WO2022179764A1 - Anlage und verfahren zur reduktion des kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer luft - Google Patents

Anlage und verfahren zur reduktion des kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer luft Download PDF

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WO2022179764A1
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carbon
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Frank Obrist
Robert SCHLÖGL
Simon Moll
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Obrist Technologies Gmbh
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    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the invention relates to a system for reducing the proportion of carbon dioxide in atmospheric air, in particular for reducing the proportion of carbon dioxide in atmospheric air and in water, preferably seawater.
  • the invention also relates to a method for operating such a system.
  • the ratified Paris Agreement sets the main goal of keeping the rise in global mean temperature below 2°C above pre-industrial levels, which requires a reduction in CO 2 emissions to zero by 2050. Suggestions to limit these emissions include the use of biofuels, solar power and wind turbines.
  • the reduction of previous CO 2 emissions i.e. limiting the increase in the CO 2 content in the atmosphere, is not sufficient in the long term to correct the imbalance between oxygen and CO2 in the atmosphere that has arisen up to now due to overproduction of CO2. Rather, there is a need not only not to further increase the CC content in the atmosphere in the long term, but rather to actively reduce it.
  • the natural carbon cycle has evolved over a long period of time in such a way that a certain amount of CO2 is present in the atmosphere. Plants play a key role here, absorbing the carbon from the CO2 through photosynthesis and releasing the oxygen content back into the atmosphere. This removes the CO2 from the air (over 100 billion tons of carbon are absorbed by plants every year in this way). It is well known that growing forest, especially between the ages of 10 and 40 years, is very good at removing carbon from the air to bind the CO2 present and release the oxygen into the atmosphere. A forest of this kind covering an area of one hectare usually releases around 15 to 30 tons of oxygen into the atmosphere per year. The amount of oxygen released depends on the type of forest (deciduous forest, coniferous forest or mixed forest).
  • the natural forest has the disadvantage that the effective C0 2 binding or oxygen production is limited to the aforementioned age period. Another limitation is the dependence of the photosynthesis process on sunlight. While the forest can bind CO2 during daylight and thus produce oxygen, this is not possible at night. Furthermore, after trees have rotted or been felled, new trees have to be planted again in order to maintain the natural CO 2 cycle. This involves a lot of effort.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a system that supports the natural forest in its function through a continuous process and thereby not only slows down global warming, but also reverses it at least in part in the long term. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a method for operating such a system.
  • this object is achieved with regard to the system by the subject matter of claim 1.
  • the above-mentioned object is achieved by the subject matter of claim 17.
  • the task of a plant for reducing the carbon dioxide content in atmospheric air, in particular for Reduction of the proportion of carbon dioxide in atmospheric air and proportionately dissolved in water, preferably seawater, the system comprising:
  • At least one electrolysis unit for oxygen production connected to at least one water supply line for receiving a quantity of water and adapted to split a received quantity of water into an oxygen portion and a hydrogen portion by electrolysis;
  • At least one hydrogen transport device connecting the electrolysis unit to a carbonization unit for carbon synthesis, in particular a Bosch reaction unit;
  • At least one carbon dioxide sorption unit for cleaning ambient air of an external atmosphere surrounding the plant, which has at least one air inlet for supplying the ambient air and at least one downstream sorber device which is adapted to extract a quantity of carbon dioxide from the ambient air;
  • the electrolysis unit has at least one oxygen outlet for releasing the partial oxygen quantity and the carbon dioxide sorption unit has at least one air outlet for releasing cleaned ambient air, the oxygen outlet and the air outlet opening into the outside atmosphere.
  • the carbonization unit has a carbon outlet for removing carbon.
  • the system also has at least one power generation unit for self-sufficient power supply of the system, wherein the power generation unit for power generation uses one or more, in particular exclusively, regenerative energy sources.
  • Power generation unit at least one photovoltaic unit for converting solar energy into electricity.
  • the use of a photovoltaic unit is particularly preferred since the energy generation costs are particularly low here. Compared to other technologies for regenerative energy generation, energy generation using photovoltaics is three to ten times cheaper. This applies in particular if the system is set up in a region with a high number of hours of sunshine, for example in Saudi Arabia.
  • the electricity generation unit can additionally or alternatively have at least one wind power unit for converting wind energy into electricity.
  • the wind power unit can include one or more wind turbines.
  • the electricity generation unit can comprise at least one hydroelectric power unit for converting hydroelectric power into electricity.
  • the hydroelectric power unit can be at least one hydroelectric power station, in particular a river power station or a pumped storage power station.
  • the hydroelectric power unit can additionally or alternatively comprise a wave power plant.
  • the electricity generation unit can additionally or alternatively be at least one thermal unit for converting thermal energy into electricity.
  • the thermal unit may be adapted to convert heat from at least one subsurface layer of earth into electricity. Other thermal units are possible.
  • the system can also have at least one buffer store for storing energy.
  • the buffer memory can be adapted to store electrical power.
  • the buffer storage can be adapted to store hydrogen. The latter is particularly preferred.
  • the buffer storage also allows the system to be supplied with energy at night, so that the system can be operated without interruption to operations. The plant and the process can thus be operated continuously.
  • the invention has various advantages.
  • the plant In order to produce oxygen for release into the outside atmosphere, the plant only needs water as the basic substance, which is broken down into its components oxygen and hydrogen by an electrolysis process. This process is called water electrolysis.
  • the electrolysis unit is connected to the water supply line to receive a quantity of water for the electrolysis process.
  • the water body may be a fresh water body or a desalinated sea water body.
  • at least one processing unit, in particular a Desalination unit may be provided, which prepares the amount of water before the electrolysis process, in particular cleans and / or desalinates.
  • the electrolysis unit If the amount of water taken up is divided by the electrolysis unit into an oxygen portion and a hydrogen portion, the separated oxygen portion is discharged through the oxygen outlet of the electrolysis unit into the outside atmosphere. This mixes the air from the outside atmosphere with fresh oxygen and supports the natural forest in producing oxygen.
  • the oxygen outlet can be formed by at least one line, in particular a pipeline, which extends from the electrolysis unit to the outside atmosphere.
  • the oxygen outlet can be formed by a chimney, through which the separated partial oxygen quantity can be discharged into the atmosphere.
  • At least one ventilator, in particular a blower, can be arranged between the electrolysis unit and the oxygen outlet for discharging the partial oxygen quantity.
  • the separated hydrogen subset is using the
  • the hydrogen transport means may be a pipeline connected to the electrolysis unit and the carbonation unit.
  • the system can have a hydrogen buffer store that buffers the partial hydrogen quantity before it is supplied to the carbonization unit.
  • the hydrogen transport device then preferably connects the electrolysis unit to the intermediate hydrogen store and this in turn to the carbonization unit.
  • the intermediate hydrogen store can be a container, in particular a pressure container.
  • the carbon dioxide sorption unit is adapted to extract an amount of carbon dioxide from the ambient air.
  • the carbon dioxide sorption unit is therefore used to clean the ambient air of the outside atmosphere of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide sorption unit has the sorber device, which is adapted to remove at least a quantity of carbon dioxide from the ambient air.
  • the Sorber device is preferably an amine exchanger. Other sorber devices for extracting carbon dioxide from air are possible.
  • the carbon dioxide sorption unit has the advantage that the CO 2 concentration in the atmosphere is reduced and thus the original concentration before industrialization is again approached. This represents a partial function of the natural forest, so that it is further supported. Advantageously, this slows down global warming.
  • the extracted amount of carbon dioxide is conveyed to the carbonation unit by the carbon dioxide transport device.
  • the carbon dioxide transport means may be a pipeline connected to the carbon dioxide sorption unit and the carbonation unit.
  • the system can have a carbon dioxide buffer store in which the carbon dioxide quantity is temporarily stored by the carbon dioxide transport device before it is forwarded to the carbonization unit.
  • the carbon dioxide transport device can connect the carbon dioxide sorption unit to the intermediate carbon dioxide store and to the carbonation unit.
  • the intermediate carbon dioxide store can be a container, in particular a pressure container.
  • the carbonation unit processes the through the
  • a Bosch reaction is preferably used for this purpose.
  • Other carbonization methods are also possible.
  • the carbonization unit can be designed to carry out a Kvaerner process or a CO 2 plasma burner process.
  • the carbon dioxide of the carbon dioxide quantity is thus split into carbon and oxygen, with the oxygen combining with the hydrogen of the hydrogen partial quantity to form water.
  • the carbon can be removed via the carbon outlet of the carbonization unit, for example for further processing or storage. In this way, the carbon dioxide content in atmospheric air is efficiently reduced.
  • the system described here constitutes a means by which the carbon dioxide content of the atmospheric air can be reduced.
  • the system prevents an undesirable reduction in the proportion of oxygen by reducing the proportion of CO 2 in the air.
  • the system according to the invention thus makes it possible to regulate the quantity of the components in the atmospheric air, so that an existing imbalance in the quantities of the components in the air can be compensated for.
  • the invention has the additional advantage that the system can be operated continuously regardless of the time of day or night.
  • carbon dioxide can be continuously removed from the atmosphere through the plant and oxygen can be continuously added to the atmosphere.
  • the oxygen release and carbon dioxide extraction performance of the system is essentially independent of the service life of the system.
  • oxygen can be produced in a continuous process and carbon dioxide can be sorbed and removed from the atmosphere over the long term through carbonization. This not only reliably supports the natural forest, but also surpasses its function, since the carbon removed from the atmosphere is stored for a long time and the risk of the carbon being released again by burning forest areas, for example, is reduced.
  • the carbon produced in the carbonization unit is supplied to a carbon store.
  • the carbon reservoir can in particular be an ocean or an ocean floor.
  • the carbon, especially in the form of graphite can be permanently stored on the seabed.
  • the plant according to the invention can particularly preferably be operated as a large-scale power plant in coastal regions, in particular with access to a lake or sea, since water for producing oxygen is available in very large quantities.
  • the system is preferably designed for operation in very dry areas, in particular deserts. This has the advantage that such areas, in which there is little or no vegetation, are upgraded through sensible use.
  • the system according to the invention essentially forms an artificial forest that takes over a function of the natural forest and/or supports the function of the natural forest. Further the system can be operated completely self-sufficient in terms of energy in combination with a photovoltaic system, ie without using fossil fuels.
  • the hydrogen transport device and the carbon dioxide transport device can additionally be connected to a methanol synthesis unit for the production of methanol, the methanol synthesis unit having a methanol outlet for removing methanol.
  • the system can therefore also be used to produce a CC -neutral fuel, namely CO 2 -neutral methanol. This applies in particular if the system is supplied with energy exclusively from regenerative energies, in particular a photovoltaic unit.
  • the plant can initially be used mainly or entirely for the production of methanol in order to meet the initially high demand.
  • demand decreases for example because climate-neutral mobility has been achieved across the board or mobility is becoming less important, especially in the course of digitization, the plant can be operated in such a way that the proportion of methanol production is successively reduced and the proportion of carbonization and carbon storage is increased.
  • the plant could be operated to produce 20% graphite for storage and 80% methanol, while the same plant could produce 50% graphite for storage and 50% methanol in 2050 and 90% graphite in 2070 generated for storage and 10% methanol.
  • the efficiency of the system can advantageously be increased if at least part of the water is returned to the electrolysis unit and is thus available for the production of hydrogen and oxygen.
  • the carbonation unit is connected to the electrolysis unit by means of a water transport device.
  • the carbonization unit in particular the carbon outlet, is preferably connected to a carbon store by means of a carbon transport device. This enables the long-term storage of carbon and thus has the desired effect of reducing the proportion of carbon in the atmosphere and thus at least partially correcting the imbalance between carbon dioxide and oxygen that has arisen up to now due to industrialization.
  • the carbon transport device can be formed at least in sections by a water return line.
  • the water return line can in particular open into a water reservoir, preferably the sea.
  • the carbon or graphite can be stored on the sea floor in the long term. It is also possible to trade the carbon as activated carbon.
  • the overarching goal of the invention to reduce the proportion of carbon in the atmosphere in the long term, is reliably achieved if the carbon is permanently stored.
  • the sea floor is particularly suitable as a carbon store.
  • the water return line is resistant to salt water.
  • the water supply line can be resistant to salt water.
  • the water supply line and the water return line can open into a water reservoir, in particular a sea, in order to take up salt water from the water reservoir or to return it to the water reservoir. If the carbon transport device is formed at least in sections by the water return line, the carbon can also be fed into the water reservoir via the water return line.
  • the water supply line can have a desalination device to desalinate the seawater before it is supplied to the electrolysis unit.
  • the carbonization unit preferably has a catalyst which comprises iron, cobalt, nickel and/or ruthenium. This is especially true when the carbonation unit is designed as a Bosch reaction unit.
  • At least one carbon dioxide extraction unit is provided, which is connected to the water supply line for the extraction of carbon dioxide from the amount of water.
  • Water especially sea water, contains a significant proportion of carbon in the form of CO2, which can be stored in the long term in the form of graphite.
  • the reduction of carbon dioxide from the sea water also affects the CO 2 content in the atmosphere, since the reduction of the CO 2 content in the sea water outgasses less CO 2 and enters the atmosphere.
  • the electrolysis unit has an annual output of at least 700,000 tons of partial oxygen and/or the carbon dioxide sorption unit has an annual extraction capacity of at least 400,000 tons, in particular 600,000 tons, in particular 640,000 tons of carbon dioxide.
