Das Prinzip der Verbrennung

Vorwort

„Archäologisch fassbar sind die ältesten Spuren menschlichen Feuergebrauchs seit dem Altpaläolithikum. In der chinesischen Chou-kou-tien Höhle unweit von Peking fanden Wissenschaftler die allerfrühesten Spuren des menschlichen Feuergebrauchs, meterdicke Ablagerungen aus Asche und verkohlten Holzstücken. Über ungeheuer lange Zeiträume unterhielt hier in dieser Höhle der frühe Mensch von der Art Homo erectus = aufrecht gehender Mensch, seine Lagerfeuer. Wir wissen nicht mit letzter Sicherheit, ob er ein reiner Feuernutzer oder schon ein Feuererzeuger war, ein Feuerbewahrer war er allemal.

Genauso wenig wissen wir wie letztendlich der Mensch seine erste Bekanntschaft mit dem Feuer machte, es mag ein Vulkanausbruch gewesen sein, ein einschlagender Blitz der einen dürren Baum in Brand setzte, ein Steppenbrand. Müßig ist es darüber zu spekulieren, dies alles liegt verborgen im Dunkel der Vergangenheit.

Wir wissen nur dass seit diesem Tage das Leben und die Entwicklung des Menschen gefördert und begünstigt wurden. Der Mensch lernte mit dem Feuer umzugehen, es für seine Dienste nutzbar zu machen, seine Segnungen begierig auf- und anzunehmen, aber auch seine Flüche einigermaßen zu beherrschen. Er verstand es sich das Feuer untertan zu machen, wenigstens soweit es sich um ein kontrollierbares Feuer hielt. Dem atomaren Höllenfeuer, das er sich selber erschuf, steht er aber immer noch recht hilflos gegenüber.“ 1

¹ (Vgl.: http://www.pfadfinder-oth.de/Allgemeines/Daten_Berichte/Schriften/feuer/feuer.html#4)

