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Brennstoffe [1]

[277] Brennstoffe. Zur Erzeugung von Wärme können zahlreiche und scheinbar verschiedenartige Wege eingeschlagen werden; doch ist die Auswahl nicht groß, sobald es sich um Beschaffung von Wärme zu billigem Preise handelt. Denn abgesehen von der gelegentlichen direkten Benutzung der Sonnenwärme und des in den Thermalwässern vorhandenen Wärmevorrats läßt sich die Deckung des täglichen Wärmebedarfs im häuslichen wie im gewerblichen Leben – von besonderen Verhältnissen abgesehen – nur durch Auslösung chemischer Energie ermöglichen und kommt daneben der Erzeugung von Wärme durch Umwandlung andrer Energieformen nur eine beschränkte Bedeutung zu; s.a. Heizung (elektrische Heizapparate).

Als allgemein in der Natur verbreitete Träger chemischer Energie sind die rohen Brennmaterialien oder Brennstoffe anzusehen, die, unter dem Einfluß der von der Sonne ausstrahlenden Energie aus Kohlendioxyd und Wasser entstanden, einen wenigstens für die nächste Zukunft unerschöpflichen Wärmevorrat repräsentieren. Die Auslösung der in den Brennmaterialien aufgespeicherten chemischen Energie erfolgt durch Ueberführung in Körper von andrer Zusammensetzung, und bezweckt das »Verbrennen« nichts andres als die Umwandlung der genannten Dauerform der Energie in die wandelbare Form der Wärme.

Die natürlichen oder künstlich erzeugten Brennmaterialien enthalten ausnahmslos Kohlenstoff. In den festen wie auch in den flüssigen Materialien ist der Kohlenstoff fast immer mit Wasserstoff oder mit Wasserstoff und Sauerstoff zugleich verbunden, während in den gasförmigen neben Kohlenstoff in Form von Kohlenwasserstoffen und Kohlenoxyd auch Wasserstoff im freien [277] Zustand auftritt. Die Mengenverhältnisse der Elementarbestandteile schwanken bei einem und demselben Produkt je nach Fundort, Gewinnungsart u.s.w. innerhalb weiter Grenzen; doch läßt sich für die meiden Brennstoffe ein allgemeiner Ausdruck finden, den die nachgehende Tabelle wiedergibt. Hierbei sind die festen Brennstoffe auf wasser- und aschenfreie Substanz reduziert, wogegen bei den gasförmigen von idealen Voraussetzungen ausgegangen ist, um Vergleiche zu ermöglichen:

Unter bestimmten Voraussetzungen wird übrigens auch die durch Verbrennen des Schwefels, des Phosphors, des Siliciums sowie des Aluminiums und Eisens erzeugte Wärme zu technischen Zwecken nutzbar gemacht.

I. Verbrennungsprozeß.

Die Fähigkeit, beim Verbrennen Wärme zu entwickeln, verdanken die Brennmaterialien ausschließlich ihrem Gehalt an Kohlenstoff und Wasserstoff. Der Verbrennungsprozeß wird dadurch eingeleitet, daß der verbrennende Körper durch von außen zugeführte Wärme auf seine Entzündungstemperatur erhitzt wird, worauf er bei genügendem Zutritt von Luft selbständig weiterbrennt. Sobald jedoch die Temperatur aus irgendwelchen Gründen unter die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Grade sinkt, so wird der weitere Fortgang des Prozesses sistiert.

Entzündungstemperaturen einzelner Brennstoffe:

Die lebhafte Verbrennung ist immer von der Erscheinung des Erglühens oder aber von dem Auftreten einer Flamme. begleitet und daran äußerlich erkennbar. Für das Verhalten eines Brennstoffs in dem einen oder andern Sinn ist sein Aggregatzustand im Moment der Verbrennung entscheidend. Während feste Stoffe, sofern sie bei hohen Hitzegraden ihre Zusammensetzung nicht verändern, nur unter Erglühen verbrennen, bedingt der gas- und dampfförmige Zustand die Bildung einer Flamme, auf deren Natur die Eigenart des betreffenden Gases u.s.w. von Einfluß ist. Die Tatsache, daß beim Verbrennen der meisten festen Brennstoffe eine Flamme zu beobachten ist, hängt mit ihrem Verhalten bei hoher Temperatur zusammen und erklärt sich dadurch, daß unter den betreffenden Bedingungen eine Abspaltung flüchtiger Zersetzungsprodukte stattfindet, die sich mit der Verbrennungsluft mischen und in der Zugrichtung bewegen.

Je nach der relativen Menge von Luft, mit welcher der kohlenstoffhaltende Brennstoff in Wechselwirkung tritt, unterscheidet man verschiedene Grade der Verbrennung. Wenn die letztere' unter solchen Bedingungen erfolgt, daß als ausschließliche Produkte Kohlendioxyd resp. Kohlendioxyd und Wasser entstehen, so wird die Verbrennung als eine vollkommene bezeichnet; eine unvollkommene Verbrennung findet dagegen dann statt, wenn der Kohlenstoff ganz oder teilweise in Kohlenoxyd übergeht. Unter partieller Verbrennung ist weiterhin derjenige Vorgang zu verliehen, bei dem neben den genannten Verbrennungsprodukten solche von andrer Zusammensetzung auftreten.

In bezug auf die Geschwindigkeit, mit der sich der Verbrennungsakt vollzieht, unterscheidet man die langsame, die lebhafte und die rapide Verbrennung. Sowohl bei der langsamen als auch bei der rapiden Verbrennung (Explosion) wird die Wärme unter solchen Umständen frei, daß sie nur mit Hilfe von eigenartigen Vorrichtungen nutzbar gemacht werden kann, und bleiben die betreffenden Verhältnisse an dieser Stelle außer Betracht.

Die zur Verbrennung erforderliche Luftmenge läßt sich in der Weise berechnen, daß man zunächst mit Hilfe der atomistischen Verhältniszahlen die[278] Quantitäten von Sauerstoff ermittelt, mit welchen 1 Gewichtsteil Kohlenstoff resp. Wasserstoff zusammentritt, woraus sich dann das entsprechende Luftgewicht durch Multiplizieren mit 100 : 23 = 4,33 ergibt.

Die Luft kann, wenn man von ihrem geringen Gehalt an Kohlensäure, Edelgasen und Wasserdampf absieht, als aus 23 Gewichtsprozent Sauerstoff und 77 Gewichtsprozent Stickstoff bestehend angesehen werden.

Demgemäß läßt sich das Gewicht der Luft L, das theoretisch zur vollkommenen Verbrennung von 1 kg eines sauerstofffreien Brennmaterials erforderlich ist, nach der Formel L = 11,56C + 34,64H : 100 berechnen, wenn C den Prozentgehalt an Kohlenstoff, H denjenigen an Wasserstoff bezeichnet. Das dem Gewicht der Luft L entsprechende Volumen in Kubikmetern von der Temperatur t und dem Barometerstand b wird unter Zugrundelegung des Gewichts von 1,29 kg für 1 cbm Luft (0° und 760 mm Barometerstand) nach der Formel Lυ = L : 1,29 · 760 (1 + 0,003366t) : b erhalten.

Ohne den Umweg über das Gewicht läßt sich das Luftvolumen unmittelbar berechnen, wenn man davon ausgeht, daß 1 kg Kohlenstoff in Gasform den Raum von 0,933 cbm, 1 kg Wasserstoff denjenigen von 11,17 cbm (bei 0° und 760 mm B) einnimmt. Durch Multiplizieren des in 1 kg des Brennmaterials enthaltenen Gewichts an Kohlenstoff und desjenigen an Wasserstoff mit diesen Werten erhält man zunächst die Volumina, die diese Elemente im gasförmigen Zustand einnehmen würden. Hieraus sowie auf Grund der Tatsache, daß 1 Vol. Kohlenstoffgas mit 2 Vol. Sauerstoff und 1 Vol. Wasserstoff mit 0,5 Vol. Sauerstoff zusammentritt, ergibt sich zunächst der Sauerstoffbedarf in Kubikmetern von 0° und 760 mm B. Da die Luft auf 21 Volumprozent Sauerstoff 79 Volumprozent Stickstoff u.s.w. enthält, so findet man das gesuchte Luftvolumen durch Multiplizieren des Sauerstoffvolumens mit 100 : 21.

Wenn in einem Brennmaterial neben Kohlenstoff und Wasserstoff noch Sauerstoff als konstituierendes Element enthalten ist, so verringert sich der Luftbedarf um einen entsprechenden Betrag. Es muß deshalb bei Benutzung der angegebenen Formeln der Sauerstoff eliminiert werden. Dies geschieht in der Weise, daß man die demselben äquivalente Wasserstoffmenge von der Gesamtmenge des vorhandenen Wasserstoffs abzieht und nur den verbleibenden Restbetrag an Wasserstoff, den sogenannten disponibeln Wasserstoff, in die Formeln einsetzt (disponibler Wasserstoff = Gesamtwasserstoff – 1 : 8 O). Die Summe der zu Wasser zusammentretenden Bestandteile bezeichnet man im Gegensatz zu dem etwa als solchem vorhandenen hygroskopischen Wasser als sogenanntes chemisch gebundenes Wasser, ohne daß jedoch dadurch die Existenz solchen Wassers in dem Brennmaterial präsumiert wird.

Das durch Rechnung gefundene theoretische Luftquantum reicht jedoch in Wirklichkeit zur vollkommenen Verbrennung nicht aus. Diese Tatsache erklärt sich dadurch, daß sich der Verbrennungsakt vollzieht, ehe eine molekulare Mischung zwischen Brennstoff und Luft vor sich gegangen ist. Bei der gewöhnlichen Rostfeuerung, bei der die Luft nur eine verhältnismäßig niedrige Brennstoffschicht durchstreicht, liegen die Verhältnisse am ungünstigsten und beträgt der in der Praxis erforderliche Luftüberschuß 30–100% des theoretischen. Bei der Feuerung mit gasförmigen Brennstoffen geht die gegenseitige Durchdringung der sich vereinigenden Körper infolge ihres gleichartigen Aggregatzustandes schneller und vollkommener vor sich und reicht man in diesem Fall mit dem 1,2–1,3 fachen des theoretischen Luftbedarfs aus.

Das Gewicht der gas- und dampfförmigen Produkte, die durch die Verbrennung von 1 kg Brennstoff entstehen, ist gleich der Summe der Gewichte der aus dem Prozentgehalt an Kohlenstoff und Wasserstoff entstehenden Oxyde, des miterhitzten Stickstoffs, des hygroskopischen und chemisch gebundenen Wassers und des Luftüberschusses. Das Volumen, das die einzelnen Verbrennungsprodukte bei 0° und 760 mm B einnehmen, ist gleich dem Produkt aus ihren absoluten Gewichten mit den betreffenden Volumgewichten, welch letztere für Kohlensäure 1,97, für Wasserdampf 0,806, für Stickstoff 1,25 und für Luft 1,29 betragen. – Da sich 1 Vol. Kohlenstoffdampf mit 2 Vol. Sauerstoff zu 2 Vol. Kohlensäure vereinigt, so hat die Verbrennung von reinem Kohlenstoff keine Aenderung des ursprünglichen Gasvolumens zur Folge, wenn dieses bei konstantem Druck auf die Anfangstemperatur reduziert wird.

II. Wärmeentwicklung in Hinsicht auf Quantität und Intensität.

Die mit dem Uebergang eines Körpersystems in ein oder mehrere andre verbundene Wärmeentwicklung kann sowohl der Quantität als auch der Intensität nach gemessen werden.

Heizwert oder theoretischer Heizeffekt (Verbrennungswärme). Während man im allgemeinen die bei chemischen Vorgängen frei werdende Wärmemenge auf das Molekulargewicht der betreffenden Substanz bezieht und in Grammkalorien ausdrückt, geht man in der Wärmetechnik von 1 kg Substanz aus und nimmt[279] als Einheit der Wärme den hundertsten Teil derjenigen Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 kg Wasser von 0° auf 100° zu erhöhen (W.E.).

Der Heizwert kann nur auf experimentellem Wege genau ermittelt werden und dient hierzu die kalorimetrische Methode. Diese wird im Prinzip in der Weise ausgeführt, daß man die Wärme, die beim Verbrennen eines bekannten Gewichts des zu untersuchenden Materials entbunden wird, auf eine bekannte Wassermenge überträgt, deren Temperatur vor und nach Beendigung des Versuchs bestimmt wird.

Von den zu diesem Zweck vorgeschlagenen Apparaten ist in erster Linie die kalorimetrische Bombe von Berthelot zu nennen. Diese besteht in der von Mahler und von Kröcker modifizierten Ausführung aus einer verschließbaren Verbrennungskammer, die aus Martinstahl hergestellt und inwendig zum Schutz gegen die Einwirkung saurer Verbrennungsprodukte mit einem Emailüberzug versehen ist. Die Entzündung der im Innern der Kammer aufgehängten Brennstoffprobe erfolgt auf elektrischem Weg, nachdem die Bombe mit komprimiertem Sauerstoff gefüllt und in ein gegen äußere Temperatureinflüsse geschütztes, mit einer gewogenen Wassermenge beschicktes Gefäß eingesetzt ist. Aus der Differenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur ergibt sich unter Berücksichtigung des »Wasserwertes« des Apparates die bei dem Verbrennungsvorgang frei gewordene Wärmemenge. Weiterhin ist das Kalorimeter von Ferd. Fischer, in dem die Verbrennung durch Sauerstoffgas unter Atmosphärendruck erfolgt, sowie das Parrsche Kalorimeter zu erwähnen, bei welch letzterem gebundener Sauerstoff in Form von Natriumsuperoxyd zur Anwendung gelangt und die Verbrennungsprodukte im Entstehungsmoment absorbiert werden. Für die Bestimmung des Heizwerts von Gasen empfiehlt sich der Junckerssche Kalorimeter, der bei sehr bequemer Handhabung genaue Resultate liefert und in vielen Gaswerken u.s.w. Eingang gefunden hat.

Nachstehend sind die Verbrennungswärmen der für die Wärmetechnik in Betracht kommenden Elemente sowie des Kohlenoxyds und Methans nach Favre und Silbermann angegeben.

Zu dieser Tabelle ist folgendes zu bemerken:

1. Die für den Kohlenstoff angegebene Zahl bezieht sich auf diejenige Modifikation dieses Elements, die der Holzkohle entspricht. Graphit und Diamant liefern 7790 resp. 7770 W.E.

