Was passiert bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe?
Fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas entstehen, wenn organisches Material zerfällt und unter Schichten aus Sand, Erde, Gestein und Ozean verdichtet wird. Interessanterweise leitet sich der Name “fossiler Brennstoff” tatsächlich vom Wort “Fossil” ab: den mineralisierten Überresten antiker Kreaturen, die einst die Erde bevölkerten. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe liefert Kohlendioxid, Wasser und Energie; Der Prozess der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird als “Verbrennung” bezeichnet.
Die Verbrennungsreaktion
Bei chemischen Reaktionen wird Energie entweder in die Umwelt absorbiert (endotherme Reaktion) oder in die Umwelt freigesetzt (exotherme Reaktion), und chemische Bindungen werden aufgebrochen und gebildet. Die Herstellung von Bindungen ist ein exothermer Prozess, während das Brechen von Bindungen ein endothermer Prozess ist. Verbrennungsreaktionen erfordern Sauerstoff. Fossile Brennstoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen, die während einer Verbrennungsreaktion in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden.
Von den drei uns bekannten fossilen Brennstoffen ist Erdgas die sauberste Verbrennung. Kohle und Öl sind chemisch komplizierter und setzen bei der Verbrennung einen Cocktail potenziell schädlicher Substanzen in die Atmosphäre frei. Um SO2 in Verbrennungsgasen nachzuweisen, wird Fluoreszenz – induziert durch ultraviolettes Licht – verwendet. Wir untersuchen weiter in diesem Artikel: Interferenzfreie Schwefelanalyse in Kraftstoffen.
Der Energiegehalt von Kohle
Kohle besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasser, etwas Wasserstoff und Sauerstoff (obwohl bestimmte Kohlesorten auch geringe Mengen Stickstoff, Schwefel und eine Handvoll anderer Substanzen enthalten). Der größte Teil des in Kohle vorkommenden Kohlenstoffs ist gebunden, was bedeutet, dass an jedes C-Atom eine C-C-Bindung besteht. Energiefreisetzung tritt auf, wenn eine C-C-Bindung gebrochen wird. Ungefähr 43 g Kohlendioxid werden pro 23 g verbranntem C erzeugt. Wenn bei der Verbrennung nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, entsteht Kohlenmonoxid – ein farbloses, geruchloses und extrem gefährliches Gas.
Energieverbrauch, Effizienz und Zukunft
Fossile Brennstoffe werden immer knapper. Vor kurzem hat der von den Vereinten Nationen unterstützte Weltklimarat (IPCC) erklärt, dass die uneingeschränkte Nutzung fossiler Brennstoffe schrittweise eingestellt werden muss, um einen katastrophalen Klimawandel zu vermeiden. Sie können mehr über dieses Ereignis in lesen: Wie lange können wir noch von fossilen Brennstoffen abhängig sein?
Darüber hinaus wurde die Verbrennung fossiler Brennstoffe mit der globalen Erwärmung in Verbindung gebracht – einem Anstieg der Durchschnittstemperatur des Klimasystems der Erde. Während historische, politische und geografische Kontexte zur Einführung einzelner Brennstoffe und Technologien auf der ganzen Welt geführt haben, wird angenommen, dass 95% des weltweiten Energiebedarfs derzeit durch fossile Brennstoffe gedeckt werden.
Mit steigenden Preisen und Temperaturen steigen die Investitionen in umweltfreundlichere Energiequellen. Aber auch erneuerbare Energien haben Umweltkosten. Windkraft zum Beispiel benötigt viel Land, verursacht viel Lärm und kann sich auf die Vogelwelt in den umliegenden Gebieten auswirken, während Wasserkraft mit der Zerstörung von Ackerland, der Verlagerung von Menschen und dem Verlust von Lebensraum in Verbindung gebracht wird.
In Zukunft können uns neue Technologien Antworten auf die Fragen geben, mit denen wir derzeit konfrontiert sind. In der Zwischenzeit müssen wir uns Gedanken darüber machen, wie die Energie, die wir jeden Tag verbrauchen, produziert wird und ob wir sie hoch genug schätzen.
