Steinkohle ist eine der häufigsten und langlebigsten Energiequellen. Seit Jahrhunderten wird es als Hauptwärmequelle für Industrie und Haushalt verwendet. Aber wie viel Energie kann tatsächlich freigesetzt werden, wenn es vollständig verbrannt wird?
Wissenschaftlichen Untersuchungen zufolge werden bei der Verbrennung einer Tonne Steinkohle etwa 24 Megajoule Wärmeenergie freigesetzt. Dies ist eine enorme Menge an Energie, die Mechanismen antreiben, riesige Städte beleuchten und ihren Strombedarf sicherstellen kann.
Steinkohle ist eine der effizientesten Energiequellen, da ihre Energie bei der Verbrennung in Form von Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme kann zum Erhitzen von Wasser und Dampf verwendet werden, was wiederum zur Erzeugung von Elektrizität in Wärmekraftwerken verwendet werden kann.
Trotz seiner Wirksamkeit führt die Verwendung von Steinkohle jedoch auch zur Freisetzung beträchtlicher Mengen an Kohlendioxid, das eines der wichtigsten Gase ist - natürliche Indikatoren für die globale Erwärmung. Dies stellt die ökologische Seite der Nutzung dieser natürlichen Ressource in Frage und wirft wichtige Fragen über die Notwendigkeit auf, alternative Energiequellen zu finden und zu verbessern.
Energie bei der Verbrennung von Steinkohle: Fakten und Zahlen
Ein wichtiges Merkmal der Steinkohle ist ihr Heizwert, dh die Menge an Energie, die freigesetzt wird, wenn sie vollständig verbrannt wird. Dieser Wert wird in Kalorien oder Joule gemessen.
Wenn 1 Kilogramm Steinkohle verbrannt wird, werden ungefähr 7.000 bis 8.000 Kalorien Energie freigesetzt. Dies bedeutet, dass es möglich ist, bis zu 8.000 Kilokalorien Energie zu erzeugen, wenn jedes Kilogramm Steinkohle verbrannt wird.
Im Vergleich dazu werden beim Verbrennen von 1 Liter Benzin etwa 9.500 Kalorien Energie freigesetzt. Daher ist Steinkohle im Vergleich zu Erdölprodukten eine weniger effiziente Energiequelle.
Obwohl die Energie, die bei der Verbrennung von Steinkohle freigesetzt wird, niedriger ist, ist Kohle immer noch eine beliebte Energiequelle, insbesondere in Regionen mit großen Reserven an dieser Ressource. Darüber hinaus ermöglichen moderne Technologien die Produktion von Kohle mit einem höheren Heizwert.
| Kraftstoffart | Heizwert (kcal/kg) |
|---|---|
| Steinkohle | 7 000–8 000 |
| Benzin | 9 500 |
Obwohl die Energie bei der Verbrennung von Steinkohle niedriger ist als die von Erdölprodukten, machen sie durch ihre weit verbreitete Verbreitung und erhebliche Reserven zu einer wichtigen Energiequelle. Dabei kann die weitere Entwicklung der Technologie seinen Heizwert verbessern.
Konzept und chemische Reaktion
Eine chemische Reaktion, die bei vollständiger Verbrennung von Steinkohle auftritt, wird als oxidative Reaktion bezeichnet. Es tritt unter Beteiligung eines Oxidationsmittels, normalerweise Sauerstoff, und eines Brennstoffs auf – Steinkohle. Dabei wird der in der Kohle enthaltene Kohlenstoff zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert und Wärme und Licht freigesetzt. Die während des Verbrennungsprozesses freigesetzte Wärme kann zur Energiegewinnung verwendet werden, beispielsweise zur Stromerzeugung.