2. Nach dem Gesetz von der Konstanz der Wärmesummen entspricht einem bestimmten chemischen Vorgang stets dieselbe Wärmemenge, und es ist gleichgültig, ob dieser Vorgang in einer oder in mehreren Phasen erfolgt (Heß). Demgemäß ist die Wärmemenge, die 1 kg Kohlenstoff bei der Verbrennung zu Kohlendioxyd liefert, gleich der Summe der Wärmemengen, die beim Uebergang von 1 kg Kohlenstoff in Kohlenoxyd und von 2¹/₃ kg Kohlenoxyd in Kohlensäure frei werden.

3. Die Differenz in den Verbrennungswärmen des Wasserstoffs zu Wasserdampf von 100° und zu flüssigem Wasser von 100° ist in der latenten Wärme des Wasserdampfs begründet, die im vorliegenden Fall 9 ∙ 537 = 4833 W.E. beträgt.

4. Die von andern Forschern gefundenen Werte für die Verbrennungswärme des Kohlenstoffs u.s.w. sind in dem Artikel Thermochemie angeführt.

5. Während sich der Heizwert eines Gases von bekannter Zusammensetzung an Hand der vorstehenden Tabelle ohne weiteres berechnen läßt, geht dies bei den flüssigen und festen Brennstoffen nicht an, indem die Verbrennungswärme dieser Körper um den bei ihrer Bildung ausgetretenen Betrag kleiner ist. Es muß somit in jedem einzelnen Fall der Heizwert auf experimentellem Weg ermittelt werden, wenn es sich um Erlangung genauer Zahlen handelt. – In der Praxis begnügt man sich jedoch mit Annäherungswerten, wie sie nach der Dulongschen Regel aus der auf analytischem Weg ermittelten prozentischen Zusammensetzung erhalten werden können.

Dieselbe lautet in der von dem Internationalen Verband der Dampfkesselüberwachungsvereine und dem Verein deutscher Ingenieure adoptierten Form:

p = 8000 C + 29000 (H – O/8) + 2500 S – 600 W.

In dieser Formel bezeichnet C, H, O und 5 den Prozentgehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel, W das hygroskopische Wasser.

Wiewohl die der Dulongschen Regel zugrunde liegenden Voraussetzungen nur teilweise richtig sind, liefert sie doch speziell bei Steinkohlen Werte, die von den durch direkte Messung gefundenen Resultaten nur wenig (im Durchschnitt um ± 0,5%) abweichen, und ist die Brauchbarkeit der Formel namentlich durch Bunte, Schwackhöfer, Hempel und Mahler in überzeugender Weise dargetan worden.[280]

Anstatt in Wärmeeinheiten drückt man den Heizwert häufig auch in der Weise aus, daß man die Zahl der Kilogramm Wasser von 0° angibt, die theoretisch durch 1 kg des Brennstoffs in Dampf von 100° verwandelt werden. Dieser sogenannte theoretische Verdampfungswert wird erhalten, indem man die Verbrennungswärme durch die zur Verdampfung eines Kilogramms Wasser von 0° erforderliche Wärmemenge dividiert. Die letztere beträgt nach der Regnaultschen Formel l = (606,5 + 0,305 t), worin l die Wärmeentwicklung bei der Verwandlung von 1 Gewichtsteil Wasser von der Schmelztemperatur 0° in Dampf von t° bezeichnet, 637 W.E.

Verbrennungstemperatur. Die Intensität der einem chemischen Vorgang entsprechenden Wärmeentwicklung ist nur von der Natur und nicht wie die Verbrennungswärme von der Masse der sich verbindenden Körper abhängig. Dagegen wird sie, im Gegensatz zu der Verbrennungswärme, durch die Gegenwart indifferenter, wärmeaufnehmender Körper beeinflußt.

Die theoretische Verbrennungstemperatur (auch pyrometrischer Heiz- oder Wärmeeffekt) drückt die Temperatur der Verbrennungsprodukte im Moment ihrer Entstehung in Celsius-Graden aus. Sie ist direkt proportional der Wärmemenge und umgekehrt proportional der Wärmekapazität der bei der Verbrennung entgehenden oder gegenwärtigen Körper. Die Wärmekapazität eines Körpers ist gleich dem Produkt aus seinem Gewicht mit seiner spezifischen Wärme.

Nennt man demgemäß die Verbrennungstemperatur T, so hat man:

wenn G, G₁, G₂ ... die Gewichte s, s₁, s₂ ... die bezüglichen spezifischen Wärmen bezeichnen. Die Gewichte der aus einem beliebigen Brennstoffgewicht enstehenden Produkte lassen sich auf stöchiometrischem Wege berechnen; diejenigen der etwa miterhitzten Körper, wie des überschüssigen Sauerstoffs und Stickstoffs, ergeben sich aus dem Gewicht der dem Brennmaterial zugeführten Luft. Die spezifischen Wärmen der in der Praxis in Betracht kommenden Körper sind für konstanten Druck nachstehend angegeben:

Hierbei ist jedoch zu beachten, daß diese Werte nur zwischen den Temperaturen von 0 bis 200° genau sind, während oberhalb dieser Grenze die spezifischen Wärmen rasch anwachsen, ohne daß jedoch zuverlässige Angaben über die Größe der Zunahme vorliegen.

Wie die angegebene Gleichung ohne weiteres erkennen läßt, daß die Anwendung eines Luftüberschusses bei der Verbrennung ein Sinken der Temperatur zur Folge hat, so zeigt sie auch den Weg, auf dem eine Erhöhung derselben zu erreichen ist. Dieser Weg besteht in der Vorwärmung des Brennstoffs oder des Verbrennungsmittels oder beider Körper. – Die Anzahl der Wärmeeinheiten, die in den vorerhitzten Körpern aufgespeichert und zu den durch den Verbrennungsprozeß selbst frei werdenden zu addieren ist, ergibt sich, wenn man das Gewicht des Brennstoffs mit seiner spezifischen Wärme und der Temperatur multipliziert. – Die spezifischen Wärmen der wichtigeren Brennstoffe sind nachstehend angegeben:

In Wirklichkeit bleiben jedoch die tatsächlich erreichbaren Temperaturen immer sehr erheblich hinter den berechneten zurück. Die Ursache dieser Abweichung ist darin zu suchen, daß ein Teil der produzierten Wärme durch Strahlung und Leitung abgeführt wird, daß die spezifischen Wärmen der Gase u.s.w. mit Zeigender Temperatur wachsen und daß die Verbrennungsprodukte bei höheren Hitzegraden eine mehr oder weniger weitgehende Dissoziation erleiden, die der Neubildung das Gleichgewicht hält und dadurch die Wärmequelle selbst beeinflußt. Was die untere Dissoziationsgrenze betrifft, so ist diese nicht mit Sicherheit anzugeben; doch ist nachgewiesen, daß der Wasserdampf bei einer 1200° übersteigenden Temperatur in seine Komponenten zu zerfallen beginnt und daß Kohlendioxyd bei etwas höherem Hitzegrade sich in Kohlenoxyd und Sauerstoff zu spalten Neigung zeigt. Diese Tendenz wird insbesondere durch die Gegenwart rauher Oberflächen erhöht; dagegen muß vorläufig dahingestellt bleiben, ob und wie weit hiermit die schon lange bekannte, von Fr. Siemens weiter verfolgte Tatsache zusammenhängt, daß in niedrigen Ofengewölben, in denen die Flamme das sie umschließende Mauerwerk direkt berührt, im allgemeinen keine so hohen Temperaturen erzielt werden als in solchen Verbrennungsräumen, in denen sich die Flamme frei entfalten und durch die von ihr ausgehende Strahlung wirken kann.

Zum Messen hoher Temperaturen bedient man sich in der Technik in Ermanglung eines für alle Verhältnisse gleich bequemen Meßinstrumentes verschiedenartiger Hilfsmittel. Als zuverlässigstes Instrument ist das Luftthermometer anzusehen. Dasselbe beruht darauf, daß die Ausdehnung, die ein bekanntes, in einem Porzellangefäß eingeschlossenes Luftvolumen beim Erwärmen erfährt, entweder direkt aus der Volumvergrößerung oder indirekt durch Messen des Drucks, den das konstant erhaltene Volumen auf eine Quecksilbersäule ausübt, ermittelt wird. Nach dem letztgenannten Prinzip ist das von Wiborg herrührende,[281] die genauesten Messungen gestattende Luftthermometer konstruiert.1 Bei der von Dürr ersonnenen, den Bedürfnissen der Technik angepaßten Form dieses Thermometers wird die Ausdehnung der Luft auf ein ausbalanciertes, glockenförmiges Gefäß übertragen, das in eine Sperrflüssigkeit eintaucht und an seinem oberen Teil mit einem Zeigerwerk versehen ist. Vgl. a. Pyrometer.

Von sonstigen zum Messen höherer Temperaturen bestimmten Instrumenten ist das elektrische Pyrometer von Siemens&Braun zu erwähnen, das auf der Aenderung des elektrischen Widerstandes eines Platindrahtes mit der Temperatur des ihn umschließenden Raumes beruht. Die auf einem Schamottekörper induktionsfrei aufgewundene und in ein eisernes Schutzrohr eingesetzte Drahtspirale bildet den Zweig einer Wheastonschen Brücke, die in Verbindung mit einem Galvanometer oder Telephon den jeweiligen Widerstand zu messen erlaubt. Die größte Verbreitung hat aber in der neuesten Zeit wegen seiner Zuverlässigkeit und bequemen Handhabung das für Temperaturen bis 1600° brauchbare thermoelektrische Pyrometer von Le Chatelier in der von Holborn und Wien angegebenen Ausführungsform gefunden. In diesem Instrument bilden die zu einer Kugel verschmolzenen Enden eines Platin- und eines Platinrhodiumdrahtes ein Thermoelement, das, eventuell in eine Schutzrohre aus Eisen oder Porzellan eingeschlossen, der Einwirkung der Hitze ausgesetzt wird. Die freien Enden dieser Drähte flehen mit einem Galvanometer in Verbindung, auf dessen Skala neben den Mikrovolt auch die entsprechenden Temperaturen aufgetragen sind. (Bezugsquelle: W.C. Heraeus-Hanau und Hartmann & Braun, Bockenheim-Frankfurt a.M.)

Auch das C. Fischersche Wasserkalorimeter (von Mechaniker Apel in Göttingen zu beziehen) ist für genaue Messungen geeignet und wird in der Weise benützt, daß man zunächst die Wärmemenge, die ein abgewogenes und auf die zu bestimmende Temperatur erhitztes Stück Platin an ein bekanntes Gewicht Wasser abgibt, ermittelt und daraus die ursprüngliche Temperatur berechnet. Etwas weniger genaue Resultate liefert das im übrigen sehr handliche und viel benutzte Graphitpyrometer von Steinle&Härtung in Quedlinburg. Bei diesem Instrument wird mittels Hebelübersetzung und Zeigerbewegung die jeweilige Länge bestimmt, die ein schmiedeeiserner Stab (Rohr) gegenüber einem sich hierbei nicht verändernden, aus einer Mischung von Ton und Graphit hergestellten annimmt.

In vielen Fällen begnügt man sich mit bloßen Annäherungswerten, wie man solche durch Beobachtung der Aenderung des Aggregatzustandes starrer, in den Feuerraum eingesetzter Körper erhalten kann. Hierfür sind namentlich Metalle oder Legierungen von bekanntem Schmelzpunkt geeignet, die man in Tiegel eingeschlossen oder in Form von an einem Schamottestab aufgehängten Ringen verwendet.

Besonders brauchbar erweisen sich für Temperaturen zwischen 900 bis 1500° die Princepschen, aus Gold und Silber oder Gold und Platin bestehenden Legierungen. Auch die Seegerschen Kegelpyrometer, die durch Zusatz wechselnder Mengen von Quarz, Kalk und Kali zu reinem, an sich im Ofenfeuer unschmelzbarem Kaolin erhalten werden, zeigen durch ihren Erweichungspunkt eine bestimmte Temperatur an und finden namentlich beim Schamotte- und Porzellanofenbetrieb in dem Sinn Verwendung, daß man mit ihrer Hilfe die Widerstandsfähigkeit der im Ofen befindlichen Materialien gegen die jeweiligen Hitzegrade beurteilt. Außerdem bedient man sich auch optischer Hilfsmittel zur Temperaturbestimmung und ist hier das auf der Messung der Lichtintensität durch Polarisation beruhende Pyrometer von Wanner (Bezugsquelle: Dr. R. Hase, Hannover) sowie das optische Pyrometer von Holborn und Kurlbaum (Bezugsquelle: Siemens & Halske, Akt.-Ges., Berlin) namhaft zu machen. Manchmal gibt man sich auch mit subjektiven Schätzungen auf Grund der für alle Körper gleichen Glühfarben zufrieden.

Glühfarben nach Pouillet:

Das in den gebräuchlichen Ofenkonstruktionen erreichbare Temperaturmaximum übersteigt 1800° nicht wesentlich. Etwas höhere Hitzegrade liefert das Knallgasgebläse, indem dadurch Platin mit Leichtigkeit zum Schmelzen gebracht werden kann. Für die Erzielung wesentlich höherer Temperaturen muß man den elektrischen Flammenbogen zu Hilfe nehmen, in dem sich selbst die bisher als absolut unschmelzbar angesehenen Materialien: Quarz, Kalk und Tonerde, schnell verflüssigen lassen; außerdem lassen sich auch durch das aluminothermische Verfahren Hitzegrade von gegen 3000° erzeugen.

III. Brennmaterialien im besonderen.

a) Feste Brennstoffe.

