Der Energiebegriff - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 17

Tab. 2.4 Die Exergie der Methanverbrennung unter verschiedenen Bedingungen und in verschie-
denen Umgebungen. Die Einheit aller Zahlen ist kJ⋅mol −
Verbrennung in Sauerstoff Verbrennung in Lut

Term H O(g) H O(f) H O(g) H O(f)

U − U 803 886 803 886

P ( V − V ) 0 5 0 5

− T ( S − S ) 41 − 52 34 − 60

Heizwert 803 891 803 891

Exergie 844 839 837 831

bunden ist:

Q ′ = T Δ S ′ = T ( Δ S tot − Δ S ) wobei Δ S tot ≥

= T Δ S tot − T ( S − S ) .

Setzt man diese drei Beiträge in ( 2.15 ) ein, so ergibt sich

W f + T Δ S tot =( U − U )+ P ( V − V )− T ( S − S ) . (2.16)

Diese Gleichung lässt eine nahe liegende Interpretation zu: Auf der rechten Seite steht die
gesamte Exergie E ,die in einem Prozess umgewandelt wird in die nutzbare Energie W f und
in die Wärme, die zur Erhöhung der System- und Umgebungsentropie benötigt wird. Der
Prozess ist reversibel, wenn T Δ S tot = gilt, und er ist irreversibel, wenn T Δ S tot > . Die
Exergie einer chemischen Reaktion beträgt daher

E chem =( U − U )+ P ( V − V )− T ( S − S ) (2.17)

und wir wollen uns die Bedeutung jedes einzelnen der 3 Terme überlegen:

1. Term: U − U
Dieser Term charakterisiert die Änderung der inneren Energie der Reaktanden.
Er liefert zur Exergie den weitaus größten Beitrag, der durch die molekularen
Bindungsenergien bestimmt wird. Gleichzeitig sindin diesem Term auch die Bei-
träge enthalten, die für einen Phasenübergang (zum Beispiel flüssig (f)⇌gasför-
mig (g)) benötigt werden, siehe Tab. 2.4 . Damit eine Reaktion selbständigabläut,
muss U > U sein, das heißt, dieser Term ist immer positiv.
2. Term: P ( V − V )
Dieser Term berücksichtigt, dass sich bei chemischen Reaktionen das Reaktions-
volumen der Reaktanden verändern kann. Eine Volumenänderung tritt ein, wenn
die Anzahl der Reaktanden vor und nach der Reaktion unterschiedlich sind. Ein
Beispiel ist die Reaktion

H +O ⇌ H O. (2.18)