Die vollständige Verbrennung von Steinkohle wird von der folgenden chemischen Reaktion begleitet:
- Kohle (C) + Sauerstoff (O2) → kohlendioxid (CO2) + warm
Durch diese Reaktion können Sie die Menge an Energie berechnen, die bei der Verbrennung von Steinkohle freigesetzt wird. Die spezifische Verbrennungswärme ist die Menge an Wärme, die freigesetzt wird, wenn eine bestimmte Menge einer Substanz vollständig verbrannt wird. Im Falle von Steinkohle beträgt die spezifische Verbrennungswärme etwa 24 Megajoule pro Kilogramm Kohle.
Somit wird bei der Verbrennung von 1 kg Steinkohle etwa 24 Megajoule Energie freigesetzt.
Die Hauptbestandteile der Steinkohle
Kohlenstoff: die Hauptkomponente der Steinkohle, die ungefähr 50-95% ihres Gewichts ausmacht. Kohlenstoff ist die Hauptenergiequelle bei der Verbrennung von Kohle.
Wasserstoff: der Wasserstoffgehalt in der Steinkohle beträgt etwa 2-7%. Wasserstoff bildet bei der Verbrennung von Kohle brennbare Gase.
Sauerstoff: sauerstoff ist in der Steinkohle in Form von organischen Verbindungen und Metalloxiden vorhanden, und sein Gehalt beträgt etwa 5-15%.
Stickstoff: der Stickstoffgehalt in der Steinkohle beträgt etwa 0,6-4%. Stickstoff bildet Oxide und stickstoffhaltige Verbindungen, die bei der Verbrennung von Kohle zur Bildung von Stickoxiden führen.
Schwefel: schwefel ist in Steinkohle als organische Verbindungen und Oxide vorhanden, und sein Gehalt beträgt etwa 0,3-5%. Schwefel kann Schwefelverbindungen bilden und beim Verbrennen von Kohle Umweltverschmutzung verursachen.
Diese Hauptkomponenten bestimmen die chemische Zusammensetzung von Steinkohle und ihre Möglichkeiten als Energiequelle bei der Verbrennung.
Wie man die potenzielle Verbrennungsenergie bestimmt
Die potenzielle Verbrennungsenergie von Steinkohle wird durch die Berechnung der Wärme bestimmt, die bei vollständiger Verbrennung dieses Brennstoffs freigesetzt wird. Diese wichtige Bedeutung hilft bei der Bewertung des Energiepotentials von Kohle und ihrer Verwendung in verschiedenen Branchen.
Grundlage für die Bestimmung der potenziellen Verbrennungsenergie sind die chemische Formel von Kohle und die Standardtabellen, die Informationen über die Verbrennungswärme verschiedener Stoffe enthalten.
Die folgenden Schritte sollten verwendet werden, um die potenzielle Verbrennungsenergie von Steinkohle zu berechnen:
- Stellen Sie die chemische Formel für Steinkohle ein. Normalerweise wird für Kohle die Formel C angegebennHmOk wobei n, m und k unterschiedliche Koeffizienten sind. Zum Beispiel kann die Formel für bituminöse Kohle C sein135H96O9.
- Finden Sie die Molmasse von Kohle. Dazu ist es notwendig, die Gesamtmasse aller Atome in der chemischen Formel von Kohle zu berechnen. Zum Beispiel würde die Molmasse für bituminöse Kohle 135 g / mol + 96 g / mol + 9 g / Mol betragen, dh 240 g / mol.
- Bestimmen Sie die Verbrennungswärme von Kohle. Dazu müssen Sie sich auf spezielle Tabellen beziehen, in denen die Werte für die Verbrennungswärme verschiedener Substanzen aufgeführt sind. Nachdem Sie den entsprechenden Wert für Kohle gefunden haben, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.
- Multiplizieren Sie das Molekulargewicht von Kohle mit dem Wert der Verbrennungswärme. Das Ergebnis ist die potentielle Verbrennungsenergie dieser Substanz. Bei einer bituminösen Kohle mit einer Molmasse von 240 g / Mol und einer Verbrennungswärme von 30.000 kj / mol beträgt die potenzielle Verbrennungsenergie beispielsweise 240 g / Mol × 30.000 kj / mol = 7.200.000 kj / mol.