Holz. Die Holzfaser entlieht aus dem einen normalen Bestandteil der Atmosphäre bildenden Kohlendioxyd und aus Wasser, indem diese Substanzen unter dem Einfluß der strahlenden Energie der Sonne zusammentreten und Sauerstoff abscheiden. Dieser Vorgang kann, wenn man von den Zwischenstadien absieht, durch die Endgleichung: 6CO₂ + 5H₂O = C₆H₁₀O₅ + 6O₂ ausgedrückt werden. Bei der Verbrennung der Holzfaser geht der Prozeß im umgekehrten Sinn vor sich und werden dabei die ursprünglichen Materialien zurückgebildet: C₆H₁₀O₅ + 6O₂ = 6CO₂ + 5HO.[282]

Das Holz bildet die Stämme, Aeste und Wurzeln der Bäume wie der Sträucher und dient je nach seiner Qualität als Nutzholz oder als Brennholz. An dem gefällten und zerschnittenen Holz unterscheidet man die Hirn-, die Spalt- und die Wölbfläche. – Die Substanz des Holzes besteht im wesentlichen aus der Holzfaser (Cellulose), aus dem ihr nahestehenden Lignin und. dem Holzsaft. In dem Maße, in dem die Cellulose während des Wachstums in Holz übergeht, verliert die Faser ihre elastische Beschaffenheit und erhärtet infolge der Zwischenlagerung der inkrustierenden Substanz (sogenanntes Lignin). Der in dem Holz verteilte Saft stellt je nach Jahreszeit, Standort und Art des Baumes eine mehr oder weniger konzentrierte wässerige Lösung von Zucker, Gummi und Salzen dar, die in einzelnen Fällen noch Farbstoffe, ätherische Oele und Harze einschließt. Der Wassergehalt steigt im frischgefällten Holz unter Umständen bis zu 50% des Gewichts an und zeigt auch in einem und demselben Stamm insofern Verschiedenheiten, als die der Rinde benachbarten Teile immer wasserreicher sind als die dem Mark zu gelegenen. Beim Liegen an der Luft trocknet das gefällte Holz langsam und unter starkem Schwinden in der Längs- und Querrichtung aus, bis nach 1–2 Jahren ein Wassergehalt von 15–20% erreicht ist, der nur durch Erhitzen über 100° entfernt werden kann (Darren des Holzes).

Holz von verschiedener Abstammung zeigt im trockenen Zustand annähernd die gleiche prozentische Zusammensetzung: 50% Kohlenstoff, 6% Wasserstoff, 42% Sauerstoff, 1% Stickstoff und l% Asche. Die Asche enthält Karbonate, Sulfate, Phosphate, Silikate und Chloride des Kaliums, Natriums, Calciums, Magnesiums, Eisens und Mangans, und ist das Mengenverhältnis der einzelnen Bestandteile von der Bodenbeschaffenheit abhängig.

Charakteristisch für die Holzasche ist der bis zu 25% ansteigende Gehalt an Kaliumkarbonat insofern, als die Asche der fossilen Brennstoffe frei von Alkalikarbonaten ist. Der Heizwert des trockenen Holzes beträgt ca. 3500 W.E. und ist für Buchen- und Kiefernholz, das bis zu 2% Harz einschließt, am höchsten, während sich Ahorn-, Ulmen-, Lärchen-, Tannen-, Fichten-, Linden-, Pappel-, Eichen- und Weidenholz in der angegebenen Reihenfolge geringwertiger erweisen. Im allgemeinen kommt dem Holz, wenigstens in den mitteleuropäischen Ländern, nur eine untergeordnete Bedeutung als Brennmaterial zu.2 Wegen seiner leichten Entzündbarkeit wird es dagegen zum Anzünden von Kohlen und zur Herstellung von Streichhölzern benutzt. In Scheiterform verbrennt man Holz am besten auf dem Planrost, während sich für Sägemehl und Späne besonders der Treppenrost eignet; noch zweckmäßiger dürfte Brikettierung sein. Soll Holz zum Generatorbetrieb verwendet werden, so ist das Zerschneiden in Klötze erforderlich.

Holzkohle. Die Zusammensetzung der rohen Brennstoffe läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise innerhalb gewisser Grenzen ändern und dadurch bestimmten Zwecken anpassen. Eine derartige Veränderung erfolgt, wenn die Brennstoffe bei beschränktem Luftzutritt oder bei vollkommenem Luftabschluß einer hohen Temperatur ausgesetzt werden. Im ersteren Fall wird der betreffende Vorgang als Verkohlung, im zweiten Fall als trockene Destillation bezeichnet. Beide Prozesse sind einander ihrem ganzen Wesen nach sehr nahe verwandt resp. sehr ähnlich; äußerlich unterscheiden sie sich hauptsächlich dadurch, daß bei der Verkohlung das Hauptgewicht auf die nichtflüchtigen Produkte gelegt wird, während bei der trockenen Destillation in erster Linie die flüchtigen Produkte ins Auge gefaßt werden.

Erhitzt man Holz unter den angegebenen Bedingungen, so entweicht zunächst Wasser in Dampfform. Mit steigender Temperatur beschränkt sich jedoch die Wirkung der zugeführten Wärme nicht mehr auf eine bloße Wasserabspaltung, sondern es verflüchtigen sich kohlenstoffhaltende Körper, deren Bildung auf eine tiefgreifende Zerstörung der Holzsubstanz zurückzuführen ist. Nach Beendigung der Zersetzung hinterbleibt die durch Hitze nicht mehr veränderliche Holzkohle, während sich die flüchtigen Produkte als ein Gemenge von Gasen und Dämpfen erweisen. Die Gase bestehen im wesentlichen aus Kohlensäure, Kohlenoxyd und Methan; die durch Abkühlung verflüssigten Dämpfe scheiden sich in eine dunkle, spezifisch schwerere und eine damit nicht mischbare hellere Schichte. Die erstere bildet den Teer (Holzteer), der aus phenolartigen Körpern und zahlreichen, nicht näher bekannten hochmolekularen Verbindungen besteht; die letztere stellt im wesentlichen eine wässerige Lösung von niedriger siedenden Körpern, wie insbesondere Methylalkohol und Aceton, dar und verdankt ihren sauren Charakter einem Gehalt an Essigsäure. Insofern man der Entstehung der Essigsäure eine besondere Bedeutung beimißt, kann man die bei der trockenen Destillation des Holzes vor sich gehende Reaktion durch die Gleichung: C₆H₁₀O₅ = 4C + C₂H₄O₂+ 3H₂O ausdrücken.[283]

Die Gewinnung der Holzkohle erfolgt nach zwei verschiedenen Verfahren, von denen das eine, der eigentlichen Verkohlung entsprechende als Meilerverkohlung, das andre, mit der trockenen Destillation gleichbedeutende als Retortenverkohlung bezeichnet wird. Bei der Meilerverkohlung, die heutzutage nur noch in sehr waldreichen und von den großen Verkehrsstraßen abgelegenen Gegenden gebräuchlich ist, wird das Holz behufs Ersparung der Transportkosten an Ort und Stelle in Meiler oder Haufen geschichtet und dann behufs Abhaltung der Luft mit Rasen oder Sand bedeckt. Nach dem Entzünden des Stoßes durch eine in der Mitte freigelassene Oeffnung wird der weitere Fortgang der Verbrennung durch vorsichtige Zufuhr von Luft von einzelnen Punkten der Oberfläche aus so reguliert, daß die von dem verbrennenden Teil des Holzes gelieferte Wärme zur Zersetzung des Restes gerade ausreicht. Hierbei entweichen die flüchtigen Produkte in die Atmosphäre, während die Holzkohle in der ursprünglichen Form des Meilers zurückbleibt. – Bei der Retortenverkohlung, die sich vorwiegend in den industriell entwickelten Ländern eingebürgert hat, wird das Holz in verschließbare eiserne, in gemauerte Oefen eingesetzte Retorten oder Zylinder gefüllt. Diese Gefäße sind mit Abzugsröhren, die mit Kühlvorrichtungen in Verbindung flehen, versehen und werden durch von außen zugeführte Wärme erhitzt. Nach Beendigung der Operation finden sich die flüchtigen Zersetzungsprodukte, soweit sie nicht in Gasform abziehen, in den Vorlagen und können später auf Endprodukte verarbeitet werden; die in den Retorten u.s.w. hinterbliebene Kohle wird vor dem Einfüllen einer neuen Charge ausgezogen. Sehr vereinzelt ist noch eine Kombination beider Verfahren, die sogenannte Ofenverkohlung, im Gebrauch. Bei dieser Art der Verkohlung befindet sich das Holz in einer aus Mauerwerk hergestellten überwölbten Kammer, an der außer einer Oeffnung zum Füllen und Entleeren Oeffnungen für den Eintritt der Luft und für den Austritt der Zersetzungsprodukte angebracht sind. Das Erhitzen erfolgt wie bei der Meilerverkohlung auf Kosten eines Teils des Materials; die Gewinnung der Destillationsprodukte wird durch eine mit dem Verkohlungsraum in Verbindung stehende Kondensationsvorrichtung ermöglicht.

Gute Holzkohle bildet schwarze, ziemlich feste Stücke von muscheligem Bruch, welche die Struktur des ursprünglichen Materials deutlich erkennen lassen. Sie besitzt ein spez. Gew. von 0,15–0,3, ist sehr porös und absorbiert beim Liegen an der Luft 10–15% ihres Gewichts an Feuchtigkeit. Im frischgeglühten Zustand erhält sie ca. 94% Kohlenstoff, 1–2% Wasserstoff, 3–4% Sauerstoff und 2–3% Asche. Der Kohlenstoff ist zum größten Teil in elementarer Form vorhanden; der Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt läßt sich jedoch auch durch starkes Glühen nicht vollständig entfernen. Die Holzkohle verbrennt leicht mit kurzer, bläulicher und vollkommen rauchloser Flamme und liefert im gewöhnlichen Zustand ca. 7000 W.E. Sie findet überwiegend für metallurgische Zwecke, insbesondere zur Herstellung des Holzkohlenroheisens Verwendung und besitzt, abgesehen von ihrem hohen pyrometrischen Effekt, den Vorzug, daß sie vollkommen frei von Schwefel und andern schädlichen Mineralbestandteilen ist.

Außerdem wird sie wegen ihres großen Absorptionsvermögens für einzelne flüchtige Körper zum Reinigen von Sprit benutzt und dient auch im feingepulverten Zustand (Rebenholz-, Korkkohle) als schwarze Pigmentfarbe. Auch als Mittel zum Reinigen von Trinkwasser und zum Konservieren von leicht faulenden Substanzen, wie Fleisch u.s.w., ist die Holzkohle empfohlen worden. Die durch schwaches Verkohlen von Faulbaumholz gewonnene Rotkohle bildet einen Bestandteil des gewöhnlichen Schwarzpulvers.

Fossile Brennstoffe. Der Torf, die Braunkohle und die Steinkohle sind aus vegetabilischen Substanzen durch einen eigentümlichen, während einer langen Periode verlaufenden Zersetzungsprozeß, als dessen feste Ueberbleibsel sie anzusehen sind, entstanden. Im großen ganzen ist die Veränderung, welche die Pflanzenfaser dabei erlitten hat, auf eine mehr oder weniger weitgehende Abspaltung und Verflüchtigung von Wasserstoff und Sauerstoff unter gleichzeitiger Erhöhung des Kohlenstoffgehalts des Rückstands zurückzuführen. Der Chemismus dieses Vorgangs, der als kohlige Vermoderung bezeichnet wird, ist trotz zahlreicher Arbeiten von Forschern wie Liebig, Richter, Baltzer u.a. nicht genügend aufgeklärt und kann nur mit der trockenen Destillation, mit der er eine nicht zu verkennende Aehnlichkeit besitzt, in Parallele gestellt werden. An und für sich liegt in der Annahme einer ähnlichen Entstehungsgeschichte für scheinbar so verschiedene Produkte wie Torf, Braunkohle und Steinkohle nichts Unwahrscheinliches, wenn man berücksichtigt, daß das Endergebnis derartiger Zersetzungen nicht nur von der Natur der ursprünglichen Vegetabilien, sondern wesentlich auch von den während einer bestimmten Zeitdauer zur Geltung gekommenen äußeren Einflüssen abhängig ist.

Die durch die kohlige Vermoderung hervorgerufene Veränderung der ursprünglichen Pflanzenfaser sowie der nahe Zusammenhang der einzelnen Materialien untereinander tritt am deutlichsten zutage, wenn man an Hand der S. 278 mitgeteilten Tabelle den in den betreffenden Substanzen auf je 100 Teile Kohlenstoff entfallenden Betrag an Wasserstoff und Sauerstoff berechnet:

[284] Wie aus dieser Zusammenstellung hervorgeht, tritt während der Umwandlungsperiode verhältnismäßig viel mehr Sauerstoff als Wasserstoff aus und geht damit die Zunahme des disponibeln Wasserstoffs Hand in Hand. Bezüglich der Form, in welcher der Austritt der genannten Elemente bei dem allmählichen Uebergang der Holzfaser in den Anthrazit erfolgt, geben die von den einzelnen Kohlungsstufen eingeschlossenen oder exhalierten Gase, die im wesentlichen aus Methan, Kohlenoxyd und Kohlensäure bestehen, genügend Anhaltspunkte. Da die Bildung von flüchtigen Zersetzungsprodukten bei der Steinkohle heute noch beobachtet werden kann, so ist die Ansicht berechtigt, daß der Umwandlungsprozeß erst beim Anthrazit seinen Abschluß erreicht.

Inwieweit bei der Entstehung der fossilen Kohlen die atmosphärische Luft und von außen zugetretenes Wasser mitgewirkt haben, kann ohne genauere Kenntnis des Verlaufs der betreffenden geologischen Periode nicht beurteilt werden. Unzweifelhaft hat jedoch in allen Fällen eine teilweise, wenn nicht vollständige Behinderung des Luftzutritts stattgefunden und ist der nur langsam vor sich gehende Prozeß wesentlich von der Temperatur und wohl auch von den Druckverhältnissen beeinflußt worden. – Was die Perioden anbelangt, in denen die Bildung der einzelnen Fossilen ihren Anfang genommen hat, so treten die älteren Kohlen, Steinkohle und Anthrazit, frühestens in der Karbonformation auf, während die jüngere Braunkohle hauptsächlich im Tertiär vorkommt und der das jüngste Glied der Reihe bildende Torf dem Alluvium und dem Diluvium angehört.

Um die einzelnen Phasen des Uebergangs der Holzfaser in die kohlenstoffreicheren Produkte zu erklären, sind mehrere Hypothesen aufgestellt worden, von denen sich jedoch keine der allgemeinen Anerkennung erfreut. Unbestreitbar ist jedoch, daß in demselben Maß, in dem sich die Zusammensetzung des vermodernden Produktes derjenigen des Anthrazits nähert, die Unempfindlichkeit gegen Agentien, wie Kalilauge oder Salpetersäure, wächst, sowie daß speziell in der Steinkohle ein Gemenge hochmolekularer Substanzen vorliegt, die nach ihrer Zusammensetzung und ihrem allgemeinen chemischen Verhalten der aromatischen Reihe nahestehen und die man sich aus der Cellulose durch weitgehende Kondensation unter teilweiser Erhaltung des Kohlenstoffskeletts bei vorzugsweiser Veränderung der außenständigen Reste entstanden denken muß.

