Steinkohle ist einer der am weitesten verbreiteten Brennstoffe. Alles dank seines hohen Energiewerts und seiner Erschwinglichkeit. Aber wie viel Energie wird bei vollständiger Verbrennung freigesetzt? Diese Frage wird oft von Schülern und Studenten gestellt, die Physik und Chemie studieren.
Lass uns das herausfinden. Einer der Hauptindikatoren für Steinkohle ist sein Brennwert, ausgedrückt in Kalorien. Der Heizwert bestimmt, wie viel Energie bei der Verbrennung eines bestimmten Brennstoffs freigesetzt wird. Kohle hat einen sehr hohen Heizwert, was sie besonders wertvoll macht.
Der durchschnittliche Heizwert von Steinkohle beträgt etwa 6000 kcal / kg. Dies bedeutet, dass die gesamte Energie, die in 1 Kilogramm dieses brennbaren Materials enthalten ist, als 6.000 Kalorien Wärme freigesetzt werden kann. Aber was bedeutet das für uns, wenn es um 15 kg Steinkohle geht?
Energie, die bei vollständiger Verbrennung von 15 kg Steinkohle freigesetzt wird
Die Verbrennungswärme von Steinkohle hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung ab und kann je nach spezifischer Art von Kohle variieren. Die durchschnittliche Verbrennungswärme von Steinkohle beträgt etwa 24 Megajoule pro Kilogramm (MJ / kg).
Um die Menge an Energie zu berechnen, die bei der Verbrennung von 15 kg Steinkohle freigesetzt wird, muss die Masse der Kohle mit ihrer Verbrennungswärme multipliziert werden:
| Gewicht der Steinkohle (kg) | Verbrennungswärme von Steinkohle (MJ/kg) | Energie, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird (MJ) |
|---|---|---|
| 15 | 24 | 360 |
Somit werden bei einer vollständigen Verbrennung von 15 kg Steinkohle etwa 360 Megajoule Energie freigesetzt.
Steinkohle: Arten und Zusammensetzung
Es gibt verschiedene Arten von Steinkohle, die sich in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Zu den wichtigsten Arten von Steinkohle gehören:
| Art der Kohle | Die Beschreibung |
|---|---|
| Braunkohle | Die jüngste und feuchteste Art von Kohle. Es hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen hohen Feuchtigkeitsgehalt. |
| Steinkohle | Die häufigste und am weitesten verbreitete Art von Kohle. Hat einen durchschnittlichen Kohlenstoff- und Feuchtigkeitsgehalt. |
| Anthrazit | Die älteste und sauberste Art von Kohle. Es hat einen hohen Kohlenstoffgehalt und einen geringen Feuchtigkeitsgehalt. |
Die Zusammensetzung von Steinkohle enthält auch eine Reihe von Verunreinigungen wie Schwefel, Asche und Metallelementen. Die Menge an Energie, die bei der Verbrennung von Steinkohle freigesetzt wird, hängt von ihrer Zusammensetzung und Qualität ab. Zum Beispiel können 15 kg Steinkohle eine bestimmte Menge an Wärme erzeugen, wenn sie vollständig verbrannt wird.
Der Prozess der Verbrennung von Steinkohle
Die Verbrennung von Steinkohle erfolgt in mehreren Schritten. Beim Erhitzen von Kohle auf eine bestimmte Temperatur (etwa 300 Grad Celsius) erfolgt der Prozess der Freisetzung von flüchtigen Substanzen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel.
Dann wird die Steinkohle bei längerer Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 700 Grad Celsius in Kohlenstoff und Gase zerlegt. Dieser Prozess wird Pyrolyse genannt. Die freigesetzten Gase bestehen hauptsächlich aus Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Als nächstes, wenn die Temperatur etwa 900 Grad Celsius erreicht, beginnt der Prozess der Kohlenstoffoxidation. Dabei verbindet sich die Reaktionskohle mit Sauerstoff aus der Luft und bildet Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenmonoxid (CO2).
Durch die vollständige Verbrennung von Steinkohle entsteht in den freigesetzten Gasen eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie. Die Menge der freigesetzten Energie hängt von der Zusammensetzung der Kohle ab, aber im Durchschnitt können 15 kg Steinkohle etwa 30 Megajoule Energie freisetzen.
Wärmeenergie bei der Verbrennung von Steinkohle
Die Wärmeenergie, die bei vollständiger Verbrennung von 1 kg Steinkohle freigesetzt wird, beträgt etwa 29,3 Megajoule. Mit diesem Wert können Sie berechnen, wie viel Energie bei einer vollständigen Verbrennung von 15 kg Steinkohle freigesetzt wird.
