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Chemie

Energiebilanz: Brennstoffe vergleichen

Man vergleicht Brennstoffe über Heizwert und CO₂-Menge. Mit Verbrennungsgleichungen und Molmassen lässt sich die CO₂-Menge berechnen.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

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.

BrennstoffHeizwert in MJ/kgCO₂ pro kg Brennstoff in kgCO₂ pro MJ in g
Methan (Erdgas)502,7555
Propan463,065
Octan (Modell für Benzin)433,0972
Ethanol271,9171
Wasserstoff1200 (bei der Verbrennung)0

CO₂ pro Energie für Methan

  1. Gleichung: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
  2. M(CH₄) = 16 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol.
  3. 1 kg Methan = 1000 g : 16 g/mol = 62,5 mol. Daraus entstehen 62,5 mol CO₂.
  4. Masse CO₂: 62,5 mol · 44 g/mol = 2750 g = 2,75 kg.
  5. 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

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

  1. Schreibe die Verbrennungsgleichung.
  2. Berechne die CO₂-Masse pro kg aus den molaren Massen.
  3. Lies den Heizwert ab.
  4. Teile CO₂ durch Energie.

Mit einem Bild erklärt

SchrittMethanOctan
CO₂ pro kg2,75 kg3,09 kg
Heizwert50 MJ/kg43 MJ/kg
CO₂ pro MJ55 g72 g

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Ausprobieren

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.

Üben

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).

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welcher Brennstoff liefert laut Tabelle pro MJ das wenigste CO₂ (ohne Wasserstoff)?
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.

Frage 3 Ethanol liefert pro kg weniger CO₂ als Octan. Pro MJ ist die CO₂-Menge aber ungefähr gleich.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt

Frage 4 Warum vergleicht man CO₂ pro Energie statt pro kg?
Lösung ansehen

Lösung: Man will gleich viel Nutzen vergleichen.

Frage 5 Was ist bei Wasserstoff als Brennstoff zu beachten?
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.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

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Kurz erklärt, 43 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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