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Die Erfindung befasst sich mit Energieerzeuger mit Erdgas, bei welchen die erzeugte Energie in einem Abhitze Kessel, einem Dampfkessel und als Wärme und elektrische Energie ausgekoppelt wird, sowie mit der Verwendung von Sauerstoff O2 und der Wasserstoff H2 Erzeugung, um die Elektrolyse mit dem Verbrauch von Elektro Energie und die Energieerzeuger mit einer Nutzung des Sauerstoff O2 und der Verwendung der Elektro Energie effizient zu verbinden und eine Speicherung von CO2 und Klimaschutz durch CO2 Speicher zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Verwendung von Sauerstoff O2, welcher als Green Oxygen O2 bei der Wasserstoff H2 Herstellung im Elektrolyseur in 8-facher Menge kg aus Wasser H2O vorhanden ist, um mit dem Sauerstoff O2 die Energie Erzeugung zu ermöglichen und verschiedene Reaktionsprodukte CO, H2O und CO2 zur Lagerung in einem Gasspeicher zu ermöglichen und Immissionen zu vermeiden. S. Gl. (1).
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Weiter ist aus Terra X des ZDF über den Klimaschutz nach Harald Lesch bekannt, dass dieser Klimaschutz mit dem Klimaschutz-Dilemma von der heutigen Generation vergeigt wurde. Nachteilig ist bei dem Aufbau der Elektro Energie und der Unterversorgung, diese knappe Energie für wenige Personen und Institutionen auf Kosten der Allgemeinheit zum Vorteil Weniger zu verschwenden, ohne einen Beleg durch Immissionsprognosen nach TA Luft 2.2.
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Weiter ist im Rahmen der Davos Agenda 2022 ein Beitrag über die Rolle von Wasserstoff H2 bei der Dekarbonisierung von Siemens Energy bekannt, in welchem Partnerschaften mit der Politik, der Industrie sowie unabhängigen Akteuren gleichermaßen vorgeschlagen werden, um den Import der Erneuerbaren Energie nach Europa zu vermeiden. Näheres: Davos Agenda 2022, Christian Bruch, Siemens Energy. Im Rahmen der Vernetzung der Akteure sowie der Zusammenführung einzelner Prozesse und Subsysteme sind weitere Maßnahmen notwendig.
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Weiter ist ein Adsorptionsbett mit niedrigem Druckabfall für Carboncapture CO2 bei einer Kostenbegrenzung für Elektro Energie auf 8 US$ pro Mg CO2 von der
EP 2 986 357 B1 bekannt, nach welcher die niedrigen Druckverluste, nachteilig auf einem Anstieg der Druckverluste eines Nenn-Volumen von 3.571.000 Nm3/h kalkuliert sind. Näheres: Example 02, der
EP 2 986 357 B1 .
Eine falsche Druckverlust (delta)p Berechnung, mit welcher die Nenn-strömung von 3.571.000 Nm3/h, laminar und turbulent, mit dem Quadrat der Geschwindigkeit beaufschlagt sind. Näheres in VDI Wärmeatlas / La1 / Druckverluste / Prof. W. Kast.
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Wesentlicher Nachteil:
- Die Installation, stationär auf Fundamenten, ohne die Erfassung der Immissionen im Aufpunkt: Das CO2-nitrous am Ozon Loch, im point of immission 1; zugleich ein Anstieg der Kosten um 12.500 %, ausgehend von 8 US$ auf derzeit 1.000 € pro Mg CO2. (1000/8 = 120)
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Weiter sind nach der Druckschrift
CH 717 319 A2 von der Swiss Re Group, Christian Mumenthaler, Klimaziele benannt, nach welchen neue Konzepte und neue Business Cases mit ambitionierten Zielen für die Schweiz angesprochen sind, damit Null Emission und die Nutzung beschränkter Ressourcen im Klimaschutz der Schweiz ermöglicht wird. Im Rahmen der Anwendung von Carbon Capture nach der EP 298 6357 b 1 sind am Standort Zürich für Null Emission weitere Maßnahmen notwendig, um die nicht erfassten Klimagase aus Biomassen, nämlich GHG N2O zu beseitigen, welche nach Immissionsprognosen mit 240.000 Mg CO2 im Aufpunkt eingelagert ist.
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Wesentlicher Nachteil:
- • Dokumentation der Emission über 114 Jahre, in der Menge von 240000 Mg /a,
- • 2021 im 2-ten Jahr 480.000 Mg /a CO2-n,
- • 2022 im 3-ten Jahr 720.000 Mg /a bis ins Jahr 2136,
- • Klimaschäden nach der CH 717319 verursacht durch EP 2 986 357 B1 .