  • the electrolysis unit can be adapted to produce from a water quantity of at least 1.5 kg, in particular of at least 1.7 kg, an oxygen partial quantity of at least 1.2 kg, in particular of at least 1.5 kg, and/or a hydrogen partial quantity of at least 0 1 kg, in particular at least 0.15 kg to separate.
  • the carbon dioxide sorption unit can be adapted to extract at least 1.1 kg, in particular at least 1.3 kg, preferably 1.375 kg, of carbon dioxide from an ambient air volume of at least 3300 kg.
  • a secondary aspect of the invention relates to a system, in particular a power plant, for using the carbon dioxide content in atmospheric air, in particular for using the carbon dioxide content in atmospheric air and in water, preferably seawater, for the production of a liquid fuel, the system comprising the following:
  • At least one electrolysis unit for oxygen production connected to at least one water supply line for receiving a quantity of water and adapted to split a received quantity of water into an oxygen portion and a hydrogen portion by electrolysis;
  • - at least one hydrogen transport device connecting the electrolysis unit to a methanol synthesis unit for the production of methanol;
  • At least one carbon dioxide sorption unit for cleaning ambient air of an external atmosphere surrounding the plant, which has at least one air inlet for supplying the ambient air and at least one downstream sorber device which is adapted to extract a quantity of carbon dioxide from the ambient air;
  • the electrolysis unit has at least one oxygen outlet for releasing the partial oxygen quantity and the carbon dioxide sorption unit has at least one air outlet for releasing cleaned ambient air, the oxygen outlet and the air outlet opening into the outside atmosphere
  • the methanol synthesis unit has a methanol outlet for removing methanol.
  • the system also has at least one power generation unit for self-sufficient power supply of the system, wherein the power generation unit for power generation uses one or more, in particular exclusively, regenerative energy sources.
  • the advantage of this system is that not only the carbon dioxide from the atmosphere, but also the carbon dioxide bound in the water is used to produce methanol as a climate-neutral liquid fuel. This increases the raw material sources available for the production of methanol and in this respect offers reliability. At the same time, the goal of reducing the amount of carbon dioxide in the atmosphere is being pursued.
  • Another subsidiary aspect of the invention relates to a method for reducing the carbon dioxide content in atmospheric air, in particular for Improving atmospheric air quality, in particular for operating a system as described above, wherein the method
  • An amount of water is taken up by at least one electrolysis unit for oxygen production through at least one water supply line and the amount of water taken up is broken down by electrolysis into an oxygen subset and a hydrogen subset;
  • the hydrogen subset is at least partially passed through at least one hydrogen transport device to a carbonization unit;
  • Ambient air of an external atmosphere surrounding the plant is cleaned by at least one carbon dioxide sorption unit, the ambient air being fed through at least one air inlet to a downstream sorber device and a quantity of carbon dioxide then being extracted from the fed ambient air by the sorber device;
  • the amount of carbon dioxide is passed through at least one carbon dioxide transport device to the carbonation unit.
  • the oxygen portion and the cleaned ambient air are released to the outside atmosphere and the hydrogen portion and the carbon dioxide amount are converted to water, carbon and heat in the carbonization unit, preferably a Bosch reaction unit.
  • This enables a reduction in the proportion of carbon dioxide in the atmospheric air and thus an existing imbalance in the quantities of the components in the air to be compensated for.
  • the system is self-sufficiently supplied with electricity from one or more, in particular exclusively, regenerative energy sources.
  • the Bosch reaction unit can be connected to the electrolysis unit by a water return device.
  • this can be done in the carbonation unit
  • the resulting water can be routed from the carbonation unit to the electrolysis unit and used there to generate hydrogen. This increases the efficiency of the method according to the invention, since the proportion of fresh water that has to be fed to the process for the electrolysis is reduced.
  • the carbonization unit in particular the carbon outlet, is connected to a carbon store by means of a carbon transport device.
  • the carbon produced in the carbonization unit can thus be fed to the carbon storage facility for long-term storage.
  • the carbon reservoir can in particular be a natural reservoir, for example a seabed.
  • the carbon extracted from the carbonization unit which can be solidified in the form of rock (graphite), can be stored in the sea for a long time.
  • the latter is not primarily intended because the further processing and possibly later incineration of further processed products does not reduce the proportion of carbon dioxide in the atmosphere.
  • a reasonable form of further processing is to use the graphite as fertilizer or for soil improvement in agriculture. Since energy is required to transport the graphite to the corresponding regions, which usually leads to the emission of carbon dioxide into the atmosphere, the efficiency with regard to the reduction of the carbon dioxide content in the atmosphere decreases.
  • the heat generated during carbonization in the carbonization unit in particular during a Bosch reaction in the Bosch reaction unit, can be conducted to the carbon dioxide sorption unit and used there as energy for carbon sorption. In this way, the efficiency of the entire process is further increased and the primary energy requirement of the plant or the process is reduced.
  • the process temperature for the Bosch reaction used which is preferred for carbonization, is preferably that for the production of carbon Hydrogen and carbon dioxide takes place in the carbonization unit designed as a Bosch reaction unit, between 530°C and 730°C.
  • the electrolysis unit has an annual output of at least 700,000 tons of an oxygen fraction.
  • the electrolysis unit is preferably adapted to produce at least 700,000 tons of oxygen per year from a water quantity of at least 500,000 tons, in particular at least 700,000 tons, in particular 750,000 tons.
  • natural forest which has an annual oxygen release rate of 15 to 30 tons per hectare, the plant in this embodiment and with an assumed area of approximately 12 square kilometers produces 5 to 40 times more oxygen per year .
  • the carbon dioxide sorption unit preferably has an extraction capacity of at least 400,000 tons, in particular 600,000 tons, of a quantity of carbon dioxide per year.
  • the carbon dioxide sorption unit is preferably adapted to separate at least 400,000 tons, especially 600,000 tons, especially 640,000 tons of carbon dioxide per year from an air volume of 1450 to 1600 megatons, in particular 1570 megatons.
  • the C0 2 concentration is reduced by a continuous process in the air in significant amounts.
  • the electrolysis unit is adapted to, from a water amount of at least 1.5 kg, in particular at least 1.7 kg, an oxygen subset of at least 1.2 kg, in particular at least 1.5 kg, and / or Separate hydrogen portion of at least 0.1 kg, in particular at least 0.15 kg.
  • the electrolysis unit is preferably adapted to consist of a water quantity of 1.7 kg, an oxygen quantity of at least 1.4 kg, in particular at least 1.45 kg, preferably 1.5 kg, and a hydrogen quantity of at least 0.18 kg, preferably 1.1875 kg, to be separated.
  • the advantage here is that the electrolysis unit is designed to be highly efficient and very large quantities of oxygen and hydrogen are produced.
  • the carbon dioxide sorption unit is adapted to extract a carbon dioxide quantity of at least 1.1 kg to 2 kg, in particular at least 1.3 kg, preferably 1.375 kg, from an ambient air quantity of at least 3300 kg. This enables the significant reduction in the C0 2 concentration in the air.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit each have at least one assembly area that can be or is connected to a foundation, in particular of a building and/or structure.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit are preferably firmly connected to the foundation through the assembly areas.
  • each unit can be connected to a separate foundation.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit are designed on a large scale.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit can each be arranged in a separate operating building.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit can be arranged in separate operating buildings that are directly or indirectly adjacent to one another.
  • the electrolysis unit and/or the carbon dioxide sorption unit can each be arranged together in one operating building. A combination of a separate arrangement and a joint arrangement of the respective electrolysis unit and/or carbon dioxide sorption unit is possible.
  • the system and the process carried out with it are preferably designed such that at least 50,000 tons, in particular at least 100,000 tons, in particular at least 150,000 tons, in particular at least 200,000 tons, in particular at least 250,000 tons, of graphite can be produced.
  • the system can have its own infrastructure.
  • the system can include at least one access road.
  • the system can consist of several structures. This can be industrial buildings, for example.
  • power lines can be provided in order to supply the system with power, for example from a photovoltaic unit.
  • the system can be arranged in at least one housing.
  • the housing can enclose the plant.
  • the housing can be made of plastic and/or metal. The advantage here is that the system can be used in municipal buildings as part of a ventilation system or in cities to improve air quality.
  • the carbon dioxide sorption unit preferably comprises at least one chimney and at least one flow channel which runs transversely to the chimney and is connected to the chimney at an area which is arranged at the bottom in the installed position.
  • the chimney preferably has the air outlet and the flow channel has the air inlet. More preferably, the sorber device is arranged in the direction of flow between the flow channel and the chimney.
  • the flow channel is preferably elongate and forms an area for supplying ambient air to the sorber device.
  • the chimney is connected downstream of the sorber device and discharges the cleaned ambient air from the sorber device into the outside atmosphere.
  • the chimney can be arranged essentially perpendicular to the flow channel.
  • the air outlet and the air inlet preferably have a height offset relative to one another. In other words, the air inlet and the air outlet are preferably offset vertically.
  • Ambient air can preferably flow through the sorber device. It is advantageous here that the configuration of the carbon dioxide sorption unit with the chimney and the flow duct results in natural ventilation, so that no electrically operated fan is required to accelerate the air.
  • the at least one chimney can have a diameter between 20 meters and 30 meters and a height between 50 meters and 200 meters.
  • the diameter of the chimney refers to the size of the air outlet. It is possible that the chimney has a larger diameter in the connection area of the flow duct than in the area of the air outlet.
  • the chimney preferably has a diameter of 25 meters and a height of 100 meters. Such dimensions of the chimney enable optimized natural ventilation.
  • a Air ventilation or an air flow rate is achieved with a number of forty chimneys of at least 1800 megatons per year.
  • the flow channel preferably has a surface arranged at the top in the installed position, in particular a dark-colored surface at least in sections, for absorbing solar radiation, in order to heat the ambient air in the flow channel by radiant heat.
  • the flow channel is preferably arranged directly below the surface arranged above.
  • the surface arranged at the top in the installed position can be essentially black.
  • the surface arranged on top can be part of at least one metal sheet. It is alternatively possible that the surface arranged on top is part of at least one plate.
  • the natural ventilation for air movement between the flow channel and the chimney is further improved.
  • the surface arranged at the top is dark-colored at least in sections and light-colored at least in sections. This enables absorption and reflection of sun rays.
  • the surface arranged at the top is part of a flat system area, on the long side of which several chimneys, in particular forty chimneys, are arranged in a row, with below the top arranged surface to one of the chimney out a flow channel runs.
  • the flow channels can each be separated from one another by a partition.
  • the flow channels preferably run parallel and are part of the flat system area.
  • the planar installation area can be rectangular in plan view.
  • planar installation area it is also possible for the planar installation area to be circular in plan view.
  • the flat system area preferably borders directly on the other units of the system in order to keep the lines short.
  • the flat system area has at least one photovoltaic unit, which is arranged on the surface arranged at the top.
  • the photovoltaic unit can be connected to the electrolysis unit for power supply.
  • the photovoltaic unit can be connected to the carbon dioxide sorption unit for the power supply.
  • the photovoltaic unit can be designed as a photovoltaic field on the surface arranged at the top. Thanks to the photovoltaic unit, the system can be operated in an energy self-sufficient manner. The advantage here is that the system is operated exclusively with electricity from solar energy and thus no fossil fuels are used to generate energy.
  • Also disclosed and claimed is a method for operating a previously described system for using the proportion of carbon dioxide in atmospheric air to produce a liquid fuel, in particular a system for reducing the proportion of carbon dioxide in atmospheric air and for using this proportion of carbon dioxide at least partially to produce a liquid fuel.
  • Ambient air is supplied through at least one air inlet to a downstream sorber device and a quantity of carbon dioxide is then extracted from the supplied ambient air by the sorber device; and - the amount of carbon dioxide by at least one
  • Carbon dioxide transport device routed to the methanol synthesis unit (34), wherein the oxygen portion and the purified ambient air are released into the outside atmosphere and the hydrogen portion and the carbon dioxide amount are converted to methanol in the methanol synthesis unit.
  • the system is also self-sufficiently supplied with electricity from one or more, in particular exclusively, regenerative energy sources.
  • FIG. 1 is a perspective view of a system according to the invention for
  • Fig. 2 is a perspective view of a system according to the invention for
  • Fig. 3 is a perspective view of a system according to the invention for
  • the system 10 includes an electrolysis unit 11 for producing oxygen and a carbon dioxide sorption unit 12 for cleaning ambient air UL of an external atmosphere surrounding the system 10 .
  • the system 10 also includes a power generation unit 31 for the self-sufficient power supply of the system 10, which will be discussed in more detail later.
  • the electrolysis unit 11 is designed to split an amount of water M H 2 O into an oxygen subset M02 and a hydrogen subset by electrolysis.
  • the electrolysis unit 11 thus forms a unit for water electrolysis.
  • the electrolysis unit 11 is connected to a water supply line 13 for receiving the quantity of water M H 2 O.
  • a pump unit 25 is arranged between the electrolysis unit 11 and the water supply line 13 .
  • the pump unit 25 has at least one pump for transporting water from a water reservoir 26 .
  • the water reservoir 26 can be a sea of sea water. Alternatively, the water reservoir 26 may be a fresh water lake.
  • the Water supply line 13 is connected to a river to take fresh water for water electrolysis.
  • the water supply line 13 is connected to a sea for taking sea water.
  • the system 10 is arranged near the coast in order to keep the distance to the water supply, in particular the water supply line 13, short.
  • the pump unit 25 is designed to pump seawater out of the sea and to make it available to other system parts or units for further processing.
