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Brennstoff

Ein Brennstoff ist ein Energieträger, mit welchem in der Regel durch Verbrennen (eine chemische Umwandlung meist mit Luftsauerstoff) Wärme erzeugt werden kann. Es wird hierbei als chemische Energie in Wärme umgewandelt. Solche Stoffe, die für den Einsatz in Kraftmaschinen vorgesehen sind, werden als Kraftstoffe bezeichnet und ausführlicher im entsprechenden Artikel besprochen.

Brennstoffe, die für den Einsatz in kleinen Feuerungen in Häusern gedacht sind, werden auch als Hausbrand bezeichnet – vor allem im Falle von Festbrennstoffen.

Kernbrennstoffe sind Materialien, die durch atomare Reaktion (nicht chemische Prozesse) Wärme freisetzen können. Da dort keine Verbrennung stattfindet, ist der Begriff Brennstoff dort eigentlich nicht angemessen; er ist aber trotzdem üblich.

Feste Brennstoffe

Wichtige feste Brennstoffe (Festbrennstoffe) sind:

• Kohle in Form von Braunkohle, Steinkohle oder Anthrazit entsteht hauptsächlich aus Kohlenstoff. Entsprechend viel Kohlendioxid (CO₂) wird beim Verbrennen frei. Vor allem Braunkohle enthält aber auch diverse andere Stoffe wie Wasser, Schwefelverbindungen und Mineralien.
• Holz in Form von Scheiten, Spänen (als Abfall der Holzverarbeitung) oder Pellets wird hauptsächlich von Bäumen gewonnen. Der Kohlenstoffanteil ist ebenfalls recht hoch. Er stammt ursprünglich von Kohlendioxid (CO₂), welches beim Pflanzenwachstum aus der Luft aufgenommen wurde. Insofern ist die Holzverbrennung CO₂-neutral, abgesehen vom Energieaufwand beim Fällen, Verarbeiten und Transportieren.
• Auch andere feste Biomasse wird manchmal als Brennstoff verwendet, beispielsweise Stroh.

Der Artikel über Festbrennstoffe enthält weitere Details hierzu.

Flüssige Brennstoffe

Einige flüssige Brennstoffe (nicht Kraftstoffe) werden im Folgenden genannt:

• Schweres, leichtes und extraleichtes Heizöl sind Gemische von Kohlenwasserstoffen, die aus Erdöl gewonnen werden (im Wesentlichen durch Destillation).
• Ethanol (ein Alkohol) wird gewöhnlich durch Vergärung von Pflanzenmaterial gewonnen und wird dann als Bioethanol bezeichnet. In kleinen Mengen wird es in vergällter Form als Brennspiritus verwendet. Bioethanol wird auch in kleinen Öfen für Gemütlichkeitsfeuer mit kleiner Heizleistung genutzt, weniger für die eigentliche Beheizung.

Gasförmige Brennstoffe

• Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (CH₄), kann aber auch diverse andere Gase enthalten, etwa Kohlendioxid, Stickstoff, Ethan, Propan, Butan und geringe Mengen von Edelgasen.
• Biogas (Kompogas) ähnelt dem Erdgas, wird jedoch durch Vergärung von Pflanzenmaterial gewonnen.
• Stadtgas (Leuchtgas) wurde früher vielerorts von Stadtwerken durch Kohlevergasung oder -entgasung erzeugt. Es enthält Wasserstoff, Methan und giftiges Kohlenmonoxid. Heute wird Stadtgas in Europa kaum mehr gebraucht.
• Flüssiggas, ein Nebenprodukt der Erdölraffinierung, besteht hauptsächlich aus Butan und Propan, welches unter mäßigem Druck flüssig gelagert werden kann, bei der Verwendung aber gasförmig ist.
• Wasserstoff kann auf verschiedene Weisen gewonnen werden, u. a. durch Methan-Reformierung aus Erdgas und durch Elektrolyse von Wasser.

Heizwert und Brennwert

Der Energiegehalt von Brennstoffen wird meist mit dem Heizwert beziffert, gelegentlich aber auch mit dem (meist höheren) Brennwert. Der Unterschied ist, dass für den Brennwert anders als beim Heizwert die Kondensation des erzeugten Wasserdampfs angenommen wird. Ein großer Teil des Brennwerts ist in Brennwertkesseln nutzbar.

Der Artikel über den Heizwert enthält eine Tabelle mit Heiz- und Brennwerten verschiedener Stoffe.

Hochwertige Brennstoffe

Brennstoffe unterscheiden sich nicht nur bezüglich ihres Heizwerts, sondern in verschiedener Hinsicht bezüglich ihrer Qualität. Besonders relevant ist, wie hoch der technische Aufwand ist, um einen Brennstoff möglichst vollständig und sauber (d. h. mit möglichst geringen Abgasemissionen) sowie mit geringen Energieverlusten zu verbrennen. In dieser Hinsicht sind Festbrennstoffe, beispielsweise Kohle, Holz und manche anderen biologischen Materialien eher ungünstig: insbesondere ihre Verbrennung in einfachen Klein- und Kleinstanlagen verursacht oft schwerwiegende Schadstoffemissionen sowie Rückstände in der Anlage, die einen erhöhten Wartungsaufwand bedingen. Außerdem treten oft hohe Abgasverluste auf, was zum Teil mit dem nötigen hohen Verbrennungsluftverhältnis zu tun hat. Demgegenüber lässt sich beispielsweise Erdgas, Biogas und Flüssiggas auch in einfachen und kostengünstigen Kleinanlagen sehr schadstoffarm und effizient verbrennen, und auch der Wartungsaufwand ist gering.

Bei großen Anlagen fallen die Nachteile weniger hochwertiger Brennstoffe allerdings deutlich weniger ins Gewicht; beispielsweise kann eine große Holzfeuerung mit einer effektiven Abgasreinigungsanlage (mit Feinstaubfiltern) ausgestattet werden, ohne dass dies untragbare Kosten verursacht. Hier kann man also von günstigeren Brennstoffkosten profitieren, da diese nur zum kleineren Teil durch höhere Anlagen- und Wartungskosten wieder aufgefressen werden. Sogar die Kraft-Wärme-Kopplung kann bei großen Feuerungen realisiert werden, wodurch auch die Energieeffizienz wesentlich verbessert werden kann.

Aus diesen Überlegungen folgt, dass niederwertigere Brennstoffe hauptsächlich in großen Feuerungen benutzt werden sollten, während kleinere Feuerungen eher mit hochwertigen Brennstoffen betrieben werden sollten. Diese Regel führt jedenfalls oft zu der ökonomisch und ökologisch günstigsten Lösung.

Ersatzbrennstoffe

In vielen Fällen werden bestimmte Abfälle (beispielsweise Holzabfälle, Klärschlamm und Öle) als Brennstoffe genutzt; sie werden als Ersatzbrennstoffe oder Sekundärbrennstoffe bezeichnet. Der Aspekt der Entsorgung kann hier wichtiger sein als die Energiegewinnung.

Siehe auch: Kraftstoff, Brennwert, Heizwert, Festbrennstoff, Ersatzbrennstoff, chemische Energie, Wärme, Verbrennung, CO₂-neutral, Kernbrennstoff, Sauerstoffindex