-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum ökologischen Anbau und Bearbeitung
von Biomasse, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 7.
-
Der
Klimawandel entwickelt sich jetzt und für zukünftige Generationen zu einer
ernstzunehmenden Bedrohung. Neben der Tatsache dass bestimmte klimatische
Fakten längst
geschaffen und nicht mehr umkehrbar sind, geht es aktuell darum,
dass dieser Prozess nicht unnötig
verschärft
und in der zeitlichen Entwicklung beschleunigt wird. Erschwerend
kommen jedoch globale demografische Entwicklungen hinzu, die eine
weiter steigende Weltbevölkerung prognostizieren.
Mit der steigenden Bevölkerung steigt
auch kausal der Energiebedarf. Bisherige ökologische Energieformen aus
Wasser-, Wind- und Sonnenenergie
reichen zur Abdeckung dieses Energiebedarfes auch hierzu nicht mehr
aus.
-
In
Bezug auf den Energiebedarf muss es aber dennoch auch zu einer Reduktion
des klimaschädlichen
CO2 kommen.
-
Da
die bisherigen Energiealternativen alleine nicht ausreichen, muss
ein Weg gefunden werden, das Anwachsen von CO2 in
der Atmosphäre
stark zu reduzieren.
-
Es
gibt Verfahren, bei denen CO2 als Gas ins Erdreich
gepumt und dort quasi entsorgt wird. Nachteilig ist dabei jedoch,
dass nicht überall
die geologischen Gegebenheiten eine sichere Einlagerung dieses giftigen
Gases CO2 ermöglichen. Tektonische Aktivitäten erschweren
dies weiter.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art
dahingehend weiterzubilden, dass CO2 in
der Atmosphäre
in verstärktem
Maße weiter
reduziert wird, und dass das so gebundene/absorbierte CO2 auch sicher gelagert ist.
-
Die
gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Im
Hinblick auf eine Anordnung ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 7 gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Kern
der verfahrensgemäßen Erfindung
ist, dass Biomasse in einem Pyrolisierungsschritt in einem Pyrolysebehältnis zu
Holzkohle verkokt, und hernach zumindest teilweise eingelagert wird.
Damit wird der an sich bei Energieerzeugung aus Biomasse übliche CO2-Zyklus unterbrochen, und zwar zu Gunsten
einer nahezu vollständigen
CO2-Absortion aus der Atmosphäre, während der
Wachstumsphase der Biomassen-Pflanze.
-
Mit
anderen Worten heisst dies, dass während des Aufwuchses der Biomasse-Pflanzen
naturgemäß große Mengen
CO2 aus der Atmosphäre absorbiert werden. Diese
werden in der Pflanze photosynthetisch umgewandelt und die Pflanze
desorbiert Sauerstoff O2 und gleichzeitg
wird Kohlenstoff in das Pflanzenmaterial eingebaut. Dadurch entsteht
in der CO2-Bilanz somit ein Defizit. Erfindungsgemäß wird die
Biomasse nunmehr in einem Verkokungs- d. h. in einem Pyrolisierungsprozess
zu Holzkohle umgewandelt. Der Kohlenstoff bleibt dabei weiterhin
zum größten Teil
noch gebunden, so dass es auch nach dieser Pyrolisierung bei einem
CO2-Bilanz Defizit bleibt.
-
Die
so gewonnene Holzkohle wird dabei jedoch zumindest teilweise eingelagert,
d. h. nicht mehr, oder nicht sofort verbrannt. Dabei bleibt es dann
bei einem CO2-Bilanz-Defizit in der Atmosphäre.
-
Die
so gewonnene Holzkohle, die aus schnell wachsender Biomasse gewonnen
wurde und die wie ein CO2-Absorptionsfilter
im Wachstum wirkt, wird hernach in alten Bergwerkstollen oder auch
auf speziellen Halden gelagert.
-
In
dieser Form ist das letztlich aus der Atmosphäre absorbierte CO2 wesentlich
sicherer und chemisch stabiler eingelagert, als bei einer herkömmlichen
Einlagerung als Gas.