  • the system 10 has a seawater desalination unit 27 .
  • the seawater desalination unit 27 is connected to the pump unit 25 by at least one pipeline or is integrated into the pump unit 25 .
  • the seawater desalination unit 27 is adapted to separate out a specific proportion of salt from the conveyed quantity of seawater M 2o , so that the seawater has a reduced salt content after the desalination process by the seawater desalination unit 27 .
  • the amount of desalinated seawater M H 2 O corresponds to the amount of water M H 2 O that is broken down by the electrolysis unit 11 into an oxygen subset MO2 and a hydrogen subset.
  • the electrolysis unit 11 is connected to the seawater desalination unit 27 by at least one pipeline. In order to convey the desalinated seawater from the seawater desalination unit 27 to the electrolysis unit 11, at least one further pump can be interposed.
  • the electrolysis unit 11 is designed to break down the amount of water M H 2 O taken up into a hydrogen subset and an oxygen subset MO2.
  • the electrolysis unit 11 has an oxygen outlet 16 which opens into the outside atmosphere. It is possible for the electrolysis unit 11 to have one or more oxygen outlets 16 for discharging the partial oxygen quantity M02 produced.
  • the system 10 also has at least one hydrogen transport device, not shown, which is adapted to make the partial hydrogen quantity separated from the water quantity M H 2 O available to a carbonization unit 34 for further processing. It is It is possible for the system 10 to have an intermediate hydrogen storage facility for this purpose, which is connected to the hydrogen transport device. After the electrolysis process, the hydrogen transport device feeds the separated partial quantity of hydrogen from the electrolysis unit 11 directly to the intermediate hydrogen store or the carbonization unit 34 . Alternatively, it is possible for the hydrogen transport device to supply the partial hydrogen quantity to a further part of the plant, not shown, in order to be processed further.
  • the carbon dioxide sorption unit 12 has an air inlet 14 for supplying the ambient air UL and a downstream sorber device 15 . It is possible for the carbon dioxide sorption unit 12 to have one or more air inlets 14 .
  • the sorber device 15 is connected to the air inlet 14 .
  • the sorber device 15 is adapted to extract an amount of carbon dioxide from the ambient air UL.
  • the carbon dioxide sorption unit 12 also has an air outlet 17 .
  • the air outlet 17 serves to release the ambient air UL′ that has been cleaned of carbon dioxide.
  • the air outlet 17 can be directed upwards in the vertical direction and/or be part of a chimney 19 .
  • the sorber device 15 is arranged between the air inlet 14 and the air outlet 17 .
  • the ambient air UL flows through the air inlet 14 to the sorber device 15, which separates, in particular filters, a certain amount of carbon dioxide from the air UL, with the cleaned ambient air UL' flowing after the sorber device 15 through the air outlet 17 into the outside atmosphere.
  • the sorber device 15 In general, it is possible for several air inlets 14, several sorber devices 15 and several air outlets 17 to be provided.
  • FIG. 1 shows the external structure of the carbon dioxide sorption unit 12 as an example.
  • the air outlet 17 also opens into the outside atmosphere, just like the oxygen outlet 16.
  • the system 10 also includes a carbon dioxide transport device, which is designed to separate from the ambient air UL To provide carbon dioxide quantity a carbon dioxide buffer and / or the carbonization unit 34 of the system 10 for further processing.
  • a carbon dioxide transport device which is designed to separate from the ambient air UL
  • a carbon dioxide buffer and / or the carbonization unit 34 of the system 10 for further processing.
  • at least part of the hydrogen portion and at least part of the carbon dioxide amount are fed to the carbonization unit 34, so that the extracted carbon dioxide amount is processed with the separated hydrogen portion to form further intermediate and/or end products.
  • at least part of the amount of carbon dioxide and at least part of the amount of hydrogen can be converted into water, carbon (graphite) and heat in a Bosch reaction, which is carried out in the carbonization unit (34), which is preferably designed as a Bosch reaction unit .
  • the system 10 has a flat system area 23 .
  • the flat plant area 23 directly adjoins the electrolysis unit 11 .
  • a power generation unit 31 which is a photovoltaic unit 24 , is arranged on the flat system area 23 .
  • the photovoltaic unit 24 is connected to the respective units of the system 10 for power supply.
  • the photovoltaic unit 24 is adapted in such a way that the entire system 10 can be operated in an energy self-sufficient manner. This means that the electrical power for operating the entire system 10 is provided exclusively by solar energy using the photovoltaic unit 24 . In other words, no fossil energy sources are used to operate the system 10 .
  • the flat plant area 23 has a longitudinal extent 32 of approximately 5000 meters and a transverse extent 33 of approximately 2000 meters.
  • the planar plant area of the plant 10 is formed on an area of 10 square kilometers.
  • the plant area shown in FIG. 1 including the electrolysis unit 11 can have a partial longitudinal extension 29 of approximately two kilometers. Other partial longitudinal, longitudinal and transverse extensions 29, 32, 33 are possible.
  • plant 10 produces at least 580 tons of oxygen per flektar (0.01 square km) per year.
  • the plant 10 has an oxygen release of 5 to 40 times higher the atmosphere up.
  • the facility 10 can therefore be said to be an artificial forest that has a higher oxygen release capacity than a natural forest.
  • the system according to the invention offers about 30 times more efficient land use than the natural forest.
  • the seawater desalination unit 27 described above is connected to a water return line 28, through which a quantity of seawater M′H 2 O to be returned with an increased salt content is returned to the sea. Specifically, a specific salt content is extracted from the amount of seawater removed and then returned to the sea with part of the amount of seawater removed as the amount of water M′H 2 O to be returned.
  • the preferred location of the system 10 is near the coast of a sea.
  • the system 10 is particularly preferably set up in a desert.
  • the system 10 according to FIG. 1 is a large power plant.
  • the system 10 has at least one assembly area 18 which is connected to a foundation of a building and/or a structure. It is generally possible for the electrolysis unit 11 and/or the carbon dioxide sorption unit 12 to be arranged in a common building or in separate buildings.
  • the power supply unit 31 preferably has a power store, not shown, which is adapted to power the system 10 in night-time operation.
  • the system 10 according to FIG. 2 is largely identical to the system 10 according to FIG. 1 and differs only by the addition of a methanol synthesis unit 37 to the system 10.
  • the methanol synthesis unit 37 is connected to the electrolysis unit 11 or an intermediate hydrogen store by a hydrogen transport device and connected to the carbon dioxide sorption unit 12 by a carbon transport means.
  • the methanol synthesis unit 37 synthesizes methanol from the supplied hydrogen and carbon, which can be removed from the plant 10 via a methanol outlet 38 .
  • the methanol can be delivered to decentralized methanol delivery points, in particular by means of a fuel distribution system, which can include ships, in particular tankers, tanker freight trains and/or tanker trucks be distributed worldwide.
  • the methanol delivery points can be petrol stations at which the methanol is made available for fueling motor vehicles, aircraft, ships or locomotives.
  • Appropriate control of the process in plant 10 can be used to set what proportion of the carbon sorbed in the carbon dioxide sorption unit is used for the production of the liquid fuel methanol or for the production of graphite for storage in a carbon store. Initially, a ratio of 20% graphite and 80% methanol will probably be appropriate, with the proportion of methanol gradually being reduced and the proportion of graphite being increased when the demand for methanol production falls, in particular as a result of the construction of further plants 10 .
  • the systems illustrated in Figures 1 and 2 additionally include the carbonation unit 34, which is preferably a Bosch reaction unit.
  • a reactor building can be provided in which a reactor, preferably a fluidized bed reactor, is arranged, it being possible for a Bosch reaction to take place in the reactor.
  • the carbonation unit 34 is preferably integrally integrated into the system 10, but can also be designed as a separate ancillary system.
  • the carbonization unit 34 has a carbon outlet 36 which, in the illustrated exemplary embodiments, is formed by the water return line 28 or opens into it.
  • the amount of water M H 2 O that is required for the electrolysis and is taken from the water reservoir 26 is not completely split into hydrogen and oxygen in the system 10 .
  • the graphite produced in the carbonization unit 34 is preferably also conducted into the water reservoir 26, which is preferably the sea.
  • a cone of inert graphite forms on the seabed, which can also be used as a reef and thus promotes biodiversity in the sea.
  • FIG. 3 shows a plant 10 that is essentially intended for the transitional phase in which the production of a climate-neutral liquid fuel has priority.
  • the system 10 according to FIG. 3 essentially corresponds to the system 10 according to FIG Carbonation unit 34. However, this can be retrofitted later.
  • the system 10 according to FIG. 3 is used exclusively to produce a liquid fuel, in particular methanol.
  • the carbon dioxide cannot only be removed from the air via the carbon dioxide sorption unit. Rather, it is also possible for the system 10 to have a carbon dioxide extraction unit which is connected to the water supply line 13 and extracts carbon dioxide from the amount of water M H 2 O that has been removed.
  • the carbon dioxide extraction unit can be provided as an alternative to the carbon dioxide sorption unit 12 . However, it is preferred if the carbon dioxide extraction unit is provided in addition to the carbon dioxide sorption unit 12 .
  • a quantity of water M H 2 O is taken up through the water supply line 13 by means of the electrolysis unit 11 for the production of oxygen.
  • the absorbed quantity of water M H 2 O is then broken down into an oxygen subset M02 and a hydrogen subset by an electrolysis process.
  • the hydrogen subset is made available by at least one hydrogen transport device to a carbonization unit 34 for further processing, with the carbonization unit 34 carrying out a Bosch reaction in the present exemplary embodiment.
  • ambient air UL of an external atmosphere surrounding the system 10 is cleaned by the carbon dioxide sorption unit 12 .
  • the ambient air UL is introduced, in particular drawn in, through a plurality of air inlets 14 into the flow channels 21 and fed to the downstream sorber devices 15 .
  • the sorber devices 15 then extract a quantity of carbon dioxide from the supplied ambient air UL.
  • the amount of carbon dioxide is supplied to the Bosch reaction by the carbon dioxide transport device.
  • the hydrogen partial amount is also converted together with the carbon dioxide amount into water, carbon or graphite and heat by means of the Bosch reaction, which is explained in more detail below with reference to the flow chart according to FIG. 4 .
  • the method described here, in particular that shown in FIG. 4, is preferably carried out in one of the plants according to FIGS.
  • seawater is desalinated and the desalinated seawater is then split into hydrogen and oxygen using electrolysis.
  • the oxygen O2 is released into the surrounding air, in particular into the atmosphere, so that the proportion of oxygen in the vicinity of the plant is increased.
  • carbon dioxide CO2 is collected from the ambient air UL, in particular the atmosphere, by means of carbon dioxide sorption.
  • the carbon dioxide removed from the ambient air UL or the amount of carbon dioxide is conducted to the carbonization unit 34 in the same way as the electrolytically generated hydrogen or the partial amount of hydrogen.
  • a Bosch reaction carried out using a catalyst such as iron, cobalt, nickel and/or ruthenium produces 1 part pure carbon (graphite) and 2 parts water.
  • the water is preferably returned to the electrolysis in order to reduce the consumption of seawater and the associated effort for its desalination.
  • the carbon or graphite can then on the
  • Carbon transport device 35 are supplied to a carbon storage.
  • the carbon store can be, for example, the water reservoir 26 or the sea. Since the graphite produced in the Bosch reaction has little or no impurities and is solidified like rock, there are no concerns about dumping the graphite in the sea.
  • the Bosch reaction preferably takes place at temperatures between 530° C. and 730° C. and particularly preferably in a fluidized bed reactor.
  • iron granules in particular can be used as a catalyst.
  • the Bosch reaction produces heat as a product. This heat is used efficiently for carbon dioxide sorption.
  • the heat can act as an energy source for carbon dioxide sorption, for example to promote natural ventilation in the chimneys 19 .
  • the energy required for the electrolysis, the carbon dioxide sorption and the Bosch reaction comes from regenerative energy sources, specifically the photovoltaic unit 24, so that no additional production of carbon dioxide takes place here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (10), insbesondere Kraftwerk, zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Verbesserung atmosphärischer Luftqualität, wobei die Anlage wenigstens eine Elektrolyseeinheit (11) zur Sauerstoffherstellung, wenigstens eine Karbonisierungseinheit (34) zur Kohlenstoffsynthese, insbesondere eine Bosch-Reaktionseinheit, und wenigstens eine zur Reinigung von Umgebungsluft (UL) einer die Anlage (10) umgebenden Außenatmosphäre aufweist, wobei die Karbonisierungseinheit aus Kohlenstoffdioxid, das mittels der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) aus der Atmosphäre gewonnen wird, Kohlenstoff synthetisiert und dieser Kohlenstoff eingelagert wird, um den Anteil des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre effektiv zu reduzieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage (10), mit dem effizient der Kohlenstoffdioxidanteil in der Atmosphäre reduziert werden kann.

Description

Anlage und Verfahren zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und im Wasser, vorzugsweise Meerwasser. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.
Seit Beginn der industriellen Revolution im Jahr 1800 ist die atmosphärische CO2- Konzentration von zuvor stabilen 280 ppmv (parts per million by volume) auf 410 ppmv im Jahr 2020 gestiegen. Es wird vorhergesagt, dass sich dieser Anstieg fortsetzen bzw. noch verstärken wird, wenn keine Techniken zur Eindämmung der Kohlenstoffemissionen eingesetzt werden.
