Verbrennungsprozesse

Verbrennungsprozesse bezeichnen chemische Reaktionen, bei denen ein Brennstoff in Gegenwart eines Oxidators oxidiert wird und Wärme freigesetzt wird. In der Regel handelt es sich um schnelle, exotherme Reaktionen. Der Oxidator ist meist Sauerstoff aus der Luft; als Brennstoffe kommen organische Verbindungen sowie Kohle, Erdgas, Biokraftstoffe und ähnliche Substanzen zum Einsatz.

Man unterscheidet grob zwischen homogener (gasförmiger) Verbrennung und heterogener Verbrennung. Bei Diffusionsverbrennung diffundiert der Oxidator zu Brennstoff, bei vorgemischter Verbrennung sind Brennstoff und Oxidator vor der Zündung ineinander vermischt. Vollständige Verbrennung ergibt CO2 und H2O; bei unvollständiger Verbrennung können CO, Ruß und weitere organische Zwischenprodukte auftreten.

Die Reaktionskinetik umfasst eine Vielzahl von Zwischenreaktionen und Kettenprozessen. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt stark von Temperatur, Druck und der Mischung von Brennstoff und Oxidator ab. Die maximale Flammen- bzw. adiabatische Temperatur beeinflusst das Emissionsspektrum. Höhere Temperaturen steigern NOx-Bildung; Turbulenz und Vermischungsgeschwindigkeit prägen Brennstoffverbrauch und Emissionen.

Anwendungsbereiche sind Verbrennung in Motoren, Gasturbinen, Heizkesseln und chemischen Prozessen. Die Effizienz wird durch optimierte Luftzufuhr, Druck, Wärmerückgewinnung und Abgasnachbehandlung erhöht. Moderne Brennverfahren verwenden vorgemischte Konzepte, Katalyse oder NOx-reduzierende Brenntechniken, um Emissionen zu reduzieren.

Umweltaspekte umfassen Emissionen von CO2, CO, Stickstoffoxiden NOx, Schwefeloxiden SOx und Feinstaub. Die Klimaauswirkungen sowie lokale Luftqualität hängen von der Brennstoffwahl und der Betriebsführung ab. Ansätze zur Reduktion umfassen verbesserte Verbrennungsführung, Abgasbehandlung, Energieeffizienz sowie der Einsatz erneuerbarer Energien, wo möglich.