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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol durch
Verwertung von Kohlendioxid aus Abgasen, insbesondere fossil betriebener
Energieerzeugungsanlagen.
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Im
Stand der Technik ist es bekannt, dass Rauchgaskohlendioxid aus
fossil befeuerten Heizwerken, Heizkraftwerken, Kraftwerken, Zementanlagen,
Anlagen der Chemie, der Hüttenindustrie
und so weiter in die Atmosphäre
emittiert wird und dadurch einen Klimaschaden erzeugt. Das emittierte
Kohlendioxid stellt demnach einen Klimaschadstoff dar. Zur Reduzierung
der Kohlendioxidemissionen werden Forschungen betrieben, um das
Kohlendioxid aus dem Rauchgas von Heizwerken, Kraftwerken oder Heizkraftwerken
zu absorbieren und im Untergrund, beispielsweise in Aquiferen, Salzstöcken, ausgebeuteten
Erdöl-
beziehungsweise Erdgaslagerstätten
und so weiter zu speichern (Ankertechnologien). Das Verfahren zur
Gewinnung und Speicherung des Kohlendioxids im Untergrund wird auch
als Carbon-Capture-Storage (CCS-Verfahren) bezeichnet.
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Bei
neueren Kraftwerksprozessen ist auch ein Verfahren als Oxyfuel-Prozess
bekannt. Diese neuen Kraftwerksprozesse zeichnen sich dadurch aus,
dass durch den Einsatz von Sauerstoff an Stelle von Luft die Gewinnung
von fast reinem Kohlendioxid (CO2) des Rauchgas
erreicht wird, dessen Verpressung im Untergrund enorm erleichtert
ist. Ungünstig
ist allerdings die Tatsache zu werten, dass derzeit kein geschlossenes Konzept
zur Nutzung des gespeicherten Kohlendioxids existiert.
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Im
Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dass der Ausbau der
Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien, und hier insbesondere
der Windenergie, einen außerordentlichen
Aufschwung erfahren hat und zu einem unumkehrbaren Faktor bei der
Energieversorgung geworden ist. Mit dem sogenannten Repowering und
dem Aufbau von sogenannten Off-Shore-Anlagen wird diese Entwicklung
fortgesetzt und der Anteil der durch diese Anlagen erzeugten Energie
an der gesamten erzeugten Energie weiter erhöht. Nachteilig dabei ist jedoch,
dass die naturgegebene Angebotssituation (auch als Dargebotssituation
bezeichnet) der Windenergieeinspeisung sehr schwierig zu prognostizieren
ist. Dadurch treten aufgrund der witterungsbedingten Unwägbarkeiten
entweder Energieerzeugungsspitzen oder aber auch Energieerzeugungstäler beispielsweise in
Windflautezeiten auf. Dadurch ist es gegeben, dass die konventionell
betriebenen Kraftwerke in Spitzenlast- bzw. Spitzenabnahmezeiten
bei Windflaute mit Höchstleistung
produzieren muss, während
beispielsweise in Zeiten, in welchen ausreichend Wind zur Verfügung steht,
die Energieabnahme nicht so günstig
ist, diese konventionellen Kraftwerke heruntergefahren werden müssen. Der
Nachteil dabei ist, dass mit Unterlast gefahrene konventionelle
Kraftwerke einen höheren
CO2-Ausstoß und auch einen höheren CO-Ausstoß verursachen, als
dies üblicherweise
der Fall ist.
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Im
Stand der Technik ist es auch bekannt, mit Hilfe einer Elektrolyse
Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Das Problem ist
allerdings, dass es äußerst umständlich bzw.
schwierig ist, den dabei erzeugten Wasserstoff zu lagern und insbesondere
an die Stellen zu transportieren, an denen er benötigt wird. Des
Weiteren ist es nachteilig, dass der bei der Elektrolyse anfallende
Sauerstoff nur bedingt einer Verwertung zugeführt wird. Im Stand der Technik
ist es weiterhin be kannt, Methanol aus Kohlendioxid und Wasserstoff
unter Verwendung von Katalysatoren in Methanol umzusetzen.
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Ausgehend
von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Methanol zur Verfügung zu
stellen, das es ermöglicht,
die Abgase fossil befeuerter Kraftwerke, Heizkraftwerke und anderer
Emittenten in einer Methanolsynthese einzusetzen und unter Verwendung
von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und Katalysatoren in Methanol
umzusetzen. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur
Speicherung der insbesondere durch Solar- und Windenergie zur Verfügung gestellten
erneuerbaren Energien zur Verfügung
zu stellen, wobei gleichzeitig die Umwelt von umweltschädigenden
Kohlendioxid aus den Abgasen fossil betriebener Heizkraftwerke beziehungsweise
Heizwerke entlastet werden soll.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung von Methanol durch die Verwertung
von Kohlendioxid aus dem Abgas fossil befeuerter Kraftwerke, Heizkraftwerke
und anderer Emittenten, wie zum Beispiel aus Zementwerken der Zementindustrie,
aus chemischen Anlagen, Stahlwerken, aus Anlagen der Industrie,
aus Biogas- und/oder Biomasseanlagen oder dergleichen, wobei Kohlendioxid
aus dem Abgas der fossil befeuerten Kraftwerke für eine Methanolsynthese mit
Wasserstoff vermischt und unter Verwendung von Katalysatoren in
Methanol umgesetzt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der,
dass neben der Entlastung der Umwelt durch das klimaschädliche Kohlendioxid
gleichzeitig ein Energiespeicher in Form von Methanol zur Verfügung gestellt
wird, der es ermöglicht,
beispielsweise in Starklast- bzw. Hochlastphasen und bei nicht ausreichend
zur Verfügung
stehender Energie aus Windenergieerzeugungsanlagen oder Solarstromanlagen,
dieses Methanol wieder in den Kraftwerksprozess einzusetzen. Die
in Starkwindzeiten vorhandene Elektroenergie wird dabei allerdings
gleichzeitig dazu verwendet, Wasserstoff durch eine Elektrolyse
zu erzeugen und mittels des Kohlendioxids durch Vermischen und unter
Verwendung von Katalysatoren in Methanol umzusetzen. Wasserstoff
wird dabei durch elektrolytische Spaltung von Wasser mit Hilfe von
Strom aus erneuerbaren Energiequellen, wie Wind, Solarstrahlung,
Wasserkraft oder dergleichen, als regenerativer Wasserstoff gewonnen und
ggf. gespeichert. Es wird damit ein geschlossener Prozess erhalten,
der es ermöglicht, Schwachlast-
beziehungsweise Starklast- bzw. Hochlastphasen derart abzupuffern,
dass eine optimale Nutzung erneuerbarer Energien, wie der Windenergie
gegeben ist und gleichzeitig CO2-Emissionen
zum Schutz der Umwelt reduziert werden.