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Bei den Folgeschäden und „Null Emission“ nach Swiss Re ist es nämlich so, dass ausgehend von aktuell 720.000 Mg CO2 nach der Immissionsprognose über 114 Jahre der Klimaschaden mit 41,04 Gigaton CO2-n (114/2 x 720.000 Mg) im Ozonloch zu bemessen ist.
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Weiter ist eine Power-to-X-Anlage nach der
DE 10 2019 217 116 A1 bekannt, nach welcher eine optimierte Wasserstofftrocknung und Reinigung bei einem Elektrolyseur mit dem Molekül H2O beschrieben ist. Weitere Maßnahmen sind bei dem atomaren Sauerstoff mit ½ O2, bei der Behandlung und der Nutzung als Energieträger notwendig.
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Weiter ist ein Wärmetauscher für Kühlanlagen nach F25B 30/04 nach der
DE 101 53 452 B4 offenbart, nach welchem dampfhaltige Gase getrocknet werden. Für die Trennung von Abgasen mit H2O und CO2 sind weitere Maßnahmen notwendig.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Klimaneutralität im Falle einer erneuten Nutzung von Erdgas in Energieerzeugern zum Erreichen von Null Immission, um nach der Trennung von H2O und CO2, die Speicherung von CO2 zu ermöglichen.
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Weiter beschäftigt sich die Erfindung in der Anwendungstechnik mit Ammoniumstickstoff im Klärschlamm TS der Stadt Lindau, der als Anteil von 1,45 %, nach DIN 38604-5, in der Trockensubstanz als (NH4-N) in Lindau (B) bestätigt ist, mit der thermischen Verwertung des Klärschlamms durch Fa. Emter, und den Immissionsprognosen durch N2O in 114 Jahren für Lindau (B). Bei Kenntnis des Klimagiftes NH3 sind bei den Immissionsprognosen nach TA Luft 2.2 von 1,30 Gigaton CO2-n in Lindau weitere Maßnahmen im Bürgermeisteramt notwendig.
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung über Energieerzeugung mit Aufgabemitteln für Sauerstoff O2, ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik von Carboncapture nach der
EP 2 986 357 B1 und von Emission Prognosen über CO2 - nitrous ermittelt aus den GHG N2O bei der Verbrennung von Biomasse und Klärschlamm liegt das Problem zugrunde, für die Behandlung und Trennung des CO2 aus den Rauchgasen geeignete Behandlungsmittel vorzuschlagen, um CO2 aus den Rauchgasen zu trennen. Eine weitere Aufgabe besteht bei der Zuordnung von negativen CO2 Immissionen, um negative Immissionsprognosen in 509 Nm3 pro 1.000 kg CO2 zu diagnostizieren.
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Dieses Problem wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale, einem Energieerzeuger mit Erdgas, einem Brenner für Erdgas, Aufgabemittel für Sauerstoff O2 in den Brenner und einem Kondensator für Rauchgase und insbesondere mit einem Elektrolyseur zur Gewinnung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen 2 - 10 genannten Maßnahmen möglich.
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Die mit der Erfindung von Energieerzeugern mit Gasbrennern erzielten Vorteile bestehen in Aufgabemitteln für Sauerstoff O2 in die Gasbrenner und in einem Kondensator für Rauchgase, um aus wasserhaltigen Rauchgasen H2O und CO2 im Taupunkt zu trennen und die Wärmeinhalte zu gewinnen.
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Weitere Vorteile der Energieerzeuger mit Aufgabemittel für O2 und Kondensatoren sind, bei CH4 und Klärschlamm,
- • Verwendung der O2-Energieüberschüsse aus Elektrolyseur,
- • Kondensator für Trennung von CO2 und H2O - Energiegewinn aus oberem Heizwert,
- • Nenn-Menge H2O nach Gl. (1) CH4 + 2 O2 >> CO2 + 2 H2O: (1000 × 36/44) 820 kg H2O pro 1000 kg CO2, bezogen auf CH4.
