CN116783115A - 用于驱动水运交通工具的内燃动力发动机的方法及具有驱动系统的水运交通工具 - Google Patents

用于驱动水运交通工具的内燃动力发动机的方法及具有驱动系统的水运交通工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动水运交通工具、特别是在内陆水域上的水运交通工具的内燃动力发动机的方法，其中，在用于制备氢的电解单元(11)中将水分解成氢和氧，二氧化碳吸收单元(12)从环境空气中提取二氧化碳，将氢和二氧化碳供给至用于制备甲醇的甲醇合成单元(34)并在该甲醇合成单元中合成甲醇；光伏单元(24)吸收太阳能并将其转化为电能，其中，电解单元(11)、二氧化碳吸收单元(12)和甲醇合成单元(34)由光伏单元(24)中产生的电能驱动，其中，借助于分配系统将所制备的甲醇输送到水运交通工具的至少一个储罐，并根据需要从储罐供给至内燃动力发动机，并在其中燃烧以产生机械能。

Description

用于驱动水运交通工具的内燃动力发动机的方法及具有驱动 系统的水运交通工具
本发明涉及(特别是以全球CO2中和方式制备的)甲醇作为水运交通工具的内燃发动机的燃料的用途。本发明还涉及一种用于驱动水运交通工具的内燃发动机的方法以及一种具有可持续型驱动系统的水运交通工具。
移动性、特别是货物的移动性是经济成功、就业和繁荣的最重要先决条件之一。但与此同时，移动性也意味着交通系统和过去几十年来不断增长的全球交通性能对环境造成沉重负担。诚然，内燃发动机的效率显著提高，并且变得更清洁、更安静。然而，由于交通性能的增加，大量的温室气体和空气污染物继续产生并排放到大气中。随着交通性能的增加，以德国为例，自1960年以来交通的能源消耗增加了两倍多。目前在德国，交通要对大约五分之一的温室气体排放负责。适用于德国的环境和气候影响的情况也适用于全球气候状况，全球气候状况主要受到船运中化石燃料燃烧的影响。这不仅涉及商用船运，而且在一定程度上也涉及休闲船运。
为了抵制这种消极发展并限制对气候的破坏，例如，德国通过的《2050年气候保护计划》旨在将交通部门的年温室气体排放量从目前约1.6亿吨CO2当量减少到2030年的9500至9800万吨CO2当量。欧盟委员会也追求到2050年实现欧洲移动系统去碳化的目标，即，制定温室气体中和。成功与否取决于为实现这些目标所采取的措施是否得到社会各界的支持，以及这些措施是否具有经济效益。核心目标是确保目前广大人口群体的移动需求在未来能以一种尽可能与环境兼容的方式得到满足。这意味着一个成功的移动解决方案不仅必须在技术上是可行的和有针对性的，而且还必须以当前移动解决方案的成本来衡量。
使用合成燃料是发展新的移动概念的一个重要组成部分。在此，甲醇作为一种燃料发挥着重要作用。甲醇是通过合成氢和二氧化碳来制备的，而氢和二氧化碳是可再生的或者以温室气体中和的方式获得的。为此，例如在WO 2018/112654 A1中，描述了一种方法，其中氢通过电解制备，二氧化碳通过直接从环境空气中分离获得，氢和二氧化碳用于产生甲醇。然而，已知的方法并不适于提供足够数量和必要经济效率的能源载体，以显著减少气候影响，同时满足当前的移动需求。
本发明所基于的任务是提供以气候友好型的方式驱动水运交通工具的可能性。此外，本发明的任务是给出一种针对水运交通工具的气候友好型驱动方法，以及一种具有气候友好型驱动系统的水运交通工具。
根据本发明，该任务通过根据本专利申请权利要求1的驱动方法、根据本专利申请权利要求5的用途以及根据本专利申请权利要求8的水运交通工具来实现。
因此，本发明基于的思想在于，给出甲醇在水运交通工具、特别是混合电力驱动的水运交通工具的内燃动力发动机中的用途，该内燃动力发动机特别是发电机组，其中，甲醇在以下方法中制备，在该方法中：
在用于制备氢的电解单元中将水分解成氢和氧，
二氧化碳吸收单元从环境空气中提取二氧化碳，
将氢和二氧化碳供给至用于制备甲醇的甲醇合成单元并在该甲醇合成单元中合成甲醇，以及
光伏单元吸收太阳能并将其转化为电能。
在此，电解单元、二氧化碳吸收单元和甲醇合成单元由光伏单元中产生的电能驱动。
通过使用通过上述方法步骤制备的甲醇，水运交通工具可以以气候友好型、特别是气候中和的方式被驱动。在这方面，这项技术为实现气候中和的移动性和气候中和的休闲移动性提供了潜力。甲醇优选地在年太阳辐射高的地区(例如，在沙特阿拉伯、阿曼、澳大利亚或其他太阳辐射持续较高的地区)以CO2中和的方式生产，易于输送和储存。因此，甲醇特别适合作为一种可在世界范围内使用的能源载体。
