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Brennwert

Dieser Artikel handelt vom thermodynamischen Brennwert. Für den Kehrwert der Brennweite einer optischen Linse siehe Brechwert.
Physikalische Größe
Name Brennwert
Größenart spezifische Energie (2)
Energiedichte (3)
Formelzeichen der Größe Hs (1)B
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI
J·kg−1 (2)
J·m−3 (3)
L2T−2 (2)
M L−1T−2 (3)
Anmerkungen
(1) EN 437 ersetzt Ho
(2) Feststoffe; (3) Schüttgut, Flüssigkeiten (je Liter), Gase (i.N.)
Siehe auch: Heizwert, Standardverbrennungsenthalpie

Der Brennwert Hs (veraltet kalorischer Brennwert oder oberer Heizwert Ho) ist ein Maß für die spezifisch je Bemessungseinheit in einem Stoff enthaltene thermische Energie. Der Brennwert ist identisch mit der Standardverbrennungsenthalpie ΔVH° der allgemeinen Thermodynamik.

Der Brennwert eines Brennstoffes gibt die Wärmemenge an, die bei Verbrennung und anschließender Abkühlung der Verbrennungsgase auf 25 °C, freigesetzt wird.
Der Brennwert berücksichtigt sowohl die notwendige Energie zum Aufheizen der Verbrennungsluft und der Abgase, als auch die Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Heizwert (ehem. „unterer Heizwert“) die nutzbare Wärmemenge bei Freisetzung heißer Abgase. Der Heizwert von wasserstoffreichen Brennstoffen ist deshalb deutlich geringer als deren Brennwert.

Der physiologische Brennwert gibt die Energie, die ein Organismus aus einem Nährstoff gewinnen kann.

Inhaltsverzeichnis

Die physikalische Größe

Angegeben wird der Brennwert als massenbezogener Brennwert in Kilojoule pro (Kilo)gramm in kJ/g oder kJ/kg, als volumenbezogenen Heizwert pro Liter in kJ/l oder auch pro Kubikmeter in kJ/m³. Bei gasförmigen Stoffen bezieht man den Brennwert auf das Volumen bei 101,325 kPa und 0 °C (Normbedingungen). Die Angabe erfolgt dann in Kilojoule pro Normkubikmeter als kJ/m³ i.N., wobei das «i.N.» „in Normbedingung“ heißt.

Das aktuelle Formelzeichen lautet Hs oder B. Das «s» steht für lat. superior „höher“. Ho, kcal (Kilokalorie) wie auch kJ/mN³ mit indizierter Maßeinheit sind nicht mehr normgerecht.

Energie- und Heiztechnik

Bei jedem Verbrennungsprozess entsteht durch die Verbindung von Sauerstoff aus der Verbrennungsluft und Wasserstoff aus dem Brennstoff Wasserdampf. Die im Wasserdampf und damit im Abgas enthaltene Energie geht bei herkömmlicher Technik über die heißen Abgase durch den Kamin verloren. Moderne Brennwerttechnik kondensiert den im Abgas enthaltenen Wasserdampf über einen Wärmeübertrager. Damit wird die im Abgas enthaltene Kondensationswärme weitestgehend zurückgewonnen.

Zur Berechnung und Tabellen von Brennwerten der Brennstoffen siehe den Artikel Heizwert

Physiologischer Brennwert

Der physiologische Brennwert von Nahrungsmitteln entspricht ihrem Energiegehalt bei Verstoffwechselung (Zellatmung) im Körper und ist mitunter kleiner als der Brennwert bei der vollständigen Verbrennung in einer Flamme. Die dabei freiwerdende Energie wird in Kilojoule (kJ) (früher: Kilokalorien, kcal) gemessen.