Torf. Der Torf entlieht durch Vermoderung von Moosen, sauren Grasarten oder Sumpfpflanzen und bildet sich überall da, wo sich diese Vegetabilien in größeren Mengen auf einem undurchlässigen Untergrund ansammeln und dauernd dem Einfluß der Feuchtigkeit ausgesetzt bleiben.

Torfmoore, die auf Hochplateaus gelegen sind, bezeichnet man als Gebirgsmoore; die in ebenen Gegenden vorkommenden dagegen als Wiesen- oder Flachmoore. Die letzteren unterscheidet man, je nachdem ihr Untergrund in und über oder aber unter der Höhe des normalen Wasserspiegels der betreffenden Gegend liegt, als Hochmoore oder als Grünlandsmoore. Zur Entstehung der Hochmoore, deren Oberfläche in der Regel eine schwache Wölbung zeigt, geben überwiegend Moose und Heidepflanzen auf tonigem Untergrund Veranlassung; die Grünlandsmoore sind hauptsächlich an das Vorhandensein saurer Grasarten auf lehmigem Sandboden gebunden und liegen immer im Inundationsgebiet von Flüssen oder im Bereich von Landseen. Größere oder kleinere Torfmoore kommen fast in allen Ländern vor. Besonders umfangreiche Moorgebiete befinden sich in Deutschland, und namentlich ist der nordwestliche und südliche sowie der nördliche Teil von bedeutenden Moorflächen durchsetzt. Die in Hannover, Oldenburg und in Südbayern gelegenen Moore sind überwiegend Hochmoore, die im Havel-, Spree- und Odergebiet befindlichen dagegen Grünlandsmoore. Auch in Oesterreich, Rußland, Schweden und Norwegen sind ansehnliche Flächen mit Mooren bedeckt, während in Frankreich, Italien und Spanien die Bedingungen für die Moorbildung seltener vorhanden sind.

Der Torf besitzt je nach dem Grad, bis zu welchem die Veränderung der Pflanzensubstanz vorangeschritten ist, ein sehr verschiedenartiges Aussehen, und man unterscheidet hauptsächlich drei Typen, zwischen denen jedoch zahlreiche Uebergangsformen existieren. Der die Oberfläche der Moore bedeckende Rasen- oder Fasertorf bildet eine hellbraune, verfilzte Masse, in der die ursprünglichen Pflanzenteile noch deutlich zu erkennen sind. Der ältere und den tieferen Schichten entflammende Sumpf- oder Modertorf stellt dagegen ein dunkleres, von Fasern durchsetztes Gebilde dar, das einen nur losen Zusammenhang, dabei aber eine größere Dichte als der Rasentorf zeigt. Der seltener vorkommende und immer von den beiden Arten überschichtete Speck- oder Pechtorf ist von schwarzer Farbe und läßt im allgemeinen keine organische Struktur mehr erkennen.

Der Ausbeutung der Moore, deren Mächtigkeit selten 10 m übersteigt, geht in der Regel eine Entwässerung und Trockenlegung des Terrains voran. Die Gewinnung des Torfs erfolgt sowohl von Hand als auch durch Maschinenbetrieb. Im ersteren Falle werden möglichst gleichförmige Stücke mittels Spaten ausgestochen und in zusammenhängender Form abgehoben; im zweiten Fall wird der Moorboden je nach dem Grad seiner Konsistenz mittels Dampfpflügen oder Baggern abgelöst und durch Mischen und Kneten zu einer plastischen Masse verarbeitet, die durch kontinuierliche Pressen in Ziegelform gebracht wird (Maschinen- oder Preßtorf). [Torfmaschinen bauen als Spezialität: O. Schlickeysen, Berlin, und L. Lucht, Maschinenbauanstalt und Eisengießerei, Koblenz.] Die Herstellung von Torfstücken auf maschinellem Weg bietet der Stichtorfgewinnung gegenüber den Vorzug, daß sie auch das abfallende Torfmull in transportfähiger Form zu gewinnen erlaubt und daß sie ein sehr viel dichteres Produkt liefert, indem sich der gepreßte Torf beim darauffolgenden Trocknen stark zusammenzieht. Das spez. Gew. des Stichtorfs beträgt 0,4–0,6, dasjenige des gepreßten ca. 1–1,1.

Die prozentische Zusammensetzung des Torfs schwankt je nach dem Fundort u.s.w.[285] innerhalb weiter Grenzen; gute Qualitäten enthalten im lufttrockenen Zustand 50–62% Kohlenstoff, 5–6% Wasserstoff, 30–36% Sauerstoff, 12–20% Wasser und 5–12% Asche neben ca. 1% Stickstoff. Die Natur der organischen Bestandteile des Torfs ist bislang nicht erkannt; ein geringer Prozentsatz derselben ist in Alkalien mit brauner Farbe löslich und wird mit dem Namen Huminsubstanzen bezeichnet.

Der Torf verbrennt mit langer, rußender Flamme und entwickelt je nach Qualität 3000 bis 4000 W.E. Die Torfasche besteht aus wechselnden Mengen Sand, Ton, Calciumsulfat und Karbonat und Eisenoxyd und unterscheidet sich wie die Braun- und Steinkohlenasche von der Holzasche wesentlich durch das Fehlen von Alkalikarbonaten, Chloriden und Phosphaten. Der Torf dient namentlich zum Hausbrand, seltener zur Kessel- und Flammofenfeuerung. Falls er zur Erzielung hoher Hitzegrade, wie sie zum Betrieb von Glas- und Puddelöfen erforderlich sind, verwendet werden soll, empfiehlt es sich, ihn im Generator zu vergasen, wozu er sich wegen des geringen Widerstands, den er dem Durchgang der Luft darbietet, sowie wegen der lockeren Beschaffenheit seiner Asche besonders eignet. Im allgemeinen ist die Benutzung des Torfs als Brennmaterial an die Produktionsgebiete gebunden, indem der geringe Heizwert eine Konkurrenz mit andern Brennstoffen auf größere Entfernung hin unmöglich macht. Außer für Heizzwecke wird der Torf auch in loser Form als Pack- und Isoliermaterial sowie als stark aufsaugendes Desinfektionsmittel verwertet. Die Versuche, ihn für die Pappe-, Papier- und Cellulosefabrikation zu benutzen, sind dagegen bislang von keinem durchschlagenden Erfolg begleitet gewesen, wenn auch Torffaser vereinzelt zu diesen Zwecken Verwendung findet.

Torfkohle. In derselben Weise wie Holz kann auch Torf verkohlt werden, wobei unter Entwicklung von Wasser-, Ammoniak-, Essigsäure- und Teerdämpfen eine sehr poröse, leicht entzündliche Kohle zurückbleibt. Der Verwendung dieses Produktes im Hochofen steht seine geringe Fertigkeit sowie die Eigenschaft, im Gebläsefeuer zu sprühen, hindernd entgegen, doch soll es neuerdings an einzelnen Orten gelungen sein, ein auch für metallurgische Zwecke brauchbares Fabrikat zu erzielen.

Braunkohle. Die Braunkohle steht hinsichtlich des Grades der Vermoderung zwischen Torf und Steinkohle. Das Material zu ihrer Bildung haben überwiegend harzreiche Nadelhölzer, daneben auch Palmen und Birken geliefert. Nicht alle Braunkohlenlager sind jedoch als Erzeugnisse der an Ort und Stelle gewachsenen Pflanzen anzusehen, sondern es sind wenigstens in einzelnen Fällen während der Zeit, in der die betreffenden Gebiete vorübergehend der Inundation ausgesetzt waren, durch das Meerwasser selbst anderweitige Vegetationen zugeführt worden. Die Braunkohle ist über einen großen Teil der Erdoberfläche verbreitet und tritt namentlich in Mitteleuropa in Form mächtiger Ablagerungen auf. In größter Menge kommt sie in Böhmen vor; weniger massenhaft, aber immer noch sehr reichlich tritt sie in Deutschland auf, für dessen Nordosten sie das wichtigste Brennmaterial bildet. Insbesondere haben die in den Provinzen Sachsen und Brandenburg resp. in dem Oberbergamtsbezirk Halle und in Anhalt vorhandenen zahlreichen und ergiebigen Fundstätten Veranlassung zur Entstehung einer darauf gegründeten, hochentwickelten Industrie gegeben, wogegen den Braunkohlenrevieren in der Lausitz, in der Rheinprovinz,3 im Elsaß und in Südbayern eine geringere Bedeutung zukommt.

Die Gewinnung der Braunkohle aus den meist in geringerer Tiefe befindlichen muldenartigen Flözen, deren Mächtigkeit selten über 20 m hinausgeht, erfolgt fast immer durch Tagbau und nur vereinzelt durch Schachtbetrieb. An Varietäten unterscheidet man hauptsächlich die am häufigsten vorkommende gemeine Braunkohle von dunkelbrauner Farbe und erdigem Bruch und einem im grubenfeuchten Zustand bis zu 50% des Gewichts ansteigenden Wassergehalt, den einen ausgesprochenen Holzcharakter zeigenden Lignit (fossiles Holz) und die der Steinkohle nahestehende Pechkohle,4 während die leicht zerreibliche erdige Braunkohle von hellbrauner Farbe und hohem Bitumengehalt (Pyropfit) heute nur noch sehr selten vorkommt.

In der Praxis bezeichnet man die geförderte Braunkohle je nach ihrer Verwendungsweise als Feuerkohle oder als Schweelkohle. Als Feuerkohle dienen hauptsächlich die bitumenarmen Partien der gemeinen Braunkohle. Dieselben werden, sofern sie zum Versand bestimmt sind, zunächst von beigemengtem Ton und Schwefelkies geschieden und in wasserärmere Produkte von handlicher Form übergeführt.

Hierzu sind zwei verschiedene Verfahren im Gebrauch, von denen das eine darin besteht, daß man die zerkleinerte Kohle unter Zusatz von Wasser zu einem dicken Brei verarbeitet, die Masse in Ziegelform bringt und dann an der Luft trocknet (Naßpreßsteine), während man bei dem andern den Wassergehalt der Rohkohle durch Trocknen in Dampsteller-, Dampfplatten- oder[286] Dampfröhrenöfen5 zunächst auf ca. 18% reduziert und dann das so vorbereitete Material durch Harken Druck zu einer kompakten Masse verdichtet (Darrsteine, Brikett). Infolge der beim Zusammenpressen eintretenden Erwärmung findet eine Erweichung des in der Kohle enthaltenen Bitumens statt, wodurch nach dem Erkalten ein fester Verband der einzelnen Teilchen bewirkt wird, so daß die Briketts der zerkleinernden Wirkung des Transports, Umladens u.s.w. vollkommen widerstehen.6

Die eine fettige Beschaffenheit zeigenden, an Bitumen reicheren Partien der Rohkohle, die sogenannten Schweelkohlen, werden der trockenen Destillation unterworfen und liefern dabei einen Teer, der weiterhin auf Solar- und Paraffinöl wie auch auf festes Paraffin verarbeitet wird. In gleicher Weise wird auch die der Braunkohle näher als der Steinkohle stehende Bogheadkohle verwertet, die massenhaft in Schottland auftritt und in Anbetracht ihres hohen Aschengehalts auch als bituminöser Schiefer angesprochen wird.

Die Zusammensetzung der gewöhnlichen, im lufttrockenen Zustand ein spez. new. von 1,1–1,4 zeigenden Braunkohle schwankt zwischen 50 bis 65% Kohlenstoff, 3 bis 5% Wasserstoff, 20 bis 28% Sauerstoff, 12 bis 25% Wasser und 8 bis 10% Asche, Wozu noch bis zu 0,5% Stickstoff kommen. In chemischer Beziehung ist die Substanz der Braunkohle nicht näher erforscht; sie Hellt ein Gemenge mehrerer Individuen dar, von denen sich einzelne mit brauner Farbe in heißer Kalilauge lösen. Aus den bitumenreichen Sorten läßt sich durch Extrahieren mit Lösungsmitteln nach dem Verfahren von v. Boyen eine wachsartige Masse, das sogenannte Montanwachs, gewinnen, das aus einem Kohlenwasserstoff und aus einer hochmolekularen Fettmasse besteht und das in der Folge eine größere Wichtigkeit erlangen dürfte.

Die Braunkohle verbrennt mit langer, qualmender Flamme und entwickelt 3500–4500 W.E. Die Asche besteht hauptsächlich aus Sulfaten und Silikaten des Calciums sowie aus Ton und Eisenoxyd. Die Verfeuerung der nicht geformten Rohkohle erfolgt am besten auf dem Treppenrost; in einzelnen Fällen ist die Vergasung im Generator der direkten Verbrennung vorzuziehen. Früher benutzte man Braunkohle auch zur Erhöhung der Gasausbeute und zur Erhöhung der Leuchtkraft bei der Steinkohlengasbereitung, doch ist heute diese Art der Karburierung des Gases durch die Benzolkarburierung ersetzt. Die Naßpreßsteine werden größtenteils in der näheren oder entfernteren Umgebung des Produktionsgebiets für häusliche Feuerungen verwendet. Nur die Briketts, insbesondere die aus der böhmischen Braunkohle hergestellten, lohnen einen Transport auf größere Entfernungen und gelangen, begünstigt durch den billigen Wasserweg, in beträchtlichen Quantitäten über die deutsche Grenze. Die Produktion an Braunkohle betrug im Jahre 1901 im Deutschen Reich 44,48 Millionen Tonnen, in Oesterreich-Ungarn 27,65 Millionen Tonnen; in den übrigen europäischen Ländern erreicht die Produktion zusammen noch nicht 1 Million Tonnen.

Grudekoks. Bei der in der Umgebung von Halle in größtem Maßstab betriebenen Braunkohlenschweelerei, welche zum Zweck der Gewinnung von Solaröl und Paraffin vorgenommen wird (s. Schweelerei), fällt als Destillationsrückstand der sogenannte Grudekoks ab. Dieses an sich geringwertige und für industrielle Feuerungen nicht geeignete Material stellt eine aschenreiche Kohle dar, die ohne besondere Luftzufuhr langsam glimmt und dabei eine zwar schwache, aber anhaltende Wärme entwickelt. Es wird deshalb in einzelnen Gegenden mit Vorteil zum Hausbrand verwendet.