此外，甲醇具有足够的能量密度，因此它可合理地用于船运。补充燃料也比给蓄能器充电快得多，因此这样的驱动概念可望得到更广泛的接受，特别是在商用船运中。这特别适用于轻型渡轮或游船的运营。
在优选实施方式中提出，首先在海水淡化单元中将水淡化，然后将其供给至电解单元，其中，海水淡化单元主要、特别是完全由光伏单元中产生的电能驱动。
为了将太阳能转化为电，光伏单元可以具有至少1.0千兆瓦、特别是至少1.3千兆瓦、特别是至少1.5千兆瓦的功率(特别是峰值功率)。优选地，用于制备淡化水的海水淡化单元具有每年至少900000吨海水的接收容量为了制备氢气，电解单元可以通过至少一条管路与海水淡化单元相连，以供应水、特别是淡化水。用于从环境空气中吸收二氧化碳的二氧化碳吸收单元可以具有每年从环境空气中提取至少400000吨二氧化碳、特别是每年至少600000吨二氧化碳的提取能力(Extraktionsleistung)。为了制备甲醇，甲醇合成单元可以通过至少一条管路与用于供应氢的电解单元相连，并通过至少一条管路与用于供应二氧化碳的二氧化碳吸收单元相连。
海水淡化单元、电解单元、二氧化碳吸收单元和甲醇合成单元可以分别与用于供电的光伏单元相连，并与光伏单元一起布置在相连的设备区域中。
特别优选的是，甲醇在太阳辐射高的地区制备，特别地在太阳辐射超过2000kWh/m2a、特别是超过2300kWh/m2a、特别是超过2500kWh/m2a的地区制备。为此，光伏单元可以适于接收至少1500kWh/m2a、特别是至少2000kWh/m2a、特别是至少2300kWh/m2a、特别是至少2500kWh/m2a、特别是至少2700kWh/m2a的太阳能。
甲醇合成单元可以具有每年至少300000吨、特别是至少450000吨可再生制备的甲醇的输出容量每年450000吨可再生制备的甲醇的输出容量是特别优选的。
该设备的与工艺技术相关的单元可以分别与用于供电的光伏单元相连，并且与光伏单元一起布置在相连的设备区域中。这意味着各个单元在空间上彼此接近地布置，并组合在一个统一的设备中。设备区域没有必要是封闭的。例如，各个单元可以通过贯穿设备的供应线彼此分开。这确保了物质流的输送和单元之间的电力供应以尽可能低的损耗进行。
此外，设备作为一个整体的构造方式使其能够以最佳的方式定位并能自给自足地运行。海水淡化单元和光伏单元相结合的特殊优点在于，该设备可以置于诸如中东或非洲这样的地理区域，这些区域既具有高太阳辐射又可获取海水，因此一方面可以通过光伏单元向该设备供应能源，另一方面可以以经济的方式向电解单元提供足够的水量。
通过向电解单元供电(仅由光伏单元供电)，该设备以可再生的方式制备氢。制备甲醇所需的二氧化碳可以是由二氧化碳吸收单元从设备的环境空气中抽取的。通过在设备中组合这两个单元，甲醇的制备以可再生方式进行，而不产生二氧化碳。更确切地说，通过从环境空气中抽取二氧化碳，大气中的二氧化碳浓度甚至也降低了。因此，该设备适合于成为以可再生制备的甲醇作为能源载体形成全球二氧化碳循环的气候中和型能源系统的一部分。这意味着从环境空气中抽取的二氧化碳量不必进行清除或倾倒，例如二氧化碳在已知的深层岩层中储存的情况下，通常是这样的，其中这并不排除例如作为一项附加措施。从环境空气中吸收的二氧化碳是一种有价值的物质，其在该设备中用于制备合成燃料，即甲醇，因此可以供给到二氧化碳循环中。
该设备使得所采取的措施的经济效益成为可能，这对于实现上述气候目标是必要的。诚然，与用于燃料电池的氢的制备和应用相比，由于合成甲醇所需的附加工艺步骤，转化损失增加。然而，与纯电力驱动或燃料电池技术相比，燃烧甲醇所产生的全球基础设施成本方面的大得多的经济优势抵消了这一点。在燃烧可再生制备的甲醇的情况下，不需要昂贵的充电站或技术上复杂的氢储存的成本。甲醇的储存和运输不需要任何特殊措施，并且与传统燃料的处理相当。与能源氢或电池相比，可再生制备的甲醇的另一个优点在于，甲醇的能源密度为4.35kWh/L，远高于高压氢(800bar)的1.25kWh/L，液态氢的2.36kWh/L，以及电池的0.5kWh/L。