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Die
Erfindung betrifft demnach den Verfahrensweg zur Verwertung von
Kohlendioxid aus dem Abgas fossil befeuerter Heizkraftwerke und
anderer Kohlendioxid-Emittenten
mit Hilfe von Wasserstoff, der durch die Elektrolyse von Wasser
mit Hilfe von elektrischem Strom aus regenerativen Energiequellen
gewonnen wurde, zur Herstellung von Methanol. Die Erfindung eröffnet aber
durch die Möglichkeit,
die „überschüssige” Elektroenergie
in Form von Methanol zu speichern. Der bei der Aufspaltung von Wasser
zu Wasserstoff und Sauerstoff sozusagen überschüssig zur Verfügung stehende
Sauerstoff kann ebenfalls in dem Verbrennungsprozess der fossil
befeuerten Kraftwerke wieder eingesetzt werden. Damit wird ein Ergebnis
erreicht, wie es im Stand der Technik bisher noch nicht erreicht
wurde, nämlich
dass die Schadstoffe, nämlich
das Kohlendioxid aus dem Abgas der Kraftwerke herausgezogen wird,
gegebenenfalls gespeichert und dann in Zeiten von überschüssig vorhandener
Elektroenergie mit Hilfe der Elektrolyse Wasserstoff erzeugt wird,
der dann zu Methanol umgesetzt wird. Die Erfindung ermöglicht gleichzeitig
den Einsatz des überschüssigen Sauerstoffs
aus der Elektrolyse.
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Um
Starklast- und Schwachlastphasen weiter abzupuffern ist es selbstverständlich möglich, Kohlendioxid,
Sauerstoff und Wasserstoff in entsprechenden Speicheranlagen vorzuhalten.
Das mit der Methanolsynthese erzeugte Methanol kann ebenfalls in
Speicheranlagen bevorratet gehalten werden, um es dann in entsprechenden
Hochlastphasen, bei nicht ausreichend zur Verfügung stehender Elektroenergie
aus erneuerbaren Energiequellen wieder dem Verbrennungsprozess zuzuführen. Das
Methanol kann selbstverständlich auch
ohne weiteres in entsprechende Behälter abgefüllt werden, um es an andere
Orte zu transportieren. Hierzu ist nicht eine so komplizierte und
insbesondere kein hohes Gefahrenpotential beinhaltende Transporttechnologie
notwendig, wie beispielsweise bei dem Transport von Wasserstoff.
Wasserstoff ist bekanntermaßen hochentzündlich und
insbesondere hochexplosiv und es ist erforderlich, diesen Wasserstoff
mit höchsten
Sicherheitsbestimmungen nicht nur zu erzeugen und abzufüllen, sondern
insbesondere auch zu transportieren. Dies ist bisher nur mit höheren Aufwendungen
als bei Methanol möglich,
so dass es derzeit kein tragbares Konzept gibt, diesen Wasserstoff
entsprechend zu transportieren.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Methanol beziehungsweise zur Speicherung
von regenerativer Energie löst
dieses Problem, indem es an einem einzigen Standort möglich ist, überschüssige Elektroenergie
zu verwerten, indem Wasserstoff erzeugt wird und zum anderen gleichzeitig
vorhandene Kohlendioxidemissionen verwendet werden, um Methanol
zu erzeugen. Dieses Methanol dient dann gleichzeitig wieder als
Energiespeicher, ist leicht zu transportieren und kann insbesondere,
je nach Bedarf, wieder eingesetzt werden. Durch das Verfahren wird
damit ein Handelsprodukt, was in hohem Maße benötigt wird, zur Verfügung gestellt,
was auch mit relativ wenig Aufwand an andere Einsatzorte zu transportieren
ist.
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Ein
Problem im Stand der Technik ist es derzeit, dass die Verwendung
von Elektroenergie aus Windenergieanlagen es erfordert, dass zur
Gewährleistung
der Netzsicherheit Einrichtungen zu installieren sind, mit deren
Hilfe die Leistung der Windenergieanlagen in Schwachlast- und Starkwindperioden
im Rahmen eines Netzsicherheits-Managements erforderlichenfalls
gedrosselt werden kann. Es ist weiterhin nachteilig, dass die „Windenergieernte” durch
Schwachlast im Netz bei Starkwind, vor allem an Sonn- und Feiertagen,
sowie nachts, trotz des Vorrangs bei der Einspeisung, insofern beeinträchtigt wird,
als dem konventionellen Kraftwerkspark eine geringe Restlast verbleiben
muss, die zum gehäuften
An- und Abfahren und zu Teillastbetrieb mit erhöhten spezifischen Verbrauchswerten
und zur Erhöhung
von CO2-Emissionen führt.
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Bei
dem geplanten Aufkommen an Elektroenergie aus sogenannten Off-Shore-Windenergieanlagen wird
im Vergleich zum heutigen Stand durch die hohe Einspeiseleistung
von Off-Shore-Windenergieanlagen-Clustern eine neue Qualität bei den
Anforderungen zur Auslastung der Netze erreicht, die zu erheblichen Effektivitätsverlusten
bei der Nutzung regenerativer Energien führt und insbesondere die Gefahr
besteht, dass die Netze „überspeist” werden,
wodurch die Drosselung der Einspeisungsleistung erforderlich ist.
Dies wird durch das jetzt zur Verfügung gestellte Verfahren beseitigt,
indem jetzt in Spitzenzeiten, in welchen ein hohes Maß „überschüssiger” Elektroenergie
zur Verfügung
steht, aus den Off-Shore-Anlagen am Ort des Entstehens, nämlich in
der Nähe
des traditionellen, fossil befeuerten Kraftwerkes eine Elektrolyseanlage
zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff installiert
wird und die überschüssige Energie
diesbezüglich
eingesetzt wird. Der Wasserstoff wird dann entweder vor Ort gespeichert,
was nicht so ein hohes Gefahrenpotential birgt als dessen Transport,
oder aber gleich einer Methanolsynthese zugeführt, indem das Kohlendioxid
aus dem fossil befeuerten Kraftwerk oder aber aus einem Speicher
gezogen wird, dies mit dem Wasserstoff gemischt und unter Verwendung
von Katalysatoren zu Methanol umgewandelt wird.
