Energiebilanz: Brennstoffe vergleichen
Man vergleicht Brennstoffe über Heizwert und CO₂-Menge. Mit Verbrennungsgleichungen und Molmassen lässt sich die CO₂-Menge berechnen.
Das lernst du heute
- Ich kann die Energie aus Masse und Heizwert berechnen.
- Ich kann die CO₂-Menge aus der Verbrennungsgleichung bestimmen.
- Ich kann Brennstoffe nach CO₂ pro Energie vergleichen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen, Fossile und regenerative Energierohstoffe
Der Heizwert gibt an, wie viel Energie man bei der Verbrennung von 1 kg eines Brennstoffs gewinnt. Er wird in MJ pro kg angegeben. Energie = Masse · Heizwert. Beispiel: 2 kg Benzin mit 43 MJ/kg liefern 86 MJ. Die CO₂-Menge rechnet man aus der Gleichung. Propan: C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. Aus 1 mol (44 g) Propan entstehen 3 mol (132 g) CO₂. Aus 1 kg Propan entstehen also 3 kg CO₂. Für einen fairen Vergleich teilt man die CO₂-Menge durch die gewonnene Energie. Methan liefert pro Energie weniger CO₂ als Benzin, weil Methan im Verhältnis zum Kohlenstoff mehr Wasserstoff enthält. Wasserstoff erzeugt bei der Verbrennung gar kein CO₂, doch seine Herstellung kann Energie und CO₂ kosten. Die Werte hier sind gerundete Modellwerte. Echtes Benzin ist ein Gemisch. Für eigene Vergleiche beschafft man Messdaten digital. Gute Quellen sind Datenportale von Behörden und Forschungseinrichtungen. Man prüft Einheit, Stand und Messverfahren.
| Brennstoff | Heizwert in MJ/kg | CO₂ pro kg Brennstoff in kg | CO₂ pro MJ in g |
|---|---|---|---|
| Methan (Erdgas) | 50 | 2,75 | 55 |
| Propan | 46 | 3,0 | 65 |
| Octan (Modell für Benzin) | 43 | 3,09 | 72 |
| Ethanol | 27 | 1,91 | 71 |
| Wasserstoff | 120 | 0 (bei der Verbrennung) | 0 |
CO₂ pro Energie für Methan
- Gleichung: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
- M(CH₄) = 16 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
- 1 kg Methan = 1000 g : 16 g/mol = 62,5 mol. Daraus entstehen 62,5 mol CO₂.
- Masse CO₂: 62,5 mol · 44 g/mol = 2750 g = 2,75 kg.
- Energie: 50 MJ. CO₂ pro MJ: 2750 g : 50 = 55 g.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Energie = Masse mal Heizwert.
CO₂ rechnet man aus der Gleichung.
Vergleiche CO₂ pro Energie.
Ein Beispiel
Bei Autos vergleicht man nicht die Größe des Tanks, sondern wie weit man mit einem Liter kommt. Genauso vergleicht man Brennstoffe: CO₂ für dieselbe Energiemenge.
Schritt für Schritt
Wir vergleichen zwei Brennstoffe
- Schreibe die Verbrennungsgleichung.
- Berechne die CO₂-Masse pro kg aus den molaren Massen.
- Lies den Heizwert ab.
- Teile CO₂ durch Energie.
Mit einem Bild erklärt
| Schritt | Methan | Octan |
|---|---|---|
| CO₂ pro kg | 2,75 kg | 3,09 kg |
| Heizwert | 50 MJ/kg | 43 MJ/kg |
| CO₂ pro MJ | 55 g | 72 g |
Zur Grundlage zurück
- Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen – Du kannst Verbrennungsgleichungen aufstellen.
- Fossile und regenerative Energierohstoffe – Du kennst fossile und regenerative Rohstoffe.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Wie viel MJ Energie liefern 3 kg Holz bei einem Heizwert von 15 MJ/kg?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne Masse mal Heizwert.
Lösung ansehen
Lösung: 45
3 · 15 = 45 MJ.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Wie viel kg CO₂ entstehen bei der vollständigen Verbrennung von 1 kg Propan? (C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O; M(Propan) = 44 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol)
Zeig mir den ersten Schritt
1 mol Propan wiegt 44 g und liefert 3 mol CO₂.
Lösung ansehen
Lösung: 3
3 mol CO₂ wiegen 3 · 44 g = 132 g. Also 3 g CO₂ je g Propan, das sind 3 kg je kg.
Tipp: Rechne bei jedem Vergleich zwei Werte: Wie viel Energie bekomme ich? Und wie viel CO₂ muss ich dafür in Kauf nehmen?
Merksatz: Energie = Masse · Heizwert. CO₂-Menge aus der Gleichung. Vergleichswert: g CO₂ pro MJ.
Typischer Fehler: Viele vergleichen nur das CO₂ pro kg. Ein Brennstoff mit weniger CO₂ pro kg kann pro Energie trotzdem mehr CO₂ liefern, weil sein Heizwert niedriger ist (Beispiel Ethanol).
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Methan
Frage 2 Wie viel MJ liefern 4 kg Methan bei 50 MJ/kg?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne Masse mal Heizwert.
Lösung ansehen
Lösung: 200
4 · 50 = 200 MJ.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt
Lösung ansehen
Lösung: Man will gleich viel Nutzen vergleichen.
Lösung ansehen
Lösung: Seine Herstellung kostet Energie.
Geschafft
Energie berechnet man aus Masse und Heizwert. Die CO₂-Menge folgt aus der Verbrennungsgleichung und den Molmassen. Für einen fairen Vergleich teilt man CO₂ durch Energie. Methan schneidet unter den fossilen Brennstoffen am günstigsten ab.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
Übungsheft Energieträger und Treibhausgase
Kurz erklärt, 43 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.
Das Heft ist für alle kostenlos – auch wenn gerade kein Geld dafür da ist. Wer es einrichten kann, unterstützt DYS+ Campus mit einem selbst gewählten Betrag. Freiwillig unterstützen