对当前能源价格的比较(该比较旨在对用于可再生制备甲醇的设备的能源成本的依据进行大致说明)表明，在该设备框架内提供的光伏单元是重要部件，不仅用于以可再生的方式制备合成燃料，而且还以经济的方式制备合成燃料，使得该燃料可以在与其他能源的竞争中占有优势。目前(2020年)，风能(2.39欧元/kWh)和水力发电(1.71欧元/kWh)的能源价格已经远远低于化石燃料的能源价格，当然还包括核能。然而，通过光伏发电的能源价格甚至更低，并且在像中东或非洲的太阳辐射高且时间长的地区生产的电力的价格为1.14欧元/kWh。例如，那里已有装机功率为2千兆瓦的光伏设备，并且能够以上述价格生产电力。
该设备可以被设计为用于安装在由于沙漠或草原而不能用于大面积农业的地区，从而为相应大规模的光伏单元提供足够大的面积。优选地，光伏单元的功率、特别是峰值功率为至少1.0千兆瓦，特别是至少1.3千兆瓦，特别是至少1.5千兆瓦。用于制备淡化水的海水淡化单元被设计为每年至少900000吨海水的接收容量。优选地，二氧化碳吸收单元被设计为从环境空气中每年至少400000吨二氧化碳、特别是每年至少600000吨二氧化碳的提取能力。因此，海水淡化单元和二氧化碳吸收单元在性能上与甲醇合成单元相匹配，该甲醇合成单元具有每年至少300000吨、特别是至少450000吨可再生制备的甲醇的输出容量。为包括电解单元在内的上述处理单元供电所需的电力应由光伏单元提供，该光伏单元适于接收至少1500kWh/m2a、特别是至少2000kWh/m2a、特别是至少2300kWh/m2a、特别是至少2500kWh/m2a、特别是至少2700kWh/m2a的太阳能。单位kWh/m2a表示每平方米和每年的千瓦时。
该设备可以构成具有多个根据上述设备设计的设备的较大型设备复合体的基本单元。这样就可以扩大甲醇的制备规模，从而在适当数量的设备下就可以满足世界人口的大量能源需求，特别是全部能源需求。
本发明还基于如下思想：给出一种用于驱动水运交通工具、特别是在内陆水域上的水运交通工具的内燃动力发动机的方法，在该方法中：
在用于制备氢的电解单元中将水分解成氢和氧，
二氧化碳吸收单元从环境空气中提取二氧化碳，
将氢和二氧化碳供给至用于制备甲醇的甲醇合成单元并在该甲醇合成单元中合成甲醇，
光伏单元吸收太阳能并将其转化为电能。
根据本发明，电解单元、二氧化碳吸收单元和甲醇合成单元由光伏单元中产生的电能驱动，其中，借助于分配系统将所制备的甲醇输送至水运交通工具的至少一个储罐，并根据需要从储罐供给至内燃发动机，并在其中燃烧以产生机械能。
在优选的实施方式中，内燃动力发动机是混合电力驱动的水运交通工具的发电机组的一部分，其中，在该发电机组中，内燃动力发动机的机械能被转化为用于推进水运交通工具的电力驱动能。
优选地，分配系统适于将可再生制备的甲醇从输出设备分配给将可再生制备的甲醇燃烧的终端消耗器。例如，分配系统被设计成物流网络的形式，其中甲醇用油罐列车输送至加油站、优选在港口中的加油站。在加油站，水运交通工具的储罐(特别是甲醇燃料储罐)可以用甲醇加注。
在分配系统的上游可以连接有输送系统，该输送系统与根据本发明的设备的甲醇合成单元相连接或是可相连接的，该输送系统适于将由甲醇合成单元可再生制备的甲醇从甲醇合成单元输送到至少一个输出设备。输送系统可以是固定的或移动的，并且例如包括泵和管路或通过油轮输送。油轮也可以通过此处描述的方法进行驱动。在这种情况下，可以使用本身已知的输送系统，例如用于原油输送的输送系统。输出设备可以是港口处或泵站处的储存罐。
在可再生制备的甲醇燃烧过程中产生二氧化碳会进入到大气中。所寻求的二氧化碳循环通过以下方式而闭合：二氧化碳吸收单元直接或间接地将进入大气的二氧化碳从中分离出来，并将其用于甲醇制备过程。以这种方式制备的甲醇以及用于制备甲醇的二氧化碳再次被引回到二氧化碳循环中。
使用甲醇的水运交通工具和制备甲醇的地点在空间上彼此相距很远这一事实无关紧要，因为这关系到大气中二氧化碳的总体平衡，而大气中二氧化碳的总体平衡通过形成闭合的二氧化碳循环而保持不变。如果二氧化碳吸收单元从大气中去除过量的二氧化碳，而这些二氧化碳没有通过作为能源载体的甲醇引回到循环中，则甚至可能降低大气中的二氧化碳浓度。然后，多余的二氧化碳被清除到其他地方，例如在冰岛已经得到实践的储存在深层岩层中。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，在海水淡化单元中将水淡化，然后将其供给至电解单元，其中，海水淡化单元主要地、特别是完全地由光伏单元中产生的电能驱动。
