Methanverbrennung

Methanverbrennung ist die chemische Reaktion von Methan (CH4) mit Sauerstoff, bei der chemische Energie in Wärme umgesetzt wird. Die vollständige Reaktion lautet CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O. Sie tritt vor allem in Verbrennungsmotoren, Heizgeräten und Kraftwerken auf, die Erdgas oder Biogas nutzen.

Bei vollständiger Verbrennung entsteht Kohlendioxid und Wasserdampf; bei unvollständiger Verbrennung können Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid, Wasserdampf sowie Ruß oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe entstehen. Die Emissionen hängen von Temperatur, Mischungsverhältnis, Turbulenz und Reaktionszeiten ab. Hohe Temperaturen begünstigen NOx-Bildung.

Reale Systeme arbeiten oft mit gemischter oder vorgemischter Flamme, Diffusionsflamme oder katalytischer Verbrennung, um Emissionen zu reduzieren. Lean-Burn-Verfahren senken NOx, indem sie den Sauerstoffüberschuss erhöhen. Die Effizienz variiert je nach Anwendung, typischerweise 60–95% in Kraftwerken; effizientere Heizgeräte liegen im oberen Bereich.

Methanverbrennung setzt CO2 frei. Methan selbst ist ein starkes Treibhausgas; daher ist eine vollständige Verbrennung wichtig, aber CO2 bleibt klimarelevant. Im Vergleich zu Kohle verursacht Erdgas bei gleichem Energiegehalt geringere CO2-Emissionen pro Energieeinheit. Dennoch bleibt CO2-Emission ein Umweltfaktor. Weitere Emissionen umfassen CO, NOx und, bei Verbrennungen mit unvollständiger Verbrennung, Ruß.

Anwendungen umfassen Haushaltsheizung, Warmwasser, Combined-Cycle-Kraftwerke, industrielle Heizung und Motoren. Sicherheit: Methan ist leicht brennbar; Zündgrenzen liegen grob bei 5–15% in Luft; Leckagen können explosionsgefährlich sein; Detektoren, gute Belüftung und Wartung sind wichtig.