Das ratifizierte Pariser Abkommen nennt als Hauptziel, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf unter 2°C über dem vorindustriellen Niveau zu halten, was eine Reduzierung der C02-Emissionen bis 2050 auf Null erfordert. Vorschläge zur Begrenzung dieser Emissionen umfassen die Verwendung von Biobrennstoffen, Sonnenenergie und Windturbinen. Die Reduktion der bisherigen C02-Emissionen, also die Begrenzung des Anstiegs des C02-Anteil in der Atmosphäre, reicht langfristig allerdings nicht aus, um das bisher durch eine Überproduktion von CO2 entstandene Missverhältnis von Sauerstoff und CO2 in der Atmosphäre zu korrigieren. Vielmehr besteht ein Bedarf, den CC -Anteil in der Atmosphäre langfristig nicht nur nicht weiter zu erhöhen, sondern vielmehr aktiv zu reduzieren.
Der natürliche Kohlenstoffkreislauf hat sich über lange Zeit derart eingestellt, dass CO2 in einer bestimmten Menge in der Atmosphäre vorhanden ist. Dabei spielen Pflanzen eine tragende Rolle, die durch Photosynthese den Kohlenstoff aus dem CO2 sorbieren und den Sauerstoffanteil an die Atmosphäre wieder abgeben. Das CO2 wird dadurch aus der Luft entfernt (über 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff werden auf diese Weise jährlich von den Pflanzen aufgenommen). Es ist allgemein bekannt, dass wachsender Wald besonders im Alter zwischen 10 und 40 Jahren sehr gut dafür geeignet ist, den Kohlenstoff aus dem in der Luft befindlichem CO2 zu binden und den Sauerstoff an die Atmosphäre abzugeben. Üblicherweise gibt ein solcher Wald auf einer Fläche von einem Hektar zirka 15 bis 30 Tonnen Sauerstoff pro Jahr an die Atmosphäre ab. Die Abgabemenge von Sauerstoff hängt hierbei von der Art des Waldes ab (Laubwald, Nadelwald oder Mischwald).
Der natürliche Wald hat den Nachteil, dass die effektive C02-Bindung beziehungsweise Sauerstoffproduktion auf den vorgenannten Alterszeitraum eingeschränkt ist. Eine weitere Einschränkung stellt die Abhängigkeit des Photosynthesevorgangs von Sonnenlicht dar. Während der Wald bei Tageslicht CO2 binden und somit Sauerstoff produzieren kann, ist dies bei Nacht nicht möglich. Des Weiteren müssen nach dem Verrotten oder Fällen von Bäumen wieder neue Bäume gepflanzt werden, um den natürlichen C02-Kreislauf aufrecht zu erhalten. Dies zieht einen hohen Aufwand mit sich.
Da der Waldbestand in den vergangenen Jahrzehnten drastisch gesunken ist und fortwährend weiter zurückgeht, ist es unerlässlich, neue Technologien zu entwickeln, die in kurzer Zeit umgesetzt werden können und in der Lage sind, den noch bestehenden natürlichen Wald in seiner Funktion zu unterstützen sowie die globale Erwärmung nicht nur zu verlangsamen, sondern dazu beizutragen, die durch die Industrialisierung bewirkte globale Erwärmung zumindest in Teilen aktiv rückgängig zu machen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage anzugeben, die durch einen kontinuierlichen Prozess den natürlichen Wald in seiner Funktion unterstützt und dadurch die globale Erwärmung nicht nur verlangsamt, sondern langfristig zumindest in Teilen rückgängig macht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Anlage durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 17 gelöst.
Konkret wird die Aufgabe durch eine Anlage, insbesondere ein Kraftwerk, zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und anteilig im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, gelöst, wobei die Anlage Folgendes umfasst:
- wenigstens eine Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung zur Aufnahme einer Wassermenge verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen;
- wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit mit einer Karbonisierungseinheit zur Kohlenstoffsynthese, insbesondere einer Bosch-Reaktionseinheit, verbindet;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit zur Reinigung von Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass zur Zufuhr der Umgebungsluft und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren; und
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit der Karbonisierungseinheit verbindet.
Die Elektrolyseeinheit weist wenigstens einen Sauerstoffauslass zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Luftauslass zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft auf, wobei der Sauerstoffauslass und der Luftauslass in die Außenatmosphäre münden. Die Karbonisierungseinheit weist einen Kohlenstoffauslass zur Entnahme von Kohlenstoff auf.
Die Anlage weist ferner wenigstens eine Stromerzeugungseinheit zur autarken Stromversorgung der Anlage auf, wobei die Stromerzeugungseinheit zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage ist die
Stromerzeugungseinheit wenigstens eine Photovoltaikeinheit zur Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Die Nutzung einer Photovoltaikeinheit ist besonders bevorzugt, da hier die Energieerzeugungskosten besonders gering sind. Gegenüber anderen Technologien zur regenerativen Energieerzeugung ist die Energieerzeugung mittels Photovoltaik um das Dreifache bis Zehnfache kostengünstiger. Dies gilt insbesondere, wenn die Anlage in einer Region mit hoher Sonnenstundendauer aufgebaut ist, beispielsweise in Saudi-Arabien.
Auch wenn eine Energieerzeugung durch Photovoltaik bevorzugt ist, kann die Stromerzeugungseinheit zusätzlich oder alternativ wenigstens eine Windkrafteinheit zur Umwandlung von Windenergie in Strom aufweisen. Die Windkrafteinheit kann ein oder mehrere Windräder umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Stromerzeugungseinheit wenigstens eine Wasserkrafteinheit zur Umwandlung von Wasserenergie in Strom umfassen. Die Wasserkrafteinheit kann wenigstens ein Wasserkraftwerk, insbesondere Flusskraftwerk oder Pumpspeicherkraftwerk sein. Die Wasserkrafteinheit kann zusätzlich oder alternativ ein Wellenkraftwerk umfassen. Ferner kann die Stromerzeugungseinheit zusätzlich oder alternativ wenigstens eine thermische Einheit zur Umwandlung von Wärmeenergie in Strom sein. Die thermische Einheit kann dazu angepasst sein, Wärme aus wenigstens einer unter der Erdoberfläche liegenden Erdschicht in Strom umzuwandeln. Andere thermische Einheiten sind möglich.
Die Anlage kann ferner wenigstens einen Pufferspeicher zum Speichern von Energie aufweisen. Beispielsweise kann der Pufferspeicher dazu angepasst sein, elektrischen Strom zu speichern. Alternativ kann der Pufferspeicher dazu angepasst sein, Wasserstoff zu speichern. Letzteres ist besonders bevorzugt. Durch den Pufferspeicher wird die Energieversorgung der Anlage auch in der Nacht ermöglicht, sodass die Anlage ohne Betriebsunterbrechung betrieben werden. Die Anlage und das Verfahren können so kontinuierlich betrieben werden.
Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Um Sauerstoff zur Abgabe in die Außenatmosphäre herzustellen, ist für die Anlage lediglich Wasser als Basisstoff erforderlich, der durch einen Elektrolyseprozess in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Dieser Prozess wird als Wasserelektrolyse bezeichnet. Die Elektrolyseeinheit ist zur Aufnahme einer Wassermenge für den Elektrolyseprozess mit der Wasserzuführleitung verbunden. Die Wassermenge kann eine Süßwassermenge oder eine entsalzte Meerwassermenge sein. Des Weiteren kann wenigstens eine Aufbereitungseinheit, insbesondere eine Entsalzungseinheit, vorgesehen sein, die die Wassermenge vor dem Elektrolyseprozess aufbereitet, insbesondere reinigt und/oder entsalzt.
Ist die aufgenommene Wassermenge durch die Elektrolyseeinheit in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge aufgeteilt, wird die abgetrennte Sauerstoffteilmenge durch den Sauerstoffauslass der Elektrolyseeinheit in die Außenatmosphäre abgeführt. Dadurch wird die Luft der Außenatmosphäre mit frischem Sauerstoff vermischt und der natürliche Wald bei der Sauerstoffproduktion unterstützt.
Der Sauerstoffauslass kann durch wenigstens eine Leitung, insbesondere eine Rohrleitung, gebildet sein, die sich von der Elektrolyseeinheit zur Außenatmosphäre hin erstreckt. Alternativ kann der Sauerstoffauslass durch einen Kamin gebildet sein, durch den die abgetrennte Sauerstoffteilmenge in die Atmosphäre abführbar ist. Zum Abführen der Sauerstoffteilmenge kann wenigstens ein Ventilator, insbesondere ein Gebläse, zwischen der Elektrolyseeinheit und dem Sauerstoffauslass angeordnet sein.
Die abgetrennte Wasserstoffteilmenge wird mittels der
Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise zur Karbonisierungseinheit geleitet. Die Wasserstofftransporteinrichtung kann eine Rohrleitung sein, die mit der Elektrolyseeinheit und der Karbonisierungseinheit verbunden ist. Die Anlage kann einen Wasserstoffzwischenspeicher aufweisen, der die Wasserstoffteilmenge vor der Zufuhr an die Karbonisierungseinheit zwischenspeichert. Die Wasserstofftransporteinrichtung verbindet dann bevorzugt die Elektrolyseeinheit mit dem Wasserstoffzwischenspeicher und diesen wiederum mit der Karbonisierungseinheit. Der Wasserstoffzwischenspeicher kann ein Behälter, insbesondere ein Druckbehälter sein.
Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit ist dazu angepasst, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren. Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit dient daher zur Reinigung der Umgebungsluft der Außenatmosphäre von Kohlenstoffdioxid. Dazu weist die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit die Sorbereinrichtung auf, die dazu angepasst ist, wenigstens eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu entnehmen. Die Sorbereinrichtung ist bevorzugt ein Amintauscher. Andere Sorbereinrichtungen zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus Luft sind möglich.
Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit hat den Vorteil, dass die C02-Konzentration in der Atmosphäre reduziert und somit der ursprünglichen Konzentration vor der Industrialisierung wieder angenähert wird. Dies stellt eine Teilfunktion des natürlichen Waldes dar, sodass dieser weiter unterstützt wird. Vorteilhaft wird dadurch die globale Erwärmung verlangsamt.
Durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung wird die extrahierte Kohlenstoffdioxidmenge an die Karbonisierungseinheit geleitet. Die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung kann eine Rohrleitung sein, die mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit und der Karbonisierungseinheit verbunden ist. Die Anlage kann einen Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher aufweisen, in dem die Kohlenstoffdioxidmenge durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung vor der Weiterleitung an die Karbonisierungseinheit zwischengespeichert wird. Die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung kann die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit dem Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher und mit der Karbonisierungseinheit verbinden. Der Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher kann ein Behälter, insbesondere ein Druckbehälter, sein.
Die Karbonisierungseinheit verarbeitet die durch die
Wasserstofftransporteinrichtung zugeführte Wasserstoffteilmenge und die durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zugeführte Kohlenstoffdioxidmenge zu Wasser und Kohlenstoff. Dazu kommt vorzugsweise eine Bosch-Reaktion zum Einsatz. Andere Karbonisierungsverfahren sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Karbonisierungseinheit zur Durchführung eines Kvaerner-Prozesses oder eines C02-Plasmabrenner-Verfahrens ausgebildet sein. Das Kohlenstoffdioxid der Kohlenstoffdioxidmenge wird also in Kohlenstoff und Sauerstoff aufgespalten, wobei sich der Sauerstoff zusammen mit dem Wasserstoff der Wasserstoffteilmenge zu Wasser verbindet. Der Kohlenstoff kann über den Kohlenstoffauslass der Karbonisierungseinheit entnommen werden, beispielsweise für eine Weiterverarbeitung oder Speicherung. Auf diese Weise wird der Kohlenstoffdioxidanteil in atmosphärischer Luft effizient reduziert. Die hier beschriebene Anlage bildet ein Mittel, mit dem der Kohlenstoffdioxidanteil der atmosphärischen Luft reduziert werden kann. Mit anderen Worten wird durch die Anlage eine unerwünschte Verringerung des Sauerstoffanteils verhindert, indem der C02-Anteil in der Luft reduziert wird. Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird somit eine Mengenregulierung der Bestandteile in der atmosphärischen Luft ermöglicht, sodass ein bestehendes Ungleichgewicht der Mengen der Luftbestandteile ausgeglichen werden kann.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die Anlage unabhängig von einer Tages- und Nachtzeit kontinuierlich betreibbar ist. Im Unterschied zu natürlichem Wald, der für die Photosynthese Sonnenlicht benötigt, ist durch die Anlage Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre fortwährend entnehmbar sowie Sauerstoff der Atmosphäre kontinuierlich zuführbar. Des Weiteren ist die Sauerstoffabgabe- sowie Kohlenstoffdioxidentnahmeleistung der Anlage im Wesentlichen unabhängig von einer Lebensdauer der Anlage. Durch den Betrieb der Anlage ist in einem kontinuierlichen Prozess Sauerstoff herstellbar und Kohlenstoffdioxid sorbierbar und durch die Karbonisierung langfristig aus der Atmosphäre entfernbar. Dadurch wird der natürliche Wald nicht nur zuverlässig unterstützt, sondern dessen Funktion zudem übertroffen, da die Speicherung des aus der Atmosphäre entnommenen Kohlenstoffs langfristig erfolgt und das Risiko reduziert ist, dass der Kohlenstoff durch Verbrennung beispielsweise von Waldflächen wieder freigesetzt wird. Insofern ist es vorteilhaft, wenn der in der Karbonisierungseinheit erzeugte Kohlenstoff einem Kohlenstoffspeicher zugeführt wird. Der Kohlenstoffspeicher kann insbesondere ein Meer bzw. ein Meeresboden sein. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff, insbesondere in Form von Graphit, auf dem Meeresboden dauerhaft gelagert werden.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anlage als Großkraftwerk in Küstengegenden, insbesondere mit See- oder Meerzugang, betreibbar, da Wasser zur Sauerstoffherstellung in sehr großen Mengen zur Verfügung steht. Vorzugsweise ist die Anlage für den Betrieb in sehr trockenen Gebieten, insbesondere Wüsten, ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass derartige Gebiete, in denen keine oder nur mehr geringe Vegetation vorherrscht, durch sinnvolle Nutzung aufgewertet werden. Die erfindungsgemäße Anlage bildet im Wesentlichen einen künstlichen Wald, der eine Funktion des natürlichen Waldes übernimmt und/oder den natürlichen Wald in seiner Funktion unterstützt. Ferner kann die Anlage in Kombination mit einer Photovoltaikanlage vollständig energieautark, d.h. ohne die Nutzung von fossilen Brennstoffen betrieben werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Wasserstofftransporteinrichtung und die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zusätzlich mit einer Methanolsyntheseeinheit zur Herstellung von Methanol verbunden sein, wobei die Methanolsyntheseeinheit einen Methanolauslass zur Entnahme von Methanol aufweist. Die Anlage kann somit auch genutzt werden, um einen CC -neutralen Kraftstoff, nämlich C02-neutral hergestelltes Methanol, herzustellen. Dies gilt insbesondere, wenn die Energieversorgung der Anlage ausschließlich durch regenerative Energien, insbesondere eine Photovoltaikeinheit, erfolgt.
