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Es
wird ein Verfahren mitgeteilt zur selbstauslösenden Abkühlung
des Klimas durch Abbau der troposphärischen Treibhausgase
Methan, Ozon und Kohlendioxid sowie durch Bildung langlebiger reflektierender
Wolken mittels Eisensalzaerosol, das mit den Rauchgasen aus Feststoff-
und/oder Gas-Verbrennungseinrichtungen emittiert wird.
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Aus
den Offenlegungsschriften PCT
WO 03/013698 vom
20.02.2003 und PCT
WO 2008/006364 vom
17.01.2008 ist bekannt, dass zum selbstauslösenden Abbau
der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan die Rauchgase von Fahrzeugverbrennungsmotoren
benutzt werden können, die durch Verbrennung von verdampften
oder aerosolförmigen flüssigen Brennstoffen entstehen,
die brennbare Eisenverbindungen und brennbare Schwefelverbindungen
enthalten. Aus diesen Rauchgasen bilden sich Eisensalzaerosole.
Diese Fahrzeuge bewegen sich überwiegend in der hohen Atmosphäre, über
See und auf den Ozeanen.
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Die
mit den Rauchgasen dieser Fahrzeuge emittierten Eisensalzaerosole
zeigten hinsichtlich des co-emittierten Chlorids nicht die erwartete
zusätzliche Wirkung auf den troposphärischen Methanabbau.
Offensichtliche Ursache dafür ist die Koagulation der Eisensalzaerosole
mit den von Natur aus dort vorkommenden Meersalzaerosolen, die über
jenen ozeanischen Gebieten vorkommen, in denen sich die Fahrzeuge
bewegen oder in die die emittierten eisenhaltigen Rauchgasschwaden
geweht werden.
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Die
Eisensalzaerosole verursachen in der Atmosphäre die Ausbildung
dichter Wolken mit hoher Albedo, sie verursachen den Abbau der Treibhausgase
Methan und Kohlenmonoxid in der Troposphäre und schließlich
verursachen sie den Abbau des Treibhausgases Kohlendioxid durch
Auslösung von Algenblüten im Ozean. So verursacht
Ferrocen im Fall, dass es in einer Konzentration von einem zehntel
Promille mit dem Jettreibstoff verbrannt wird, den Abbau von fünf
mal mehr Kohlendioxid-Treibhausgas-Äquivalenten, als das
Flugzeug selbst emittiert. In der Summe ergeben diese Effekte eine
Abkühlung der Atmosphäre durch die Verbrennung
derartiger eisenhaltiger Brennstoffe.
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Weitgehend
ungelöst ist aber bis heute das zunehmende Problem der
Ozonbildung in der Troposphäre über den Kontinenten.
Ozon in der Troposphäre gehört zu den hochwirksamen
Treibhausgasen und ist darüber hinaus giftig für
die Tier- und Pflanzenwelt. Der Stickoxidgehalt befördert
seine Bildung. Technische Maßnahmen, die den Ozonabbau
in der Klimazone mindern können, sind bislang nicht bekannt
geworden.
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Die
Verbrennung der Festbrennstoffe verursacht besonders hohe Kohlendioxid-
und Stickoxidemissionen in die Umwelt. Deshalb ist es notwendig, die
Rauchgase auch dieser Brennstoffe mit eisensalzhaltigen Aerosolen
anzureichern. Typische Beispiele für Festbrennstoffe sind
Steinkohle, Braunkohle, Torf, Holzschnitzel, Holzsägespan-Preßlinge, Stroh.
Diese Festbrennstoffe werden zur Energiegewinnung eingesetzt.
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Mehr
und mehr findet auch die Umwandlung von Biomasse, insbesondere von
Holz, Rinde, Blattwerk und Stroh, zu Kohle durch Pyrolyse oder hydrothermale
Carbonisierung Eingang in die nachhaltige Landbewirtschaftung, um
dem Boden oxidationsresistenten Kohlenstoff mit huminstoffartiger
Wirkung nach dem Terra-Preta-Prinzip zuzuführen und zwecks
nachhaltigem Transfer von Kohlendioxid-Kohlenstoff aus der Atmosphäre
in Bodenkörper. Die bei der Herstellung des Pyrolysekohlenstoffs
freiwerdenden brennbaren Pyrolysegase und die bei der Herstellung
der Hydrothermalkohle freiwerdenden Hydrothermal-Gase, die im Nachfolgenden
allesamt unter dem Begriff „Pyrolysegase" zusammengefasst werden,
werden zur Energiegewinnung vorteilhaft verbrannt.