为了理解本发明，在内燃动力发动机中使用甲醇作为主要燃料是必不可少的。因此，甲醇不是添加到另一种燃料中的添加物。更确切地说，甲醇的使用方式是直接用它来使内燃动力发动机运行。
优选地，内燃动力发动机是往复式活塞发动机，其以压缩比为至少14：1、特别是至少16：1、特别是至少18：1、特别是至少20：1运行。特别地，往复式活塞发动机可以是四冲程汽油发动机。
目前，柴油发动机在水运交通工具中占有很高的市场份额。然而，甲醇的使用使汽油发动机能够以异常高的压缩比运行。在高压缩比的情况下，特别是在燃烧空气比(λ＝1)均衡的驱动中，实现了效率的显著提高。由此，在低燃料消耗下，可以实现四冲程汽油发动机的高功率。同时，柴油发动机所需的大部分非常复杂的废气后处理也被省略了，这节省了空间和重量，从而进一步提高了水运交通工具的效率。特别地，以此方式，提供了将混合驱动系的驱动电池集成到水运交通工具中的空间。
可以在裂解单元中将一部分甲醇裂解成包括氢和一氧化碳构成的合成气或者由氢和一氧化碳构成的合成气，并且合成气可以单独或与甲醇一起导入往复式活塞发动机，其中裂解单元被布置在水运交通工具中，特别是布置在储罐和往复式活塞发动机之间。合成气可以提高甲醇燃料的可燃性，从而有助于往复式活塞发动机更高效的运行。
本发明的另一个方面涉及一种具有驱动系统的水运交通工具，其中，驱动系统具有发电机组、至少一个驱动电池和从驱动电池获取电能的至少一个电动机。发电机组包括双缸往复式活塞发动机和用于产生电能的至少一个发电机，该双缸往复式活塞发动机具有两个串联布置的气缸活塞单元，其中，每个气缸活塞单元具有曲轴，并且两个气缸活塞单元的曲轴相互机械联接，并且其中，至少一个曲轴、特别是两个曲轴分别与至少一个发电机机械连接。
优选地，双缸往复式活塞发动机适于以甲醇、特别是可再生制备的甲醇作为主要燃料的驱动。优选地，电动机通过变速器作用于螺旋桨的驱动轴或直接作用于螺旋桨的驱动轴。当驱动水运交通工具时，螺旋桨可以在水中自由旋转或集成到水喷射驱动装置中。
此外，可提供储罐，该储罐与双缸往复式活塞发动机流体连通并至少部分地、优选地完全地充满可再生制备的甲醇。驱动系统可以具有多个发电机组，这些发电机组分别与一个共用的驱动电池或多个单独的驱动电池电连接。
特别优选的是，根据前述方法驱动前述水运交通工具的双缸往复式活塞发动机。
基于实施例并参考所附示意图以更多细节对本发明进行更详细的说明。
在这些附图中：
图1示出了根据本发明的优选实施例的用于制备全球可用的能源载体的设备的立体图；
图2示出了根据本发明的另一优选实施例的用于制备全球可用的能源载体的设备的立体图；
图3示出了根据图2的设备的平面设备区域的俯视图；
图4示出了通过根据图3的设备的平面设备区域的示意性横截面；
图5示出了利用根据图1的设备或根据图2的设备来制备全球可用的能源载体的方法的流程图；以及
图6示出了根据优选实施例的根据本发明的水运交通工具的发电机组的横截面视图。
在下文中，相同部分和作用相同的部分，使用同一附图标记。
图1示出了设备10的实施例，设备10被设计用于制备甲醇形式的全球可用的能源载体。设备10包括电解单元11、二氧化碳吸收单元12、海水淡化单元27和甲醇合成单元34。为了给上述单元供电，设置了光伏单元24，其与相应的单元11、12、27、34电连接。
从图1中可以看出，上述设备部件被布置在相连的设备场地上，使得不同单元之间的物质流及能量流的交换和电力供应以尽可能低的损耗进行。设备的形状并不限于图1中所示的形状。
电解单元11通过至少一条管路(未示出)与海水淡化单元27相连，以用于供应水、特别是淡化水。淡化水通过管路被供给至电解单元11。一方面，甲醇合成单元34通过至少一条管路与电解单元11相连，另一方面，通过至少另一条管路与二氧化碳吸收单元12相连。在电解单元11中制备的氢和在二氧化碳吸收单元12中分离的二氧化碳通过这两条管路被供给至甲醇合成单元34。由此，在甲醇合成单元34中制备甲醇。
海水淡化单元可以被设计成使得其可以每年接收和淡化至少900000t海水。二氧化碳吸收单元可以被设计成从环境空气中获取的每年至少400000吨二氧化碳、特别是每年至少600000吨二氧化碳的提取能力。甲醇合成单元34适于每年制备至少300000t、特别是450000t可再生制备的甲醇。
