenwasserstoffe), diesen Wert bezeichnen wir in der Regel als Heizwert. Dies liegt daran, dass bei dem Begriff “Energiedichte” nicht definiert ist, ob der Heizwert oder der Brennwert eines Brennstoffes gemeint ist.

Unterschied zwischen Brennwert und Heizwert

Verbrennen wir (=Oxidation)einen Brennstoff, so wird chemische Energie in Wärme umgewandelt. Da diese Oxidationen exotherm sind und teils hohe Reaktionstemperaturen entstehen, liegen die Reaktionsprodukte der Oxidation, Kohlenstoffdioxid und Wasser, in der Regel gasförmig vor. Lässt man das “Reaktionsgemisch” einige Zeit abkühlen, so kondensiert der Wasserdampf. Daher hat man auch entsprechend zwei Größen eingeführt, die die “Energiedichte” eines Brennstoffes wiedergeben. Dies sind der sogenannte Brennwert und der Heizwert.

Verbrennen wir einen Brennstoff und lassen die Reaktionsprodukte abkühlen (Wasserdampf wird flüssig), so wird in diesem Fall der Brennwert bestimmt. Ist dies nicht der Fall, haben wir den Heizwert bestimmt. Der Brennwert und der Heizwert unterscheiden sich nur um den Anteil der sogenannten Kondensationsenthalpie von Wasser. Zur Bestimmung der Kondensationsenthalpie multipliziert man den Wasseranteil (am Gesamtanteil des gasförmigen Reaktionsgemisches) mit der Kondensationsenthalpie von Wasser (2,5 MJ/kg). Aus dieser Tatsache resultiert, dass der Brennwert eines Brennstoffes immer größer ist, als der Heizwert.


Energiedichte berechnen von “Brennstoffen” – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter der Energiedichte eines Brennstoffes?

Die Energiedichte eines Brennstoffes ist die Energie, die pro Masse- oder Volumeneinheit freigesetzt wird, wenn der Brennstoff vollständig verbrennt.

2. Wie berechnet man die Energiedichte?

Die Energiedichte kann berechnet werden, indem die freigesetzte Energie (in Joule) durch die Masse (in Kilogramm) oder das Volumen (in Kubikmeter) des Brennstoffes geteilt wird.

3. Welche Einheiten werden häufig zur Angabe der Energiedichte verwendet?

Die Energiedichte kann in verschiedenen Einheiten angegeben werden, einschließlich Joule pro Kilogramm (J/kg), Kalorien pro Gramm (cal/g), British Thermal Units pro Pfund (BTU/lb), etc.

4. Welche Faktoren beeinflussen die Energiedichte eines Brennstoffes?

Die Energiedichte eines Brennstoffes kann durch Faktoren wie die Zusammensetzung des Brennstoffes, den Sauerstoffgehalt der Umgebung und den Druck beeinflusst werden.

5. Welcher Brennstoff hat eine höhere Energiedichte – Erdgas oder Diesel?

Obwohl dies von der genauen Zusammensetzung abhängen kann, hat Diesel normalerweise eine höhere Energiedichte als Erdgas.

6. Was bedeutet es, wenn ein Brennstoff eine hohe Energiedichte hat?

Ein Brennstoff mit hoher Energiedichte kann eine größere Menge an Energie pro Masse- oder Volumeneinheit freisetzen. Dies kann bedeuten, dass er effizienter ist oder mehr Energie pro Verbrennungseinheit liefert.

7. Was sind einige Beispiele für Brennstoffe mit hoher Energiedichte?

Benzin, Diesel und Kohle sind Beispiele für Brennstoffe mit hoher Energiedichte.

8. Wie unterscheidet sich die Energiedichte zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen?

Im Allgemeinen haben feste Brennstoffe die niedrigste Energiedichte, gefolgt von flüssigen Brennstoffen und schließlich gasförmigen Brennstoffen, die die höchste Energiedichte haben.

9. Was ist der Unterschied zwischen Energiedichte und spezifischer Energie?

Die Energiedichte bezieht sich auf die Energiemenge, die pro Masse- oder Volumeneinheit eines Brennstoffes freigesetzt wird, während die spezifische Energie die Energiemenge ist, die pro Masseeinheit eines Brennstoffes freigesetzt wird.

10. Wie beeinflusst die Energiedichte die Auswahl eines Brennstoffes für verschiedene Anwendungen?

Die Energiedichte eines Brennstoffes spielt eine wichtige Rolle bei der Auswahl eines Brennstoffes für verschiedene Anwendungen. Brennstoffe mit hoher Energiedichte können beispielsweise bevorzugt für Anwendungen verwendet werden, bei denen das Gewicht oder Volumen des Brennstoffes ein wichtiger Faktor ist, wie in der Luft- und Raumfahrt.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 09. Februar 2024