Inhaltsverzeichnis

1.  Einführung  

  4  

2.  Das Prinzip der Verbrennung  

  4  

  4  

2.1  Definition eines Verbrennungsprozesses  

  5  

2.2.  Vorraussetzungen für eine Verbrennung  

2.2.1  Stoffliche Vorraussetzung  5

2.2.1.1  Der Brennstoff  6

2.2.1.2  Der Sauerstoff  6

2.2.1.3  Die Wärme Zündtemperatur  7

2.2.2  energetische Vorraussetzungen  8

  8  

2.3  Bestandteile von Erdgas  

  9  

2.4  Die exotherme Reaktion  

  10  

2.5  Der Verbrennungsprozess  

2.5.1  Betrachtung einer Flamme  12

  13  

2.6  Die unvollständige Verbrennung  

2.6.1  Vergleich von Verbrennung  13

  verschiedener Kohlenwasserstoffe  

2.6.2  Vorteilhaftigkeit vollständiger Verbrennung  14

  15  

2.7  Die Sauerstoffverbrennung  

3.  Fazit  

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4.  Literaturverzeichnis  

  17  

5.  Eidesstattliche Erklärung  

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  Abbildungen: Seite  

  Abbildung 1: Stoffliche Vorraussetzungen  5

  Abbildung 2: Aufbau verschiedener Kohlenwasserstoffe  6

  Abbildung 3: Zusammensetzung der Luft  6

  Abbildung 4: Zündtemperaturen einzelner Stoffe  7

  Abbildung 5: Stoffliche Zusammensetzung von Erdgas  8

  Abbildung 6: Chemische Zusammensetzung Methan  9

  Abbildung 7: Kohlenwasserstoffketten (Alkane)  9

  Abbildung 8: Eigener Entwurf (Verbrennungsprozess)  10

  Abbildung 9: Eigener Entwurf (Verbrennungsprozess)  11

  Abbildung 10: Betrachtung einer Flamme mit  12

  drei verschiedenen Messtechniken  

  Abbildung 11: Eigener Entwurf (Unvollständige Verbrennung)  13

  Abbildung 12: Flammen von Kohlenwasserstoffen  14

  Abbildung 13: Verbrennungsförderung mit Sauerstoff  15

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1. Einführung

„1771 haben CARL SCHEELE (1742-1786) und 1774/75 JOSEPH PRIESTLEY (17331786) erstmals Sauerstoff nachgewiesen. ANTOINE LAURENT LAVOISIER (17431794) benutzte diese Entdeckung, um seine Theorie der Oxidation zu entwickeln. Sie wurde ab 1775 veröffentlicht. Bei vielen Verbrennungsreaktionen entstehen gasförmige Verbrennungsprodukte, die unsere Sinne nicht wahrnehmen. Die Naturforscher hatten dies lange übersehen. LAVOISIER erklärte die Massezunahme bei der Überführung eines Stoffes in sein Verbrennungsprodukt mit der Annahme, dass sich der Stoff bei der Verbrennung mit Sauerstoff verbindet. Die Reaktion nannte er Oxidation. Der Begriff umfasst nicht nur die Verbrennungen, die uns sehr ins Auge fallen, weil dabei Feuererscheinungen auftreten. Es gibt auch Oxidationsreaktionen, die fast unmerklich ablaufen“ ² Im Folgenden werde ich nun den Prozess der Verbrennung mit Feuererscheinungen genauer erläutern und exemplarisch versuchen die wichtigsten Faktoren heraus zuarbeiten.

2. Das Prinzip der Verbrennung

Wie kann man eine Verbrennung identifizieren und wie kann man sie definieren? Dieser Frage sollte man sich als erstes widmen, um eine grobe Vorstellung von Verbrennungsprozessen zu erlangen.

2.1 Definition eines Verbrennungsprozesses

Definitionen von Verbrennung:

• „Bei der Verbrennung handelt es sich um eine Stoffumwandlung bei höherer Temperatur in Anwesenheit von Sauerstoff.“ 3

• „Verbrennungen sind besonders rasch verlaufende Oxidationen wobei Licht und viel Wärme frei wird (Oxidation: Stoffe verbinden sich mit Sauerstoff)“ 4

² (Siehe: Schmidt, Hans- Jürgen (1999). Chemie konkret. Frankfurt am Main: Diesterweg Verlag ,S.54.)

³ (Vgl.: Bliefert, C. (1997 ² ). Umweltchemie. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft, Seite 433)

⁴ (Vgl.: Baars, G. Christen, H-R (1999 ³ ). Allgemeine Chemie: Theorie und Praxis: Diesterweg Verlag., S. 25)

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2.2. Vorraussetzungen für eine Verbrennung

„Es gibt 3 stoffliche Vorraussetzungen für eine Verbrennung, welche nötig sind um den Grad einer Verbrennung zu erreichen.“ 5

2.2.1 Stoffliche Vorraussetzung

Damit eine Verbrennung stattfinden kann müssen folgende stoffliche Vorraussetzungen erfüllt sein:

• Es muss genügend brennbarer Stoff (Brennstoff) in geeigneter Form vorliegen.

• Da Sauerstoff das nötige Oxidationsmittel ist, muss er in ausreichender Menge vorhanden sein (Abb. 1).

• Als letzter Faktor muss die Zündtemperatur (Wärme) erreicht werden. Diese ist der energetische Anstoß um die Verbrennungsreaktion zu erreichen.

Abbildung 1: Stoffliche Vorraussetzungen

2.2.1.1 Der Brennstoff

Die Chemie teilt Stoffe in organische und anorganische Stoffe ein. Alle Stoffe die Kohlenstoff enthalten gehören zu den organischen Stoffen.

Es gibt nur wenige brennbare anorganische Stoffe, weshalb ich mich hier nur auf organische Stoffe konzentrieren möchte.

Im Folgenden ein paar Beispiele für den Aufbau organischer Stoffe welche in Verbrennungsprozessen oft verwendet werden (Abb. 2). Hierbei werden auch die Emissionen dargestellt welche bei der Verbrennung der einzelnen Stoffe entstehen.

⁵ (Vgl.: Rodewald, G. (1998 ⁵ ). Brandlehre. Stuttgart: Kohlhammer, S. 112)

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