Anwendungsdokumentation

Energie wird sowohl als Heizenergie, wie auch als mechanische Energie für den Privatkonsum wie für die Industrie gebraucht. Verbrennungsprozesse zur Energiegewinnung spielen heutzutage immer noch die größte Rolle bei der Energieerzeugung.

Diese Anwendung erlaubt es Ihnen die benötigte Menge des Brennstoffes wie auch die dabei erzeugten Kohlendioxidemissionen zur Aufbringung einer bestimmten Energiemenge zu berechnen. Es wird dabei je nach Energieträger die unmittelbar erzeugte Menge an CO₂ angegeben. Wobei noch die Massenanteile berücksichtigt werden muss, welche die Brennstoffe typischerweise aufweisen. Siehe dazu Emissionsfaktoren von umweltbundesamt.de.

Die Berechnung für Brennstoffe erfolgt nach folgenden Formeln:

Kohlenstoff - Steinkohle (70% Kohlenstoff) - Braunkohle (30% Kohlenstoff): C + O₂ → CO₂

Holz: Zellulose+Hemicellulose+ Lignis → H₂O + CO₂

Benzin (Dichte ~0,75 kg/L): 2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 18 H₂O + 16 CO₂

Diesel (Dichte ~0,83 kg/L): C₁₆H₂₄ + 22 O₂ → 12 H₂O + 16 CO₂

Autogas: 2 C₄H₁₀ + 2 C₃H₈ + 23 O₂ → 18 H₂O + 14 CO₂

Erdgas (Methananteil 90%): 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 H₂0 + 2 CO₂

Propan: C₃H₈ + 7 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

Glucose: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Damit entstehen bei der Verbrennung folgende Mengen an CO₂:

• 1 kg reiner Kohlenstoff: 3,7 kg

• 1 kg Steinkohle: 2,6 kg

• 1 kg Braunkohle: 1,1 kg

• 1 kg Holz: 1,8 kg (siehe CO2online)

• 1 kg Benzin: 3.1 kg (2,3 kg für 1 l)

• 1 L Diesel: 3,3 kg (2,7 kg für 1 l)

• 1 kg Autogas: 3 kg

• 1 kg Erdgas H: 2,5 kg

• 1 kg Propan: 3 kg

• 1 kg Glucose: 1,5 kg

Die Anwendung errechnet auch eine grobe Abschätzung für die zusätzlich Energie zur Bereitstellung der Energie entlang der gesamten Prozeßkette von der Entstehung des Brennstoffs bis zum Verbrauchsort.

Für flüssige Brennstoffe wurden die auf Wikipedia genannten Größen für Well-to-Tank berücksichtigt. Der entsprechende Wirkungsgrad bis zum Verbrauch ist in Deutschland bei Benzin 82%, Diesel 90%, Erdgas 86%.

Bezüglich der Energieentstehungskosten des deutschen Stroms müssen sowohl die Netzverluste von ca. 6% und die Entstehungskosten der verwendeten fossilen Energieträger berücksichtigt werden. Laut strom-report.de bestand im Jahr 2019 eine Aufteilung von 13,7% Kernenergie, 19,8% Braunkohle, 9,5% Steinkohle und 10,5% Erdgas. Berücksichtigt man die Publikation von energieagency.at so beträgt die CO2-Emissionen eines Kernkraftwerks bei 20g/kWh, welches den Energieentstehungskosten hinzu gerechnet wird. Eine grobe Rechnung liefert dann als CO2-Emissionen für Herstellungskosten den Strom aus Kernkraft, Braunkohle, Steinkohle und Erdgas 20g/kW*0,137+1,2g/kWh*0,198+1,4g/kWh*0,095+1,2g/kWh*0,105=3,2g/kWh. Dies entspricht einem Anteil von 0,7% der direkten CO2 Emissionen. Daraus ergibt sich ein Herstellungswirkungsgrad von 93,3%.

Der Energieaufwand von ca. 5,5% bei der Pelletherstellung wurde von pelletheizung-infos.de entnommen und ergibt einen Herstellungswirkungsgrad von 95%. Entsprechende Berechnungen für den deutschen Steinkohleabbau aus dem Jahr 2008 über eine Publikation von rwi-essen.de ergeben bezüglich einer Fördermenge von 17,1 MioT Steinkohle und einer CO2-Emission von 1,9 MioT einen Herstellungswirkungsgrad von 97%. Aus einem Bericht von Lausitz Nachrichten zu schließen, beträgt der Herstellungswirkungsgrad des Braunkohletagebaus bei 97,5%. Für Propan wird derselbe Herstellungswirkungsgrad 86% wie bei Erdgas angenommen.

Bezüglich der Herstellung von Glucose d.h. Zucker beträgt der Energieaufwand laut Nordzucker im Jahr 2016 ca. 1,5 kWh/kg.

Allgemein werden interessante, neuere Entwicklungen wie Power-to-Gas, also der Herstellung von Wasserstoff oder Erdgas aus regenerativer Energieerzeugung, nicht berücksichtigt. Hier kann man von einer nahezu CO2 freien Energieerzeugung ausgehen, da die Energie für die Herstellung direkt aus den verwendeten regenerativen Energiequellen erfolgen können.

Die Heizwerte und CO2-Äquivalente stammen zum überwiegenden Teil von Wikipedia entnommen. Die Daten zum deutschen Strommix wurde von de.satista.com entnommen.

Der Wirkungsgrad hängt sehr stark davon ab ob Wärme oder eine andere Energieform erzeugt werden soll, bei welcher die Wärmeerzeugung ein Energieverlust darstellt.

Hierzu wurden die Wirkungsgrade auf Wikipedia und Futurzone verwendet. Speziell für die Dampfmaschine wurde neuere, auf Wikipedia beschriebene Motoren berücksichtigt.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch die leistungsabhängige CO2-Abgabe des menschlichen Körpers. Entsprechend des Beitrags des Zeitschrift für Sportmedizin liegt der maximale Wirkungsgrad bei 26%. Bei der aeroben Verbrennung von 1 mol Glucose werden 6 mol CO2 erzeugt.
In einem Mol Glucose steckt ein Energiegehalt von ca. 2800 kJ bzw. 0,78 kWh. Bei einer molaren Masse des CO2 von 44 g ergibt sich also eine CO2-Menge pro kWh von 6*44g/0,78 kWh/0,26 = 1302 g.

Bei einer molaren Masse von 180g verbraucht der menschliche Körper dafür 180g/0,78kWh/0.26 = 888g Glucose.

Für die Richtigkeit der Werte kann keine Gewährleistung übernommen werden.