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Weil
die ursprünglich für den Treibhausgasabbau vorgeschlagenen
eisenoxidhaltigen Rauchgas-Aerosole geringere Wirkung als die Eisensalze zeigen
und auch aus Gründen des Feinstaubproblems durch Eisenoxidaerosole,
werden eisensalzhaltige Rauchgasaerosole den oxidischen Eisenaerosolen
vorgezogen.
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Biomassen-Festbrennstoffe
verbrennen unter Bildung alkalischer Asche. Im Gegensatz zu Öl- und
Leichtöltreibstoffen verfügen diese nicht-fossilen Festbrennstoffe
in der Regel von sich aus nicht über einen ausreichenden
Gehalt an Schwefel und Halogenen, um die Alkalität der
Flugasche durch Bindung an Sulfat und Halogenid zu kompensieren
und um darüberhinaus den kompletten Eisenanteil im Rauchgasaerosol
in salzförmig gebundenes Eisensalz zu überführen.
Auch die Pyrolysegase aus der Biomasse-Verkohlung nebst ihren kondensierbaren
Anteilen, enthalten sehr wenig Schwefel und Halogen. Die Rauchgase
der fossilen Brennstoffe enthalten wiederum derart hohe Schwefelgehalte,
dass ihnen diese zum Schutz der Umwelt entzogen werden müssen und
auch aus technischen Gründen, z. B. um bei dem Erdgas die
Korrosion an den Transportleitungen zu minimieren. Der Mangel der
Festbrennstoff-Rauchgase und der Gasbrennstoffe aus Pyrolyse und
Erdgasraffination an Schwefel und schweren Halogenen ist auch ein
Grund dafür, dass die bisherigen Vorschläge zur
Klimakühlung mit rauchgasstämmigen Eisensalzaerosolen
diese Rauchgasströme nicht einbeziehen konnten.
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All
diese Probleme lassen sich erfindungsgemäß überwinden,
indem die Rauchgase der landgebundenen oberflächennahen
Verbrennungsanlagen eine gegenüber den fahrzeuggebundenen
Verbrennungsanlagen, die über dem Meer oder in der oberen Troposphäre
und darüber operieren, eine der Zusammensetzung der oberflächennahen
kontinentalen Luftschicht angepasste Zusammensetzung erhalten und
dass durch technische Maßnahmen sichergestellt wird, dass
auch die Rauchgase von Feststoffverbrennungsanlagen klimakühlungswirksam
konditioniert werden können. Das geschieht:
- • Indem die Festbrennstoffe mit geringen Aschegehalten,
dazu zählen z. B. Holz, Holzschnitzel, Holzsägespan-Preßlinge,
Stroh und Torf, vor ihrer Verbrennung mit Verbindungen vermischt
oder getränkt werden, die eine Eisenverbindung enthalten,
die unter den technisch gegebenen Bedingungen der Flammenpyrolyse
bei der Verbrennung dieser Naturstoffe verdampft, wie z. B. Ferrocen.
Es ist aber auch zweckmäßig, mittels Ölbrenner
in bekannter Weise eine zuvor verflüssigte Eisenverbindung,
ihre Lösung oder ihre Dispersion in flüssigem
Brennstoff, vorzugsweise Heizöl, mittels vorbekannter Technik,
wie z. B. Ölbrenner, in den Feuerungsraum des Festbrennstoffes
oder an anderer Stelle zuzufeuern, so dass die eisenhaltigen Rauchgase
sich mit denen der verbrannten Festbrennstoffe vermischen..