Steinkohle. Die Steinkohle, die mit dem Anthrazit die Reihe der fossilen Umwandlungsprodukte der Pflanzenfaser abschließt, ist der weitaus wichtigste Brennstoff und als solcher einer der bedeutungsvollsten Faktoren für die gesamte Industrie. Die Ansichten über die Natur des Materials, aus dem die Steinkohle entstanden ist, sind zurzeit geteilt. Am meisten Wahrscheinlichkeit hat die Annahme für sich, daß sowohl Land- als auch Seepflanzen an der Bildung der Steinkohle beteiligt sind und daß neben den an Ort und Stelle gewachsenen Sumpfvegetationen durch Flutwellen herbeigeführte Sedimente von Tangen u.s.w. in Frage kommen. In bezug auf den Vermoderungsvorgang ist man darüber einig, daß den die Kohlenflöze überlagernden Schichten ein gewisser Einfluß auf den Entstehungsprozeß zukommt, sowie daß dabei höhere Temperaturen nicht im Spiele gewesen sein können, indem viele Steinkohlenarten in der Hitze schmelzen und sich dabei in chemischer Hinsicht verändern.

Die geologische Formation, der die Steinkohle angehört und in der sie sich beinahe ausschließlich findet, ist die nach diesem Vorkommen benannte Steinkohlen- oder Karbonformation. Dieselbe gliedert sich in zwei Abteilungen: den reinen marinen, zahlreiche Versteinerungen von Schal- und Muscheltieren einfließenden Kohlenkalk und das eigentliche sogenannte produktive Steinkohlengebirge. Nur in dem letzteren ist die Kohle in Form von Flözen zwischen weit überwiegende Massen von Sandsteinen und Schiefertonen, zu denen häufig noch Eisen-, Blei- und Zinkerze treten, eingelagert.[287]

Die Steinkohle ist, wenn auch höchst ungleichmäßig, beinahe auf der ganzen Erdoberfläche verbreitet und vermutlich noch an andern als den bis jetzt bekannten Fundorten nachweisbar. Die bedeutendsten, zum Teil noch unvollständig erschlossenen Kohlenlager besitzen Nordamerika, China und Australien. In Europa weist England den größten Reichtum wie auch die höchste Produktionsziffer auf; nach England folgt das Deutsche Reich, an das sich Frankreich, Belgien und Oesterreich reihen. Verhältnismäßig sehr arm sind Italien, Griechenland und Dänemark, während in Rußland bedeutende, teilweise noch der Ausbeutung harrende Lager konstatiert sind.

Ueber den Zeitpunkt, bis zu dem die Kohlenvorräte der Erde mutmaßlich erschöpft sein werden, gehen die Ansichten weit auseinander. Das größte Zutrauen verdienen die Angaben von R. Nasse, der die Frage in einer selbständigen Schrift »Die Kohlenvorräte der europäischen Staaten und deren Erschöpfung« (Berlin 1894) behandelt hat. Nach diesem Autor würde der Kohlenvorrat Mitteleuropas in 670 Jahren erschöpft sein.

Die gesamte Jahresproduktion der Erde wird jetzt auf ca. 700 Millionen Tonnen geschätzt; diejenige Deutschlands betrug im Jahre 1902 etwas über 107,4 Millionen Tonnen. Großbritannien produzierte im gleichen Jahre 227 Millionen, Frankreich 29,5 Millionen, Belgien 22,7 Millionen und die Vereinigten Staaten von Nordamerika 268,7 Millionen Tonnen.7

Abgesehen von einigen unbedeutenden, nicht weiter in Betracht kommenden Fundstätten, wie Stockheim in Oberfranken, Wettin bei Merseburg, Ibbenhausen im Teutoburger Wald u.a., entstammt die deutsche Produktion den nachstehend aufgeführten Revieren:

1. Das niederrheinischwestfälische oder Ruhrbecken von 2800 qkm Ausdehnung mit 65 abbauwürdigen Flözen. Die mäßige Tiefe der Lagerstätten ermöglicht eine verhältnismäßig leichte Ausbeutung. (Anthrazite bis Gaskohlen.)

2. Das Pfälzer oder Saarbecken von ca. 385 qkm Ausdehnung mit 82 abbauwürdigen Flözen. Infolge zahlreicher Verwerfungen der Schichten und häufiger Gasausbrüche (schlagende Wetter) ist die Ausbeutung dieses Beckens verhältnismäßig schwierig. (Fett-, Flamm- und Magerkohlen.)

3. Das oberschlesische Becken in einer Ausdehnung von ca. 3000 qkm mit 150 Flözen. Das Becken setzt sich jenseits der österreichischen (Schießen, Galizien, Mähren mit ca. 1000 qkm) sowie der russischen Grenze (Polen mit ca. 600 qkm) fort. Der Abbau bietet wenig Schwierigkeit; die Kohlen zeichnen sich durch Großstückigkeit und geringen Aschengehalt aus.

4. Das niederschlesische oder Waldenburger Becken von ca. 200 qkm Ausdehnung mit 16 Flözen.

5. Das sächsische Becken von Zwickau und Lugau von ca. 220 qkm Ausdehnung mit 9 Flözen. An dieses Becken schließt sich der Plauensche Grund an.

6. Das Aachener Becken, zu dem die Inder oder Eschweiler Mulde sowie das Wermoder Kohlscheider Becken gehören,8 mit einer Gesamtausdehnung von 21 qkm mit 28 Flözen.

Der Abbau der Steinkohle erfolgt ausschließlich auf bergmännischem Weg. Einzelne Schächte sind bis auf eine Tiefe von gegen 1000 m niedergeführt. Mit dem Abbau ist immer die Aufbereitung zum Zweck der Entfernung des anhängenden Gesteins (Schwefelkies, Schieferton u.s.w.) und der Sortierung der Kohlen nach Korngröße (Klassierung) verbunden. Eine vorläufige Scheidung von Hand findet gewöhnlich schon in der Grube statt, um die Förderkosten für das wertlose Material zu sparen und es sofort an Ort und Stelle zum Versetzen der abgebauten Strecken zu benutzen. Eine zweite, sorgfältigere Aufbereitung des geförderten Materials erfolgt sodann über Tag, und zwar entweder auf trockenem oder auf nassem Weg. Bei der trockenen Aufarbeitung erfolgt die Separation im wesentlichen mit Hilfe eines eigenartigen, beweglichen Rostes (am verbreitetsten ist der Briarsche Rost) oder freihängender oszillierender Schüttelsiebe (Rätter), wobei man auf einzelnen Zechen noch einen Luftstrom zum Abblasen der Staubkohle zu Hilfe nimmt. Bei der nassen Aufbereitung (Kohlenwäsche), die eine weitergehende Trennung, namentlich vom Schwefelkies u.s.w., erlaubt, bedient man sich eines Systems von Setzmaschinen, Spitzkastengerinnen und Schlammsümpfen, aus welch letzteren die einzelnen Korngrößen entnommen und dann getrocknet werden. Das Wesen der nassen Aufbereitung beruht darauf, daß die Fallgeschwindigkeit fester Körper im Wasser einerseits von ihrem spezifischen Gewicht, anderseits von ihrer Korngröße abhängt. In den Setzmaschinen werden die Kohlen auf einem schwach geneigten Plansieb ausgebreitet, während von untenher ein Wasserstrom durch die Maschen dieses Siebes tritt und die gleichartigen Stücke bis zu einer bestimmten Höhe emporhebt, von der ne seitlich abgenommen werden.9

Die verschiedenen Korngrößen unterscheidet man als Stückkohlen (über 80 mm), als Würfelkohlen (80–40 mm), als Nußkohlen (40–45 mm), als Gruskohlen (15–8 mm) und als Staub- oder Feinkohlen (unter 8 mm).10

Die Steinkohle bildet matte oder glänzende Stücke, die eine braune bis rein schwarze Farbe, ebensolchen Strich und ein spez. Gew. von 1,2–1,4 zeigen. Die beim Zerkleinern entstehenden Bruchstücke weisen meist glatte, rechtwinklig aneinander stoßende Flächen auf. Organisierte Struktur ist an der Steinkohle nicht direkt zu erkennen; häufig erweist sie sich dagegen von eingesprengter Gangart durchsetzt. In den meisten Fällen stellen die den Inhalt der einzelnen Flöze bildenden Kohlen – abgesehen von Einsprengungen – in Hinsicht auf[288] Textur kein einheitliches Gebilde dar, sondern erweisen sich bei näherer Betrachtung als Gemenge verschiedener morphologischer Elemente, von denen hier nur die als Glanzkohle und als Mattkohle bezeichneten Arten berücksichtigt werden können.11

Die Glanzkohle besitzt eine tiefschwarze Farbe, lebhaften Glasglanz, große Sprödigkeit und vollkommene Spaltbarkeit. Sie ist die verbreitetere Varietät und bildet als solche die Masse des Anthrazits. Diese Kohlenart, die hauptsächlich in Nordamerika, außerdem in England, Belgien und Frankreich, seltener und in weniger reinem Zustand dagegen in den deutschen Revieren auftritt, ist durch ihre Formbeständigkeit in der Hitze und den geringen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ausgezeichnet. Der Anthrazit ist schwer entzündlich und verbrennt nur bei starkem Zug mit kurzer, rauchloser Flamme.

Die Mattkohle ist grauschwarz bis bräunlichgrau, glanzlos, zeigt ebenen bis flachmuscheligen Bruch und geringe Sprödigkeit. Sie ist weniger verbreitet als die Glanzkohle und bildet als solche die Masse der Cannel- oder echten Gaskohle. Diese Kohlenart, die sich namentlich in Australien und in England, weniger häufig im Saar- und Ruhrgebiet findet, ist sehr reich an flüchtigen Bestandteilen, indem sie beim Erhitzen bis zu 50% ihres Gewichts verliert. Sie entzündet sich leicht und verbrennt mit langer, leuchtender Flamme. Als jüngste Varietät der Steinkohle steht sie in mancher Hinsicht der Braunkohle nahe, unterscheidet sich jedoch von dieser durch die größere Widerstandsfähigkeit gegen Salpetersäure und gegen Kalilauge.

Der Anthrazit einerseits und die Cannelkohle anderseits repräsentieren die größten Gegensätze unter den Steinkohlen; alle übrigen Arten können als Mittel- oder Bindeglieder zwischen der ältesten und der jüngsten Varietät aufgefaßt werden.

Die Einteilung der Steinkohlen nach Gattungen ist auf ihr Verhalten im bedeckten Platintiegel gegründet und steht mit ihrer Verwendbarkeit für bestimmte Zwecke in sehr nahem Zusammenhang. Als Klassifizierungsprinzip dient die Beschaffenheit der Verkokungsrückstände, die bei gleicher Herstellungsweise je nach der Natur der Kohle entweder keine nennenswerte Verschiedenheit dem ursprünglichen (gepulverten) Material gegenüber zeigen, oder aber eine mehr oder weniger weit fortgeschrittene Schmelzung erkennen lassen. Falls die Verflüssigung nicht weiter geht, als daß die einzelnen Partikelchen erweichen und nach dem Erkalten oberflächlich zusammengeklebt erscheinen, bezeichnet man diesen Grad als Sintern; der Uebergang in den vollkommen teigartigen Zustand, der ein Aufblähen der Masse durch die entweichenden Gase zur Folge hat, entspricht dagegen dem Schmelzen.

Auf Grund dieses charakteristischen Verhaltens unterscheidet man zunächst drei Gattungen von Kohlen:

1. Sandkohle. Eine gepulverte Probe derselben behält nach dem Verkoken ihre Form bei und bleibt rein pulverig.

2. Sinterkohle. Die Koks erscheinen zu einer zusammenhängenden, festen Masse zusammengesintert.

3. Backkohlen. Die Koks bilden eine geschmolzene Masse von glattem, metallglänzendem Aeußern und von größerem Volumen als vor der Verkokung.

Die zwischen 1. und 2., resp. zwischen 2. und 3. existierenden Uebergangsformen bezeichnet man als sinternde Sandkohle resp. als backende Sinterkohle. Die Koks der sinternden Sandkohle sind nur am Rand seit gesintert, in der Mitte aber noch locker; diejenigen der backenden Sinterkohle lassen eine vollständige Schmelzung erkennen, sind aber knospenartig aufgebrochen.

Weiterhin teilt man die Kohlen je nach der Größe der Flamme, die sie beim Verbrennen entwickeln, in kurzstämmige und in langflammige. Hierfür ist die Menge des disponibeln Wasserstoffs resp. der sich beim Erhitzen abspaltenden Gase und Dämpfe ausschlaggebend und zeigen aus diesem Grunde die Anthrazite die kürzeste, die Cannelkohlen die längste Flamme. Die übrigen Sand- und Sinter- sowie die Backkohlen sind teils kurz-, teils langflammig.

Im Hinblick auf ihr Verhalten in der Hitze bezeichnet man die Backkohlen auch als fette Kohlen und stellt sie den hitzebeständigen Sand- und den sich hierbei nur wenig verändernden Sinterkohlen gegenüber, die von diesem Gesichtspunkte aus mager oder trocken erscheinen.

Frisch geförderte Kohlen enthalten manchmal erhebliche Mengen von Methan eingeschlossen, das beim Lagern an der Luft verschwindet. Weiche Sorten absorbieren dann durch Flächenanziehung Luft resp. atmosphärischen Sauerstoff und erleiden eine langsame Oxydation, in deren Folge fette Kohlen in magere übergehen können, womit eine wenn auch geringe Abnahme des Heizwertes Hand in Hand geht. Beim Lagern im Freien verwittern derartige Kohlen und zeigen namentlich bei größerem Schwefelkiesgehalt eine Neigung zum Zerfallen in kleinere Stücke. Dadurch wird der erwähnte Oxydationsprozeß begünstigt und die mit diesem verbundene Wärmeentwicklung kann zu einer für die Selbstentzündung der Kohlen hinreichenden Temperatursteigerung Veranlassung geben.12

Die prozentische Zusammensetzung der verschiedenen Steinkohlen schwankt zwischen 70 bis 93% Kohlenstoff, 4,5 bis 6% Wasserstoff, 4 bis 20% Sauerstoff, 0,2 bis 1,5% Stickstoff, 3 bis 12% Mineralsubstanzen und 2 bis 4% hygroskopischem Wasser.

Die Art und Weise, in der die konstituierenden Elemente miteinander verbunden sind, ist bislang nicht aufgehellt, und steht nur fest, daß die Kohlen im allgemeinen ein Gemenge[289] kompliziert zusammengesetzter Substanzen sind. Backende Kohlen geben an einzelne Lösungsmittel, wie Benzol, Chloroform u.s.w., stark fluoreszierende Körper ab, die jedoch noch nicht im reinen Zustand erhalten worden sind. Beim Erhitzen im Rohr zerfallen die wasserstoff- und sauerstoffhaltenden Bestandteile der Kohle und liefern dabei kohlenstoffhaltende Zersetzungsprodukte, die sich im allgemeinen von denjenigen der Braunkohle im wesentlichen durch einen geringeren Sauerstoffgehalt unterscheiden. Bei dieser Gelegenheit verflüchtigt sich auch der Stickstoff in Form von Ammoniak oder von Abkömmlingen dieser Base und steht hiermit die stark alkalische, für die Steinkohle charakteristische Reaktion des wässerigen Destillats im Zusammenhang. Ob neben dem Schwefel, der in Form von Schwefelkies einen konstanten Begleiter (1–2%) der Steinkohle bildet,13 auch Schwefel in organischer Bindung vorhanden ist, muß vorläufig dahingestellt bleiben.