In den kommenden Jahren wird das Hauptaugenmerk des Klimaschutzes unter anderem darauf liegen, die Mobilität der Menschen möglichst klimaneutral, insbesondere CC^-neutral, aufrecht zu erhalten. Hier ist regenerativ erzeugtes Methanol ein wesentlicher Energieträger, der bisherige fossile Kraftstoffe ablösen kann. Insofern kann die Anlage zunächst hauptsächlich oder vollständig zur Erzeugung von Methanol eingesetzt werden, um der anfangs hohen Nachfrage nachzukommen. Sobald die Nachfrage nachlässt, weil beispielsweise die klimaneutrale Mobilität flächendeckend erreicht wurde oder Mobilität, insbesondere im Zuge der Digitalisierung, an Bedeutung verliert, kann die Anlage so betrieben werden, dass sukzessive der Anteil der Methanolherstellung reduziert und der Anteil der Karbonisierung und Kohlenstoffspeicherung erhöht werden. So könnte die Anlage im Jahr 2035 beispielsweise so betrieben werden, dass sie zu 20% Graphit zur Speicherung und zu 80% Methanol hervorbringt, wogegen dieselbe Anlage im Jahr 2050 50% Graphit zur Speicherung und zu 50% Methanol und im Jahr 2070 90% Graphit zur Speicherung und zu 10% Methanol erzeugt.
Da bei der Karbonisierung in der Karbonisierungseinheit Wasser, insbesondere reines Wasser, erzeugt wird, kann die Effizienz der Anlage vorteilhaft gesteigert werden, wenn zumindest ein Teil des Wassers an die Elektrolyseeinheit zurückgeleitet wird und so zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung steht. Insofern ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage vorgesehen, dass die Karbonisierungseinheit mittels einer Wassertransporteinrichtung mit der Elektrolyseeinheit verbunden ist.
Die Karbonisierungseinheit, insbesondere der Kohlenstoffauslass, ist vorzugsweise mittels einer Kohlenstofftransporteinrichtung mit einem Kohlenstoffspeicher verbunden. Dies ermöglicht die langfristige Speicherung des Kohlenstoffs und bewirkt so den gewünschten Effekt, den Kohlenstoffanteil in der Atmosphäre zu reduzieren und so das bisher durch die Industrialisierung entstandene Missverhältnis von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff zumindest teilweise zu revidieren.
Die Kohlenstofftransporteinrichtung kann zumindest abschnittsweise durch eine Wasserrückführleitung gebildet sein. Die Wasserrückführleitung kann insbesondere in einem Wasserreservoir, vorzugsweise dem Meer, münden. So kann der Kohlenstoff bzw. das Graphit langfristig auf dem Meeresboden eingelagert werden. Es ist zwar auch möglich, den Kohlenstoff als Aktivkohle zu handeln. Das übergeordnete Ziel der Erfindung, den Kohlenstoffanteil in der Atmosphäre langfristig zu reduzieren, wird jedoch zuverlässig erreicht, wenn der Kohlenstoff dauerhaft eingelagert wird. Der Meeresboden eignet sich dabei besonders als Kohlenstoffspeicher.
Insofern ist es bevorzugt, wenn die Wasserrückführleitung salzwasserbeständig ist. Ebenso kann die Wasserzuführleitung salzwasserbeständig sein. Insbesondere können die Wasserzuführleitung und die Wasserrückführleitung in ein Wasserreservoir, insbesondere ein Meer, münden, um Salzwasser aus dem Wasserreservoir aufzunehmen oder in das Wasserreservoir zurückzuführen. Wenn die Kohlenstofftransporteinrichtung zumindest abschnittsweise durch die Wasserrückführleitung gebildet ist, kann über die Wasserrückführleitung auch der Kohlenstoff in das Wasserreservoir geleitet werden.
Die Wasserzuführleitung kann eine Entsalzungseinrichtung aufweisen, um das Meerwasser vor der Zuleitung an die Elektrolyseeinheit zu entsalzen.
Vorzugsweise weist die Karbonisierungseinheit einen Katalysator aufweist, der Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Ruthenium umfasst. Dies gilt insbesondere, wenn die Karbonisierungseinheit als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildet ist.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit vorgesehen ist, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge mit der Wasserzuführleitung verbunden ist. Im Wasser, insbesondere Meerwasser ist ein beträchtlicher Anteil an Kohlenstoff in Form von CO2 enthalten, der auf diese Weise langfristig in Form von Graphit gespeichert werden kann. Die Reduktion des Kohlenstoffdioxids aus dem Meerwasser wirkt sich ebenfalls auf den C02-Anteil in der Atmosphäre aus, da durch die Reduktion des C02-Anteil im Meerwasser weniger CO2 ausgast und in die Atmosphäre gelangt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrolyseeinheit eine Abgabeleistung einer Sauerstoffteilmenge pro Jahr von mindestens 700000 Tonnen und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit eine Extraktionsleistung einer Kohlenstoffdioxidmenge pro Jahr von mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen, insbesondere 640000 Tonnen, auf. Die Elektrolyseeinheit kann dazu angepasst sein, aus einer Wassermenge von mindestens 1,5 kg, insbesondere von mindestens 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,2 kg, insbesondere von mindestens 1,5 kg, und/oder eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,1 kg, insbesondere von mindestens 0,15 kg, abzutrennen.
Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit kann dazu angepasst sein, aus einer Umgebungsluftmenge von mindestens 3300 kg eine Kohlenstoffdioxidmenge von mindestens 1,1 kg, insbesondere mindestens 1,3 kg, vorzugsweise 1,375 kg, zu extrahieren.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage, insbesondere ein Kraftwerk, zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, für die Herstellung eines Flüssigkraftstoffes, wobei die Anlage folgendes umfasst:
- wenigstens eine Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung zur Aufnahme einer Wassermenge verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen; - wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit mit einer Methanolsyntheseeinheit zur Herstellung von Methanol verbindet;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge mit der Wasserzuführleitung verbunden ist;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit zur Reinigung von Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass zur Zufuhr der Umgebungsluft und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren; und
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit der Methanolsyntheseeinheit verbindet, wobei die Elektrolyseeinheit wenigstens einen Sauerstoffauslass zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Luftauslass zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft aufweist, wobei der Sauerstoffauslass und der Luftauslass in die Außenatmosphäre münden, und wobei die Methanolsyntheseeinheit einen Methanolauslass zur Entnahme von Methanol aufweist.
Die Anlage weist ferner wenigstens eine Stromerzeugungseinheit zur autarken Stromversorgung der Anlage auf, wobei die Stromerzeugungseinheit zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.
Bei dieser Anlage besteht der Vorteil darin, dass nicht nur das Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, sondern auch das im Wasser gebundene Kohlenstoffdioxid genutzt wird, um Methanol als klimaneutralen Flüssigkraftstoff zu erzeugen. Das erhöht die für die Methanolherstellung verfügbaren Rohstoffquellen und bietet insofern eine Ausfallsicherheit. Gleichzeitig wird das Ziel, den Kohlenstoffdioxidanteil in der Atmosphäre zu reduzieren, weiterverfolgt.
Die mit Bezug auf die Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft oben erläuterten Weiterbildungen und Vorteile gelten insoweit entsprechend auch für die Anlage zur Erzeugung von Flüssigkraftstoff.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Verbesserung atmosphärischer Luftqualität, insbesondere zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Anlage, wobei bei dem Verfahren
- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung eine Wassermenge aufgenommen wird und die aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird;
- die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Karbonisierungseinheit geleitet wird;
- Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit gereinigt wird, wobei die Umgebungsluft durch wenigstens einen Lufteinlass einer nachgeordneten Sorbereinrichtung zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft extrahiert wird; und
- die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Karbonisierungseinheit geleitet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Sauerstoffteilmenge und die gereinigte Umgebungsluft an die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge werden in der Karbonisierungseinheit, vorzugsweise einer Bosch-Reaktionseinheit, zu Wasser, Kohlenstoff und Wärme umgewandelt. Dadurch wird eine Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der atmosphärischen Luft und somit der Ausgleich eines bestehenden Ungleichgewichts der Mengen der Luftbestandteile ermöglicht.
Bei dem Verfahren wird die Anlage wird autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt.
Bevorzugte Weiterbildungen und Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Anlagen offenbarten Weiterbildungen und Vorteilen.
So kann die Bosch-Reaktionseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Wasserrückführeinrichtung mit der Elektrolyseeinheit verbunden sein. Insbesondere kann das in der Karbonisierungseinheit entstehende Wasser von der Karbonisierungseinheit zur Elektrolyseeinheit geleitet und darin zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden. Damit wird die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht, da der Anteil an Frischwasser, der dem Prozess für die Elektrolyse zugeführt werden muss, reduziert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Karbonisierungseinheit, insbesondere der Kohlenstoffauslass, mittels einer Kohlenstofftransporteinrichtung mit einem Kohlenstoffspeicher verbunden ist. Der Kohlenstoff, der in der Karbonisierungseinheit hergestellt wird, kann so dem Kohlenstoffspeicher zur langfristigen Speicherung zugeführt werden. Der Kohlenstoffspeicher kann insbesondere ein natürlicher Speicher, beispielsweise ein Meeresgrund sein. Konkret kann der aus der Karbonisierungseinheit entnommene Kohlenstoff, der gesteinsartig verfestigt sein kann (Graphit), langfristig im Meer gelagert werden. Es ist aber auch möglich, zumindest einen Teil des Kohlenstoffs zur industriellen Weiterverarbeitung, beispielsweise für die Herstellung von Kohlefasern, bereitzustellen. Letzteres ist jedoch nicht hauptsächlich beabsichtigt, weil durch die Weiterverarbeitung und ggf. spätere Verbrennung weiterverarbeiteter Produkte keine Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der Atmosphäre erreicht wird. Eine vertretbare Form der Weiterverarbeitung besteht darin, das Graphit als Düngemittel bzw. zur Bodenaufbesserung in der Landwirtschaft zu nutzen. Da für den Weitertransport des Graphits in die entsprechenden Regionen Energie benötigt wird, die meist zu einem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre führt, sinkt damit jedoch die Effizienz im Hinblick auf die Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der Atmosphäre.
Die bei der Karbonisierung in der Karbonisierungseinheit, insbesondere bei einer Bosch-Reaktion in der Bosch-Reaktionseinheit, entstehende Wärme kann zur Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit geleitet und dort als Energie für die Kohlenstoffsorption genutzt werden. Auf diese Weise wird die Effizienz des gesamten Verfahrens weiter gesteigert und der Primärenergiebedarf der Anlage bzw. des Verfahrens reduziert.
Vorzugsweise beträgt die Prozesstemperatur für die zur Karbonisierung bevorzugte eingesetzte Bosch-Reaktion, die zur Erzeugung von Kohlenstoff aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in der als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildeten Karbonisierungseinheit erfolgt, zwischen 530°C und 730°C.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Elektrolyseeinheit eine Abgabeleistung einer Sauerstoffteilmenge pro Jahr von mindestens 700000 Tonnen auf. Bevorzugt ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von mindestens 500000 Tonnen, insbesondere von mindestens 700000 Tonnen, insbesondere von 750000 Tonnen, mindestens 700000 Tonnen Sauerstoff pro Jahr herzustellen. Im Vergleich zu natürlichem Wald, der eine jährliche Sauerstoff-Abgabeleistung von 15 bis 30 Tonnen pro Hektar aufweist, produziert die Anlage bei dieser Ausführungsform und mit einer beispielhaft angenommenen Fläche von zirka 12 Quadratkilometer um das 5-fache bis 40- fache mehr Sauerstoff pro Jahr.