Bei vielen Lebensmitteln ist vorgeschrieben, auf der Verpackung den entsprechenden Brennwert in einer Nährwerttabelle anzugeben. (Nährwertkennzeichnungsverordnung, Deutschland)

Umrechnung:
1 kcal = 4,1868 kJ ; 1 kJ = 0,2388 kcal => 1 kcal = 1,163 Wh

Eine Überschlagsformel gibt den Energiebedarf eines Erwachsenen entsprechend seinem Körpergewicht in Kilogramm an:

Energiebedarf (kJ) = Körpergewicht (kg) x 24 (h) x 4,2 (kJ/kg/h)

Demnach benötigt ein 70 kg schwerer Erwachsener pro Tag etwas mehr als 7000 kJ. Bei körperlicher Belastung durch Sport oder körperliche Arbeit kann sich dieser Wert nahezu verdoppeln.

Extremwerte werden bei Spitzensportlern (z. B. Radfahrer während der Tour de France) oder bei Arbeiten mit extrem benötigter Thermoregulation (z. B. an Hochöfen) erreicht. Hierbei kann der Tagesumsatz auf bis zu 60.000 kJ steigen.

Der Brennwert von Eiweiß und Kohlenhydraten beträgt jeweils ca. 17,16 kJ/g, der von Fett ca. 38,9 kJ/g. Dazwischen liegt der Brennwert von Alkohol mit ca. 29,3 kJ/g.

Nährwerte einiger Lebensmittel

Bei einer katalytischen Oxidation (Verbrennung) stört der Wasseranteil nicht, den der Heizwert berücksichtigt, er verringert lediglich den Anteil der oxidierbaren Masse. Deshalb ist beispielsweise der Nährwert eines Apfels mit seinem hohen Wasseranteil kleiner als der von Pommes frites.

Bestimmung physiologischer Brennwerte, geschätzter Brennwert der verdauten Überreste

In der Praxis stellt sich die Frage, wie bei Produkten des täglichen Verbrauchs Brennwerte bestimmt werden können. Zur Bestimmung des physikalischen Brennwertes wird ein Bombenkalorimeter benutzt, in dem das Nahrungsmittel zu Asche verbrannt wird. Für den physiologischen Brennwert wird vom Ergebnis noch der geschätzte Brennwert der verdauten Überreste abgezogen.

Der physiologische Brennwert ist also etwas objektiv Bestimmbares, das bis auf den geschätzten Brennwert der verdauten Überreste nicht vom jeweiligen Lebewesen abhängt. Der per Kalorimeter ermittelte Wert ist die Energie, die bei Umsetzen des jeweiligen Stoffes mit Sauerstoff frei wird.

Der geschätzte Brennwert der verdauten Überreste wird folgendermaßen geschätzt: Eine durchschnittliche Verdauung bei durchschittlicher Ernährungsweise wird als Basis angenommen, dann wird der Teil der Exkremente, der von einem bestimmten Nahrungsmittel stammt geschätzt. Ansonsten müsste man sämtliche darin enthaltenen Darmbakterien absondern (ca. 30 %) wie auch ebenfalls abgeschilferte Darmzellen. Dann könnte man den Rest im Kalorimeter verbrennen und den Wert vom Wert des interessierenden Nahrungsmittels abziehen.

Der physiologische Brennwert ist nur ein grober Richtwert für Menschen. Es spielt das individuelle Verdauungssystem eine Rolle. Auch für einen Menschen gelten keine allgemeinen Werte, das Verdauungssystem ist zeitlich, wie auch nahrungsmittelspezifisch unterschiedlich effektiv. Zudem unterliegt die Zusammensetzung von Lebensmitteln z.T. erheblichen natürlichen Schwankungen. Brennwertangaben stellen also bestenfalls eine grobe Annäherung dar, können aber auch um 50 % danebenliegen.

Ein extremes Beispiel zum Unterschied von thermischem und physiologischem Brennwert wäre der Verzehr eines Steinkohlebriketts, das im Bombenkalorimeter einen extrem hohen Brennwert hat, aber aus dem menschlichen Körper unverdaut wieder ausgeschieden wird. Ähnlich verhält es sich beim Verzehr von Cellulose, die der menschliche Körper – im Gegensatz zu Wiederkäuern – nicht aufschließen kann.

Normen und Standards

zu einschlägigen Normen der Heiz- und Energietechnik siehe Heizwert #Normen und Standards