Brennstoffe sind chemische Energieträger, die durch kontrollierte Oxidation (Verbrennung) oder andere Reaktionen nutzbare Energie freisetzen. Aus werkstofftechnischer Sicht werden Brennstoffe als funktionale Werkstoffe betrachtet, deren chemische Zusammensetzung, Phasenstruktur und Reinheit maßgeblich die Energieausbeute, Emissionen sowie die Wechselwirkung mit umgebenden Konstruktionswerkstoffen bestimmen.

Konventionelle Brennstoffe wie fossile Flüssigkraftstoffe (z. B. Kerosin, Diesel, Otto‑Kraftstoffe) sind komplexe Mehrkomponentensysteme aus Kohlenwasserstoffen. Für ihre Charakterisierung werden u. a. Heizwert, Siedeschnitt, Viskosität, Zündwilligkeit (Cetanzahl, Oktanzahl) sowie thermische und oxidative Stabilität herangezogen. Diese Eigenschaften beeinflussen Verbrennungsprozesse, Korrosionsverhalten in Leitungssystemen und Alterungsmechanismen.

Im Kontext nachhaltiger Energiesysteme gewinnen nachhaltige Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF), Biokraftstoffe sowie weitere alternative Brennstoffe (z. B. Ammoniak, Wasserstoff, E‑Fuels) an Bedeutung. Hier stehen die Anpassung der molekularen Struktur, die Minimierung von Schadstoffemissionen und die Kompatibilität mit bestehenden Materialien (Dichtungen, Legierungen, Beschichtungen) im Fokus. Werkstofftechnisch relevant sind u. a. Spannungsrisskorrosion, Wasserstoffversprödung und Ablagerungsbildung.

Metallbasierte Brennstoffe (z. B. Aluminium, Eisen in fein verteilter Form) werden als zirkulierbare, lagerfähige Energiespeicher erforscht. Ihre Nutzung erfordert ein tiefes Verständnis von Partikelmorphologie, Oxidationskinetik, Schlackenbildung und Rückführbarkeit der Reaktionsprodukte. Unfalltolerante Brennstoffe beziehen sich vor allem auf Kernbrennstoffe, bei denen Mikrostruktur, Beschichtungssysteme und Phasenzusammensetzung gezielt angepasst werden, um Reaktivität und Freisetzung radioaktiver Produkte unter Störfallbedingungen zu begrenzen.

Insgesamt verbindet die werkstoffwissenschaftliche Betrachtung von Brennstoffen chemische Thermodynamik, Kinetik, Mikrostrukturdesign und Grenzflächenphänomene, um sichere, effiziente und zunehmend nachhaltige Energiesysteme zu entwickeln.