- • Indem die aschereichen Festbrennstoffe, oder die
Brennstoffe, deren Rauchgase zur Vermeidung von Feinstaubemissionen
einer Behandlung unterzogen werden müssen, ohne primären
Zusatz von Eisenverbindungen und Säurebildnern verbrannt
werden. Ihren Rauchgasen wird der Staub, ggf. auch Schwefeldioxid
in herkömmlicher Weise, z. B. durch Filtration und Neutralisation, entzogen.
Im nächsten Schritt werden die Rauchgase mit den eisenhaltigen
Rauchgasen vermischt, die durch Verbrennung von gasförmigen oder
feinzerstäubt verteilten öllöslichen
Eisenverbindungen oder ihren Lösungen in Brennstoff- oder
Treibstoffölen gewonnen werden. Das kann z. B. mittels Ölbrenner
in an und für sich bekannter Weise geschehen. Auf die gleiche
Weise, kann auch der Zusatz von Rauchgasen geschehen, die durch
die Verbrennung säurebildender Elementverbindungen gebildet
wurden.
- • Indem durch Anreicherung der Rauchgase mit säurebildenden
Komponenten die unverzügliche Bildung von Eisensalzen in
den emittierten Rauchgasen ausgelöst wird. Vorzugsweise
werden zu diesem Zweck brennbare Verbindungen aus der Gruppe der
Schwefel-, Chlor- und Brom-Verbindungen ausgewählt. Beispielhaft
seien dafür genannt schwefel-organische Verbindungen, Elementarschwefel,
Schwefelwasserstoff, Pyrit, Schwefeldichlorid, Schwefeldibromid
sowie die organischen Chlor- und Bromverbindungen. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um öllösliche Verbindungen
oder um Gase. Diese können entweder den Festbrennstoffen
zugesetzt werden oder, wenn sie in eine in Öl gelöste
oder in Öl dispergierte Form gebracht worden sind, mittels Ölbrenner,
oder als Gas mittels Gasbrenner, in bekannter Weise so zugefeuert
werden dass die Säurebildner enthaltenden Rauchgase sich
mit denen der verbrannten Festbrennstoffe vermischen.
- • Die Rauchgase aus der Verbrennung von Pyrolysegasen
und/oder von sonstigen Gasen zur Verbrennung werden vorzugsweise
mit den Rauchgasen aus der Verbrennung von in Öl löslichen oder
in Öl dispergierbaren eisenhaltigen Brennstoffen vermischt.
Die Verbrennung der eisenhaltigen Brennstoffe erfolgt vorzugsweise
mittels bekannter Ölbrennertechnik. Durch Zumischung der Rauchgase
aus der Verbrennung von ebenfalls in Öl löslichen
oder in Öl dispergierbaren und/oder gasförmigen
Brennstoffen, die mindestens ein Element aus der Gruppe Chlor, Brom
und Schwefel enthalten, kann auch die Anreicherung des Rauchgases
aus der Gas-Verbrennung mit Eisen, Chlor, Brom oder Schwefel geschehen.
Diese Elemente setzen sich im Rauchgas und in der Gegenwart von
Luft mit dem darin enthaltenen Eisen zu den korrespondierenden Eisensalzen
um. Die Verbrennung der öllöslichen und öldispergierbaren
Brennstoffe geschieht vorzugsweise gemeinsam; ebenso die Verbrennung
der gasförmigen Brennstoffe.
- • Indem durch Anreicherung der Rauchgase mit säurebildenden
Komponenten die unverzügliche Bildung von Eisensalzen in
den emittierten Rauchgasen ausgelöst wird. Vorzugsweise
werden zu diesem Zweck brennbare Verbindungen aus der Gruppe der
Schwefel-, Chlor- und Brom-Verbindungen ausgewählt. Beispielhaft
seien dafür genannt schwefel-organische Verbindungen, Elementarschwefel,
Pyrit, Schwefeldichlorid, Schwefeldibromid sowie die organischen
Chlor- und Bromverbindungen. Vorzugsweise handelt es sich dabei
um öllösliche Verbindungen. Diese können
entweder den Festbrennstoffen zugesetzt werden oder, wenn sie eine
in Öl gelöste oder dispergierte Form gebracht
worden sind, mittels Ölbrenner in bekannter Weise so zugefeuert
werden dass die Säurebildner enthaltenden Rauchgase sich
mit denen der verbrannten Festbrennstoffe vermischen.