Wärmeenergie, die bei der Verbrennung von 1 kg Kohle freigesetzt wird = 29,3 Megajoule
Gewicht von Kohle = 15 kg
Wärmeenergie, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird 15 kg Kohle = (29,3 Megajoule / kg) * 15 kg = 439,5 Megajoule
Somit werden bei einer vollständigen Verbrennung von 15 kg Steinkohle etwa 439,5 Megajoule Wärmeenergie freigesetzt.
Möglichkeiten zur Nutzung von Energie
Bei einer vollständigen Verbrennung von 15 kg Steinkohle wird eine beträchtliche Menge an Energie freigesetzt, die in verschiedenen menschlichen Tätigkeitsbereichen verwendet werden kann. Betrachten wir mehrere Möglichkeiten, diese Energie zu nutzen:
| Arbeitsfeld | Verwendungsmethoden |
|---|---|
| Industrie | Verwenden Sie Energie, um Maschinen und Geräte zu antreiben. Die durch die Verbrennung von Kohle freigesetzte Energie kann für den Betrieb verschiedener Maschinen und Werkzeugmaschinen verwendet werden, um die Produktion und Prozesse der Industrie sicherzustellen. |
| Heizung und Heizung | Der Prozess der Verbrennung von Steinkohle kann verwendet werden, um Häuser, Gebäude und Strukturen mit Wärme zu versorgen. Die bei der Verbrennung freigesetzte Energie kann zum Heizen von Räumen, zum Erwärmen von Wasser in Heizungs- und Warmwassersystemen verwendet werden. |
| Strom | Steinkohle ist eine der Stromquellen. Bei der Verbrennung von Kohle wird eine große Menge an Wärmeenergie freigesetzt, die durch Turbinen und Generatoren in Strom umgewandelt werden kann. Der resultierende Strom kann für Beleuchtung, Haushaltsgeräte, industrielle Prozesse und andere Bedürfnisse verwendet werden. |
| Verkehr | Es ist möglich, die durch die Verbrennung von Steinkohle erzeugte Energie für den Verkehr von Fahrzeugen zu verwenden. Zum Beispiel kann die Erzeugung von Elektrizität mit Kohle den Betrieb von Elektrofahrzeugen und Zügen sicherstellen. |
| chemische Industrie | Die bei der Verbrennung von Kohle freigesetzte Energie kann zur Herstellung verschiedener Chemikalien und Materialien verwendet werden. Zum Beispiel kann Kohle als Rohstoff zur Herstellung von Kunststoffen, Düngemitteln, Hydrocarbonaten und anderen chemischen Produkten verwendet werden. |
Die freigesetzte Energie bei vollständiger Verbrennung von Steinkohle hat ein breites Anwendungsspektrum und kann in verschiedenen Bereichen des gesellschaftlichen Lebens verwendet werden.
Ökologische Aspekte der Steinkohleverbrennung
- Freisetzung von Kohlendioxid – bei der Verbrennung von Steinkohle wird eine erhebliche Menge an Kohlendioxid freigesetzt, die als eine der Hauptursachen für die globale Erwärmung und den Klimawandel gilt. Kohlendioxid ist ein Treibhausgas und kann Wärme in der Atmosphäre speichern, was zu erhöhten Erdtemperaturen und klimatischen Veränderungen führt.
- Freisetzung von Ruß und Schadstoffen – bei der Verbrennung von Steinkohle entstehen Ruß und andere schädliche Substanzen wie Stickoxide und Schwefeldioxid. Diese Stoffe verursachen die Verschmutzung der Atmosphäre und die Bildung von Smog und können auch eine Reihe von Atemwegserkrankungen verursachen.
- Kohlenstaub – beim Verladen, Transportieren und Verbrennen von Steinkohle entsteht Kohlenstaub, der in die Atmosphäre eindringen und den Boden und die Wasserressourcen berühren kann. Dies führt zu Luftverschmutzung, Oberflächenwasser und Grundwasser, was sich wiederum negativ auf die Tier- und Pflanzenwelt auswirkt.
Im Allgemeinen ist die Verbrennung von Steinkohle eine ineffiziente und umweltschädliche Methode zur Energiegewinnung. Daher werden derzeit aktiv nach alternativen und umweltfreundlicheren Energiequellen wie Solar- und Windsystemen gesucht, die keine Umweltverschmutzung verursachen und einen geringeren negativen Beitrag zum Klimawandel leisten.