光伏单元24可以具有约为1.5GW的功率，并且根据太阳辐射接收至少1500kWh/m2a。对于在图1中选择的位于中东的地点，光伏单元24优选地适于接收至少2500kWh/m2a。
电解单元11被设计用于通过电解将水量MH2O分解成氧分量MO2和氢分量。因此，电解单元11形成用于电解水的单元。电解单元11与用于接收水量MH2O的供水管道13相连。如图1中可见，在电解单元11和供水管道13之间布置有泵单元25。泵单元25具有用于从蓄水池26中输送水的至少一个泵。蓄水池26可以是有海水的海洋。可替代地，蓄水池26可以是有淡水的湖泊。供水管道13也可以与河流相连，以获取淡水以供进行水电解。在图1中所示的设备10中，供水管道13与海洋相连，以获取海水。设备10优选地被布置在海岸附近，以保持与供水装置、特别是供水管道13的待克服距离较短。
泵单元25被设计用于从海洋中输送海水并使其可用于其他设备部件或者单元进一步处理。为了给电解单元11的电解过程准备海水，设备10具有海水淡化单元27。海水淡化单元27通过至少一条管路与泵单元25相连。海水淡化单元27适于从输送的海水量MH2O中分离出一定比例的盐，因此海水在经过海水淡化单元27的淡化过程后具有降低的含盐量。淡化的海水量MH2O对应于由电解单元11分解成氧分量MO2和氢分量的水量MH2O。电解单元11通过至少一条管路与海水淡化单元27相连。为了将淡化的海水从海水淡化单元27输送到电解单元11，其间可以连接至少一个另外的泵。
如上所述，电解单元11被设计用于将所接收的水量MH2O分解为氢分量和氧分量MO2。氢分量被供给至甲醇合成单元34。氧分量MO2被排放到环境中。为此，电解单元11优选地适于从接收的至少1.5kg的水量MH2O中分离出至少1.2kg的氧分量MO2和至少0.15kg、特别是0.19kg的氢分量。为了排放所产生的氧分量MO2，电解单元11具有通向外部大气的氧气出口16。设备10具有氢输送装置(未示出)，其用于将氢供给至甲醇合成单元34。
设备10可以具有氢储存器，使得能够尽可能连续地向甲醇合成单元34供应氢。
根据图1，二氧化碳吸收单元12具有用于供给环境空气UL的空气入口14和下游的吸收装置15。二氧化碳吸收单元12可以具有一个或更多个空气入口14。吸收装置15与空气入口14相连。吸收装置15适于从环境空气UL中提取二氧化碳量。二氧化碳吸收单元12还具有在竖直方向上朝上取向的空气出口17。空气出口17用于排放二氧化碳浓度低于环境空气UL的二氧化碳浓度的排放空气UL'。空气出口17是烟囱19的一部分。
具体地，吸收装置15被布置在空气入口14和空气出口17之间。在操作中，环境空气UL通过空气入口14流到吸收装置15，吸收装置15从空气UL中分离、特别是过滤一定的二氧化碳量，其中过滤后的排放空气UL'在吸收装置15之后通过空气出口17流入外部大气。通常，可以设置多个空气入口14、多个吸收装置15和多个空气出口17。
具体地，在图1中示出了高度H为200米的单个烟囱19，其示例性示出了二氧化碳吸收单元12的外部结构。如图1所示，空气出口17也像氧气出口16一样通向外部大气。
设备10还包括二氧化碳输送装置(未示出)，其被设计用于将从环境空气UL中分离的二氧化碳量提供给二氧化碳储存器和/或甲醇合成单元34以供进一步处理。二氧化碳储存器用于确保尽可能连续地向甲醇合成单元34供应二氧化碳。
二氧化碳吸收单元12可以具有每年至少400000吨、特别是600000吨二氧化碳量的提取能力。换句话说，二氧化碳吸收单元12可以被设计用于每年处理至少1500兆吨环境空气量。具体地，二氧化碳吸收单元12优选地适于从至少3300kg的环境空气量中提取至少1.4kg的二氧化碳量。
如图1中所示，设备10具有平面设备区域23。平面设备区域23直接连接到电解单元11。在平面设备区域23上，布置有发电单元31，该发电单元31是光伏单元24。光伏单元24与设备10的各个单元相连以进行供电。光伏单元24以如下方式调整，即整个设备10可以在能源方面自给自足地运行。这应理解为，用于运行整个设备10的电力完全能够由太阳能借助于光伏单元24来提供。换句话说，设备10的运行优选地不使用任何化石能源。