Beim Verbrennen entwickelt die Steinkohle 6500–7800 W.E. und hinterläßt dabei eine Asche, die hauptsächlich aus den Sulfaten und Silikaten des Calciums, Magnesiums, Aluminiums und Eisens besteht,14 während Karbonate, Phosphate und Chloride der Alkalimetalle fast gänzlich fehlen. Bei Gegenwart bestimmter Mengen von Eisenoxyd oder von Silikaten nimmt die Asche eine mehr oder weniger zähflüssige Beschaffenheit an und gibt dadurch Veranlassung zur Verstopfung der Rostspalten. Diesem Uebelstand kann manchmal durch eine geeignete Mischung der Kohlen begegnet werden; in andern Fällen setzt man der Kohle etwas Kalk oder Natriumsulfat zu und erzielt dadurch dünnflüssige Schlacken, was bei Generatorfeuerungen von Nutzen sein kann.

In der Regel enthält die Asche (Schlacke) unverbrannte Kohle resp. Koksstückchen mechanisch eingeschlossen, von welchen sie eventuell durch Auslesen befreit wird, um dann als Isolier- oder geringwertiges Schottermaterial bezw. in Verbindung mit Zement als Baustein Verwendung zu finden.

Außer zur direkten Feuerung und zum Generatorbetrieb dienen die Steinkohlen zur Leuchtgasfabrikation und zur Koksbereitung. Für den erstgenannten Zweck können alle Kohlensorten mehr oder weniger vorteilhaft benutzt werden; für den Generatorbetrieb eignen sich in erster Linie langflammige Sand- oder auch nichtbackende Sinterkohlen; für die Leuchtgasfabrikation kommen hauptsächlich langflammige Back- oder Sinterkohlen (Gaskohlen) in Betracht und für die Koksbereitung sind kurzstämmige Backkohlen den übrigen Gattungen vorzuziehen.

In bezug auf die Verwendung zur direkten (Rost-)Feuerung ist zu bemerken, daß sich langflammige Back- wie auch Sinterkohlen für den Flammofen- und Dampfkesselbetrieb, kurzstämmige Sandkohlen zum Brennen von Kalk oder Ziegeln (im Schacht- resp. Ringofen) am vorteilhaftesten erweisen. Anthrazite finden auf dem Kontinent vorzugsweise zum Heizen von Zimmeröfen und zur Wassergasbereitung, in Amerika außerdem zum Hochofenbetrieb Verwendung. – Häufig erscheint es angezeigt, verschiedenartige Kohlen miteinander zu mischen, um die Brauchbarkeit einer vorhandenen, für einen bestimmten Zweck weniger geeigneten Kohle zu erhöhen. So läßt sich z.B. eine stark backende und deshalb für die Rost- und Generatorfeuerung unvorteilhafte Sorte durch Zumischen von mageren Kohlen (Sandkohle) wesentlich verbessern, wie umgekehrt eine kurzstämmige Sandkohle nach Zusatz von fetter Kohle (Backkohle) als Flammofenkohle verwertet werden kann. Im übrigen kann nur auf Grund vergleichender Versuche über den Heizwert und über das allgemeine Verhalten sowie unter Berücksichtigung der Preisverhältnisse entschieden werden, welche Kohle unter den gegebenen Verhältnissen den Vorzug verdient.

Briketts. Die beim Abbau und bei der Aufbereitung massenhaft abfallende Feinkohle eignet sich nicht für den Versand auf größere Entfernungen. Da jedoch nur ein kleiner Teil der Gesamtproduktion in der Umgebung der Zechen verfeuert werden kann, so verwertet man die gasärmeren Fein- oder Staubkohlen vorwiegend in der Weise, daß man die einzelnen Partien auf maschinellem Wege zu kompakten Stücken, Briketts, formt, während die fetten Sorten hauptsächlich in der Kokerei Verwendung finden. Behufs Herstellung von Briketts mischt man das pulverige Material zunächst mit einem leicht erweichenden Bindemittel und bringt dann die in der Wärme plastisch werdende Masse unter sehr starkem Druck in Ziegelform, wodurch ein bei gewöhnlicher Temperatur festes, beim Transport nicht zerfallendes Produkt erhalten wird. Von den vielen zu diesem Zweck vorgeschlagenen Bindemitteln hat sich das bei der Destillation des Steinkohlenteers hinterbleibende Schwarzpech (Hartpech) als das zweckentsprechendste erwiesen, da schon ein geringer Prozentsatz (3–5%) zur Verklebung ausreicht, und da das Pech selbst, ohne Asche zu hinterlassen, unter bedeutender Wärmeentwicklung verbrennt.15 – Näheres s. Brikettieren.

Die Vorzüge, welche die Briketts der ungeformten Kohle gegenüber bieten, liegen insbesondere in ihrer Unveränderlichkeit beim Lagern, in ihrer stets gleichförmigen Beschaffenheit, in ihrer bequemen, eine vollkommene Ausnutzung des Verladeraums gestattenden Form[290] sowie in ihrer leichten Verbrennlichkeit und der damit zusammenhängenden geringen Rauchentwicklung. In Hinsicht auf Heizwert erweisen sich dagegen die Briketts dem nichtbrikettierten Material kaum überlegen. Zum Zweck der Erzielung vollkommen rauchfrei verbrennender Briketts hat man vorgeschlagen, der Feinkohle sauerstoffabgebende Körper, wie Braunstein u.s.w., beizumengen, wie auch die Beimischung geringer Mengen von Kalksteinpulver behufs Bindung der bei der Verbrennung aus dem Schwefelkies sich bildenden schwefligen Säure empfohlen worden ist. Die deutsche Produktion von Briketts ist im Vergleich zu der mehrere Millionen Tonnen jährlich betragenden französischen, belgischen und englischen gering; doch ist sie in steter Zunahme begriffen.

Koks. Der bei der trockenen Destillation der Steinkohlen hinterbleibende Rückstand, der Koks, bildet beim Kokereibetrieb das Hauptprodukt, während er bei der Leuchtgasfabrikation als Nebenprodukt abfällt. In den Kokereien wird heutzutage beinahe nur noch in der Weise gearbeitet, daß die Kohle (hauptsächlich in Form von Feinkohle) in gemauerte, von Heizkanälen durchzogene und verschließbare Kammern eingefüllt und dann so lange erhitzt wird, als noch flüchtige Bestandteile entweichen, welche in einem mit der Kammer verbundenen Kondensationssystem abgefangen werden. Nach Beendigung der Operation wird der Ofen entleert und der herausgezogene noch glühende Koks mit Wasser abgelöscht. Die Verkokung bezweckt neben der Entfernung der sich beim Erhitzen zersetzenden Bestandteile die Verflüchtigung des die Verwendbarkeit der Rohkohle zur Metallgewinnung beeinträchtigenden Schwefelgehalts, der größtenteils auf beigemengten Schwefelkies zurückzuführen ist. Die auf dem angegebenen Weg gewonnenen sogenannten metallurgischen Koks bilden harte, metallglänzende Stücke. Sie müssen einerseits genügende Fertigkeit besitzen, um das im Hochofenschacht auf ihnen lastende Gewicht der Post ohne Formveränderung zu tragen, und anderseits porös genug sein, um eine energische Reduktion des Kohlendioxyds zu bewirken. Die metallurgischen Koks finden hauptsächlich im Hüttenbetrieb sowie zum Schmelzen von Metallen Verwendung und vermögen die Holzkohlen in den meisten Fällen zu ersetzen. Die bei der Leuchtgasfabrikation abfallenden Koks eignen sich für die genannten Zwecke wegen ihrer geringen Fettigkeit und großen Porosität nicht und dienen vorwiegend als Hausbrand.

Die Koks enthalten 90–95% Kohlenstoff, 0,2–1,5% Wasserstoff, 1–4% Sauerstoff, 0,4–1,5% Stickstoff, 1% Schwefel, 5–8% Asche und 2–4% hygroskopisches Wasser. Der Kohlenstoff ist unzweifelhaft zum größten Teil in elementarem Zustand vorhanden; bezüglich der Art der Bindung der übrigen Bestandteile gehen die Ansichten auseinander. Die Koks sind schwer entzündlich und verbrennen mit kurzer blauer Flamme, wobei sie bis zu 7800 W.E. liefern. Die Brikettierung von Koksklein mit Erzen zum Zweck der Metallerzeugung sowie der Herstellung von Kokssteinen zum Aussetzen von Hochofensohlen ist vorläufig nicht über das Stadium der Versuche hinausgelangt.

b) Flüssige Brennmaterialien.

Unter den flüssigen Heizstoffen besitzen nur das Petroleum und der Steinkohlenteer einige Bedeutung; andre brennbare Flüssigkeiten, wie Benzin, Alkohol, Holzgeist, Oele u.s.w., kommen nur für den direkten Betrieb von Verbrennungsmotoren in Betracht.

Petroleum. Während man früher mit Hoefer auf Grund von Beobachtungen, die Engler bei der Destillation des Fischtrans unter Druck gemacht hatte, ziemlich allgemein annahm, daß das Petroleum das Produkt der unter besonderen Verhältnissen vonstatten gegangenen Zersetzung mariner Tiere sei, haben sich neuerdings auch andre Ansichten Geltung verschafft.

Insbesondere hat die von Berthelot, Mendeljeff und Moissau vertretene Auffassung, daß das Petroleum aus im Erdinnern vorhandenen Karbiden und Wasser entstanden sei, viele Anhänger gefunden, und auch die von G. Krämer aufgestellte Hypothese, daß als Material für die Bildung des Petroleums wie auch des Ozokerits Diatomeen in Betracht kommen, wird von mancher Seite geteilt.

Das Vorkommen von Petroleum ist an vielen Orten und in den verschiedensten Formationen nachgewiesen worden. Das massenhafte Auftreten dieses Naturprodukts beschränkt sich jedoch auf die nordamerikanischen und die kaukasischen Oeldistrikte (Pennsylvanien, Ohio, Kanada, bezw. Halbinsel Apscheron, Baku), deren Produktion 90% der gesamten beträgt. Im Vergleich hiermit sind die peruanischen, galizischen und rumänischen Fundstellen nur von untergeordneter Wichtigkeit. Im Deutschen Reich hat man außer bei Pechelbronn und bei Peine auch an der Wietze in der Gegend von Celle Petroleum in die Ausbeutung lohnenden Mengen erbohrt, das zwar nur wenig niedrig siedende Anteile enthält, dagegen besonders reich an als Schmieröl verwendbaren Partien ist.[291]

Das aus Bohrlöchern infolge des auf ihm lallenden Gasdruckes spontan zutage tretende oder mittels Pumpen geförderte Rohöl Hellt nach Abscheidung des mitgehobenen Salzwassers eine je nach Fundort gelbe bis schwarze Flüssigkeit von eigentümlichem Geruch und einem zwischen 0,75 bis 0,98 liegenden spez. Gew. dar, die im wesentlichen aus einem komplexen Gemenge von Kohlenwasserstoffen der Paraffinreihe – wie das amerikanische – oder aus solchen der Naphthenreihe – wie das kaukasische- besteht. Daneben enthalten die Rohöle noch geringe Mengen andrer Körper, wie Petrolsäuren, Schwefelverbindungen, Pyridin u.s.w., die zum größten Teil durch Behandeln mit Natronlauge und konzentrierter Schwefelsäure entfernt werden können.

Das Rohpetroleum wird nur ausnahmsweise als solches verfeuert; in der Regel wird es zum Zweck der Abscheidung einzelner Partien von bestimmten Siedepunktgrenzen der fraktionierten Destillation unterworfen. Die bis 180° übergehenden, nur wenige Prozente betragenden Anteile stellen die sogenannte Petrolnaphtha dar, die ihrerseits bei weiterer Aufarbeitung Petroläther, Gasolin, Petrolbenzin und Ligroin liefert. Die auf die Naphtha folgende, ca. 40% vom Rohöl betragende Partie ist das Leuchtpetroleum (Kerosin). Das Abdestillieren dieses Produktes wird so lange fortgesetzt, bis die Temperatur im Kessel gegen 300° gestiegen ist. Nur der oberhalb dieser Grenze siedende Rückstand, der bis zu 50% vom Rohölgewicht beträgt, kommt, soweit er nicht zur Schmierölfabrikation verwendet wird, als Brennstoff in Betracht. Dieser Petrolrückstand (Masud) bildet eine dicke, zähflüssige, schwarze Flüssigkeit, deren durchschnittliche Zusammensetzung zu 88% Kohlenstoff und 12% Wasserstoff angenommen werden kann. Er entzündet sich nur schwer und verbrennt unter gewöhnlichen Umständen mit stark qualmender Flamme. Mit Hilfe von Zerstäubungsvorrichtungen gelingt es jedoch, die Verbrennung zu einer völlig rauchlosen zu gestalten, wobei eine 13,5–14fache Verdampfung erzielt wird. Infolge ihres hohen Heizwertes und ihrer relativ geringen Raumbeanspruchung eignen sich die Petrolrückstände für die Lokomotiv- und Schiffskesselheizung und ist die Petrolfeuerung insbesondere auf den pennsylvanischen, kaukasischen und südrussischen Bahnen sowie auf den das Kaspische und Schwarze Meer, die Wolga und die untere Donau befahrenden Dampfern eingeführt. Auch die russische Kriegsmarine bedient sich in ausgedehntestem Maßstab dieses Brennstoffs. Die Verwendungsfähigkeit der Petroldestillate zum direkten Motorenbetrieb beruht auf der allen Dämpfen leichtflüssiger Kohlenwasserstoffe gemeinsamen Eigenschaft, mit atmosphärischer Luft explosible Gemenge zu bilden. Bei den niedrig siedenden Produkten, wie Gasolin, erfolgt der Uebergang in Dampfform teilweise schon bei gewöhnlicher Temperatur. Den höher siedenden, wie z.B. dem Leuchtpetroleum, muß Wärme zugeführt werden, um die Dampfspannung zu erhöhen.