Alternativ oder zusätzlich weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit vorzugsweise eine Extraktionsleistung einer Kohlenstoffdioxidmenge pro Jahr von mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen auf. Bevorzugt ist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit dazu angepasst, aus einer Luftmenge von 1450 bis 1600 Megatonnen, insbesondere von 1570 Megatonnen, mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen, insbesondere 640000 Tonnen, Kohlenstoffdioxid pro Jahr abzutrennen. Dadurch wird die C02-Konzentration durch einen kontinuierlichen Prozess in der Luft in erheblichen Mengen reduziert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von mindestens 1,5 kg, insbesondere von mindestens 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,2 kg, insbesondere von mindestens 1,5 kg, und/oder eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,1 kg, insbesondere von mindestens 0,15 kg abzutrennen. Bevorzugt ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,4 kg, insbesondere mindestens, 1,45 kg, vorzugsweise 1,5 kg, und eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,18 kg, vorzugsweise 1,1875 kg, abzutrennen. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Elektrolyseeinheit höchst effizient ausgelegt ist und sehr große Mengen an Sauerstoff und Wasserstoff produziert werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit dazu angepasst, aus einer Umgebungsluftmenge von mindestens 3300 kg eine Kohlenstoffdioxidmenge von mindestens 1,1 kg bis 2kg, insbesondere mindestens 1,3 kg, vorzugsweise 1,375 kg, zu extrahieren. Dadurch wird die erhebliche Reduzierung der C02-Konzentration in der Luft ermöglicht.
Bevorzugt weisen die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit jeweils wenigstens einen Montagebereich auf, der mit einem Fundament, insbesondere eines Gebäudes und/oder Bauwerks, verbindbar oder verbunden ist. Durch die Montagebereiche sind die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit bevorzugt mit dem Fundament fest verbunden. Alternativ kann die jeweilige Einheit mit jeweils einem separaten Fundament verbunden sein.
Bei der Ausgestaltung der Anlage als Großkraftwerk sind die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit in großem Maßstab ausgebildet. Die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit können jeweils in einem separaten Betriebsgebäude angeordnet sein. Die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit können in separaten Betriebsgebäuden angeordnet sein, die unmittelbar oder mittelbar aneinander angrenzen. Alternativ können die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit jeweils in einem Betriebsgebäude gemeinsam angeordnet sein. Eine Kombination aus separater Anordnung und gemeinsamer Anordnung der jeweiligen Elektrolyseeinheit und/oder Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit ist möglich.
Insgesamt sind die Anlage und das damit durchgeführte Verfahren vorzugsweise so ausgelegt, dass jährlich wenigstens 50.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 100.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 150.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 200.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 250.000 Tonnen, Graphit hergestellt werden können.
Die Anlage kann eine eigene Infrastruktur aufweisen. Beispielsweise kann die Anlage wenigstens eine Zufahrtsstraße umfassen. Des Weiteren kann die Anlage aus mehreren Bauwerken bestehen. Dies können beispielsweise industrielle Betriebsgebäude sein. Zusätzlich ist es möglich, dass die Anlage einen Flafen für Schiffe umfasst. Ferner können Stromtrassen vorgesehen sein, um die Anlage mit Strom beispielsweise aus einer Photovoltaikeinheit zu versorgen.
Bei der Ausgestaltung als Kleinkraftwerk kann die Anlage in wenigstens einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann die Anlage einhüllen. Das Gehäuse kann aus Kunststoff und/oder Metall ausgebildet sein. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Anlage in kommunalen Gebäuden als Teil einer Lüftungsanlage oder in Städten zur Verbesserung der Luftqualität zum Einsatz kommen kann.
Vorzugsweise umfasst die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Kamin und wenigstens einen quer zum Kamin verlaufenden Strömungskanal, der an einem in Einbaulage unten angeordneten Bereich mit dem Kamin verbunden ist. Der Kamin weist bevorzugt den Luftauslass und der Strömungskanal den Lufteinlass auf. Weiter bevorzugt ist die Sorbereinrichtung in Strömungsrichtung zwischen dem Strömungskanal und dem Kamin angeordnet. Der Strömungskanal ist bevorzugt länglich und bildet einen Bereich zum Zuführen von Umgebungsluft zu der Sorbereinrichtung. Der Kamin ist der Sorbereinrichtung nachgeschaltet und führt die gereinigte Umgebungsluft von der Sorbereinrichtung in die Außenatmosphäre ab.
Der Kamin kann zum Strömungskanal im Wesentlichen senkrecht angeordnet sein. Der Luftauslass und der Lufteinlass weisen vorzugsweise einen Höhenversatz zueinander auf. Mit anderen Worten sind der Lufteinlass und der Luftauslass vorzugsweise vertikal versetzt. Die Sorbereinrichtung ist bevorzugt mit Umgebungsluft durchströmbar. Hier ist vorteilhaft, dass durch die Ausgestaltung der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit dem Kamin und dem Strömungskanal eine natürliche Ventilation realisiert wird, sodass kein elektrisch betriebener Ventilator zur Luftbeschleunigung erforderlich ist.
Dennoch ist es möglich, dass bei einer weiteren Ausführungsform ein Ventilator, insbesondere ein Gebläse, vorgesehen ist, der zu reinigende Umgebungsluft der Sorbereinrichtung zuführt. Dies kann beispielsweise beim Anfahren der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit erforderlich sein, um den natürlichen Kaminzug in der Anfangsphase des Betriebs zu erzeugen. Der wenigstens eine Kamin kann einen Durchmesser zwischen 20 Meter und 30 Meter und eine Höhe zwischen 50 Meter und 200 Meter aufweisen. Der Durchmesser des Kamins bezieht sich auf die Größe des Luftauslasses. Es ist möglich, dass der Kamin im Anschlussbereich des Strömungskanals einen größeren Durchmesser aufweist, als im Bereich des Luftauslasses. Bevorzugt weist der Kamin einen Durchmesser von 25 Meter und eine Höhe von 100 Meter auf. Durch derartige Abmessungen des Kamins wird eine optimierte natürliche Ventilation ermöglicht.
Beispielsweise wird bei einem Durchmesser von 25 Meter und einer Höhe von 100 Meter des Kamins sowie bei einer ersten Temperatur der Umgebungsluft außerhalb der Sorptionseinheit von 40°C und einer zweiten Temperatur der Umgebungsluft innerhalb der Sorptionseinheit, insbesondere im Strömungskanal und/oder im Kamin, eine Luftventilation bzw. eine Luftdurchströmmenge, insbesondere eine gereinigte Umgebungsluftmenge, mit einer Anzahl von vierzig Kaminen von mindestens 1800 Megatonnen pro Jahr erreicht.
Der Strömungskanal weist vorzugsweise zur Sonnenstrahlabsorption eine in Einbaulage oben angeordnete Fläche, insbesondere zumindest abschnittsweise dunkelfarbige Fläche, auf, um die in den Strömungskanal befindliche Umgebungsluft durch Strahlungswärme zu erwärmen. Der Strömungskanal ist bevorzugt direkt unterhalb der oben angeordneten Fläche angeordnet. Die in Einbaulage oben angeordnete Fläche kann im Wesentlichen schwarz sein. Die oben angeordnete Fläche kann Teil wenigstens eines Blechs sein. Es ist alternativ möglich, dass die oben angeordnete Fläche Teil wenigstens einer Platte ist. Hierbei wird die natürliche Ventilation zur Luftbewegung zwischen dem Strömungskanal und dem Kamin weiter verbessert.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die oben angeordnete Fläche zumindest abschnittsweise dunkelfarbig und zumindest abschnittsweise hellfarbig ausgestaltet. Dadurch wird eine Absorption sowie Reflektion von Sonnenstrahlen ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die oben angeordnete Fläche Teil eines flächigen Anlagenbereichs, an dessen Längsseite mehrere Kamine, insbesondere vierzig Kamine, in Reihe angeordnet sind, wobei unterhalb der oben angeordneten Fläche zu jeweils einem der Kamin hin ein Strömungskanal verläuft. Die Strömungskanäle können jeweils durch eine Trennwand voneinander getrennt sein. Die Strömungskanäle verlaufen vorzugsweise parallel und sind Teil des flächigen Anlagenbereichs. Dadurch weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit einen platzsparenden und vereinheitlichten Aufbau auf.
Der flächige Anlagenbereich kann in der Draufsicht rechteckig ausgebildet sein.
Es ist auch möglich, dass der flächige Anlagenbereich in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet ist. Der flächige Anlagenbereich grenzt bevorzugt unmittelbar an die weiteren Einheiten der Anlage an, um die Leitungen kurz zu halten.
Bei einer Ausführungsform weist der flächige Anlagenbereich wenigstens eine Photovoltaikeinheit auf, die auf der oben angeordneten Fläche angeordnet ist. Die Photovoltaikeinheit kann mit der Elektrolyseeinheit zur Stromversorgung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Photovoltaikeinheit zur Stromversorgung mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit verbunden sein. Die Photovoltaikeinheit kann auf der oben angeordneten Fläche als Photovoltaikfeld ausgebildet sein. Durch die Photovoltaikeinheit ist die Anlage energieautark betreibbar. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Anlage ausschließlich mit Strom aus Sonnenenergie betrieben und somit auf fossile Brennstoffe zur Energieerzeugung zur Gänze verzichtet wird.
Offenbart und beansprucht wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Anlage zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft für die Fierstellung eines Flüssigkraftstoffes, insbesondere einer Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und zur Nutzung dieses Kohlenstoffdioxidanteils zumindest teilweise für die Fierstellung eines Flüssigkraftstoffes. Bei dem Verfahren wird
- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung eine Wassermenge aufgenommen und die aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt; - die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Methanolsyntheseeinheit geleitet;
- Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit gereinigt, wobei die
Umgebungsluft durch wenigstens einen Lufteinlass einer nachgeordneten Sorbereinrichtung zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft extrahiert wird; und - die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine
Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Methanolsyntheseeinheit (34) geleitet, wobei die Sauerstoffteilmenge und die gereinigte Umgebungsluft in die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge in der Methanolsyntheseeinheit zu Methanol umgewandelt werden.
Bei diesem Verfahren wird die Anlage ebenfalls autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung der zugehörigen Anlage. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß Anspruch 17 beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen und Vorteile gelten entsprechend auch für das Verfahren gemäß Anspruch 23.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Anlage ausgestaltet sein kann.
In diesen zeigen, Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur
Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur
Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und zur Herstellung eines klimaneutralen Flüssig kraftstoffs nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur
Herstellung eines klimaneutralen Flüssig kraftstoffs nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Betreiben der Anlagen gemäß Fig. 1 oder 2 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anlage 10 zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Anlage 10 umfasst eine Elektrolyseeinheit 11 zur Sauerstoffherstellung und eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 zur Reinigung von Umgebungsluft UL einer die Anlage 10 umgebenden Außenatmosphäre. Ferner umfasst die Anlage 10 eine Stromerzeugungseinheit 31 zur autarken Stromversorgung der Anlage 10, auf die später näher eingegangen wird.
Die Elektrolyseeinheit 11 ist dazu ausgebildet, eine Wassermenge MH2O durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen. Die Elektrolyseeinheit 11 bildet somit eine Einheit zur Wasserelektrolyse. Die Elektrolyseeinheit 11 ist mit einer Wasserzuführleitung 13 zur Aufnahme der Wassermenge MH2O verbunden. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, ist zwischen der Elektrolyseeinheit 11 und der Wasserzuführleitung 13 eine Pumpeneinheit 25 angeordnet. Die Pumpeneinheit 25 weist wenigstens eine Pumpe zur Beförderung von Wasser aus einem Wasserreservoir 26 auf. Das Wasserreservoir 26 kann ein Meer mit Meerwasser sein. Alternativ kann das Wasserreservoir 26 ein See mit Süßwasser sein. Es ist auch möglich, dass die Wasserzuführleitung 13 mit einem Fluss verbunden ist, um Süßwasser für die Wasserelektrolyse zu entnehmen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage 10 ist die Wasserzuführleitung 13 mit einem Meer zur Entnahme von Meerwasser verbunden. Die Anlage 10 ist in Küstennahe angeordnet, um die zu überwindende Distanz zur Wasserzufuhr, insbesondere die Wasserzuführleitung 13 kurzzuhalten.
Die Pumpeneinheit 25 ist dazu ausgebildet, Meerwasser aus dem Meer zu fördern und weiteren Anlagenteilen bzw. Einheiten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Um das Meerwasser für den Elektrolysevorgang durch die Elektrolyseeinheit 11 aufzubereiten, weist die Anlage 10 eine Meerwasserentsalzungseinheit 27 auf. Die Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist mit der Pumpeneinheit 25 durch wenigstens eine Rohrleitung verbunden oder in die Pumpeneinheit 25 integriert. Die Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist dazu angepasst, aus der geförderten Meerwassermenge M 2o einen bestimmten Salzanteil herauszutrennen, so dass das Meerwasser nach dem Entsalzungsvorgang durch die Meerwasserentsalzungseinheit 27 einen verringerten Salzgehalt aufweist. Die entsalzte Meerwassermenge MH2O entspricht der Wassermenge MH2O, die durch die Elektrolyseeinheit 11 in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird. Die Elektrolyseeinheit 11 ist mit der Meerwasserentsalzungseinheit 27 durch mindestens eine Rohrleitung verbunden. Um das entsalzte Meerwasser von der Meerwasserentsalzungseinheit 27 zu der Elektrolyseeinheit 11 zu fördern, kann wenigstens eine weitere Pumpe zwischengeschaltet sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Elektrolyseeinheit 11 dazu ausgelegt, die aufgenommene Wassermenge MH2O in eine Wasserstoffteilmenge und eine Sauerstoffteilmenge M02 zu zerlegen. Zur Abgabe der erzeugten Sauerstoffteilmenge M02 weist die Elektrolyseeinheit 11 einen Sauerstoffauslass 16 auf, der in die Außenatmosphäre mündet. Es ist möglich, dass die Elektrolyseeinheit 11 einen oder mehrere Sauerstoffauslässe 16 zur Abgabe der erzeugten Sauerstoffteilmenge M02 aufweist.