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Das
erfindungsgemäß erzeugte
Methanol stellt demnach sowohl ein Verkaufsprodukt als auch gleichzeitig
einen Elektroenergiespeicher dar, nämlich den Elektroenergiespeicher
für die
regenerativ gewonnene Elektroenergie. Dieser Energiespeicher kann
dann im Bedarfsfall im fossil befeuerten Kraftwerk dem Verbrennungsprozess
wieder zugeführt
werden, wenn beispielsweise nicht ausreichend regenerative Elektroenergie zur
Verfügung
steht. Im Weiteren ist zu erwarten, dass aufgrund der hohen Einspeisung
von Strom aus regenerativen Energiequellen in allen Netzebenen das
ganze Jahr über
zu jeder Zeit in einer angenommenen Regelzone, beispielsweise Deutschland,
durch den Ausgleich in den vorhandenen Regelzonen immer regenerativ
generierter Strom mit einer Leistung von schätzungsweise ca. 500 MW vorhanden
ist. Dieser Strom kann ebenfalls zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt
werden, um diesen dann wieder mit Kohlendioxid zu Methanol zu verarbeiten.
Der Vorteil der gesamten Verfahrensweise ist auch der, dass der überschüssige Sauerstoff
ebenfalls vor Ort, ohne hohe Transportaufwendungen, einsetzbar ist.
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Eine
Weiterbildung des vorher umrissenen Verfahrens zeichnet sich dadurch
aus, dass das Kohlendioxid aus dem Abgas der fossil befeuerten Kraftwerke
absorbiert beziehungsweise adsorbiert wird.
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Das
Verfahren ist, wie vorher bereits umrissen, weiterhin dadurch gekennzeichnet,
dass Elektroenergie, bevorzugt aus umweltfreundlichen Energieerzeugungsanlagen,
insbesondere aus Energieerzeugungsanlagen für erneuerbare Energie zur Herstellung
des für
die Methanolsynthese benötigten
Wasserstoffs verwendet wird.
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Dies
wird gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens, wie vorher beschrieben, dadurch erreicht,
dass die bei der Elektrolyse benötigte
Elektroenergie aus dem Überschussaufkommen
von Wind- und/oder Solarenergieerzeugungsanlagen, insbesondere in
Schwachlastphasen von Elektroenergienetzen zur Verfügung gestellt
und verwendet wird. Das Verfahren ist demnach durchführbar, wenn
zuviel Wind- und/oder
Solarenergie zur Verfügung
steht oder aber in Zeiten, in denen wenig Elektroenergie abgenommen
wird (Schwachlastphasen). Damit ist natürlich ein universeller Einsatz
mit Hilfe von entsprechenden Steuermechanismen problemlos jetzt
möglich.
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Das
Verfahren zur Erzeugung von Methanol zeichnet sich auch dadurch
aus, dass mit Hilfe der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff
gespalten, diese anschließend
gegebenenfalls gespeichert und dem Energieerzeugungsprozess zumindest
teilweise in Form des Sauerstoffs wieder zugeführt werden. Der Wasserstoff
wird zur Methanolherstellung genutzt, so dass ein geschlossener
Prozess mit absolut geringen Umweltemissionen entsteht.
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Das
Verfahren zur Erzeugung von Methanol ist auch dadurch gekennzeichnet,
dass für
die Elektrolyse bevorzugt mit Hilfe von Wind- und/oder Solarenergieanlagen
gewonnene, insbesondere bevorzugt überschüssige Elektroenergie aus Starkwind-
und/oder Schwachlastperioden zur Herstellung von Windwasserstoff
verwendet wird, der mit dem aus dem Verbrennungsprozess fossiler
Energieträger
aus Kraft- oder Heizkraftwerken, sowie aus Anlagen der Zement-,
Chemie-, Hüttenindustrie
beziehungsweise in Biogasanlagen gewonnenen Kohlendioxid gemischt
wird und zu Methanol, unter Verwendung von Katalysatoren, umgesetzt
wird. Die Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid,
unter Verwendung von Wasserstoff, sind dabei im Stand der Technik
hinlänglich
bekannt und können
hier allerdings vor Ort, nämlich
an der Elektroenergieerzeugungsanla ge oder aber in der Nähe eines
entsprechenden Speichers für
CO2 installiert werden, so dass es nunmehr
möglich
ist, die bisher die Umwelt belastenden Abgase zu verringern und
das Kohlendioxid sinnvoll einzusetzen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung ist dadurch angegeben, dass das Kohlendioxid
aus dem Abgas der Kraft- oder Heizkraftwerke sowie aus den Anlagen
der Zement-, Chemie-, Hüttenindustrie
beziehungsweise in Biogasanlagen der Methanolsynthese direkt zugeführt wird.
Das heißt,
das Kohlendioxid wird direkt aus dem Abgas adsorbiert oder absorbiert
und dann der Methanolsynthese direkt zugeführt. Dort wird es mit dem zur Verfügung stehenden
Wasserstoff gemischt und unter Verwendung der Katalysatoren zu Methanol
umgesetzt.
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Das
Verfahren, wie vorher beschrieben, lässt sich allerdings auch so
durchführen,
dass das Kohlendioxid aus Speichern beziehungsweise Speicheranlagen
der Methanolsynthese sozusagen indirekt zugeführt wird. Auch diese Ausgestaltung
ist von der Erfindung umfasst.
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Wie
bereits weiter vorn recht ausführlich
beschrieben, ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Methanol bevorzugt in
einem Methanollager zwischengespeichert wird, bevor es beispielsweise
dem Feuerungsprozess wieder zugeführt oder aber abgefüllt wird.
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Demnach
ist eine Ausführungsform
des Verfahrens auch dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Methanol
im Transportbehälter
und/oder Transport- beziehungsweise Verkaufsgebinde abgefüllt wird.
Mit diesen Transport- beziehungsweise Verkaufsgebinden lässt sich
das Methanol an jeden gewünschten
Ort transportieren.
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Eine
Variante der Erfindung ist allerdings auch dadurch gekennzeichnet,
dass das erzeugte Methanol in wenigstens einer Pipeline zu wenigstens
einem Heizkraftwerk transportiert wird.
