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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 [278] 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:

Torf	225°
Steinkohle	326°
Holzkohle	360°
Koks	700°
Leuchtgas	800°
Lustgas	900°

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[279] 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[280] 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.

[281] 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:

Sauerstoff	0,218
Stickstoff	0,244
Atm. Luft	0,237
Kohlendioxyd	0,216
Kohlenoxyd	0,247
Wasserdampf	0,475.

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:

Kohlenstoff (Holzkohle)	0,22
Wasserstoff	3,41
Kohlenoxyd	0,24
Methan	0,59.

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,[282] 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.

[283] 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.

[284] 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:

[285] 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.[286] 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[287] 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.

[288] 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[289] 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