Die Anlage 10 weist des Weiteren wenigstens eine nicht dargestellte Wasserstofftransporteinrichtung auf, die dazu angepasst ist, die aus der Wassermenge MH2O abgetrennte Wasserstoffteilmenge einer Karbonisierungseinheit 34 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Es ist möglich, dass die Anlage 10 dazu einen Wasserstoffzwischenspeicher aufweist, der mit der Wasserstofftransporteinrichtung verbunden ist. Die Wasserstofftransporteinrichtung führt nach dem Elektrolysevorgang die abgetrennte Wasserstoffteilmenge von der Elektrolyseeinheit 11 dem Wasserstoffzwischenspeicher oder der Karbonisierungseinheit 34 direkt zu. Alternativ ist es möglich, dass die Wasserstofftransporteinrichtung die Wasserstoffteilmenge einem weiteren nicht dargestellten Anlagenteil zuführt, um weiterverarbeitet zu werden.
Gemäß Fig. 1 weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 einen Lufteinlass 14 zur Zufuhr der Umgebungsluft UL und eine nachgeordnete Sorbereinrichtung 15 auf. Es ist möglich, dass die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 einen oder mehrere Lufteinlässe 14 aufweist. Die Sorbereinrichtung 15 ist mit dem Lufteinlass 14 verbunden. Die Sorbereinrichtung 15 ist dazu angepasst, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft UL zu extrahieren. Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 weist des Weiteren einen Luftauslass 17 auf. Der Luftauslass 17 dient zur Abgabe der von Kohlenstoffdioxid gereinigten Umgebungsluft UL'. Der Luftauslass 17 kann in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet und/oder Teil eines Kamins 19 sein.
Konkret ist die Sorbereinrichtung 15 zwischen dem Lufteinlass 14 und dem Luftauslass 17 angeordnet. Im Betrieb strömt die Umgebungsluft UL durch den Lufteinlass 14 zu der Sorbereinrichtung 15, die eine bestimmte Kohlenstoffdioxidmenge aus der Luft UL abtrennt, insbesondere filtert, wobei die gereinigte Umgebungsluft UL' nach der Sorbereinrichtung 15 durch den Luftauslass 17 in die Außenatmosphäre strömt. Generell ist es möglich, dass mehrere Lufteinlässe 14, mehrere Sorbereinrichtungen 15 und mehrere Luftauslässe 17 vorgesehen sind.
Konkret ist in Fig. 1 ein einzelner Kamin 19 mit einer Höhe H von 200 Meter dargestellt, der exemplarisch den äußeren Aufbau der Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit 12 zeigt. Der Luftauslass 17 mündet, wie in Fig. 1 dargestellt, ebenfalls wie der Sauerstoffauslass 16, in die Außenatmosphäre.
Die Anlage 10 umfasst des Weiteren eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die aus der Umgebungsluft UL abgetrennte Kohlenstoffdioxidmenge einem Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher und/oder der Karbonisierungseinheit 34 der Anlage 10 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise werden der Karbonisierungseinheit 34 somit zumindest ein Teil der Wasserstoffteilmenge und zumindest ein Teil der Kohlenstoffdioxidmenge zugeführt, sodass die extrahierte Kohlenstoffdioxidmenge mit der abgetrennten Wasserstoffteilmenge zu weiteren Zwischen- und/oder Endprodukten verarbeitet wird. Konkret können zumindest ein Teil der Kohlenstoffdioxidmenge und zumindest ein Teil der Wasserstoffteilmenge in einer Bosch-Reaktion, die in der Karbonisierungseinheit (34), die vorzugsweise als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildet ist, durchgeführt wird, zu Wasser, Kohlenstoff (Graphit) und Wärme umgesetzt werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Anlage 10 einen flächigen Anlagenbereich 23 auf. Der flächige Anlagenbereich 23 schließt an die Elektrolyseeinheit 11 direkt an. Auf dem flächigen Anlagenbereich 23 ist eine Stromerzeugungseinheit 31 angeordnet, die eine Photovoltaikeinheit 24 ist. Die Photovoltaikeinheit 24 ist mit den jeweiligen Einheiten der Anlage 10 zur Stromversorgung verbunden. Die Photovoltaikeinheit 24 ist derart angepasst, dass die gesamte Anlage 10 energieautark betreibbar ist. Darunter ist zu verstehen, dass der elektrische Strom zum Betrieb der gesamten Anlage 10 ausschließlich durch Sonnenenergie mittels der Photovoltaikeinheit 24 bereitgestellt wird. Mit anderen Worten werden für den Betrieb der Anlage 10 keine fossilen Energiequellen verwendet.
Der flächige Anlagenbereich 23 weist eine Längserstreckung 32 von zirka 5000 Meter und eine Quererstreckung 33 von zirka 2000 Meter auf. Mit anderen Worten ist der flächige Anlagenbereich der Anlage 10 auf einer Fläche von 10 Quadratkilometer ausgebildet. Der in Fig. 1 gezeigte Anlagenbereich beinhaltend die Elektrolyseeinheit 11 kann eine Teillängserstreckung 29 von zirka zwei Kilometer aufweisen. Andere Teillängs-, Längs- und Quererstreckungen 29, 32, 33 sind möglich.
Geht man von einer Gesamtfläche der Anlage 10 von zirka zwölf Quadratkilometer aus, produziert die Anlage 10 mindestens 580 Tonnen Sauerstoff pro Flektar (0,01 Quadratkilometer) pro Jahr. Im Vergleich zu einem herkömmlichen natürlichen Wald, der eine jährliche Sauerstoffmenge von 15 bis 30 Tonnen pro Flektar abgibt, weist die Anlage 10 eine um 5-mal bis 40-mal höhere Sauerstoffabgabe in die Atmosphäre auf. Die Anlage 10 kann daher als künstlicher Wald bezeichnet werden, der eine höhere Sauerstoffabgabeleistung als natürlicher Wald aufweist. Insofern bietet die erfindungsgemäße Anlage eine etwa 30-fach effizientere Flächennutzung als der natürliche Wald.
Die vorstehend beschriebene Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist mit einer Wasserrückführleitung 28 verbunden, durch die eine rückzuführende Meerwassermenge M'H2O mit erhöhtem Salzgehalt in das Meer zurückgeführt wird. Konkret wird aus der entnommenen Meerwassermenge ein bestimmter Salzgehalt extrahiert und anschließend mit einem Teil der entnommenen Meerwassermenge als rückzuführende Wassermenge M'H2O wieder in das Meer zurückgeführt.
Dadurch ist ein Wasserkreislauf bereitgestellt, der für die Natur unschädlich ist.
Der bevorzugte Aufstellungsort der Anlage 10 ist in Küstennähe eines Meeres. Besonders bevorzugt ist die Anlage 10 in einer Wüste aufgebaut. Die Anlage 10 gemäß Fig. 1 ist ein Großkraftwerk. Die Anlage 10 weist wenigstens einen Montagebereich 18 auf, der mit einem Fundament eines Gebäudes und/oder eines Bauwerks verbunden ist. Generell ist es möglich, dass die Elektrolyseeinheit 11 und/oder die Kohlendioxid-Sorptionseinheit 12 in einem gemeinsamen Gebäude oder in separaten Gebäuden angeordnet sind.
Die Stromversorgungseinheit 31 weist bevorzugt einen nicht dargestellten Stromspeicher auf, der zur Stromversorgung der Anlage 10 im Nachtbetrieb angepasst ist.
Die Anlage 10 gemäß Fig. 2 ist zur Anlage 10 gemäß Fig. 1 weitgehend identisch und unterscheidet sich nur durch eine Ergänzung der Anlage 10 um eine Methanol-Syntheseeinheit 37. Die Methanol-Syntheseeinheit 37 ist mit der Elektrolyseeinheit 11 oder einem Wasserstoffzwischenspeicher durch eine Wasserstofftransporteinrichtung und mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 durch eine Kohlenstofftransporteinrichtung verbunden. Aus dem zugeführten Wasserstoff und Kohlenstoff synthetisiert die Methanol-Syntheseeinheit 37 Methanol, das über einen Methanolauslass 38 aus der Anlage 10 entnommen werden kann. Das Methanol kann insbesondere mittels eines Kraftstoffverteil Systems, das Schiffe, insbesondere Tankschiffe, Tankgüterzüge und/oder Tanklastwagen umfassen kann, an dezentrale Methanolabgabestellen weltweit verteilt werden. Die Methanolabgabestellen können Tankstellen sein, an welchen das Methanol zur Betankung von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Lokomotiven bereitgestellt wird.
Durch eine entsprechende Steuerung des Verfahrens in der Anlage 10 kann eingestellt werden, welcher Anteil des in der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit sorbierten Kohlenstoffs für die Produktion des Flüssigkraftstoffs Methanol oder für die Produktion von Graphit zur Speicherung in einem Kohlenstoffspeicher genutzt wird. Anfangs wird voraussichtlich ein Verhältnis von 20% Graphit und 80% Methanol zweckmäßig sein, wobei der Anteil an Methanol im Verlauf sukzessive reduziert und der Anteil an Graphit erhöht werden wird, wenn der Bedarf an der Methanolproduktion insbesondere durch den Bau weiterer Anlagen 10 sinkt.
Generell umfassen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anlagen zusätzlich die Karbonisierungseinheit 34, die vorzugsweise eine Bosch-Reaktionseinheit ist. Insbesondere kann ein Reaktorgebäude vorgesehen sein, in welchem ein Reaktor, vorzugweise ein Wirbelschichtreaktor, angeordnet ist, wobei in dem Reaktor eine Bosch-Reaktion erfolgen kann. Die Karbonisierungseinheit 34 ist vorzugsweise in die Anlage 10 integral eingebunden, kann jedoch auch als separate Nebenanlage ausgebildet sein. Die Karbonisierungseinheit 34 weist einen Kohlenstoffauslass 36 auf, der in den dargestellten Ausführungsbeispielen durch die Wasserrückführleitung 28 gebildet ist oder in diese mündet. Die für die Elektrolyse erforderliche aus dem Wasserreservoir 26 entnommene Wassermenge MH2O wird in der Anlage 10 nicht vollständig in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Vielmehr bleibt eine Restmenge an Wasser, die als rückgeführte Wassermenge M'H2O über die Wasserrückführleitung 28 in das Wasserreservoir 26 zurückgeführt wird. Der in der Karbonisierungseinheit 34 erzeugte Graphit wird dabei vorzugsweise ebenfalls in das Wasserreservoir 26, das vorzugsweise das Meer ist, geleitet. Auf dem Meeresgrund bildet sich so ein Kegel von inertem Graphit, der zusätzlich als Riff genutzt werden kann und so die Artenvielfalt im Meer fördert.
In Fig. 3 ist eine Anlage 10 gezeigt, dass im Wesentlichen für die Übergangsphase gedacht ist, in welcher die Produktion eines klimaneutralen Flüssigkraftstoffs Priorität hat. Die Anlage 10 gemäß Fig. 3 entspricht im Wesentlichen der Anlage 10 gemäß Fig. 2, verzichtet jedoch auf die Karbonisierungseinheit 34. Diese kann jedoch später nachgerüstet werden. Die Anlage 10 gemäß Fig. 3 dient damit ausschließlich der Erzeugung eines Flüssigkraftstoffs, insbesondere von Methanol.
Für die in den Zeichnungen dargestellten Anlagen 10 gilt allgemein, dass das Kohlenstoffdioxid nicht nur über die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit aus der Luft entnommen werden kann. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Anlage 10 eine Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit aufweist, die mit der Wasserzuführleitung 13 verbunden ist und Kohlenstoffdioxid aus der entnommenen Wassermenge MH2O extrahiert. Die Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit kann alternativ zur Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 vorgesehen sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit zusätzlich zur Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit 12 vorgesehen ist.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben der Anlage 10 gemäß Fig. 1 und/oder gemäß Fig. 2 näher beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt wird mittels der Elektrolyseeinheit 11 zur Sauerstoffherstellung durch die Wasserzuführleitung 13 eine Wassermenge MH2O aufgenommen. Anschließend wird die aufgenommene Wassermenge MH2O durch einen Elektrolysevorgang in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt. Die Wasserstoffteilmenge wird durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung einer Karbonisierungseinheit 34 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt, wobei die Karbonisierungseinheit 34 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Bosch-Reaktion ausführt.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird Umgebungsluft UL einer die Anlage 10 umgebenden Außenatmosphäre durch die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 gereinigt. Die Umgebungsluft UL wird durch mehrere Lufteinlässe 14 in die Strömungskanäle 21 eingeleitet, insbesondere eingesaugt, und den nachgeordneten Sorbereinrichtungen 15 zugeführt. Anschließend extrahieren die Sorbereinrichtungen 15 eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft UL. Die Kohlenstoffdioxidmenge wird durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung der Bosch-Reaktion zugeführt. Anschließend wird die gewonnene Sauerstoffteilmenge M02 nach dem Zerlegungsvorgang und die gereinigte Umgebungsluft UL' nach der Extraktion der Kohlenstoffdioxidmenge in die Außenatmosphäre abgegeben. Dadurch wird der Sauerstoffanteil in der Luft erhöht und der C02-Anteil in der Luft verringert.