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Ein
weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass eine technologische Einheit der Kohlendioxid-Verwertung
und Wasserstoff-Methanolspeicherung (CV WMS) vorgesehen ist und
die technologische Einheit der Kohlendioxid-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speicherung bestehend
aus
- • Elektrolyse
von Wasser mit H2 und O2 Gewinnung
- • CO2-Ad- beziehungsweise Absorption mit CO2-Gewinnung und
- • Methanolsynthese
mit Methanol-Speicherung
vorrangig als umsetzbare Einheit,
vorzugsweise containisiert am Standort einer Kohlendioxid-Quelle
eingesetzt beziehungsweise installiert wird. Durch eine umsetzbare
technologische Einheit der Kohlendioxid-Verwertung ist es jetzt
möglich,
am Standort der CO2-Quelle, egal ob es sich
dabei um ein konventionelles Kraftwerk handelt oder um einen CO2-Speicher, dort Methanol zu erzeugen. Das
Methanol kann dann entweder ebenfalls in einen Methanol-Speicher
oder aber über
eine Abfüllanlage
abgefüllt
und dann wegtransportiert werden.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass regenerativ gewonnene Elektroenergie,
die bei der gegenwärtig
erreichten hohen Durchdringung in einer Regelzone verfügbar ist,
vorrangig im 20 kV-Netz
von Heiz-, Kraft- oder Heizkraftwerken, Biogasanlagen und anderen
Kohlendioxid-Emittenten zum Schutze des Netzes dem internen Verbraucher,
nämlich
der Kohlendioxid-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit
zugeführt
und als Maßnahme
im Rahmen des Netzsicherungs-Managements zur Netzstabilisierung
eingesetzt beziehungsweise verwendet wird. Dadurch wird eine Entlastung
der Netze insbesondere dann erreicht, wenn bestimmte Energiespitzen
zur Verfügung
stehen.
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Ein
weiteres Verfahren, wie zuvor beschrieben, zeichnet sich dadurch
aus, dass bei einer wärmegeführten Betriebsweise
des Heiz-, Kraft- oder Heizkraftwerkes eine Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen durch
die Kohlendioxid-Verwertung
zu Methanol mit selbst erzeugtem Strom erfolgt, der an sich als
nega tive Regelleistung vorgehalten wird, wobei der im Kraftwerk
hergestellte Strom ebenfalls zur Kohlendioxid-Verwertung eingesetzt
werden kann, um eine durch die vorrangige Einspeisung von erneuerbaren
Energien bedingte Teillastfahrweise mit deutlich schlechteren spezifischen
Verbrauchswerten und erhöhten
Kohlendioxid-Emissionsraten
beziehungsweise die Gefahr von Häufungen
bei An- und Abfahrten des beziehungsweise der Kraftwerke(s) zu überwinden.
Demnach gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die
umweltschädlichen
Emissionen der traditionellen mit fossilen Brennstoffen arbeitenden
Kraftwerke zu reduzieren, sondern gleichzeitig auch die Netze von
entsprechenden Energiespitzen zu befreien. Des Weiteren können die mit
fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerke zumindest in einem
Bereich gefahren werden, bei dem eine Effizienz weiterhin gegeben
ist und gleichzeitig ein geringer Schadstoffausstoß.
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Ein
weiteres Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
dass die Kohlendioxid-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit
im heiz- und kraftwerks-
beziehungsweise industrienahen Bereich beziehungsweise nahe einer
Biogasanlage, die insbesondere mit Abfallwasserstoff betrieben wird,
befindet, um Synergieeffekte hinsichtlich der Ver- und Entsorgung
von Betriebs- und Hilfsmitteln sowie hinsichtlich des Austausches
von Wärme-
und Kälteenergie
optimal zu nutzen.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn das Verfahren, wie vorher beschrieben,
sich dadurch auszeichnet, dass das Kohlendioxid für den Wasserstoff
als Transporteur fungiert und damit die CO2-Power-Carrier-Technologie (CPCT)
begründet,
die das Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid mit Hilfe von
Wasserstoff vorzugsweise aus erneuerbaren Energien zu Methanol zum
Inhalt hat und die im Ergebnis dieses Verfahrens CO2-Emissions-Zertifikate
freisetzt. Das Freisetzen von sogenannten Kohlendioxid-Emissions-Zertifikaten
ist ein großer Vorteil,
nicht nur derart, dass mit diesen Zertifikaten gehandelt wird. Vielmehr
ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren
jetzt gegeben, dass der Anteil von Kohlendioxid, mit dem die Umwelt
belastet wird, tatsächlich und
nicht nur ideell reduziert wird. Gleichzeitig kann man allerdings
den ökonomischen
Effekt der CO2-Emissions-Zertifikate nutzen,
um die eigene Effizienz weiter zu erhöhen.
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Eine
Ausgestaltung des Verfahrens, wie vorher beschrieben, zeichnet sich
dadurch aus, dass das hergestellte Methanol in den Feuerungsprozess
von Kraftwerken zur Stromerzeugung zurückgeführt wird, um Windflauten auszugleichen
und das dabei freiwerdende Kohlendioxid erneut zur Synthese von
Methanol einzusetzen. Demnach ist ein Kreislauf geschaffen, mit
dem es gelingt, die Kohlendioxid-Belastung
durch ein konventionelles, mit fossilen Heizmaterialien betriebenes
Kraftwerk nahezu vollständig
zu reduzieren.
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Eine
Weiterbildung der zuvor beschriebenen Verfahren zeichnet sich, wie
bereits weiter vorn erwähnt, dadurch
aus, dass Windelektroenergie aus Starkwind- und Schwachlast-Perioden,
die insbesondere an den Wochenenden und an Feiertagen sowie nachts
auftreten, dazu verwendet wird, die Verfahren, wie vorher beschrieben,
durchzuführen.
Dabei wird diese Wind-Elektroenergie insbesondere für die Elektrolyse
von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt. Auch damit
wird die gesamte Effizienz der Anlage erhöht. Durch die Möglichkeit
der Speicherung des zur Verfügung
stehenden Kohlendioxids und Wasserstoffs in Form von Methanol ist
auch eine effizientere Fahrweise des gesamten Energieerzeugungskomplexes
jetzt möglich.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, dass die Verfahrensschritte Elektrolyse,
Kohlendioxidad- beziehungsweise -absorption und Methanolsynthese
derart gestaltet werden, dass durch die Entkopplung eine weitgehend
reduzierte Fahrweise des/der Kraftwerke(s)regel- und maschinentechnisch
gewährleistet
wird.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie
zur Verfügung,
wobei insbesondere das aus einem der Verfahren zur Herstellung von
Methanol, wie vorher beschrieben, gewonnene Methanol als Wärmeerzeugungsträger zumindest
als Zusatzwärmeerzeugungsträger zu fossilen
Wärmeerzeugungsträgern dem
Verbrennungsprozess von konventionellen, mit fossilen Heizkraftstoffen
betriebenen Kraftwerken, insbesondere in Starklastphasen beziehungsweise
bei nicht ausreichend zur Verfügung
stehender Elektroenergie aus Schwachwindpha sen eingesetzt wird.
Durch dieses Verfahren wird deutlich, dass das in dem vorher beschriebenen
Verfahren zur Erzeugung von Methanol jetzt vorhandene Methanol tatsächlich zur Abpufferung
von Spitzen des Energiebedarfs eingesetzt werden kann. Insbesondere
kann das Methanol auch dann eingesetzt werden, wenn nicht ausreichend
Elektroenergie aus Windkraftwerken beziehungsweise Solarenergieerzeugungsanlagen
zur Verfügung
steht.