-
Außerdem wird
aus der nachwachsenden Biomasse nunmehr nicht nur ein hoch wirksamer
CO2 Absorptionsfilter, sondern die Holzkohle
wird durch die Einlagerung außerdem
zu einem Depot eines wertvollen Energieträgers.
-
Damit
zeigt das Verfahren eine Kummulation von Vorteilen. Zum einen wirkt
es sehr kurzfristig CO2 senkend, zum anderen
ist das eingelagerte Produkt nicht mehr flüchtig, und zum weiteren stellt
es eine Energiebevorratung dar.
-
Aus
dem gewonnenen hohen Aufkommen an Holzkohle lassen sich auch große Mengen
zu Filterzwecken gewinnen, bspw zur Klärung der Süßwasserzonen.
-
Als
so erfindungsgemäß preiswert
und in großen
Mengen herstellbare Aktivkohle kann sie auch zur industriellen Abgasfilterung
zum Einsatz kommen.
-
Alle
diese Vorteile wirken in einer sehr günstigen Weise miteinander und übertreffen
alle bekannten Verfahren zur CO2 Absorption.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die hergestellte
Holzkohle verdichtet wird. Dabei wird die die Holzkohle bezüglich ihres
Volumen so verdichtet dass ein hoher Energiewert pro Volumeneinheit
entsteht. Damit ist eine effektive Einlagerungen auch großer Mengen
möglich.
-
Dabei
wird Kohlenstoff gewonnen der mit Hilfe bekannter Druck/Temperaturverfahren
dann auch zu synthetischen Diamanten verarbeitet werden kann. Dabei
würde ein
solcher Diamant somit aus ursprünglicher
Biomasse hergestellt sein.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist nun, wie oben bereits angedeutet
vorgesehen, dass die aus Biomasse hergestellte Kohle in alten Bergwerken
oder Salzstöcken
oder auch auf Haldenflächen
eingelagert wird. Damit ist das letztlich beim Aufwuchs der Biomasse
absorbierte CO2 chemisch so umgewandelt,
dass der Kohlenstoff auf diese Weise einfach gebunden bleibt.
-
Außerdem entstehen
damit wertvolle Energiedepots für
die weite Zukunft, die später,
d. h. zu Zeiten eines stark reduzierten CO2 aufkommens
wieder bedenkenfrei aufgelöst
und genutzt werden können.
Im Effekt werden damit die alten ausgebeuteten Kohleschächte wieder
nutzbar. Dort ist die verdichtete Holzkohle auch sicher einlagerbar.
In Bezug auf Klimadiskussion ist dort der Kohlenstoff wesentlich sicherer
gelagert als bei einer Einlagerung als Gas.
-
Damit
ist das Verfahren hinsichtlich der CO2-Problematik
sofort klimaentlastend aktiv, d. h. mit sofortiger Wirkung, und
hat außerdem
ein große Nachhaltigkeit
im Hinblick auf den später
nutzbaren Energieträger
und Rohstoff.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Anbauflächen für die Biomasse zwischen
Wind- und/oder Solarenergie
und/oder Wasserkraftanlagen angeordnet sind, und dass ortsnah die
aus der Wind- und/oder
Solar- und/oder Wasserkraftenergie erzeugte elektrische Energie
für den Pyrolisierungsprozess
verwendet wird. Damit steht ortsnah und damit verlustarm Energie
zur Verfügung, mit
dem die dort geerntete Biomasse pyrolisiert und zu Holzkohle verabreitet
werden kann.
-
Die
Nutzung von Wind-, Wasser- und Solarenergie ist nahezu CO2 neutral, zumindest langfristig, wenn die
Herstellung der entsprechenden Apparaturen mitberücksichtigt
wird. Aus diesem Grund sind diese Energieformen besonders vorteilhaft
zur Durchführung
der Pyrolyse, weil diese Energieformen keine abträgliche Wirkung
auf die CO2-Bilanz haben.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Biomasse
vor der Verkokung gemahlen und hernach in das Pyrolysebehältnis eingesprüht oder
durch Verwirbelung während
der Pyrolyse in Schwebe gehalten wird, und anschließend Gas abgezogen
wird. Damit wird aus der Biomasse in einfacher Weise ein einfaches
aber brauchbares Gas hergestellt. Da es aus erneuerbarer Energie
hergestellt ist, ist die direkte Verwertung also Verbrennung unter
Einbeziehung des vorherigen schnellen Aufwuches in der CO2-Bilanz nahezu neutral. Das gewonnene Gas
kann aber ebenso eingelagert werden.