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Ein vorteilhaftes Merkmal der Energieerzeuger besteht in einer Kombination mit einem Elektrolyseur zur Erzeugung von Sauerstoff O2 und einer Zunahme des surplus (überschüssig) O2 in den H2 Technologien. Weiterer Vorteil: eine Verbindung zu Jule Verne 1875: „Wasser ist die Kohle der Zukunft“.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht es, einen Elektrolyseur zur Gewinnung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, das Nebenprodukt Sauerstoff O2 in der Menge von 1/2 O2 als Energieträger in Energieerzeugern einzusetzen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht es, eine Abzugsleitung für Wasserstoff H2 vorzusehen. Hierdurch ist es mit einem Energieerzeuger möglich, Erdgas, CH4, CxHy als Energie für die Erzeugung von Wasserstoff H2 zu verwenden. Wesentlicher Vorteil: Realisierung mit Erdgas CH4 und surplus (Überschuss) O2.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht es, Gasspeicher für CO2, hinter einem Kondensator und einem Abhitze Kessel vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, CO2 in einem Gasspeicher zu speichern, nachdem eine Kondensation des Wasser H2O in einem Kondensator vorgesehen ist. Wesentlicher Vorteil: Stofftrennung von H2O-flüssig und CO2-gasförmig und Taupunkt Unterschreitung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, einen Dampfkessel vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, Energie in Form von Dampf zu erzeugen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht es, eine Zuleitung für Elektro Energie in den Elektrolyseur vorzusehen. Mit der Zuleitung von Elektroenergie ist es möglich, Energie aus Wind und Solar einzusparen, im Gegenzug zur Nutzung des Sauerstoff O2. Vorteil: Verwendung von Erdgas zur Erzeugung von Wasserstoff H2.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 7 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 7 ermöglicht es, Wasserstoff H2 als Speicher von Energie vorzusehen. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, überschüssige Energie zu speichern als Wasserstoff H2.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 ermöglicht es, Abhitze Kessel zur Auskopplung von elektrischer Energie vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, verteilt über einen Tag unterschiedliche Energie, Wärme oder Elektro nach Bedarf zu erzeugen. Wesentlicher Vorteil: die Variationsbreite der genutzten Ist-Energie.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 9 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 9 ermöglicht es, eine Zuleitung für Kraftstoffe CxHy aus Biomassen und Klärschlamm vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, über die Zuleitung Kraftstoffe CxHy aus Biomassen und Klärschlamm vorzusehen. Wesentlicher Vorteil: Gewinnung von negativem CO2 aus Biomassen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 10 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 10 ermöglicht es, eine Abzugsleitung für Wasser H2O vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, Wasser H2O, gewonnen aus Erdgas und Sauerstoff O2, in der Abzugsleitung zu entnehmen. Wesentlicher Vorteil: Gewinnung von Speisewasser für einen Elektrolyseur.
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Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in der geeigneten Apparate Technik für atomare Gase H2 und O2, erzeugt aus dem molekularen H2O-flüssig und werden mit der Verwendung in dem Energieerzeuger und mit der Trennung des Abgases, im Folgenden aufgezeigt. Es zeigen:
- 1 Einen Energieerzeuger mit Erdgas mit Kondensator.
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Energieerzeuger mit Erdgas sind in 1 mit einem Elektrolyseur und der Nutzung von Sauerstoff O2 und einem Kondensator für Wasserdampf H2O, eingebunden in einem Schema, dargestellt, das aus einer Zuführleitung 1 von Sauerstoff O2, einer Zuführleitung 2 von Erdgas, einem Brenner 3 für O2 und Erdgas, einem Abhitze Kessel 4, einer Dampfturbine 5, einem Generator 6, einer Stromeinspeisung 7, einer Stromschiene 8 eines Stromnetzes, einem Stromwandler 9 für Gleichstrom, einem Elektrolyseur 10, Speiseleitungen 20 mit Gleichstrom, einer Wasservorlage 11, einer Membran 12 zur Unterteilung eines Freiraumes 13 für eine Durchleitung des Wasserstoffes H2 und Trennung von H2 und Sauerstoff O2 in dem Elektrolyseur 10, mit einer Abzugsleitung 1 für Sauerstoff O2 und Abzugsleitung 14 für Wasserstoff H2 und für Rauchgase aus CH4 und O2 mit einer Abzugsleitung 15, einem Quench Kühler 16 zur Trennung des Wasserdampfes H2O von CO2, einer Abzugsleitung 19 für H2O und einem Speicher 17 für die Restmenge an CO2 und einer Zuleitung 18 optional für CxHy aus Biomassen so aufgebaut ist, dass
- • eine Trennung des Abgas unter Absenkung des Taupunktes von H2O vorgesehen ist,
- • Energie Kosten für H2O und CO2 von den Durchleite-Kosten des Kühlers bestimmt sind;
- • ein Gaskessel 17 als CO2 Speicher vorgesehen ist,
- • Elektro Energie 7 vorgesehen ist, um atomare Gase* H2 und ½ O2 aus dem Elektrolyseur als Energieträger aufzubereiten.