Die Wasserstoffteilmenge wird ferner gemeinsam mit der Kohlenstoffdioxidmenge mittels der Bosch-Reaktion in Wasser, Kohlenstoff bzw. Graphit und Wärme umgewandelt, was anhand des Flussdiagramms gemäß Fig. 4 nachfolgend näher erläutert wird. Das hier beschriebene, insbesondere das in Fig. 4 gezeigte, Verfahren wird vorzugsweise in einer der Anlagen gemäß Fig. 1 und 2 durchgeführt.
Bei dem Verfahren wird Meerwasser entsalzt und das entsalzte Meerwasser anschließend mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Sauerstoff O2 wird an die Umgebungsluft, insbesondere in die Atmosphäre, abgeben, so dass der Sauerstoffanteil in der Umgebung der Anlage erhöht wird. Parallel dazu wird Kohlenstoffdioxid CO2 mittels einer Kohlenstoffdioxidsorption aus der Umgebungsluft UL, insbesondere der Atmosphäre, gesammelt. Das aus der Umgebungsluft UL entnommene Kohlenstoffdioxid bzw. die Kohlenstoffdioxidmenge wird ebenso wie der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff bzw. die Wasserstoffteilmenge an die Karbonisierungseinheit 34 geleitet. In einer Bosch-Reaktion, die mittels eines Katalysators, wie beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Ruthenium, durchgeführt wird, entstehen 1 Teil reiner Kohlenstoff (Graphit) und 2 Teile Wasser. Das Wasser wird vorzugweise an die Elektrolyse zurückgeleitet, um den Verbrauch von Meerwasser und den damit verbundenen Aufwand für dessen Entsalzung zu reduzieren.
Der Kohlenstoff bzw. Graphit kann anschließend über die
Kohlenstofftransporteinrichtung 35 einem Kohlenstoffspeicher zugeführt werden. Der Kohlenstoffspeicher kann beispielsweise das Wasserreservoir 26 bzw. das Meer sein. Da der in der Bosch-Reaktion entstehende Graphit kaum bis keine Verunreinigungen aufweist und gesteinsähnlich verfestigt ist, bestehen keine Bedenken, den Graphit im Meer zu verklappen.
Die Bosch-Reaktion erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 530°C und 730°C und besonders bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor. Bei Verwendung eines Wirbelschichtreaktors kann insbesondere Eisengranulat als Katalysator eingesetzt werden. Bei der Bosch-Reaktion fällt neben Wasser und Graphit Wärme als Produkt an. Diese Wärme wird effizient für die Kohlenstoffdioxidsorption genutzt. Dabei kann die Wärme als Energieträger für die Kohlenstoffdioxidsorption fungieren, beispielsweise um die natürliche Ventilation in den Kaminen 19 zu fördern. Die für die Elektrolyse, die Kohlenstoffdioxidsorption und die Bosch-Reaktion benötigte Energie stammt aus regenerativen Energiequellen, konkret der Photovoltaikeinheit 24, so dass hier keine zusätzliche Produktion von Kohlenstoffdioxid erfolgt.
Durch das hier beschriebene Verfahren ist es folglich möglich, Kohlenstoffdioxid effizient aus der Erdatmosphäre zu entnehmen und in seine Bestandteile Graphit und Sauerstoff aufzuteilen. Der Sauerstoff kann in die Atmosphäre zurückgeführt und den Graphit dauerhaft in einem Kohlenstoffspeicher, beispielweise dem Meer, eingelagert werden.
Mit der Erfindung wird effizient eine Verbesserung atmosphärischer Luftqualität erreicht.
Bezuaszeichenliste
10 Anlage
11 Elektrolyseeinheit
12 Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit
13 Wasserzuführleitung
14 Lufteinlass
15 Sorbereinrichtung
16 Sauerstoffauslass
17 Luftauslass
18 Montagebereich
19 Kamin
23 flächiger Anlagenbereich
24 Photovoltaikeinheit
25 Pumpeneinheit
26 Wasserreservoir
27 Meerwasserentsalzungseinheit
28 Wasserrückführleitung
29 Teillängserstreckung
31 Stromerzeugungseinheit
32 Längserstreckung
33 Quererstreckung
34 Karbonisierungseinheit
35 Kohlenstofftransporteinrichtung
36 Kohlenstoffauslass
37 Methanol-Syntheseeinheit
38 Methanolauslass
UL Umgebungsluft
UL' gereinigte Umgebungsluft
MH2O entnommene Wassermenge M'H2O rückgeführte Wassermenge MQ2 Sauerstoffteilmenge

Claims

ANSPRÜCHE
1. Anlage (10), insbesondere Kraftwerk, zur Reduktion des
Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und anteilig im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, umfassend:
- wenigstens eine Elektrolyseeinheit (11) zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung (13) zur Aufnahme einer Wassermenge (M 2o) verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge (MH2O) durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge (M02) und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen;
- wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit (11) mit einer Karbonisierungseinheit (34) zur Kohlenstoffsynthese, insbesondere einer Bosch-Reaktionseinheit, verbindet;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) zur Reinigung von Umgebungsluft (UL) einer die Anlage (10) umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass (14) zur Zufuhr der Umgebungsluft (UL) und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung (15) aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft (UL) zu extrahieren; und
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) mit der Karbonisierungseinheit (34) verbindet, wobei die Elektrolyseeinheit (11) wenigstens einen Sauerstoffauslass (16) zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge (M02) und die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit (12) wenigstens einen Luftauslass (17) zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft (UL') aufweist, wobei der Sauerstoffauslass (16) und der Luftauslass (17) in die Außenatmosphäre münden, wobei die Karbonisierungseinheit (34) einen Kohlenstoffauslass (36) zur Entnahme von Kohlenstoff aufweist, und wobei wenigstens eine Stromerzeugungseinheit (31) zur autarken Stromversorgung der Anlage (10) vorgesehen ist, die zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.
2. Anlage (10) nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass die Wasserstofftransporteinrichtung und die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zusätzlich mit einer Methanolsyntheseeinheit (37) zur Herstellung von Methanol verbunden sind, wobei die Methanolsyntheseeinheit (37) einen Methanolauslass (38) zur Entnahme von Methanol aufweist.
3. Anlage (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dad u rch geken nzeich net, dass die Stromerzeugungseinheit (31) wenigstens eine Photovoltaikeinheit (24) zur Umwandlung von Sonnenenergie in Strom und/oder wenigstens eine Windkrafteinheit zur Umwandlung von Windenergie in Strom und/oder wenigstens eine Wasserkrafteinheit zur Umwandlung von Wasserenergie in Strom und/oder wenigstens eine thermische Einheit zur Umwandlung von Wärmeenergie in Strom ist.
4. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Karbonisierungseinheit (34) mittels einer Wassertransporteinrichtung mit der Elektrolyseeinheit verbunden ist.
5. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Karbonisierungseinheit (34), insbesondere der Kohlenstoffauslass, mittels einer Kohlenstofftransporteinrichtung (35) mit einem Kohlenstoffspeicher verbunden ist.
6. Anlage (10) nach Anspruch 5, dad u rch geken nzeich net, dass die Kohlenstofftransporteinrichtung (35) zumindest abschnittsweise durch eine Wasserrückführleitung (28) gebildet ist.
7. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Karbonisierungseinheit (34) einen Katalysator aufweist, der Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Ruthenium umfasst.
8. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit vorgesehen ist, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge (MH2O) mit der Wasserzuführleitung (13) verbunden ist.
9. Anlage (10), insbesondere Kraftwerk, zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und anteilig im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, für die Herstellung eines Flüssigkraftstoffes umfassend:
- wenigstens eine Elektrolyseeinheit (11) zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung (13) zur Aufnahme einer Wassermenge (M 2o) verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge (MH2O) durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge (M02) und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen;
- wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit (11) mit einer Methanolsyntheseeinheit (37) zur Herstellung von Methanol verbindet;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge (MH2O) mit der Wasserzuführleitung (13) verbunden ist;
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) zur Reinigung von Umgebungsluft (UL) einer die Anlage (10) umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass (14) zur Zufuhr der Umgebungsluft (UL) und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung (15) aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft (UL) zu extrahieren; und
- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) mit der Methanolsyntheseeinheit (37) verbindet, wobei die Elektrolyseeinheit (11) wenigstens einen Sauerstoffauslass (16) zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge (M02) und die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit (12) wenigstens einen Luftauslass (17) zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft (UL') aufweist, wobei der Sauerstoffauslass (16) und der Luftauslass (17) in die Außenatmosphäre münden, wobei die Methanolsyntheseeinheit (37) einen Methanolauslass (38) zur Entnahme von Methanol aufweist, und wobei wenigstens eine Stromerzeugungseinheit (31) zur autarken Stromversorgung der Anlage (10) vorgesehen ist, die zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.
10. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Elektrolyseeinheit (11) eine Abgabeleistung einer Sauerstoffteilmenge (M02) pro Jahr von mindestens 700000 Tonnen aufweist und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) eine Extraktionsleistung einer Kohlenstoffdioxidmenge pro Jahr von mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen, vorzugsweise 640000 Tonnen, aufweist.
11. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Elektrolyseeinheit (11) dazu angepasst ist, aus einer Wassermenge (MH2O) von mindestens 1,5 kg, insbesondere von mindestens 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge (M02) von mindestens 1,2 kg, insbesondere von mindestens 1,5 kg, und/oder eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,1 kg, insbesondere von mindestens 0,15 kg abzutrennen.
12. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit (12) dazu angepasst ist, aus einer Umgebungsluftmenge von mindestens 3300 kg eine Kohlenstoffdioxidmenge von mindestens 1,1 kg, insbesondere mindestens 1,3 kg, vorzugsweise 1,375 kg, zu extrahieren.
13. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Wasserzuführleitung (13) und/oder die Wasserrückführleitung (28) salzwasserbeständig sind, insbesondere wobei die Wasserzuführleitung (13) und die Wasserrückführleitung (28) in ein Wasserreservoir (26), insbesondere ein Meer, münden, um Salzwasser aus dem Wasserreservoir (26) aufzunehmen oder in das Wasserreservoir (26) zurückzuführen.
14. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Wasserzuführleitung (13) eine Entsalzungseinrichtung aufweist.
15. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Karbonisierungseinheit (34) eine Bosch-Reaktionseinheit oder eine Kvaerner-Prozesseinheit oder eine C02-Plasmabrenner-Einheit umfasst.
16. Anlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass wenigstens ein Pufferspeicher zum Speichern von Energie, insbesondere elektrischem Strom und/oder Wasserstoff, vorgesehen ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Anlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem
- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit (11) zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung (13) eine Wassermenge (MH2O) aufgenommen und die aufgenommene Wassermenge (MH2O) durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge (M02) und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird;
- die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Karbonisierungseinheit (34), insbesondere eine Bosch-Reaktionseinheit, geleitet wird;
- Umgebungsluft (UL) einer die Anlage (10) umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit (12) gereinigt wird, wobei die Umgebungsluft (UL) durch wenigstens einen Lufteinlass (14) einer nachgeordneten Sorbereinrichtung (15) zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung (15) eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft (UL) extrahiert wird; und - die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine
Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Karbonisierungseinheit (34) geleitet wird, wobei die Sauerstoffteilmenge (M02) und die gereinigte Umgebungsluft (UL') in die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge in der Karbonisierungseinheit (34) zu Wasser, Kohlenstoff und Wärme umgewandelt werden, wobei die Anlage (10) autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dad u rch geken nzeich net, dass ein Teil der Wasserstoffteilmenge und/oder ein Teil der Kohlenstoffdioxidmenge zumindest teilweise an eine Methanolsyntheseeinheit (37) zur Herstellung von Methanol geleitet und dort zu Methanol umgewandelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dad u rch geken nzeich net, dass das Wasser von der Karbonisierungseinheit (34) zumindest teilweise zur Elektrolyseeinheit (11) geleitet und darin zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dad u rch geken nzeich net, dass der Kohlenstoffeinem Kohlenstoffspeicher zur langfristigen Speicherung zugeführt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dad u rch geken nzeich net, dass die Wärme von der Karbonisierungseinheit (34) zur Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit (12) geleitet und dort als Energie für die Kohlenstoffsorption genutzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dad u rch geken nzeich net, dass in der Karbonisierungseinheit (34) eine Bosch-Reaktion zur Erzeugung von Kohlenstoff aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid erfolgt, insbesondere bei einer Prozesstemperatur zwischen 530°C und 730°C.
23. Verfahren zum Betreiben einer Anlage (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei dem
- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit (11) zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung (13) eine Wassermenge (MH2O) aufgenommen und die aufgenommene Wassermenge (M H2O) durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge (M02) und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird;
- die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Methanolsyntheseeinheit (37) geleitet wird;
- Umgebungsluft (UL) einer die Anlage (10) umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit (12) gereinigt wird, wobei die Umgebungsluft (UL) durch wenigstens einen Lufteinlass (14) einer nachgeordneten Sorbereinrichtung (15) zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung (15) eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft (UL) extrahiert wird; und
- die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Methanolsyntheseeinheit (37) geleitet wird, wobei die Sauerstoffteilmenge (M02) und die gereinigte Umgebungsluft (UL') in die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge in der Methanolsyntheseeinheit (37) zu Methanol umgewandelt werden, wobei die Anlage (10) autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt wird.
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