Verbrandingswarmte

Deverbrandingswarmtevan een bepaaldebrandstofis de specifiekeenergie,meestal in de vorm vanwarmte,die bij deverbrandingvan de brandstof vrijkomt. De verbrandingswarmte wordt gebruikelijk aangegeven injouleperkilogram(J kg⁻¹) bijvaste stoffen) of in joule perkubieke meter(J m⁻³) bijvloeistoffenengassen).

Verbrandingswarmte wordt gedefinieerd als "De warmte die vrijkomt bij volledige verbranding van eenstofof materiaal. "

Hetzelfde begrip is bekend onder een aantal andere namen, zoals detemperatuursafhankelijkeenthalpie,verbrandingsenthalpie,despecifieke energie,energetische waardeofcalorische waarde.Zij zijn alle een maat voor deenergie-inhoudvan een brandstof, die bij verbranding alswarmtevrijkomt.

Begrippen en metingen

Deenergetische waardewordt gewoonlijk gedefinieerd als de hoeveelheid water die een bepaalde brandstof bij volledigeverbrandingin staat is te verwarmen, van 14,5 gradenCelsiusnaar 15,5 gradenCelsius.Dit wordt gemeten bij atmosferische druk (de standaardluchtdrukdie overal heerst). De verwarming van 1 gram water met 1 graad kost 1calorie(= 4,186joule). Dit is een ouderwetse eenheid die niet in hetSI-stelsel wordt gebruikt.

Voor het meten van de energetische waarde bestaat eenDIN-norm, namelijk DIN 51900. De metingen worden gedaan met eenadiabatischebomcalorimeter.

De energie (in de vorm van warmte) die vrijkomt bij de verbranding van 1 kubieke meter brandstof wordt deverbrandingswarmtegenoemd.

In dethermodynamicawordt vrijwel alleen nog in joules of kilojoules gewerkt, en wordt in de regel de verbrandingsenthalpie $q_{p}=\Delta _{c}H^{o}$ bedoeld die, bij constante druk en onder standaardcondities, vrijkomt bij de verbranding van 1molbrandstof, onder vorming van de hoogste oxiden. (Dus CO₂,niet CO bijvoorbeeld.) Voor de verbranding van propaan is de reactie:

{\ce {C3H8(g) + 5O2(g) -> 3CO2(g) + 4H2O(l)}}

De temperatuur waarbij het experiment wordt uitgevoerd behoort gespecificeerd te worden, maar is vaak 25 °C. In dat geval is de standaardvloeibaarwater en een druk van (gewoonlijk) 1 atmosfeer.

In een bomcalorimeter wordt in de praktijk echter $q_{v}=\Delta _{c}U^{o}$ gemeten, de verbrandingsenergie in plaats van de verbrandingsenthalpie, ofwel de warmte bij constantvolumein plaats van constante druk. Deze waarde wordt gewoonlijk gecorrigeerd naar de enthalpie met:

\Delta _{c}U^{o}=\Delta _{c}H^{o}+\Delta (n_{\text{gas}})RT

In het geval van propaan geldt $\Delta (n_{\text{gas}})=-3$ omdat er eerst 6 mol gas is (te weten 1 mol propaangas en 5 mol zuurstofgas) en later nog maar 3 mol (te weten kooldioxide). De correctie brengt het verschil in volumearbeid in rekening en is in de regel klein (<1%).

Onderste en bovenste verbrandingswaarde

In het bovenstaande voorbeeld is er aan het eind van de reactie vloeibaar (gecondenseerd) water. Indien het eindproduct waterdamp is, scheelt dit in de uitkomst. Het verschil is deverdampingswarmtevan water die door condensatie vrijkomt. Technisch is dit van groot belang. Bij veel chemische processen (bijvoorbeeld verbranding) bevatten de uitlaatgassen een grote hoeveelheid waterdamp. Als deze waterdamp door de schoorsteen wordt afgevoerd gaat veel energie verloren. Er wordt bij die verbrandingsprocessen dan vaak gesproken over de onderste en bovenste verbrandingswaarde, waarbij de onderste verbrandingswaarde de energie-opbrengst betreft, waarbij het water als waterdamp aanwezig is, duszonderde condensatie-energie, en de bovenste verbrandingswaarde de opbrengst betreft, waarbij het water als vloeistof aanwezig is, dus met de condensatie-energie. De bovenste verbrandingswaarde is dus altijd minimaal net zo groot als de onderste verbrandingswaarde en in de praktijk altijd hoger. De hoeveelheid energie die maximaal kan worden aangewend na verbranding is de energie die aangegeven wordt met de bovenste verbrandingswaarde. In Europa is het echter gebruikelijk om het rendement te bepalen ten opzichte van de onderste verbrandingswaarde.