*) Verteilung C 35%, H 5% im Klärschlamm, bei einem Heizwert von 4.000 kcal/kg TS, Bestimmung bei 600 °C, Quelle: Kyoto /Escher Wyss.
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Erreichter Vorteil:
- • Wasser als Energie Speicher der Zukunft, nach Jule Verne 1875;
- • Die Trennung von H2O in die atomaren Energie Träger H2 und ½ O2;
- • Erzeugung von Wasser durch Trennung des Abgases;
- • Aufteilung der Kosten auf CO2 und erzeugtes Wasser;
- • Sauerstoff O2 als Energieträger für Kohlenwasserstoffe CxHy.
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Neben der Darstellung der Energieerzeuger mit Erdgas sind abhängig vom Ort und der Abwärme, z.B. aus Klärschlamm, unterschiedliche Ausführungen des Kondensator möglich, die im Einzelnen nicht aufgeführt sind. Wichtig ist, dass im Kondensator die Gase getrennt werden, um die Vorteile der Erfindung zur Dekarbonisierung und zur Nutzung des Sauerstoffes O2 zu ermöglichen.
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Wesentlicher Vorteil:
- • Trennung/Gewinnung von H2O aus Erdgas CH4,
- • dezentrale Verarbeitung der Biomassen in den Gemeinden zur Beheizung mit Gasen CxHy von Biomasse für negative CO2 Emission.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind komplementär dem Slogan „do the best remove the rest“ zum Stand der Technik in Beispielen beschrieben: Beispiel 1 - Carboncapture mit Erdgas
| Spezifische Werte pro Mg | 1.000 kg CO2 |
| Quelle für O2 | Elektrolyseur |
| Energienutzung aus Ho - Gl. (1) | oberer Heizwert |
| Verbrennung CH4 + 2 O2 >> CO2 + 2 H2O; Gl. (1) |
| Nenn-Menge H2O | 820 kg / Mg CO2 |
| Wärmenutzung von 200 °C auf | 40 °C |
| qw aus VDI-Wasserdampftafel: | Molllier-Diagramm 1960 |
| (820 kg × 640) kcal | netto 610 kWh therm. |
| Der Rest, Inerte | 509 Nm3 CO2 |
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Vorteil:
- • Trennung des H2O, kondensierbar im Taupunkt;
- • Die Nutzung der Wärmen 610 kWh
- • Erzeugung von H2O 820 Liter
| H2O Aufgabe (Jule Verne 1875) | Elektrolyseur |
| Nenn-Menge bei 1.000 kWh | 280 Liter H2O |
| Mol-Menge ca. | 15 H2O |
| H2O Umsatz zu 2/3 | 10 H2O |
| Austrag bei 10 H2O bei 66 %: | |
| H2 Wasserstoff | 10 H2 |
| O2 Sauerstoff | 5 O2 |
| Eintrag H2O | 280 Liter |
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Der Vorteil: nach Jule Verne - 1875
- • Erzeugung des H2O aus CH4, um mit 860 Liter die Nennleistung von 3.000 kWh +/- 10 % zur Elektrolyse in der Wüste zu ermöglichen.
- • Keine Entsalzung von Meerwasser,
- • Nutzung des Oberen Heizwertes Ho, hier CH4
- • H2O durch Wärmerückgewinn.