平面设备区域23可以具有约5000米的纵向延伸32和约2000米的横向延伸33。换句话说，设备10的平面设备区域优选地被设计成10平方公里的面积。在图1中所示的包含电解单元11的设备区域可以具有大约2公里的子纵向延伸29。其它的子纵向延伸29、纵向延伸32和横向延伸33也是可能的。
上述海水淡化单元27与回水管道28相连，通过该回水管道将含盐量增加的回流的海水量M'H2O送回海洋。具体地，从获取的海水量中提取一定盐分，然后将所获取的海水量的一部分作为回流的水量M'H2O再送回海洋中。由此，提供了对自然无害的水循环。
设备10的优选的安装地点是海洋的海岸附近。特别优选地，设备10建造在沙漠中。甲醇输出管道35可以将设备10与甲醇输出地点、例如在港口中的甲醇输出地点相连。
根据图1的设备10是大型发电厂。设备10可以具有至少一个安装区域18，该安装区域与建筑物和/或构筑物的根基相连。一般而言，电解单元11和/或二氧化碳吸收单元12可以布置在共同的建筑物中或单独的建筑物中。
优选地，供电单元31具有电力储存器(未示出)，该电力储存器适于在夜间运行中向设备10供电。
图2示出了与图1不同的设备10，其中单个二氧化碳吸收单元12被多个二氧化碳吸收单元12所取代。根据图2的各个二氧化碳吸收单元12具有烟囱19和横向于烟囱19延伸的流动通道21。例如，这在图4中清晰可见。流动通道21在烟囱的安装位置的下部布置的区域处与烟囱19相连。在流动通道21和烟囱19之间布置有吸收装置15，该吸收装置被设计用于从环境空气UL中提取二氧化碳量。吸收装置15由胺交换器构成。其他类型的吸收装置也是可能的。
如图2、图3所示，烟囱19沿着平面设备区域23的纵向延伸32布置。平面设备区域23具有在安装位置顶部布置的表面22。顶部布置的表面22被设计成至少一部分是深色的，以吸收太阳能。流动通道21在安装位置被布置在顶部布置的表面22的下方。为了将环境空气UL供给至流动通道21，在顶部布置的表面22中构造多个空气入口14。空气入口14形成穿过顶部布置的表面22的通道开口。为了清楚起见，这些通道开口在图3仅在第一流动通道21上示出。空气入口14的数量也是可变的。
在运行过程中，环境空气通过空气入口14流入到流动通道21中，然后通过吸收装置15。在吸收装置15之后，二氧化碳浓度降低的排放空气UL'流入到烟囱19中，并通过空气出口17流入到外部大气中。在运行中，位于表面22下方的流动通道21中的环境空气通过深色的顶部布置的表面22来加热。优选地，流动通道21中的环境空气UL的温度约为60℃。当环境空气UL的外部温度约为40℃时，通过烟囱和流动通道21以及深色的表面22的布置，产生自然通风。换句话说，对于将环境空气UL供给到流动通道21中，以及流经吸收装置15和净化的环境空气UL'从烟囱19中流出，不需要通风机或鼓风机。
图3示出了根据图2的设备10的平面设备区域23的俯视图。沿纵向延伸32示出的1至40的编号表示布置在纵向延伸32上的烟囱19的数量。横向于纵向延伸32的线示出了各个流动通道21之间的示意性分离。各个流动通道21分别与烟囱19相关联。在此，在流动通道21和烟囱19之间分别布置有吸收装置15。平面设备区域23的纵向延伸32约为5000米，平面设备区域23的横向延伸33约为2000米。在平面设备区域23中总共设置有四十个烟囱19和总共四十个流动通道21。它们具有每年至少1800兆吨排放空气UL'的总输出能力。
为了实现这一点，烟囱19的直径D为25米。直径D是指形成空气出口17的烟囱19的区域。空气出口17被构造在烟囱19的自由端部。此外，各个烟囱19具有100米的高度H。由此，构成了自然通风的烟囱效果的最佳形状。烟囱19的其他尺寸也是可能的。
此外，在平面设备区域23中可布置多于或少于四十个烟囱19，烟囱19分别具有相关联的流动通道21。
从图4中可以看出，平面设备区域23在顶部布置的表面22处设置有光伏单元24。换句话说，在平面设备区域23的顶部布置的表面22上布置有光伏单元24。优选地，光伏单元24具有每年1.5千兆瓦的功率。因此，在根据图2的设备10中，二氧化碳吸收单元12和光伏单元24在空间上形成共同的单元。光伏单元24形成用于对整个设备10在能源方面自给自足地运行的供电单元31。
应当指出，除了所描述的差异外，上述根据图1和根据图2的设备10是相同的。
可使用根据图1或图2的设备10执行的方法将基于根据图5的流程图来阐述：
