Was geschieht eigentlich...

bei einer Verbrennung?

Verbrennung ist ein chemischer Vorgang, bei dem sich der brennbare Stoff mit Sauerstoff verbindet (Oxidationsvorgang). Dabei wird Wärme und Licht freigesetzt. Bei der technischen Verbrennung entstammt dieser Sauerstoff üblicherweise der Umgebungsluft. In reinem Sauerstoff laufen Verbrennungsvorgänge wesentlich schneller ab als in Luft.

Der Ablauf des Verbrennungsvorgangs hängt auch von dem Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) des Brennstoffes ab. Die weiteste Untergliederung findet sich beim festen Brennstoff (z.B. Holz).

Trocknungsphase: Bei Temperaturen bis ca. 100°C wird das im Holz enthaltene Wasser verdampft. Durch die Trocknung schrumpfen die Holzstücke bis Risse entstehen, die die Trocknung beschleunigen.

Entgasungsphase: Nach der Trocknung steigen die Temperaturen über 100°C. Aus der Holzsubstanz werden energiereiche, brennbare Gase mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung (Kohlenwasserstoffe) ausgetrieben. Der Abbrand dieser flüchtigen Bestandteile, die etwa 80% der Holzsubstanz ausmachen, ist an den langen, gelben Flammen, die aus dem Holz schlagen, erkennbar.

Ausbrandphase: Nach dem Abbrand der flüchtigen Bestandteile verbrennt die Holzkohle. Die Holzkohlenglut wird bei Temperaturen um 500°C bis 800°C vergast und ohne Rußbildung verbrannt. Dieser Vorgang ist an den kurzen, durchscheinenden Flämmchen zu erkennen. In einem Stück Holz können gleichzeitig von innen nach außen alle drei Phasen ablaufen.

Natürlich unterscheiden sich die unterschiedlichen Festbrennstoffe bezüglich der Intensität der unterschiedlichen Phasen. Bei flüssigen bzw. gasförmigen Brennstoffen entfällt logischerweise die Trocknungs- bzw. Verdampfungsphase.

Zum Starten des Verbrennungsvorganges muss Wärme zugeführt werden. Dabei ist nicht nur die Wärmemenge, sondern auch das Temperaturniveau von Bedeutung. Die Mindesttemperatur, die erreicht werden muss, um das Gemisch aus gasförmigen Anteilen und Luft von selbst zum Brennen zu bringen, heißt Zündtemperatur (Tabelle 1). Als Flammpunkt wird die tiefste Temperatur bezeichnet, bei der dieses Gemisch durch eine Zündquelle (offene Flamme, Funke) zum Entflammen gebracht wird. Brennstoffe entwickeln nach Beginn der Verbrennung soviel Wärme (exotherme Reaktion), dass die Verbrennung von selbst weiter läuft und zusätzlich Wärme zur Verfügung steht. Die dabei entstehende Temperatur heißt Verbrennungstemperatur (Tabelle 2).

Unter einer Flamme versteht man die Lichterscheinung bei der Verbrennung. Aus ihrer Farbe können Rückschlüsse auf den Verbrennungsvorgang gezogen werden. Das Leuchten von Flammen rührt von glühenden Kohlenstoffpartikeln (Ruß) her, also ein Hinweis auf teilweise unvollständige Verbrennung. Die vollständige Verbrennung ist durch nahezu farblose bis leicht bläuliche Flamme gekennzeichnet.

Von vollständiger Verbrennung wird gesprochen, wenn alle Anteile des Brennstoffes, die sich mit Sauerstoff theoretisch verbinden könnten auch tatsächlich oxidiert wurden.

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