-
Bezüglich einer
Anordnung besteht das Wesen der Erfindung darin, dass nahe an der
Anbaufläche
der Biomasse eine Verkokungs- bzw Pyrolisierungseinrichtung angeordnet
ist. Somit kann sofort vorort eine Verkokung bzw Pyrolisierung der
geernteten Biomasse vorgenommen werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Anbauflächen auf den freien Bodenflächen zwischen
den Windenergierotoren eines Windenergieparks angeordnet sind. Die
dort erzeugte elektrische Energie kann dabei sinnvoll und vor allem
CO2-neutral zur Betrieb der Pyrolyse der
geernteten Biomasse genutzt werden.
-
Eine
weitere ebenso vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass die Anbauflächen auf
den freien Bodenflächen
zwischen den solaraktiven Flächen
eines Solarenergieparks angeordnet sind. Auch hierbei kann die erzeugte
elektrische Energie zum Betrieb des Pyrolyseverfahrens genutzt werden.
Auch der Betrieb in dieser Kombination ist CO2-neutral.
-
Eine
weitere ebenso vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass die Anbauflächen nahe
einer Wasserkraftanlage angeordnet sind. Auch dies ist CO2-neutral.
-
Als
letzte aber sehr sinnvolle und daher vorteilhafte Ausgestaltung
ist, dass die Anordnung eine Siedlungsanordnung mitenthält, welche
hinsichtlich des genannten Rohstoff- und Energiebedarfs zumindest
nahezu vollständig
und autark über
die Biomassen-Anbaufläche
bewirtschaftbar ist. Damit entsteht im Konzept eine Siedlungsanlage
mit Wohnhäusern, die
energiemäßig völlig eigenständig, d.
h. autark ist. Im Konzept hat dies enorme Ökologische Vorteile, weil der
Energiebedarf für
die Siedlungsanlage durch den gleichzeitigen Anbau der Biomasse
aus eingangs schon beschriebenen Gründen CO2-neutral ist.
-
Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
-
Es
zeigt:
-
1:
Schematische Darstellung der CO2-Bilanz
bei Biomasse.
-
2:
Schrittweise Umwandlung der Biomasse und Lagerung.
-
3:
Energiepark mit kombinierter Anbaufläche.
-
4:
Gaserzeugung aus Biomasse.
-
1 zeigt
die CO2-Bilanz beim erfindungsgemäßen Verfahren.
Die auf der Anbaufläche
angebauten Biomassepflanzen absorbieren während der Wachstumsphase CO2. Die absorbierten Mengen con CO2 sind bei schnell nachwachsenden Biomassepflanzen
sehr hoch. Dabei wird durch Photosynthese CO2 in
Kohlenstoffverbindungen innerhalb der Pflanze eingebaut, während die
Pflanze Sauerstoff als O2 in die Atmosphäre abgibt.
Damit entsteht zunächst
das gewollte CO2 Defizit in der Atmosphäre, was
man auch erreichen will.
-
Die
Biomasse wird dabei keinem Verbrennungsprozess zugeführt, sondern
gemäß 2 in
einem Pyrolyseverfahren zu Holzkohle verarbeitet.
-
2 zeigt
in schematischer Darstellung eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung,
bei welcher das so in den Pflanzen absorbierte CO2,
bei dem der Kohlenstoff in Kohlenstoffverbindungen eingebaut wurde,
mit der Pflanze im ersten Schritt 1 geerntet wird. Dabei
wird eine geeignete, aus der Wurzel wieder austreibende Biomassepflanze
oberhalb des Wurzelballen abgeschnitten. Im Schritt 2 wird
die Ernte, die zuvor gehäckselt
wurde in einem geschlossenen oder zumindest luftsauerstoffarmen
Pyrolysebehältnis 10 pyrolisiert,
d. h. verkokt. Dabei wird die Pflanzenmasse in Holzkohle umgewandelt,
wobei der Kohlenstoff dort gebunden bleibt. Die Wärme für die Pyrolyse
entstammt in vorteilhafter Weise aus CO2-neutraler Beheizung
durch elektrische Energie aus Wind-Solar- oder Wasserkraft.