- • In der marinen Troposphäre ist Brom in ausreichender
Konzentration vorhanden, so dass es dort nicht zur massiven Ozonbildung
kommen kann: Brom katalysiert die Zersetzung des Ozons. Über
den Kontinenten herrscht auf Grund des Mangels an Meersalzaerosol überwiegend
eine Brommangelsituation. Zusätzlich herrscht über großen
Teilen der Kontinente ein angehobener Stickoxidspiegel, der dort
die Ozonbildung befördert. Auf Grund der Zunahme verbrennungsbedingter
Stickoxidemissionen steigt der troposphärische Ozonspiegel
an. Die erfindungsgemäßen Bromemissionen mit dem
Rauchgas der Feststoff- und Gas-Verbrennungsanlagen, die überwiegend
als Eisenbromid, untergeordnet als Bromwasserstoff geschehen, kann
dieses Problem überwunden werden: Eisenbromid zersetzt sich
im Sonnenlicht spontan unter Bildung von Brom und Bromoxid, Bromverbindungen,
die effektiv das Ozon zu Sauerstoff zersetzen.
- • In der marinen Troposphäre ist Chlor in
ausreichender Konzentration vorhanden, so dass dort die durch Chlor
ausgelöste Methanoxidation sogar die durch Hydroxylradikale
ausgelöste Methanoxidation übertrifft. Über
den Kontinenten herrscht jedoch nur ein niedriger Meersalzaerosol-Spiegel.
Daher ist die Methanoxidation im Vergleich zur marinen Troposphäre über
den Kontinenten stark retardiert. Durch die erfindungsgemäße
Emission von Chlor als Eisenchlorid und/oder untergeordnet als Chlorwasserstoff
mit den Rauchgasen von Feststoff- und Gasverbrennungsanlagen wird
die Methanoxidation in der kontinentalen Troposphäre wesentlich
beschleunigt.
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Die
gasförmig verbrennenden Eisenverbindungen werden deshalb
bevorzugt, weil aus der Verbrennung dieser Eisenverbindungen ein
besonders wirksames feinteiliges Eisensalzaerosol hervorgeht. Besonders
bevorzugt sind daher Stoffe, wie z. B. Ferrocen, weil diese vor
der Verbrennung in den gasförmigen Zustand übergehen
können.
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Die
Herstellung von eisenhaltiges Aerosol enthaltenden Rauchgasen, das
dem Rauchgas des verbrannten Feststoffes nach der Staubabscheidung oder
Rauchgaswäsche beigemischt wird, geschieht vorzugsweise
mittels handelsüblicher Ölbrenner.
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Anstelle
der Verbrennung von hochangereicherten Eisenverbindungen aus den
Gruppen der Ferrocene, öllösliche Ferrocenhomologe,
Eisencarbonyle, Eisencarboxylate, Eisenseifen, Eisensulfonate, Eisenpikrate,
Eisennaphthenate, und anstelle der Verbrennung von hochangereicherten
Verbindungen aus den Gruppen der Säurebildner können
diese nicht nur gelöst, sondern auch suspendiert in brennbaren
Lösungsmitteln wie z. B. Heizöl EL verbrannt werden.
Vorzugsweise eingesetzte Eisenverbindungen dafür sind:
Ferrocen, in Öl lösliche oder in Öl feinteilig
dispergierbare Ferrocenhomologe, Eisenpentacarbonyl, Eisen(III)chlorid,
Eisen(III)bromid, Eisennaphthenat, Eisentoluolsulfonat, Eisenpalmitat, Eisenstearat,
Eisenpikrat, Eisenacetylacetonat, Eisenchloride, Eisenbromide.
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Eisenverbindungen,
Säurebildner und Brennstoffe werden bevorzugt in einem
solchen Verhältnis verbrannt, dass die eisenhaltigen Salzaerosole
im gebildeten Rauchgas bei Benetzung mit Wasser einen einen Wert
auf der pH-Wertskala zwischen kleiner 6 bis größer
0 ergeben.