Wenn Sie also die chemische Formel und die Verbrennungswärme von Steinkohle kennen, können Sie ihre potenzielle Verbrennungsenergie bestimmen und diesen Wert für verschiedene Berechnungen und Vorhersagen von Energieprozessen verwenden.
Faktoren, die die Verbrennungseffizienz beeinflussen
Bei der Verbrennung von Steinkohle wird eine große Menge an Energie freigesetzt, die Effizienz dieses Prozesses hängt jedoch von einer Reihe von Faktoren ab.
Erstens spielt die Qualität der Kohlen selbst eine wichtige Rolle. Kohlen mit hohem Kohlenstoffgehalt verbrennen effizienter, da Kohlenstoff die Hauptenergiequelle ist. In der Regel haben Steinkohlen einen hohen Kohlenstoffgehalt, daher haben sie einen guten Energiewert.
Zweitens beeinflusst die für die Verbrennung verwendete Luft auch die Effizienz des Prozesses. Die Versorgung mit ausreichend Sauerstoff ist eine Voraussetzung für die vollständige Verbrennung von Kohle. Sauerstoffmangel kann zur Bildung von unverbrannter Kohle und anderen schädlichen Substanzen führen.
Die Temperatur spielt auch eine Rolle. Die Temperaturerhöhung ermöglicht eine vollständigere Verbrennung von Kohle und eine höhere Energieeffizienz. Zu hohe Temperaturen können jedoch zur Bildung von Stickoxiden führen, die potenziell schädliche Substanzen sind.
Schließlich kann die Verbrennungseffizienz durch den Einsatz spezieller Abfallreinigungs- und Abgasfiltersysteme verbessert werden. Dadurch können schädliche Emissionen in die Atmosphäre reduziert und die erzeugte Energie effizienter genutzt werden.
Praktische Anwendung der Steinkohlenenergie
Elektrizitätserzeugung: Steinkohle ist der Hauptbrennstoff für die Stromerzeugung. Bei der Verbrennung von Steinkohle wird eine große Menge an Wärmeenergie freigesetzt, die dann in Turbinen in mechanische Energie umgewandelt wird und dann in Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine große Anzahl von Kraftwerken auf der ganzen Welt verwendet Steinkohle als primären oder zusätzlichen Brennstoff zur Stromerzeugung.
Industrie: Steinkohle wird in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet verwendet. Es dient als Brennstoff zum Erhitzen von Öfen und Kesseln, die bei der Herstellung von Stahl, Zement, Aluminium und anderen Materialien verwendet werden. Darüber hinaus wird Steinkohle in der chemischen Industrie zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen, Salpetersäure und anderen chemischen Produkten verwendet.
Wärme und Heizung: Steinkohle wird auch zur Beheizung von Wohn- und Geschäftsgebäuden verwendet. In einigen Regionen, insbesondere in ländlichen Gebieten, ist Steinkohle die primäre oder einzige Quelle für Wärme und Heizung.
Gefährt: Obwohl Steinkohle kein direkter Brennstoff für Autos und andere Fahrzeuge ist, wird sie zur Herstellung von Benzin und Diesel verwendet. Die Kohleindustrie spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Öl und Gas, die dann in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Wirtschaftliche Bedeutung: Steinkohle ist für viele Länder eine wichtige Einnahmequelle. Seine Produktion und Exporte tragen zur Entwicklung der Wirtschaft und zur Schaffung von Arbeitsplätzen bei. Darüber hinaus ist es eine der günstigsten und relativ billigen Energieformen, was es aus wirtschaftlicher Sicht attraktiv genug macht.
Die praktische Nutzung der Energie von Steinkohle ist ein Schlüsselfaktor in der modernen Energie- und Industriewirtschaft. Die negativen Auswirkungen auf die Umwelt sollten jedoch berücksichtigt werden, da die Verbrennung von Steinkohle eine der Hauptursachen für die Freisetzung von Kohlendioxid und anderen Schadstoffen in die Atmosphäre ist.