| Stand der Technik | Swiss Re/Climeworks |
| Trennung, Adsorption, Desorption | CO2 |
| Nenn-Menge | 3.751.000 Nm3 / Mg CO2 |
| Nenn-Energie, Elektro | 1.000 kWh / Mg CO2 |
| Ansatz - CO2 Differenz von | 280 mg/m3 |
| Ohne die Zunahme der CO2 Immis sionen im Aufpunkt*. |
| Ohne eine Immissionsprognose na ch TA Luft 2.2 |
| Für Zürich: | 240.000 Mg CO2 nitrous/a |
| Quelle: Werdhölzli, nämlich GHG N2O aus Klärschlamm |
| Folgeschäden: Klimaerwärmung *) point of emission: Ozonloch | über 114 Jahre bis 2136 |
| Beispiel 2: Firmensitz Adliswil | Immissionsprognose |
| Ansatz für NH3 in TS, Klärschlamm | 1 % |
| (DIN-wert, Lindau) | 1,45 % |
| 0,058 kg * 0,01 NH3 * 365 d/a * 44/ 17 N2O * 300-fach |
| Nenn-Menge, spez. | 164 kg CO2 - n /EW, a |
| EW-Einwohner 40.000 * 164/1.000 | 6.560 Mg CO2-n |
| Merkmal: langzeit-stabil / 114 Jahre / im Ozonloch |
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Der aktualisierte Klima- und Folgeschaden:
| Immission ab 2019 | 6.560 Mg CO2-n |
| Immission ab 2020: 6.560 + 6.560 | 13.120 Mg CO2-n |
| Immission ab 2021: 13.120 + 6.560 | 19.680 Mg CO2-n |
| Aktuelle Immission 19.680 + 6.560 | 26.240 Mg CO2-n |
| Die Folgeschäden bis 2136 | 114 Jahre |
| Im Aufpunkt, dem Ozonloch | (point of emission) |
| 26.240 Mg * 114/2 CO2-nitrous | 1.495.680 Mg CO2-n |
| • Nenn-Immission, TA Luft 2.2 | 1,495 Gigaton CO2-n |
| • Ist-adsorption - Climeworks | 4 Megaton CO2. |
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Beispiel 3: Der Kondensator 16
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Dieser Kondensator ist einem Gas Speicher, vorgeschaltet mit folgenden Auslegungsdaten pro m2 Arbeitsfläche z.B. (2,5 × 0,4)m
| Nenn-fläche | 1 m2 |
| Betriebsmedium | CO2 feucht |
| F-Faktor | 0,45 m/s |
| Nenn-Durchsatz | 1.620 m3/h |
| Dichte bei 40 °C | 1,66 kg /m3 |
| Ist-Menge | 27 m3/min |
| Druckverlust / Nenn- | 600 mmWS, 6.000 Pa |
| Wirksame Schicht ca | 500 mm unbelüftet |
| El. Leistung a.d. Welle: | Ventilator |
| 600 × 27 / 60 × 102 × 0,8 | 3,3 kWh / 1.620 Nm3 |
| Leistungsbedarf bei | 509 Nm3 20 °C |
| N = 3,3 × 509 / 1.620 | 1,03 kWh / 1.000 kg CO2 |
| Ist-Leistung 1 m3 H2O | 1,03/0,82 = 1,25 kWh |
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Erreichter Vorteil: bezogen auf den St.d.Technik
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| Nenn-Energie, elektro |
1,03 / 1.000 kWh pro Mg CO2 |
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Weitere Anwendungs-Beispiele:
- • Stadt Lindau, Klärschlamm: Beseitigung der Klimafolgen für 35.000 EW
| Immissionsprognosen: | CO2-nitrous - 2136 |
| 1.495.680 * 35.000/40.000 | 1,308 Gigaton CO2-n |
- • Erzeugung von Wasser im Kühler aus CH4, statt Entsalzung von Meerwasser in den Ölstaaten:
- Nenn-Leistung, elektro bei 1 m3 H2O
| 1,03 kWh/0,82. = wesentlicher Vorteil | 1,25 kWh/m3 - H2O optional |
- Kostenverteilung auf 1 Mg CO2 oder 1 m3 H2O
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Weiterer Vorteil:
- • Energiebedarf von (1 - 1,25) kWh bei der Unterversorgung mit Energie pro Mg CO2/H2O; bezogen auf den St.d.Technik in EP 2 986 357B1 int. CI.: B01D 53/04
- • Anbindung an die H2 Technologien durch die Nutzung von Sauerstoff O2 und die Bereitstellung von Wasser bei 1,25 kWh pro m3 H2O, bei einer Nutzung der Abwärmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufgabemittel, Zuführleitung für O2, Abzugsleitung für...
- 2
- Zuführleitung für Erdgas
- 3
- Brenner für Erdgas, Gase aus Biomassen
- 4
- Abhitze Kessel
- 5
- Dampfturbine
- 6
- Generator
- 7
- Stromeinspeisung, Zuleitung für
- 8
- Stromschiene, -netz
- 9
- Stromwandler, Gleichstrom
- 10
- Elektrolyseur
- 11
- Wasservorlage
- 12
- Membran für H2
- 13
- Freiraum
- 14
- Abzugsleitung für H2, Entnahme-
- 15
- Abzugsleitung für Rauchgase H2
- 16
- Quench Kühler, Kondensator
- 17
- Gas Speicher für CO2
- 18
- Zuleitung von CxHy von Biomasse
- 19
- Abzugsleitung für H2O
- 20
- Speiseleitungen mit Gleichstrom.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2986357 B1 [0005, 0008, 0014, 0040]
- CH 717319 A2 [0007]
- CH 717319 [0008]
- DE 102019217116 A1 [0010]
- DE 10153452 B4 [0011]