Die deutsche Produktion an Rohöl betrug 1902 ca. 50 000 Tonnen im Wert von ca. 3,35 Millionen Mark.

Teer. Der Teer ist ein Produkt der trockenen Destillation der rohen Brennstoffe und stellt eine schwarze, dicke Flüssigkeit von eigentümlichem Geruch und einem 1,0 nur wenig übersteigenden spez. Gew. dar. Die Zusammensetzung des Teers ist in erster Linie von der Natur des Rohstoffs und außerdem bis zu einem gewissen Grad von der Zersetzungstemperatur abhängig.

Von den verschiedenen Arten von Teer hat nur der Steinkohlenteer (s. Teer) früher in größerem Maßstab als Brennmaterial in den Gasfabriken Verwendung gefunden. Heutzutage wird der Teer fast immer behufs Gewinnung seiner wertvollen Bestandteile der Destillation unterworfen und ist nur der hierbei hinterbleibende, ca. 50% vom Teergewicht betragende Rückstand, das sogenannte Schwarzpech (Hartpech), insofern für die Brennstoffindustrie von Bedeutung, als es als Bindemittel bei der Brikettierung des Steinkohlenkleins dient. Das Schwarzpech, das eine feste, bei niederer Temperatur spröde, in der Wärme erweichende Masse darstellt, besteht im wesentlichen aus nicht näher studierten Kohlenwasserstoffen, aus Kohlenpartikelchen u.s.w. und verbrennt im erhitzten Zustand mit roter, sehr stark qualmender Flamme. Außer zur Brikettgewinnung wird es zur Herstellung ordinärer Rußsorten (Pechruß), sowie gelegentlich zur Erzeugung von vollkommen rauch- und aschenfreiem Pechkoks benutzt.

c) Heizgase.

Die Heizgase enthalten als wärmeliefernde Bestandteile hauptsächlich Wasserstoffgas, Kohlenoxyd und Methan. Dagegen ist das Aethylen, das Acetylen und das Benzol von geringerer Wichtigkeit.

Naturgas. Die an einzelnen Punkten der Erde, so insbesondere in Pennsylvanien, in der Umgebung von Baku, in Persien und in China, außerdem auch bei Wels in Oberösterreich vorkommenden, zum Teil schon im Altertum bekannten Quellen brennbarer Gase flehen in der Regel mit unterirdischen Erdölablagerungen derart in Verbindung, daß Gas und Oel ursprünglich in einer gemeinsamen Höhlung eingeschlossen sind. Sobald auf irgend eine Weise eine Kommunikation mit der freien Atmosphäre hergestellt wird, entweicht das Gas mit mehr oder weniger großer Vehemenz, wobei seine Temperatur infolge der äußeren Arbeitsleistung sinkt. Gewöhnlich versiegt der Gasstrom nach kurzer Zeit und an seiner Stelle erscheint eine Erdölquelle. In einzelnen Fällen bleibt jedoch die Menge des in der Zeiteinheit ausströmenden Gases ziemlich konstant, so daß man besondere Einrichtungen zum Auffangen und Fortleiten des Gases getroffen hat, um es als Brennmaterial verwerten zu können. Von besonderer Wichtigkeit ist das Vorkommen des Naturgases für Pittsburg geworden, das einen ansehnlichen Teil seines Wärmebedarfs für häusliche und gewerbliche Zwecke auf diese Weise deckt. – Die Zusammensetzung des Naturgases, die selbst bei einer und derselben Quelle innerhalb ziemlich weiter Grenzen schwankt,[292] kann zu 70 Volumprozent Methan, 20 Volumprozent Wasserstoff neben 10 Volumprozent indifferenter Gase (Kohlensäure und Methan) angenommen werden. Außer für Heizzwecke wird das Gas auch in großem Maßstab zur Herstellung von Rußschwarz verwendet.

Künstliche Brenngase. Die künstlichen Brenngase werden aus festen Brennstoffen erzeugt. Flüssige Stoffe, wie Teeröle, Petrolrückstände u.s.w., kommen beinahe nur für die Gewinnung von Gasen zu Beleuchtungszwecken in Betracht. Die Ueberführung der festen Brennstoffe in Gasform kann nach zwei prinzipiell verschiedenen Methoden erfolgen. Die eine derselben, die mit Ausnahme von Holzkohle, Koks und Anthrazit auf alle festen wie auch auf die flüssigen Materialien angewendet werden kann, steht im engsten Zusammenhang mit dem Wasserstoffgehalt dieser Materialien und beruht auf der Wirkung der Wärme auf viele kompliziert zusammengesetzte organische Verbindungen, die dadurch in einfacher zusammengesetzte zerfallen. Zur Ausführung der Methode für feste Brennstoffe bedient man sich der trockenen Destillation, für flüssige der Ueberhitzung ihrer Dämpfe. Bei den Steinkohlen u.s.w. wird der durch die trockene Destillation bewirkte Vorgang als Entgasung bezeichnet. Die andre Methode, die sich auf alle festen, aber nicht in gleicher Weise auf die flüssigen Brennstoffe anwenden läßt, nimmt im wesentlichen nur auf den Kohlenstoffgehalt Rücksicht und ist auf die Ueberführbarkeit dieses Elements in Kohlenoxyd gegründet. Der hierzu benutzte Weg ist die unvollkommene Verbrennung, und diese kann sowohl mit Hilfe von freiem als auch von gebundenem Sauerstoff vorgenommen werden. Der Vorgang selbst wird als Vergasung bezeichnet; Vergasung und Entgasung finden nebeneinander statt, wenn rohe Brennstoffe (Anthrazit ausgenommen) unvollkommen verbrannt werden.

Destillationsgase. Für die Qualität und Quantität der bei der trockenen Destillation von Brennstoffen entstehenden flüchtigen Produkte ist in erster Linie die Natur des Rohmaterials bestimmend; außerdem ist die Temperatur, bei welcher der Prozeß vor sich geht, von Einfluß. Die flüchtigen Produkte stellen zunächst ein Gemisch von Gasen und Dämpfen dar. Beim Abkühlen auf gewöhnliche Temperatur verflüssigen sich die Dämpfe und scheiden sich in Form von Teer und Wasser ab, welch letzteres einen Teil der darin leicht löslichen Gase zurückhält. Die gasförmig bleibenden Produkte bestehen aus Kohlendioxyd, Kohlenoxyd, Wasserstoff, Methan und ungesättigten Kohlenwasserstoffen und enthalten eventuell geringe Mengen von Ammoniak, Schwefelammonium u.s.w. Die bei der Destillation des Holzes, des Torfs und der Braunkohle auftretenden Gase sind mehr oder weniger reich an Kohlendioxyd und stellen demgemäß nur ein geringwertiges Heizgas dar; das aus Steinkohlen erzeugte Leuchtgas enthält nach der behufs Entfernung des Ammoniaks und der Schwefelverbindungen vorgenommenen Reinigung neben ca. 5 Volumprozent indifferenter Gase (Kohlendioxyd und Stickstoff) durchschnittlich 10 Volumprozent Kohlenoxyd, 45 Volumprozent Wasserstoff, 35 Volumprozent Methan und 5 Volumprozent ungesättigte Kohlenwasserstoffe.

Die Verbrennungswärme von 1 cbm Steinkohlengas (im Gewicht von 0,56 kg) beträgt 5200–5500 W.E. Da zur Erzeugung von 1 cbm Gas ein Aufwand von 3–3,5 kg Steinkohlen erforderlich ist und somit nur ein Viertel des in den Steinkohlen aufgespeicherten Wärmevorrats in das Leuchtgas übergeht, während der Rest in dem Koks zurückbleibt, so kann das Steinkohlengas nur unter bestimmten Voraussetzungen als Heizmaterial in Betracht kommen. Im allgemeinen wird das Leuchtgas nur in der Haushaltung, im Laboratorium und beim Auerschen Glühlicht als jederzeit zur Verfügung stehende und leicht regulierbare Wärmequelle benutzt. Der schon früher gemachte Vorschlag, das in den letzten Stadien der Destillation der Steinkohle übergehende wasserstoffreichere und lichtschwächere Gas getrennt aufzufangen und in besonderen Rohrleitungen den Feuerstellen zuzuführen, ist bislang nirgends zur Ausführung gelangt.

Durch unvollkommene Verbrennung erzeugte Gase. Luft- oder Generatorgas. Zum Zweck der Erzeugung von Lustgas läßt man durch glühende, in einem stehenden Zylinder (Generator) eingeschlossene Kohlen von untenher einen Luftstrom (Primärluft) treten und reguliert dessen Geschwindigkeit in der Art, daß das oben abziehende Gasgemisch möglichst frei von Kohlendioxyd und von Sauerstoff ist. Die Zusammensetzung des aus reiner Holzkohle und trockener Luft entstehenden Gases berechnet sich wie folgt: 1 kg Kohlenstoff liefert 28 : 12 = 2,33 kg Kohlenoxyd. Da die Luft auf 23 Gew. O% Sauerstoff 77 Gew. O% N enthält, so führen die zur Bildung von 2,33 kg Kohlenoxyd erforderlichen 1,33 kg Sauerstoff 1,33 · 77 : 23 = 4,45 kg Stickstoff mit sich und es resultieren insgesamt 6,78 kg Gas, die aus 34,3 Gew. O% Kohlenoxyd und 65,7 Gew. O% Stickstoff bestehen. Beide Gasarten besitzen dasselbe spezifische Gewicht (1,25); demgemäß wird auch die volumprozentische Zusammensetzung des Luftgases durch die angegebenen Zahlen ausgedrückt.

Wird das Lustgas ohne vorhergehende Abkühlung durch nachträglich zugeführte Luft (Sekundärluft) von 0° verbrannt, so werden dadurch 2,33 ∙ 2428 = 5658 (genauer 5665) W.E. frei, zu welchen noch die von dem Lustgas mitgeführten 2417 W.E. treten. Die Verbrennung in zwei Phasen liefert somit dasselbe Resultat wie die direkte Verbrennung, vorausgesetzt, daß keine Wärmeverluste stattfinden Wenn jedoch das Lustgas vor der Verbrennung mit Sekundärluft auf 0° abgekühlt wird, so werden nur 5658 W.E. erhalten, was einem Minderbetrag von 30,4% gleichkommt. Hieraus ergibt sich ohne weiteres, daß das Lustgas unmittelbar nach seiner Erzeugung verbrannt werden muß, wenn ein Verlust von nutzbarer Wärme vermieden werden soll.

Bei der Luftgasbereitung aus rohen Brennstoffen gestalten sich die Vorgänge weniger einfach, als eingangs beschrieben. Zunächst ist das in den Generator eingeführte hygroskopische Wasser nicht ohne Einfluß auf die Temperatur des Gases, indem es namentlich beim Uebergang in den dampfförmigen Zustand Wärme aufnimmt und dadurch abkühlend wirkt. Weiterhin erfolgt die Reduktion von etwa an der Eintrittsstelle der Primärluft entstandenem Kohlendioxyd nicht momentan, sondern nur in dem Maß, als der aufsteigende Gasstrom mit der Oberfläche der höher gelegenen Brennstoffpartikel in Berührung kommt.[293]

Um mit Sicherheit eine ausreichende Oberflächenwirkung zu erzielen, schichtet man den Brennstoff in Form kleiner Stücke im Gaserzeuger so hoch auf, daß der Widerstand, den die Füllung dem freien Durchgang des Gasstroms entgegensetzt, die von den jeweiligen Zug- oder Druckverhältnissen abhängige Grenze nicht überschreitet. Infolge der Abnahme der Temperatur nach oben hin und- der Zunahme des Verdünnungsgrades des Kohlendioxyds geht die Reduktion des letzteren in der Regel nicht vollständig vor sich, so daß schon aus diesem Grunde die Zusammensetzung des technischen Generatorgases nicht genau der Theorie entspricht. Dazu kommt, daß infolge der im Innern des Gaserzeugers herrschenden hohen Temperatur die frisch eingefüllten Materialien zunächst eine Zersetzung erleiden, die sowohl nach ihren Endprodukten als auch nach den äußeren Bedingungen vollkommen der trockenen Destillation entspricht. Die gas- und dampfförmig entweichenden Partien mischen sich dem von unten aufsteigenden Gasstrom bei; der entgaste Rückstand linkt in dem Maße, als die Verbrennung voranschreitet, nach in die tieferen Regionen und wird schließlich vergast. Zur Entgasung selbst ist ein bestimmter, nicht direkt berechenbarer Wärmeaufwand erforderlich, der auf Kosten eines Teils der Bildungswärme des Luftgases gedeckt wird, und ist die dadurch bedingte Temperaturherabsetzung namentlich bei Verwendung von Holz, Torf und Braunkohle nicht unerheblich. Was die Steinkohlen betrifft, so liefern diese je nach der Qualität, der Menge der innerhalb einer gegebenen Zeit durchgesetzten Kohle und der Art der Bedienung des Generators Gase von wechselnder Zusammensetzung; im Durchschnitt kann dieselbe zu 25 Volumprozent Kohlenoxyd, 6 Volumprozent Wasserstoff, 3 Volumprozent Methan, 1 Volumprozent ungesättigter Kohlenwasserstoffe, 62 Volumprozent Stickstoff und 3 Volumprozent Kohlendioxyd angenommen werden.16 1 cbm = 1,1 kg des Gases (von 0°) liefert bei der Verbrennung mit Sekundärluft ca. 1200 W.E.

Durch Verkohlen von bituminöser Kleinkohle bei niedriger Temperatur unter Zuhilfenahme von Wasserdampf in eigens konstruierten, die gleichzeitige Gewinnung von Ammoniak ermöglichenden Apparaten hat L. Mond ein an Wasserstoff und Methan reiches Generatorgas hergestellt, das sich jedoch nur unter besonders günstigen örtlichen Verhältnissen vorteilhaft verwerten läßt. (Mondsches Gas.)

Die aus 1 kg der einzelnen Brennstoffe erhältlichen Luftgasmengen betragen:

Hochofengichtgas. Nach Bildungsweise und Zusammensetzung steht das Hochofengichtgas dem Lustgas nahe. Das erstere unterscheidet sich von dem letzteren hauptsächlich durch seinen höheren Gehalt an Kohlendioxyd, der auf zwei verschiedene Ursachen zurückzuführen ist. Die eine derselben ist die im Hochofen vor sich gehende Reduktion der oxydischen Erze, die eine teilweise Umwandlung des im Schacht aufsteigenden Kohlenoxyds in Kohlendioxyd zur Folge hat; die andre ist in der Zersetzung des als Zuschlag verwendeten Kalksteins zu suchen.