Men spreekt ook wel van deenergetische bovenwaarde,bruto stookwaardeofverbrandingswaarde(H_b). Er is ook eenenergetische onderwaarde,ook(netto) stookwaarde(H_o) genoemd. Dit is de warmte die vrijkomt bij verbrandingzonderde condensatiewarmte van de verbrandingsgassen mee te rekenen. Dus:

\mathrm {bovenwaarde(hs)=onderwaarde(hi)+condensatiewarmte}

.

Voor standaard Nederlands aardgas bijvoorbeeld is de bovenwaarde 35,17 MJ/m³en de onderwaarde 31,65 MJ/m³.

De reden dathoogrendementsketelseen rendement van meer dan honderd procent kunnen halen komt doordat volgens deEuropeserichtlijnen het rendement van een ketel bepaald wordt met behulp van de onderste verbrandingswaarde. Doordat een HR-ketel de energie uit de waterdamp terugwint, kan deze een hoger rendement halen.

Voorbeelden

De energetische waarde van een gas wordt uitgedrukt inmegajouleper kubieke meter (MJ/m³). Aardgas heeft een energetische waarde van 31,65 MJ/m³. Waterstof van 10,8 MJ per m³.

De energetische waarde van een vloeibare of vaste brandstof wordt uitgedrukt in megajoule per kilogram. Zo heeftkerosineeen calorische waarde van 46,5, en droog, harsvrij hout van rond de 19 MJ/kg.

Ook de brandbaarheid van stoffen wordt in een energetische waarde uitgedrukt. Zo wordt een stof met een energetische waarde van 2,0 MJ/kg of minder alsonbrandbaaraangemerkt.

Aardgas

De samenstelling van gewonnenaardgas,en daarmee de energetische waarde, varieert. In Nederland wordt het geleverde gas bij de klant gemeten in m³.Om te corrigeren voor verschillen in energetische waarde, wordt het geleverde aardgas teruggerekend naar één standaard verbrandingswaarde. Particulieren vinden op de afrekeningen van het gasbedrijf de energetische waarde (of calorische waarde) van het geleverde gas terug.

Verbrandingswarmte van enkele stoffen en mengsels

**Vloeistoffen**
(T= 273K)
Stof	Verbrandingswarmte (10⁹J/m³)
Alcohol	22
Benzine	33
Diesel	36
Spiritus	18
Stookolie	40

**Gassen**
(T= 273K,p= p₀)
Stof	Verbrandingswarmte (10⁶J/m³)
Waterstof	10,8
Methaan	35,8
Propaan	93,8
Butaan	120,7

Bovenwaarde (BW) en Onderwaarde (OW) van enkele brandstoffen^[1]
Brandstof	BW (MJ/kg)	BW (kJ/mol)	OW (MJ/kg)	OW (kJ/mol)
Waterstof	141,80	286	121,00
Methaan	55,50	889	50,00
Ethaan	51,90	1.560	47,80
Propaan	50,35	2.220	46,35
Butaan	49,50	2.877	45,75
Pentaan			45,35
Benzine	47,30		44,40
Alkaan	46,00
Kerosine	46,20		43,00
Diesel	44,80
Steenkool(Antraciet)	35,3		35
Bruinkool(Ligniet)	28		15
Hout	15
Turf(droog)	15
Turf (vochtig)	6
Witte fosfor			24,30^[2]	3.011,0

Voeding

In dedieetleerwordt devoedingswaarde,het aantal calorieën dat bepaald voedsel levert, gehanteerd als maatstaf welke impact culinaire ingrediënten en bereidingen hebben op de gewenste (vaak maximale, bijvoorbeeld om af te vallen) inname per dag. Eencaloriebomis een gerecht dat bijzonder veel calorieën levert (door bereiding met met namesuikeren/ofvet).

Zie ook

Bronnen, noten en/of referenties

↑NIST Chemistry WebBook
↑(en)Perry's Chemical Engineers' Handbook,8th. Mcgraw-Hill (2007),2-191.ISBN 9780071422949.

Energie begrippenlijst.Siderea(2008).

[NIST-1] NIST Chemistry WebBook

[2] (en)Perry's Chemical Engineers' Handbook,8th. Mcgraw-Hill (2007),2-191.ISBN 9780071422949.

[1]

[2]