ISO 18125 Feste Biobrennstoffe – Bestimmung des Heizwertes

Der von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Standard „ISO 18125 Feste Biobrennstoffe – Bestimmung des Heizwerts“ beschreibt eine Methode zur Bestimmung des Bruttoheizwerts eines festen Biobrennstoffs bei konstantem Volumen und 25 Grad Referenztemperatur in einem kalibrierten Bombenkalorimeter durch Verbrennung zertifizierter Benzoesäure. Das erhaltene Ergebnis ist der Bruttoheizwert der Analyseprobe bei konstantem Volumen, wobei das gesamte Wasser der Verbrennungsprodukte flüssiges Wasser ist.

In der Praxis werden Biokraftstoffe bei konstantem (atmosphärischem) Druck verbrannt und das Wasser ist entweder nicht kondensiert (als Dampf mit den Rauchgasen entfernt) oder kondensiert. Die in beiden Zuständen zu nutzende Verbrennungswärme ist der Nettoheizwert des Brennstoffs bei konstantem Druck. Es kann auch der Nettoheizwert bei konstantem Volumen verwendet werden. Diese Norm enthält Formeln zur Berechnung beider Werte.

Allgemeine Grundsätze und Verfahren für Kalibrierungen und Biokraftstofftests werden im Haupttext vorgestellt. Diejenigen, die sich auf die Verwendung eines bestimmten Typs kalorimetrischer Geräte beziehen, sind in den Anhängen der Norm (Anhänge A bis C) enthalten. Anhang D enthält Checklisten zur Durchführung von Kalibrierungs- und Brennstoffexperimenten mit bestimmten Kalorimetertypen. Anhang E enthält Beispiele zur Veranschaulichung einiger Berechnungen.

Für die Zwecke dieser Norm gelten zusätzlich zu den in „ISO 16559 Feste Biobrennstoffe – Vokabular“ angegebenen Begriffen und Definitionen die folgenden Definitionen:

• Der Bruttoheizwert bei konstantem Volumen drückt den absoluten Wert der spezifischen Verbrennungsenergie in Joule pro Masseneinheit eines festen Biobrennstoffs aus, der unter den in der kalorimetrischen Bombe angegebenen Bedingungen in Sauerstoff verbrannt wird. Die Verbrennungsprodukte bestehen vermutlich aus gasförmigem Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und Schwefeldioxid, flüssigem Wasser, das unter Bombenreaktionsbedingungen mit Kohlendioxid gesättigt ist (im Gleichgewicht mit seinem Dampf), und fester Asche.
• Der Nettoheizwert bei konstantem Volumen drückt den absoluten Wert der spezifischen Verbrennungsenergie in Joule pro Masseneinheit des in Sauerstoff unter konstanten Volumenbedingungen verbrannten Biokraftstoffs aus. Das gesamte Wasser der Reaktionsprodukte bleibt als Wasserdampf zurück, die übrigen Produkte bleiben als Brennwert erhalten.
• Der Nettoheizwert bei konstantem Druck drückt den absoluten Wert der spezifischen Verbrennungswärme in Joule pro Masseneinheit des bei konstantem Druck in Sauerstoff verbrannten Biokraftstoffs aus. Das gesamte Wasser der Reaktionsprodukte bleibt als Wasserdampf zurück, die übrigen Produkte bleiben als Brennwert erhalten.
• Als Referenztemperatur für Heizwerte wird 25 Grad als internationale Referenztemperatur für die Thermochemie akzeptiert. Der Heizwert von Biokraftstoffen weist eine geringe Temperaturabhängigkeit auf.
• Die effektive Wärmekapazität des Kalorimeters drückt die Energiemenge aus, die erforderlich ist, um eine Einheitsänderung der Temperatur des Kalorimeters zu bewirken.
• Der korrigierte Temperaturanstieg drückt die Änderung der Kalorimetertemperatur aus, die sich aus den Prozessen ergibt, die nur innerhalb der Verbrennungsbombe stattfinden. Der korrigierte Temperaturanstieg ist der gesamte beobachtete Temperaturanstieg korrigiert um Wärmeaustausch, Mischleistung usw. Die Temperaturänderung kann in anderen Einheiten ausgedrückt werden: dem Widerstand eines Platin- oder Thermistorthermometers, der Frequenz eines Quarzkristallresonators, aber nur, wenn eine funktionale Beziehung zwischen dieser Größe und einer Temperaturänderung besteht. Die effektive Wärmekapazität des Kalorimeters kann in Energieeinheiten pro beliebiger Einheit ausgedrückt werden. Die erforderlichen Linearitäts- und Näherungskriterien für die Bedingungen zwischen Kalibrierungen und Kraftstofftests sind in der Norm angegeben.

Eine abgewogene Portion der Analyseprobe des festen Biobrennstoffs wird in einem Bombenkalorimeter unter festgelegten Bedingungen in Sauerstoff mit hohem Druck verbrannt. Die effektive Wärmekapazität des Kalorimeters wird in Kalibriertests durch Verbrennen zertifizierter Benzoesäure unter ähnlichen Bedingungen wie den im Zertifikat angegebenen ermittelt. Der korrigierte Temperaturanstieg wird aus Temperaturbeobachtungen vor, während und nach der Verbrennungsreaktion bestimmt. Dauer und Häufigkeit der Temperaturbeobachtungen hängen vom Typ des verwendeten Kalorimeters ab. Zunächst wird der Bombe Wasser hinzugefügt, um vor der Verbrennung eine gesättigte Dampfphase zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, dass das gesamte Wasser in der Probe, das aus Wasserstoff und Feuchtigkeit besteht, als flüssiges Wasser betrachtet wird.

Der Brennwert wird aus der korrigierten Temperaturerhöhung und der effektiven Wärmekapazität des Kalorimeters berechnet, wobei Beiträge aus Zündenergie, thermische Effekte durch das Durchbrennen von Zündschnüren und Nebenreaktionen wie die Bildung von Salpetersäure berücksichtigt werden. Zusätzlich wird eine Korrektur vorgenommen, um den Energieunterschied zwischen der in der Bombenreaktion gebildeten wässrigen Schwefelsäure und dem gasförmigen Schwefeldioxid, d. h. dem erforderlichen Reaktionsprodukt des Schwefels im Biokraftstoff, zu berücksichtigen. Der entsprechende Energieeffekt zwischen wässriger und gasförmiger Salzsäure kann aufgrund des generell niedrigen Korrekturwertes für feste Biobrennstoffe vernachlässigt werden.

Der Nettoheizwert des Biokraftstoffs bei konstantem Volumen und der Nettoheizwert bei konstantem Druck werden durch Berechnung aus dem in der Analyseprobe ermittelten Bruttoheizwert bei konstantem Volumen ermittelt. Zur Berechnung des Heizwerts bei konstantem Volumen sind Kenntnisse über den Feuchtigkeits- und Wasserstoffgehalt der Analyseprobe erforderlich. Zur Berechnung des Heizwertes bei konstantem Druck sind grundsätzlich auch Angaben zum Sauerstoff- und Stickstoffgehalt der Analysenprobe erforderlich.

Unsere Organisation verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen im Bereich Wissenschaft und Technologie weltweit aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. Zu den zahlreichen Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die wir für Unternehmen aus verschiedenen Branchen durchführen, gehören auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ISO 18125 Feste Biobrennstoffe – Bestimmung des Heizwerts“.