为了制备1kg甲醇的量，向设备10供给约2kg海水的量，并在海水淡化单元27中将其淡化。这将产生约1.13kg的淡化水。剩余的盐水(约0.87kg)通过回水管道28返回海洋。在电解单元中，将淡化水和必要时在随后的工艺步骤中产生的进一步的水量分解成氢(约0.19kg)和氧(约1.5kg)。二氧化碳吸收单元12通过空气入口14接收约3371.75kg的空气量，并从中提取约1.38kg二氧化碳的量。将氢和二氧化碳供给至甲醇合成单元，并在那里将其加工成1kg的甲醇。将合成过程中产生的多余热量供给至二氧化碳吸收单元12。此外，在合成过程中还会产生约0.56kg的水量，该水量被供给至电解单元。对于这些工艺步骤，光伏设备将约51kWh的太阳能转化成约12.83kWh的可用电能。
在图6中示出了用于根据本发明的水运交通工具的发电机组120。发电机组120包括具有第一气缸活塞单元122和第二气缸活塞单元123的双缸往复式活塞发动机121。气缸活塞单元122、123中的每一个都包括在气缸125中被引导的活塞124。活塞124与连杆126联接，连杆126将活塞124与曲轴127连接在一起。曲轴127被定向为彼此平行，并且分别承载具有外齿部的正齿轮127a。外侧带齿的正齿轮127a相互啮合，使得正齿轮127a反向旋转。
每个正齿轮127a通过齿形皮带128与发电机130联接。共设置有两台发电机130。发电机130还包括平衡配重130a，其实现惯性力和惯性矩的平衡。
发电机组120进一步包括将曲轴127之一与凸轮轴132连接在一起的凸轮皮带131。每个气缸活塞单元122、123分别与凸轮轴132相关联。凸轮轴132分别作用于阀133，其中优选地，每个气缸活塞单元分别具有四个阀133。
此外，设置了油底壳134，在油底壳134中布置了油泵135。经由将油泵135与曲轴127中的一个曲轴连接在一起的油泵皮带136驱动油泵135。优选地，油泵135与另一曲轴127而不是与凸轮轴132相连。此外，在油底壳134处布置了油滤清器137。
如在图6中可较好地识别的，发电机组120被构造得特别紧凑。它的部件相对较少，因此易于维护，并且具有较轻的重量。双缸往复式活塞发动机的噪音和振动特别低。另外，双缸往复式活塞发动机可以封装在壳体中，其中，壳体还可以有助于降低噪声和振动。水运交通工具的驱动系统可以具有多个发电机组120，这些发电机组协同工作以产生电力并为驱动电池供电。
此外，在图6可以识别出气缸活塞单元122、123的气缸125以交错的方式布置。特别地，气缸125的中心轴线彼此之间的距离小于曲轴127的中心轴线之间的距离。因此，连杆126在活塞124的上止点处(如图6所示)朝向彼此略微倾斜。由此，大大减少了发动机启动时的振动。特别地，在启动发电机组120时，启动惯性矩以这种方式减小，从而不发生其他已知的启动振动。
对于驱动水运交通工具，优选地驱动发电机组120，并且经由发电机130提供行驶运行所需的电能，以使用电动机。在此，优选地，集成48伏、400伏或800伏系统作为电气系统。优选地，驱动电池的尺寸被设计为使水运交通工具可以在10公里与120公里之间、特别是20公里与100公里之间、特别是25公里与60公里之间能够完全以电力方式行驶，即在不驱动发电机组的情况下行驶。
优选地，发电机组120由可再生制备的甲醇驱动。为此，设置了适当的储罐，该储罐容纳可再生制备的甲醇或者充满可再生制备的甲醇。以此方式，可以实现水运交通工具的特别经济并同时气候友好型的运行。
正如基于上述实施例所阐述的，本发明为严重的气候问题提供了技术上可行且经济的解决方案，由于所述设备的可扩展性，该解决方案可以在合理的时间框架内实施。本发明考虑到了地球上某些地区提供的地理机会，并以其简单性给人留下深刻印象。
附图标记列表
10 设备
11 电解单元
12 二氧化碳吸收单元
13 供水管道
14 空气入口
15 吸收装置
16 氧气出口
17 空气出口
18 安装区域
19 烟囱
21 流动通道
22 顶部布置的表面
23 平面设备区域
24 光伏单元
25 泵单元
26 蓄水池
27 海水淡化单元
28 回水管道
29 子纵向延伸
31 发电单元
32 纵向延伸
33 横向延伸
34 甲醇合成单元
35 甲醇输出管道
120 发电机组
121 双缸往复式活塞发动机
122 第一气缸活塞单元
123 第二气缸活塞单元
124 活塞
125 气缸
126 连杆
127 曲轴