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Ein
Verfahren, wie vorher beschrieben, zeichnet sich entsprechend einer
Weiterbildung auch dadurch aus, dass eine Steuerung vorgesehen ist,
mittels derer die Erzeugung der Elektroenergie bedarfsgerecht gesteuert
wird, wobei insbesondere bei nicht ausreichendem Aufkommen aus Wind-,
Wasser- und/oder Solarenergieerzeugungsanlagen die fossilen Energieerzeugungsanlagen
mit Methanol aus dem Methanoispeicher für die Erzeugung von Elektroenergie
unterstützt
werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung nochmals kurz schwerpunktmäßig zusammengefasst und erläutert:
Die
Erfindung betrifft den Verfahrensweg zur Verwertung von Kohlendioxid
aus dem Abgas fossil befeuerter Heizkraftwerke und anderer CO2-Emittenten wie der Zement-, Chemie-, Stahl-
usw. Industrie und auch aus Biogasanlagen mit Hilfe von Wasserstoff,
der durch Elektrolyse von Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom
aus regenerativen Energiequellen gewonnen wurde, zur Herstellung
von Methanol.
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Der
Verfahrensweg dient gleichzeitig zur Speicherung Erneuerbarer Energien
in Form von Methanol.
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Die
Erfindung besteht nun ebenfalls darin, dass insbesondere im 20 kV-Netz
Lasten geschaffen werden, um das mit Hilfe von Windenergieanlagen
oder anderen regenerativen Energiequellen gewonnene Elektroenergieaufkommen
insbesondere von Offshore-Windenergieanlagen-Clustern bei Starkwind,
das auf Grund bereits bestehender hoher Kapazitätsbelastungen der Netze aller
Ebenen oder einzelner Übertragungsnetze bei
Schwachlast durch das Netzsicherheitsmanagement zur Netzstabilisierung
abgeboten werden müsste,
in Wasserstoff umzuwandeln und mit Kohlendioxid zur Synthese von
Methanol bzw. Kohlenwasserstoffen umzusetzen.
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Erfindungsgemäß werden
Lasten durch CO2-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheiten
(CV WMS) gebildet, die durch die Elektrolyse (3)
zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff zur Abnahme von Elektroenergie
aus dem Netz und damit zur Netzentlastung führen. Zu dieser technologischen Einheit
gehören
weiterhin die CO2-Ad- bzw. Absorptionsanlage
zur CO2-Bereitstellung
sowie die Methanolanlage zur Herstellung von Methanol. (1–3).
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Der
Verfahrensweg beinhaltet insbesondere die Möglichkeit, sog. „überschüssige” Windelektroenergie aus
Starkwind- und Schwachlastperioden durch wirksame Kommunikationswege
zwischen dem Netzsicherheitsmanagement und der Last im 20 kV-Netz
unmittelbar für
die Methanolsynthese zu nutzen.
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Bei
der CO2-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit
(CV WMS) wird auf an sich bekannte und langjährig erprobte Verfahren zurückgegriffen,
die auf neuartige und verbesserte Art und Weise kombiniert und containerisiert
installiert werden kann.
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In
dem Umfang, in dem nach dem gefundenen Verfahrensweg Methanol hergestellt
wird, wird eine äquivalente
Menge fossiler Energieträger
und damit die adäquate
CO2-Emission sowie CO2-Emissions-Zertifikate
eingespart.
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Die
erfinderische Lösung
besteht nun vorrangig darin, durch Verknüpfung der sich auf dem Energiesektor
abzeichnenden Entwicklungen einen Verfahrensweg gefunden zu haben,
um klimaschädliches CO2-Emissionen aus der Energieerzeugung durch
Verwertung zu dem Industrieprodukt Methanol zu reduzieren, eine
Möglichkeit
aufzuzeigen, um im Untergrund gespeicherte CO2-Mengen
langfristig abzubauen, regenerativ gewonnene Elektroenergie über Wasserstoff
zu speichern, so genannte überschüssige Elektroenergie insbesondere
aus Repowering von WEA und Offshore-Windenergieanlagen-Clustern
effektiv zu nutzen und Maßnahmen
zur Sicherung der Netzverträglichkeit
hoher Windstromeinspeiseleistungen durch Netzentlastung mit Hilfe
beeinflussbarer Lasten in Form der Methanolproduktion zu schaffen.
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Mit
CO2-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheiten
(CV WMS) werden elektrische Lasten und generell Möglichkeiten
geschaffen, auch Abfall-Wasserstoff
insbesondere aus chemischen Prozessen in ein gängiges Industrieprodukt wie
Methanol umzusetzen und stoffwirtschaftlich oder energetisch zu
nutzen.
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Das
CO2 wird zum Wasserstoff-Energietransporteur
und bildet damit die Basis für
die CO2-PowerCarrier-Technologie (CPCT).
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Unter
Anwendung der CO2-PowerCarrier-Technologie
(CPCT) können
Kraft- oder Heizkraftwerke in Starkwindperioden, die durch einen
hohen spezifischen Wärmeenergiebedarf
bei gleichzeitig geringer Leistungsabnahme gekennzeichnet sind,
in den Standby-Betrieb oder auch Warmhaltebetrieb übergehen,
der dann durch das Verfeuern von selbst hergestelltem Methanol nahezu
emissionsfrei erfolgt.
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Einer
der Grundgedanken der erfinderischen Lösung besteht darin, durch entsprechende
verfahrenstechnische Verknüpfungen
der Produktionsströme
die naturgegebenen Unregelmäßigkeiten
beim Aufkommen von Wind- bzw. Solarstrom durch Verstromung von Methanol,
d. h. Rückführung des
Endproduktes Methanol in den Feuerungsbereich des Heiz-, Kraft-
oder Heizkraftwerks und Beginn eines neuen Zyklus der Methanolproduktion
mit Zwischenspeicherung von Kohlendioxid, weitgehend zu nivellieren.
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Ein
weiterer Vorteil bei der Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrensweges
wird darin gesehen, das betriebswirtschaftliche Ergebnis eines Heiz-,
Kraft- oder Heizkraftwerks durch den Verkauf nicht genutzter CO2-Emissionszertifikate zu verbessern.
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Mit
dem vorgeschlagenen Verfahrensweg ist bei einer wärmegeführten Betriebsweise
des Heiz-, Kraft- oder Heizkraftwerks eine Reduzierung der CO2-Emissionen durch
CO2-Verwertung zu Methanol mit selbst erzeugtem
Strom, der an sich als negative Regelreserve für hohe Windenergieeinspeisungen
vorgehalten wird, möglich.