Das Hochofengichtgas enthält durchschnittlich 20 Vol. O% Kohlenoxyd, 18 Vol. O% Kohlendioxyd, 62 Vol. O% Stickstoff und liefert pro Kubikmeter = 1,3 kg ca. 800 W.E. Die mit dem Betrieb eines einzelnen Hochofens verbundene Gasproduktion beträgt bis zu 500000 cbm innerhalb 24 Stunden. Das Gas wird auf den Hüttenwerken selbst zum Vorwärmen des Gebläsewindes und neuerdings in ausgedehntem Maßstab zum Motorenbetrieb benutzt, in welchem Fall es zuvor vollkommen von mitgeführtem Flugstaub befreit sein muß. S. Verbrennungsmotoren.

Regenerierung des Kohlenoxyds. Anstatt die gesamte bei der Vergasung des Kohlenstoffs frei werdende Wärmemenge zur Temperaturerhöhung des entfliehenden Luftgases zu verwenden, kann ein Teil derselben auch in dem Sinn verwendet werden, daß man mit ihrer Hilfe – unter gleichzeitiger Inanspruchnahme des im Generator stets vorhandenen Kohlenüberschusses – solche Reaktionen zur Durchführung bringt, die ihrerseits Kohlenoxyd liefern. Als nächstliegendes Mittel hierfür bietet sich a priori die Einführung von Kohlensäure neben der Primärluft in den Generator dar. Da im Innern desselben alle Bedingungen für die Reduktion dieses Gases vorhanden sind, so wird sich durch diesen Kunstgriff eine Anreicherung von Kohlenoxyd in den oben abziehenden Gasen erzielen lassen. Die Menge von Kohlenoxyd, die im Maximum in einem auf diese Weise erhaltenen Gasgemisch vorhanden sein kann, ist theoretisch durch das Verhältnis der bei der Luftgasbildung frei werdenden Wärmemenge (2417 W.E. pro 1 kg Kohlenstoff) zu dem für die Reduktion der Kohlensäure erforderlichen Wärmebedarf (890 W.E. pro 1 kg Kohlensäure) begrenzt. Unter der Voraussetzung, daß die gesamte Wärmeproduktion zu dem genannten Zweck disponibel sein würde, berechnet sich die Zusammensetzung des Gasgemisches zu 57 Volumprozent Kohlenoxyd und 43 Volumprozent Stickstoff. Vor einiger Zeit sind Versuche angestellt worden, das in den Abgasen der Feuerungen enthaltene Kohlendioxyd in dem angedeuteten Sinne zu verwerten, und hat insbesondere Siemens einen Generatorofen konstruiert, bei welchem ein Teil der Abgase wieder unter den Rost zurückgeführt wird, während gleichzeitig eine bestimmte Quantität Primärluft zutritt. Die der praktischen Durchführung des Projektes sich entgegenstellenden Schwierigkeiten sind jedoch, wie es scheint, noch nicht behoben.

Wassergas. Die Bildung des Wassergases beruht auf der Wechselwirkung zwischen hocherhitzter Kohle und Wasserdampf, die bei Temperaturen über 1200° im Sinne der Gleichung: C + H₂O = CO = H₂ vor sich geht. Dieser Prozeß entspricht dem Verhalten des Kohlenstoffs gegen viele andre anorganische Oxyde in der Hitze und ist durch die Abscheidung des elektronegativen Bestandteils der Sauerstoffverbindung in elementarer Form einerseits und die Entstehung[294] von Kohlenoxyd anderseits charakterisiert. Der obigen Gleichung gemäß bilden sich hierbei gleiche Volumina oder 28 · 100 : 30 = 93,3 Gew. O% Kohlenoxyd und 6,7 Gew. O% Wasserstoff. Diese Zahlen geben jedoch die Zusammensetzung des Wassergases nur dann wieder, wenn es unter der angegebenen Bedingung erzeugt wird; mit Unkender Temperatur tritt an die Stelle des Kohlenoxyds allmählich Kohlendioxyd, und kann die Umsetzung bei ca. 500° als ausschließlich nach der Gleichung C + 2H₂O = CO₂ + 2H₂ verlaufend angesehen werden.

Die Verbrennung des Kohlenstoffs zu Kohlenoxyd mittels Wasserdampfs erfolgt im Gegensatz zu derjenigen mittels atmosphärischen Sauerstoffs unter Wärmebindung: die Reaktion ist endothermisch und nicht exothermisch. Wie bei der Vereinigung von 1 kg Wasserstoff mit 8 kg Sauerstoff 29360 W.E. frei werden, so ist auch umgekehrt zur Spaltung des Wassers in seine Elemente der gleiche Wärmeaufwand erforderlich. 1 kg Wasserdampf von 100° bedarf dementsprechend zur Zerlegung 29360 : 9 = 3260 W.E. Hierbei entliehen 0,89 kg Sauerstoff und 0,11 kg Wasserstoff. Bei Gegenwart von Kohlenstoff vereinigen sich die frei werdenden 0,89 kg Sauerstoff mit 0,66 kg des erstgenannten Elementes zu 1,55 kg Kohlenoxyd, während der Wasserstoff intakt bleibt. Der Uebergang von Kohlenstoff in Kohlenoxyd ist auch bei Anwendung von gebundenem Sauerstoff mit derjenigen Wärmeproduktion verbunden, die diesem Vorgang eigentümlich ist. Demgemäß werden durch den Prozeß selbst 0,66 · 2417 = 1595 W.E. gewonnen. Diese 1595 W.E. sind von den für die Zerlegungsarbeit von 1 kg Wasserdampf aufzuwendenden 3260 W.E. in Abzug zu bringen; der Rest 3260 – 1595 = 1665 W.E. ist dagegen anderweitig zu decken, wenn einem Sinken der Temperatur vorgebeugt werden soll. Die Ausgleichung dieses Defizits kann durch von außen zugeführte Wärme erfolgen, indem man das Gefäß, in welchem die Einwirkung des Wasserdampfes auf die Kohlen stattfindet, erhitzt; in der Technik wird jedoch derselbe Zweck in der Weise erreicht, daß Wasserdampf und atmosphärische Luft alternierend auf die Kohlenschicht geblasen und die jeweils entstehenden Gase getrennt aufgefangen werden. Die abkühlende Wirkung, die der Wasserdampf auf die heißen Kohlen ausübt, läßt sich dadurch ausgleichen, daß man die Zuströmung für kurze Zeit unterbricht und dann – nach dem Umschalten der Gasausströmungsventile – durch Einblasen von Luft die Kohlen zu lebhafter Glut anfacht, wodurch sie zu neuer Zersetzungsarbeit befähigt werden. Durch abwechselndes Einführen von Dampf und Luft in den Gaserzeuger wird ein je einige Minuten andauernder Strom von Wassergas resp. von Lustgas erzeugt und spielen sich die beiden verschiedenen Vorgänge in beliebig rascher Folge hintereinander ab. – Als Material für die Herstellung von Wassergas dient vorzugsweise Anthrazit; die gebräuchliche Apparatur ist unter Wassergas beschrieben.

Das technische Wassergas besteht durchschnittlich aus 48 Vol. O% Wasserstoff, 43 Vol. O% Kohlenoxyd, 4 Vol. O% Kohlendioxyd und 5 Vol. O% Stickstoff. Der Gehalt an Stickstoff ist auf eine der Natur des Betriebs nach unvermeidliche Beimengung von Lustgas zurückzuführen; das Kohlendioxyd rührt von der zwischen Kohlenstoff und Wasserdampf bei sinkender Temperatur vor sich gehenden Reaktion her. Infolge des Gehaltes der Anthrazitasche an Schwefel- und Siliciumverbindungen sind dem rohen Wassergas geringe Mengen von Schwefel- und Siliciumwasserstoff beigemengt, die durch Behandeln mit Wasser und Kalk entfernt werden, ehe das Gas zur Verwendung gelangt. – 1 cbm = 0,71 kg Wassergas liefert ca. 2600 W.E.

Untersuchung der Brenngase. Behufs Feststellung der Mengenverhältnisse der Bestandteile einer Gasprobe bedient man sich einfacher Absorptions-, Verbrennungs- und Verpuffungsmethoden. Die Absorptionsmethoden beruhen darauf, daß die einzelnen Gasarten durch Lösungsmittel, welche auf die übrigen keine Wirkung ausüben, der Reihe nach entfernt werden, wobei sich das Volumen des absorbierten Bestandteils aus der Differenz der Volumina vor und nach der Behandlung mit dem Absorptionsmittel ergibt. Als Absorptionsmittel kommen für ungesättigte Kohlenwasserstoffe rauchende Schwefelsäure, für Kohlenoxyd salzsaure oder ammoniakalische Kupferchlorürlösung, für Kohlendioxyd Natronlauge und für Sauerstoff alkalische Pyrogallollösung oder Phosphor in Stangenform zur Verwendung.

Für Wasserstoff, Methan und Stickstoff existieren keine Lösungsmittel. Man bedient sich zur Bestimmung des Wasserstoffgases neben Methan des verschiedenartigen Verhaltens des schwach erhitzten Palladiumasbests zu den genannten Körpern bei Gegenwart von Sauerstoff resp. atmosphärischer Luft und verfährt in der Art, daß man das mit einem abgemessenen Luftvolumen gemengte Gas mit der genannten Kontaktsubstanz in Berührung bringt. Aus der eingetretenen Volumenminderung kann dann auf den Wasserstoffgehalt geschlossen werden. Das unter den angegebenen Verhältnissen intakt bleibende Methan wird weiterhin in der Weise bestimmt, daß man nach abermaliger Zugabe von Sauerstoff eine Explosion des Gasgemenges durch den elektrischen Funken einleitet und aus der entstandenen, durch Absorption zu ermittelnden Kohlendioxydmenge das Volumen der ursprünglichen Substanz berechnet. Ein etwaiger Rest ist als Stickstoff anzusehen. Für die Bestimmung kleiner Mengen von Methan in Grubenwettern (s. Wetter) verfährt man zweckmäßig in der Art, daß man ein großes, abzumessendes Volumen des zu untersuchenden Gases über glühendes, in einer Glasröhre befindliches Kupferoxyd leitet und die entstandene Kohlensäure in Natronlauge auffängt.

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Torf. Seydel, Der Torf und seine rationelle Verwertung, Berlin 1873; Hausding, A., Handbuch der Torfgewinnung und Verwertung, 2. Aufl., Berlin 1904; Ders., Die Torfwirtschaft Süddeutschlands und Oesterreichs, Berlin 1878; Birnbaum, E. u. K., Die Torfindustrie und die Moorkultur, Braunschweig 1880; Stiemer, Der Torf und dessen Massenproduktion; Wolff, L.C., Versuche über die Verwertung des Torfs, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure 1904, S. 887; v. Giese, Gewinnung und Verarbeitung von Torf in der Eifel, Aachen 1892; Torf als Streumaterial, Bayer. Industrie- und Gewerbeblatt 1889, 10; Heine, H., Technische Verwertung des Torfs, Chem. Zeitschrift, 2, S. 522; Entwässern von Torf auf elektrischem Wege, Zeitschrift für angewandte Chemie 1903, S. 739.

Braunkohlen. Hotop u. Wiesenthal, Deutschlands Braunkohle, ihre Gewinnung, Verwertung und wirtschaftliche Bedeutung, Berlin 1903; Pollak, Die böhmische Braunkohle in den letzten 25 Jahren, Dresden 1877; Felix, Beiträge zur Kenntnis der fossilen Hölzer Ungarns, Budapest 1887; Friese, Bilder von den Lagerstätten des Silber- und Bleibergbaus zu Pribram und des Braunkohlenbergbaus zu Brunn, Wien 1887; Preißig, Die Preßkohlenindustrie, Freiberg i. S. 1887; Vollert, Der Braunkohlenbergbau im Oberbergamtsbezirk Halle, Halle 1889; Scheithauer, Das Bitumen der Braunkohle, Zeitschrift für angewandte Chemie 1904, S. 1112.

Steinkohlen. Toula, F., Die Steinkohlen, ihre Eigenschaften und Vorkommen, Leipzig 1891; Mietsch, Geologie der Steinkohlenlager; Petzhold, Beiträge zur Kenntnis der Steinkohlenbildung, Leipzig 1882; Frech, Ueber Ergiebigkeit und voraussichtliche Erschöpfung der Steinkohlenlager, Stuttgart 1901; Muck, Die Chemie der Steinkohle, Leipzig 1891; Haton de la Goupillière, Grundriß der Aufbereitungskunde, übersetzt von Rauscher, Leipzig 1886; Lamprecht, R., Die Kohlenaufbereitung, Leipzig 1888; Die Entwicklung des niederrheinisch-westfälischen Steinkohlenbergbaus in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, 11 Bände mit zahlreichen Textfiguren und lithographischen Tafeln, Berlin 1902; Fleischauer, G., Erläuterndes Verzeichnis der Steinkohlenzechen, Kokereien und Brikettfabriken des Ruhr- und westfälischen Gebiets, der Steinkohlengruben des Wurmreviers, und der rheinischen Braunkohlengruben, Oberhausen 1894; Wagner, Beschreibung des Bergreviers Aachen, Bonn 1881; Kosmann, Oberschlesien, sein Land und seine Industrie, Gleiwitz 1888; v. Festenberg-Packisch, Der Steinkohlenbergbau Niederschlesiens, Breslau 1886; Beck, R., Die Flötzlagerung des Plauenschen Grundes, Zeitschrift der deutschen Geolog. Gesellschaft 1891, S. 767; Schwackhöfer, Die Kohlen Oesterreich-Ungarns und Preußisch-Schlesiens, Wien 1901; Hantken, Die Steinkohlenflöze in den Ländern der Ungar. Krone, Budapest 1878; Katzer, Geologie von Böhmen, Prag 1892; Monographie des Ostrau-Karwiner Steinkohlenreviers, Wien und Teschen 1885.

Briketts. Gurlt, Die Bereitung der Steinkohlenbriketts, Braunschweig 1880; Lunge, Die Industrie der Steinkohlenteerdestillation, 3. Aufl., Braunschweig 1888; vgl. ferner die Literatur zum Art. Brikettieren.

Koks. Dürre, Die neuen Koksöfen, Leipzig 1892; Simmersbach, Grundzüge der Kokschemie, Berlin 1895; Ders., Die Koksfeuerung als Lösung der Rauchfrage, Gelsenkirchen 1897.

C. Häußermann.