127a 正齿轮
128 齿形皮带
130 发电机
130a 平衡配重
131 凸轮皮带
132 凸轮轴
133 阀
134 油底壳
135 油泵
136 油泵皮带
137 油滤清器
UL 二氧化碳浓度增加的环境空气
UL' 二氧化碳浓度降低的排放空气
D 直径
H 高度
MH2O 获取的水量
M’H2O 回流的水量
MO2 氧分量。

Claims (11)

1.一种用于驱动水运交通工具的内燃动力发动机的方法，所述水运交通工具特别是在内陆水域上的水运交通工具，在所述方法中：
在用于制备氢的电解单元(11)中将水分解成氢和氧，
二氧化碳吸收单元(12)从环境空气中提取二氧化碳，
将氢和二氧化碳供给至用于制备甲醇的甲醇合成单元(34)并在所述甲醇合成单元中合成甲醇；
光伏单元(24)吸收太阳能并将其转化为电能，
其中，所述电解单元(11)、所述二氧化碳吸收单元(12)和所述甲醇合成单元(34)由所述光伏单元(24)中产生的电能驱动，其中，借助于分配系统将所制备的甲醇输送到所述水运交通工具的至少一个储罐，并根据需要从所述储罐供给至所述内燃动力发动机，并在其中燃烧以产生机械能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃动力发动机是混合电力驱动的水运交通工具的发电机组(120)的一部分，其中，所述内燃动力发动机的机械能在所述发电机组(120)中被转换成用于推进所述水运交通工具的电力驱动能。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在海水淡化单元(27)中将水淡化，然后将其供给至所述电解单元(11)，其中，所述海水淡化单元(27)主要地、特别是完全地由所述光伏单元(24)中产生的电能驱动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机是往复式活塞发动机(121)，其以压缩比至少14：1、特别是至少16：1、特别是至少18：1、特别是至少20：1运行。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在裂解单元中将一部分甲醇裂解成包括氢和一氧化碳构成的合成气或者由氢和一氧化碳构成的合成气，并将所述合成气单独地或与甲醇一起导入所述往复式活塞发动机，其中，所述裂解单元被布置在所述水运交通工具中，特别是布置在储罐和所述往复式活塞发动机之间。
6.将甲醇作为水运交通工具的内燃动力发动机的燃料的用途，所述水运交通工具特别是混合电力驱动的水运交通工具，所述内燃动力发动机特别是发电机组(120)，其中，甲醇在根据前述权利要求中任一项所述的方法中制备。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于，水在海水淡化单元(27)中被淡化，并且随后被供给至所述电解单元(11)，其中，所述海水淡化单元(27)主要地、特别是完全地由所述光伏单元(24)中产生的电能驱动。
8.一种具有驱动系统的水运交通工具，特别是混合电力驱动的水运交通工具，其中，所述驱动系统具有发电机组(120)、至少一个驱动电池和从所述驱动电池获取电能的至少一个电动机，其中，所述发电机组包括双缸往复式活塞发动机(121)和用于产生电能的至少一个发电机(130)，所述双缸往复式活塞发动机(121)具有串联布置的两个气缸活塞单元(122、123)，其中，每个气缸活塞单元(122、123)具有曲轴(127)，并且两个气缸活塞单元(122、123)的曲轴(127)相互机械联接，并且其中，至少一个曲轴(127)、特别是两个曲轴(127)分别与所述至少一个发电机(130)机械连接。
9.根据权利要求8所述的水运交通工具，其特征在于，所述电动机通过变速器作用于螺旋桨的驱动轴或直接作用于螺旋桨的驱动轴。
10.根据权利要求8或9所述的水运交通工具，其特征在于储罐，所述储罐与所述双缸往复式活塞发动机(121)流体连通并至少部分地、优选完全地充满可再生制备的甲醇。
11.一种用于驱动根据权利要求8至10中任一项所述的水运交通工具的方法，其中，使用根据权利要求1至4中任一项所述的方法来驱动所述双缸往复式活塞发动机(121)。
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