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Selbst
erzeugter Strom kann ebenfalls in einer CV WMS-Einheit eingesetzt
werden, um Teillastfahrweisen des Heiz-, Kraft- oder Heizkraftwerks
zu verlassen, bei denen infolge einer Unterlastfahrweise deutlich schlechtere
CO2-Emissionsraten resultieren. Es kann
ebenfalls die Gefahr gehäufter
Abfahr- und Startvorgänge
reduziert werden.
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Mit
dem vorgeschlagenen Verfahrensweg wird vor allem die Möglichkeit
geschaffen, regenerative Energien wie Windstrom in ein Handelsprodukt
umzuwandeln, dessen Anwendungsinfrastruktur seit Jahren erprobt
ist und das einen wichtigen Synthesebaustein der C1-Chemie darstellt,
der weitgehend in die Carbochemie integriert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrensweges wird darin
gesehen, dass der bei der Elektrolyse mit Hilfe regenerativ gewonnener
Elektroenergie erzeugte Sauerstoff komplett in modernen Kraftwerkstechnologien
wie dem Oxyfuel-Prozess
zur Verstromung von Kohle eingesetzt werden kann.
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Reaktionsgleichungen des vorgeschlagenen
Verfahrensweges:
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Elektrolyse:
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- H2O
+ Elt → H2 + ½ O2 Methanolsynthese:
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Netzentlastung großer Elektroenergienetze
zur Verfügung, welches
sich dadurch auszeichnet, dass Windelektroenergie, die in Starkwind-
und Schwachlast-Perioden zu einem instabilen Netzsicherheitszustand
in allen verfügbaren
elektrischen Netzebenen führen
kann und abgeboten werden müsste über die
Elektrolyse in das Verfahren der Kohlendioxid-Power- Carrier-Technologie
zur Verwertung von Kohlendioxid zur Speicherung von erneuerbaren
Energien in Form von Methanol als beeinflussbare Last eingeführt wird.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Energieerzeugungsanlage, die gekennzeichnet
ist durch wenigstens ein mit fossilen Wärmeerzeugungsträger feuerbares
Heizkraftwerk, wenigstens eine Dispatcher- beziehungsweise Verteilerstation,
wenigstens ein mit Wind- und/oder Wasserkraft betriebenes Kraftwerk
und/oder ein Solarkraftwerk, wenigstens eine Elektrolyseanlage zur
Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wenigstens je
eine Speicherstation für
Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserstoff sowie wenigstens eine Methanolerzeugungsanlage
zur Durchführung
einer Methanolsynthese, wenigstens einen Methanolspeicher sowie eine
Verknüpfung
beziehungsweise Vernetzung der einzelnen Anlagenbestandteile und
eine Steuerung, die die Anlagenbestandteile zur Energieerzeugung
in Abhängigkeit
vom Strombedarf zur Optimierung der Auslastung zu steuern vermag.
Durch diese Energieerzeugungsanlage gelingt es, die Verfahren, wie
vorher beschrieben, optimal durchzuführen. Damit wird eine Energieerzeugungsanlage,
die insbesondere auch aus einer Verknüpfung von unterschiedlichen
Energieerzeugungsträgern,
wie z. B. Heizkraftwerken, Wasserkraftwerken, Solarkraftwerken oder
Windkraftwerken besteht, zu optimieren und insbesondere die derzeit
noch auftretenden Energiespitzen bei Starkwindphasen und geringem
Energiebedarf beziehungsweise bei Schwachwindphasen und hohem Energiebedarf
optimal auszugleichen. Es gelingt, die aus umweltfreundlichen, regenerativen
Energieerzeugungsanlagen erhaltene Elektroenergie in Form von Wasserstoff
und Methanol zwischenzuspeichern und insbesondere auch den überschüssigen Sauerstoff
einer optimalen Verwertung in der Energieerzeugungsanlage wieder
zuzuführen.
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Eine
solche Energieerzeugungsanlage ist gemäß einer Ausführungsform
dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Anlagenbestandteile an
einem einzigen Standort, also territorial gebündelt, vorgesehen sind. Dies
hat den Vorteil, dass geringe Transportwege zu überwinden sind.
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Die
Erfindung umfasst allerdings auch, dass die einzelnen Anlagenbestandteile
an unterschiedlichen Standorten vorgesehen, jedoch mittels entsprechender
Verbin dungen, wie z. B. Kabel, Leitungen oder dergleichen miteinander
verknüpft
sind. Diese Variante bietet den Vorteil, dass man nicht unbedingt
eine neue Energieerzeugungsanlage, die alle Bestandteile beziehungsweise
Komponenten enthält,
an einem einzigen Standort neu errichten muss. Vielmehr bietet es
sich an, beispielsweise bestimmte Komponenten, wie wind- beziehungsweise
wasserkraftbetriebene Elektroenergieerzeugungsanlagen an einem anderen
Standort zu installieren, wo günstigere
geologische und meteorologische Verhältnisse herrschen und die dort
erzeugte Energie dann einem anderen Standort zuzuführen, an
dem beispielsweise die Elektrolyseanlage zur Spaltung von Wasser
in Wasserstoff und Sauerstoff und die Methanolerzeugungsanlage stationiert
sind. Eine solche Anlage kann beispielsweise auch in der Nähe vorhandener
Untergrundspeicher, die sich für
eine CO2-Speicherung eignen, installiert
werden.
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Eine
Weiterbildung der zuvor beschriebenen Energieerzeugungsanlage ist
dadurch gekennzeichnet, dass eine technologische Einheit der Kohlendioxidverwertung
und Wasserstoff-Methanol-Speicherung vorgesehen ist und diese technologische
Einheit aus
- • Elektrolyse von Wasser mit
Wasserstoff- und Sauerstoffgewinnungen
- • Kohlendioxid-Ad-
beziehungsweise Absorption mit Kohlendioxidgewinnung und
- • Methanolsynthese
mit Methanolspeicherung
besteht. Diese technologische
Einheit kann dann an dem geeignetsten Standort installiert werden
oder sie ist gemäß einer
entsprechenden Weiterbildung der Erfindung als umsetzbare Einheit
ausgebildet.
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Dabei
zeichnet sich eine Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass
alle Anlagenteile in einer einzigen umsetzbaren Einheit vorgesehen
sind. Es ist allerdings auch von Vorteil, wenn die technologische
Einheit der Kohlendioxidverwertung und Wasserstoff-Methanol-Speicherung
in unterschiedlichen Modulen vorgesehen sind, wobei die einzelnen
Anlagenmodule durch Schnittstellen miteinander verbindbar sind.
