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:
Die Energiedichte ist also eine (bestimmte) Energiemenge pro Volumen oder Masseneinheit und ist -wie man sieht- nicht einheitlich geregelt.
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.
Die Energiedichte eines Brennstoffes ist die Energie, die pro Masse- oder Volumeneinheit freigesetzt wird, wenn der Brennstoff vollständig verbrennt.
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.
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.
Die Energiedichte eines Brennstoffes kann durch Faktoren wie die Zusammensetzung des Brennstoffes, den Sauerstoffgehalt der Umgebung und den Druck beeinflusst werden.
Obwohl dies von der genauen Zusammensetzung abhängen kann, hat Diesel normalerweise eine höhere Energiedichte als Erdgas.
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.
Benzin, Diesel und Kohle sind Beispiele für Brennstoffe mit hoher Energiedichte.
Im Allgemeinen haben feste Brennstoffe die niedrigste Energiedichte, gefolgt von flüssigen Brennstoffen und schließlich gasförmigen Brennstoffen, die die höchste Energiedichte haben.
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.
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.