-
In
einem Schritt 3 liegt dann Holzkohle vor, die beispielsweise
verladen und in Schritt 4 in alte Bergwerke eingefahren
und dort hinterlegt wird.
-
Dabei
ist die Verdichtung der Holzkohle zumindest vor Einlagerung ein
wichtiger und ökonomischer
Schritt. Dabei wird die Holzkohle kompaktiert und es entsteht ein
Lagergut mit einem höheren
Energiewert pro Volumeneinheit als normale Holzkohle.
-
Insgesamt
bleibt das so ursprünglich
aus der Atmosphäre
entnommene CO2 als Kohlenstoff sicher gebunden
und als Sauerstoff freigesetzt, und die dort hinterlegte Holzkohle
stellt außerdem
eine später wieder
auflösbare
Energiereserve dar. Eine weitere Möglichkeit besteht natürlich darin,
dass aus den Biomassenpflanzen zunächst auch flüssige Energieträger produziert
und dann in gleicher Weise entweder sofort genutzt oder gelagert
werden.
-
Ganz
wesentlich bei all diesen Verfahrensalternativen ist, dass die CO2-Bilanz dadurch steuerbar ist und zumindest
auf diese Weise eine Sofortmaßnahme
in Sachen CO2 Reduzierung in der Atmosphäre erreicht
werden kann.
-
3 zeigt
an einem schematischen Beispiel die Wirksamkeit und Effizienz bei
einer kombinierten Wind-Energiepark-Biomassenanbaufläche, bei
der die Pyrolisierung ohne weiteren Energieverlust vor Ort durchgeführt werden
kann.
-
Die
Anbauflächen
liegen dabei zwischen den Windgeneratoren eines Windenergieparks 20.
Lokal, d. h. in nächster
Nähe hierzu
ist in diesem Ausgestaltungsbeispiel auch die Pyrolyseeinrichtung 10 plaziert,
so dass die Ernte dort sogleich in Holzkohle und/oder Gas umgewandelt
werden kann. Das Pyrolysebehältnis 10 wird
durch den Strom des Windenergieparks beheizt, wodurch die Holzkohle
oder Gaserzeugung auf diese Weise CO2-neutral
bleibt. Dies ist ein besonderer Vorteil.
-
Dabei
können
die Anbauflächen
auch an Wasser- und Solarkraftwerken angeordnet sein, wodurch auch
eine gute Flächennutzung
entsteht.
-
4 zeigt
ein Beispiel einer alternativen Ausgestaltung. Dabei wird die geerntete
Biomasse zunächst
zermahlen wird und als Mahlgut 30 vorliegt. Das Mahlgut 30 wird
dann in ein geschlossenes luftsauerstoffarmes Pyrolysebehältnis über eine Düse eingesprüht und bei
der Pyrolyse in Schwebe gehalten, bspw durch Ventilationsmittel
innerhalb dieses abgeschlossenen Behältnisses oder durch feinverdüstes Einsprühen des
Mahlgutes 30 über
die Düse 40.
-
Auf
diese Weise können
bei geeigneten Temperaturen minderwertige aber dennoch nutzbare Gase
nach der Art des bekannten Stadtgases erzeugt werden, die auch genutzt
oder eingelagert werden können.
Das besagte Gas wird am Gasabzug 50 aus dem Pyrolysebehältnis 10 abgezogen.
-
- 1
- erster
Verfahrenschritt (Erntung der Biomasse)
- 2
- zweiter
Verfahrensschritt (Pyrolyse)
- 3
- dritter
Verfahrensschritt (Verdichtung, Kompaktierung)
- 4
- vierter
Verfahrensschritt (Einlagerung bspw in Bergwerk)
- 10
- Pyrolysebehältnis
- 20
- Windenergiepark
- 30
- Mahlgut
aus Biomasse
- 40
- Einsprühdüse
- 50
- Gasabzug
- 60
- Beheizung