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Die
Energieerzeugungsanlage, wie vorher beschrieben, zeichnet sich nach
einer Weiterbildung auch dadurch aus, dass die technologische Einheit
beziehungsweise die einzelnen Anlagenmodule in einem Container angeordnet
beziehungsweise vorgesehen sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Kohlendioxid-Power-Carrier-Technologie als Bestandteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens
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2 die
verfahrenstechnischen Bestandteile der Kohlendioxid-Power-Carrier-Technologie
und deren Zusammenwirken
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3 Fließschema
zum vorgeschlagenen Verfahrensweg zur Herstellung von Methanol,
zur Speicherung von Elektroenergie und insbesondere eine schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Elektroenergieerzeugungsanlage;
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der Kohlendioxid-Power-Carrier-Technologie als Bestandteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wie aus der schematischen Darstellung ersichtlich, wird Kohle, Erd- oder
Biogas als fossiler Energieträger
als Ausgangsprodukt eingesetzt. Dies ist schematisch in dem Rechteck mit
dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Diese fossilen Energieträger werden
in einem Kraft- und/oder Heizwerk, welches mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet
ist, in Strom 21 umgewandelt. Dieser Strom 21 wird
in das Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetz 14 eingespeist.
In das Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetz 14 wird
auch Strom aus Wind- und/oder Photovoltaikanlagen oder auch aus
Wasserkraftwerken eingespeist, die schematisch mit dem Bezugszeichen 18 als
umweltfreundliche Energieerzeugungsanlagen bezeichnet sind. Mit 17 wird
Wind-, Wasserkraft und/oder die Solarstrahlung schematisch bezeichnet.
Der Strom aus dem Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetz 14 wird,
wie aus dem Pfeil ersichtlich, in der CO2-Power-Carrier-Anlage 15 verarbeitet.
Dazu wird einerseits Rauchgas aus dem Kraft- und/oder Heizwerk 13 der
CO2-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit
(CV-WMS) zugeführt.
Des Weiteren ist es selbstverständlich notwendig,
hier Wasserstoff zu erzeugen. Da die Methanolerzeugung ein endogener
Prozess ist, entsteht Wärme
W. Diese Wärme
und die Abwärme
aus dem Kraft- und/oder Heizwerk 13 wird einem nicht näher bezeichneten
Wärmeverbraucher 16 zugeführt. Des
Weiteren wird auch die Abwärme
aus der CO2-Verwertungs- und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit
(CV-WMS) 15 dem Wärmeverbraucher 16 zugeführt. Gleiches
gilt für die
Wärme,
die aus Energie aus dem mit 18 bezeichneten Bereich erzeugt
wird. Damit wird eine optimale Ausnutzung der fossilen Energieträger zum
einen und zum anderen eine optimale Ausnutzung der Wind- und/oder Solarstrahlung
beziehungsweise der Wasserkraft erreicht. Über geeignete Steuerungen lässt sich
die gesamte Anlage so steuern, dass erfindungsgemäß bevorzugt
Elektroenergie aus Wind- und/oder Photovoltaikanlagen beziehungsweise
aus Wasserkraftwerken der CO2-Verwertungs-
und Wasserstoff-Methanol-Speichereinheit (CV-WMS) zugeführt wird,
insbesondere um den nötigen
Wasserstoff durch Elektrolyse zu erhalten. Die 1 beschreibt
demnach die zentrale Stellung der CO2-Power-Carrier-Technologie
(CPCT) und die CV-WMS-Einheit mit den Stoff- und Energieströmen sowie
deren Integration in die Elektronetzebenen, das Kraft- und/oder Heizwerk
beziehungsweise die Biogasanlage, die erneuerbaren Energiequellen
und die Wärmeverbraucher. Dies
ist insgesamt ein geschlossener Kreislauf, der eine optimale Auslastung
der eingesetzten fossilen Energieträger und gleichzeitig auch der
durch die erneuerbaren Energiequellen zur Verfügung gestellten Elektroenergie
dar.
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In 2 sind
die verfahrenstechnischen Bestandteile der CO2-Power-Carrier-Technologie und deren Zusammenwirkung
dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 20 ist schematisch eine
Windenergieanlage (WEA) dargestellt, welches Strom 21 entweder
in das Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetz 19 einspeist
oder aber der Elektrolyse 22 zuführt. Aus der Elektrolyse 22 wird
Wasserstoff in einem Wasserstoffspeicher 27 zugeführt. Des
Weiteren wird Sauerstoff einem Sauerstoffspei cher 23 aus
der Elektrolyse zugeführt.
Der Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher 27 gelangt
in einen Synthesegasverdichter 26 und von dort in die Methanolsynthese 28.
Das erzeugte Methanol gelangt in einen Methanolspeicher 30 und
kann von dort entweder abgefüllt
oder dem Kraft- und/oder Heizwerk 25 wieder zugeführt werden.
Die Einspeisung mit fossilen Energieträgern, wie Kohle, Erz- oder Biogas trägt das Bezugszeichen 24.
Aus dem Kraft- und/oder Heizwerk 25 gelangt CO2 in
den CO2-Speicher 29, welches, wie
hier noch nicht dargestellt, erfindungsgemäß dann der Methanolsynthese
zumindest teilweise zugeführt
wird. Teilweise wird das CO2 allerdings
auch wieder dem Kraft- und/oder Heizwerk 25 zugeführt. Dies
ist wesentlicher Bestandteil der Oxyfuel-Technologie. Mit dem Bezugszeichen 23 ist
noch ein Sauerstoffspeicher dargestellt, der den in der Elektrolyse
erzeugten Sauerstoff zu speichern vermag und der ihn dann dem Kraft- und/oder Heizwerk 25 wieder
zuführt,
um bei der Verbrennung der fossilen Energieträger eine optimale Leistung
zum einen zu gewährleisten
und zum anderen ein sehr reines CO2 zu erhalten, welches
gut speicherbar ist. Mit dem Bezugszeichen 21 ist wieder
der erzeugte Strom bezeichnet. Der Pfeil mit dem Bezugszeichen W
bezeichnet die abgeführte
Wärme.
Die 2 stellt hier allerdings nicht den gesamten erfindungsgemäßen Komplex
dar, sondern nur ein Detail, nämlich
den immanenten Bestandteil der CO2-Power-Carrier-Technologie
am erfindungsgemäßen Verfahren.