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Der
Anteil der Masse der verbrannten Eisenverbindungen zur Masse der
verbrannten Brennstoffe liegt vorzugsweise zwischen 1 zu 100 und
1 zu 10.000.000. Besonders bevorzugt ist die Auswahl eines Verhältnisses
zwischen 1 zu 5.000 und 1 zu 1.000.000, da in diesem Bereich ein
guter Kompromiss zwischen klimakühlender Wirkung, wirtschaftlichem
Betrieb und Einhaltung von emissionsrechtlichen Vorschriften liegt.
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Zur
Verbesserung der Wolken-Rückstrahlung kann dem festen oder
gasförmigen Brennstoff vor der Verbrennung Titanocen, Titantetrachlorid,
Titantetrabromid, Gemische von Titantetrachlorid, Titantetrabromid,
Eisen(III)chlorid und Eisen(III)chlorid oder anderen in Dampffform
oder Aerosolform verbrennbare Titan enthaltende Verbindungen zugegeben
werden oder dem Festbrennstoff-Rauchgas nach seiner Verbrennung
zusätzlich Rauchgase aus der Verbrennung von Titanocen
oder anderen in Dampffform oder Aerosolform verbrennbaren Titanverbindungen
zugegeben werden.
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Es
ist notwendig, dass die Verbrennung eisen- und halogenhaltiger Stoffe
für die Bildung der eisen- und halogenhaltigen Rauchgase
unter deutlichem Sauerstoffüberschuss geschieht, damit
die Bildung von halogenierten Dibenzodioxinen, halogenierten Dibenzofuranen
und Kohlenstoff-Nanofasern vermieden wird und um die Bildung von
Ruß und unvollständig verbrannten Kohlenstoffverbindungen
zu minimieren. Die Gegenwart von Eisen während der Verbrennung
und in den Rauchgasen unterbindet bei Sauerstoffüberschuß die
Halogenaromatenbildung aus Kohlenstoff- und Halogenprecursoren.
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Die
Verwendung bromhaltiger Zusätze zu dem eisenhaltigen Rauchgasaerosol
hat Vorteile, weil daraus in der kontinentalen Atmosphäre
Bromradikale oder Bromoxid freigesetzt werden, mit denen das toxische
und treibhausgaswirksame Ozon in der Troposphäre besonders
erfolgreich abgebaut wird. Der Ozonabbau im Einflussbereich des
Rauchgases in der Troposphäre kann bereits deutlich minimiert werden,
wenn das Verhältnis der Masse des Bromgehalts in dem emittierten
Rauchgas zur Masse des Eisengehaltes in dem emittierten Rauchgas
einen Wert von 1 zu 1.000 erreicht. Es ist aber nicht erforderlich, das
Brom-zu-Eisen-Verhältnis auf Werte von größer 1
zu 5 zu steigern.
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Die
Verwendung chlorhaltiger Zusätze zu dem eisenhaltigen Rauchgasaerosol
hat Vorteile, weil daraus in der kontinentalen Atmosphäre
Chlorradikale freigesetzt werden, mit denen das treibhausgaswirksame
Methan in der Troposphäre besonders erfolgreich abgebaut
wird. Der Methanabbau im Einflussbereich des Rauchgases in der Troposphäre wird
bereits erheblich stimuliert, wenn das Verhältnis der Masse
des Chlorgehalts in dem emittierten Rauchgas zur Masse des Eisengehaltes
in dem emittierten Rauchgas einen Wert von 1 zu 100 erreicht. Es
ist aber nicht zielführend, das Chlor-zu-Eisen-Verhältnis
auf Werte von größer 5 zu 1 zu steigern, weil die
Rauchgase dann so sauer werden, dass sie im Einflussbereich des
Rauchgases in der Troposphäre die Ökosysteme beeinträchtigen
können.
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Um
zu vermeiden, dass das Klima überschießend gekühlt
wird können diese Maßnahmen in die Kontroll- und
Regulationsmaßnahmen integriert werden, die aus der Offenlegungsschrift
PCT
WO 03/013698 vom
20.02.2003 bekannt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/013698 [0002, 0020]
- - WO 2008/006364 [0002]