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In
der 3 ist ein Fließschema zum vorgeschlagenen
Verfahrensweg nach der Erfindung zur Herstellung von Methanol, zur
Speicherung von Elektroenergie und insbesondere eine schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Elektroenergieerzeugungsanlage
dargestellt. In der Netzleitstelle 1 der entsprechenden
Regelzone erfolgt die Kontrolle und Regelung der Lastflüsse zur
Einhaltung der Stabilität
der Netze 3 und insbesondere zur Integration des Aufkommens
aus erneuerbaren Energiequellen, wie Windenergieanlagen 2. Die
Elektrolyse 4 bezieht ihren Strombedarf vorrangig zur Netzentlastung
aus dem Netz, in das jedoch auch Strom aus dem Kraftwerk 5 und
anderen Quellen eingespeist wird. Die Elektrolyse 4 produziert
sowohl Wasserstoff, der in einem Wasserstoffspeicher 7 eingespeist
wird, als auch Sauerstoff, der in einem Sauerstoffspeicher 11 zwischengelagert
wird. Aus dem Heizwerk oder Heizkraftwerk 5, das mit fossilen
Energieträgern
be ziehungsweise Biogas aus dem Erd- beziehungsweise Biogas oder
Kohlespeicher 9 versorgt wird, werden CO2-haltige
Rauchgase imitiert, aus denen das Kohlendioxid in einer Ad- beziehungsweise
Absorptionsanlage gewonnen und in einem CO2-Speicher 10 zwischengelagert
wird. Wasserstoff und CO2 werden vermischt
und über
einen Verdichter in das Kreislaufgas der Methanolanlage 6 mit
dem erforderlichen Betriebsdruck eingespeist. Das hergestellte Methanol
wird dem Methanoltanklager 8 zugeführt. Wie ersichtlich, ist damit
die erfindungsgemäße Erzeugung
von Methanol zum einen dargestellt. Zum anderen ist jedoch auch
ersichtlich, dass hier eine optimale Verwertung der aus erneuerbaren
Energiequellen zur Verfügung
gestellten Elektroenergie erfolgt. Des Weiteren wird deutlich, dass
es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
jetzt gelingt, in Phasen, in denen überschüssig Elektroenergie erzeugt
wird und gleichzeitig die Abnahme sehr gering ist, diese Elektroenergie
sinnvoll in Form von Methanol zu speichern. In dem Fall, wenn beispielsweise
nicht ausreichende Wind- oder Wasserenergie oder Solarenergie zur
Verfügung
steht und gleichzeitig der Bedarf an Elektroenergie steigt, kann
dann dieses Methanol wieder sinnvoll eingesetzt werden, indem es
dann dem Heiz- oder Heizkraftwerk 5 wieder zugeführt wird.
Insgesamt wird damit selbstverständlich
auch eine bedeutende Reduzierung der Umweltbelastung durch schädliches
CO2 erreicht, weil dieses fast vollständig im
Kreislauf gebunden wird und sinnvoll der Methanolerzeugung zugeführt werden
kann.
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Ausführungsbeispiel:
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Für die Realisierung
des vorgeschlagenen Verfahrensweges zur Reduzierung von CO2-Emissionen durch Verwertung des Kohlendioxid
mit Hilfe von Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser mit
regenerativ gewonnener Elektroenergie, vorzugsweise Strom aus Windkraftanlagen,
zu Methanol umgesetzt wird und in den 1–3 dargestellt
ist, bietet sich beispielhaft Lubmin bei Greifswald in Mecklenburg-Vorpommern als
Modell-Standort an.
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Für diesen
Standort spricht ebenfalls die Nähe
der Zentren für
das Netzsicherheitsmanagement und die relativ hohe Dichte an Wärmebedarf
und CO2-Aufkommen
in der Region entlang der Ostsee-Küste.
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Negativ
ist das Fehlen großer
elektrischer Lasten in dem dünn
besiedelten und industriell relativ wenig erschlossenen Gebiet zu
beurteilen. Weitere Beispiele sind denkbar.
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An
diesem Standort ist sowohl die Anlandung der fossilen Energieträger Steinkohle
als auch Erdgas und deren Verstromung geplant.
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Vorgesehen
ist die Errichtung leistungsstarker Kraftwerksanlagen auf Basis
dieser fossilen Energieträger,
die unterschiedlich für
die Einspeisung in den Grundlastbereich bzw. in den Mittel- und
Spitzenlastbereich ausgelegt werden sollen.
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Am
gleichen Standort ist ebenfalls die Einschleifung der Elektroenergie
aus leistungsstarken Offshore-Windparks um Rügen mit Gesamtleistungen von > 2.000 MW vorgesehen.
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Aus
dieser Situation heraus sind in Starkwind- und Schwachlastperioden
große
Lastflüsse
in Nord-Süd-Richtung
und durchaus Überspeisungen
der vorhandenen Netze zu erwarten.
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Aus
geologischer Sicht ist der Standort Lubmin durch die Nähe ausgebeuteter,
fachmännisch
versiegelter Erdgas- bzw. Erdöl-Lagerstätten ausgezeichnet,
die für
die unterirdische Speicherung von CO2 durchaus geeignet
erscheinen.
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Beispielsweise
könnte
sich zwischen Mesekenhagen und Lüssow
ein Speicher erstrecken, wobei eine CO2-Pipeline
zwischen Lubmin und Mesekenhagen eine Option darstellen könnte.
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Im
Sinne des vorgeschlagenen neuartigen Verfahrensweges wäre ein Kraftwerk
mit moderner Oxyfuel-Technologie, die wahrscheinlich eine Luftzerlegungsanlage
und CO2-Gewinnungsanlage beinhaltet, lediglich
mit einer Elektrolyse und einer Methanolreaktor- und Rektifiziereinheit
zu ergänzen
und im Nebenschluss über
eine Pipeline mit dem unterirdischen CO2-Speicher
zu verbinden, um Methanol aus Erneuerbaren Energien herzustellen.
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Beispielhaft
sind ebenfalls Stadtwerke geeignet, um eine Kohlendioxid-Verwertung
mit dem Vorteil einer Netzentlastung in der Regelzone Mecklenburg-Vorpommern
(Vattenfall Europe Transmission) zu verknüpfen.
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Als
Kohlendioxid-Quelle kommen ebenfalls Biogasanlagen in Frage, bei
denen die Herstellung von Biogas mit Erdgasqualität erfolgt,
wozu verfahrenstechnisch eine Abtrennung des Kohlendioxids vorgenommen wird.
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Die
in den Figuren und im Ausführungsbeispiel
angegebenen Maße
stellen bevorzugte Varianten dar. Die Erfindung ist jedoch auf diese
Maße nicht
eingeschränkt.
Vielmehr sind in der Beschreibung und den Patentansprüchen Merkmale
angegeben, die für
die Erfindung einen breiteren Schutz beanspruchen.
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Die
Erfindung wurde zuvor anhand von Ausführungsbeispieles beschrieben.
Die jetzt und mit der Anmeldung später eingereichten Ansprüche sind
Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung eines weitergehenden
Schutzes.
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Die
in den abhängigen
Ansprüchen
angeführten
Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind
diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmale der rückbezogenen
Unteransprüche
zu verstehen.
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Merkmale,
die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im
Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum
Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
