DE102010001072A1

DE102010001072A1 - Verfahren zur Züchtung von Biomasse und CO2-Verwertungsprozesseinheit

Info

Publication number: DE102010001072A1
Application number: DE102010001072A
Authority: DE
Inventors: Yvonne Groiss; Susanne 89542 Berger; Günter HALMSCHLAGER; Bernhard Schleidt; Manfred Feichtinger
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Züchtung von Biomasse (BM), insbesondere Algen in Biomassezuchtanlagen (2) unter Verwertung von CO2. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage (2) in räumlicher Nähe von zumindest einer, Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO2-emittierenden Einrichtung (3; 3.1–3.8) angeordnet wird und das von dieser Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) emittierte CO2 zumindest teilweise der Biomassezuchtanlage zugeführt wird, wobei die Biomassezuchtanlage und die zumindest eine, Biomasse, Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO2-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als CO2-Verwertungsprozesseinheit (1) in einem an- oder subökumenischen Gebiet, insbesondere Wüste oder wüstennahen Gebiet (4) angeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Züchtung von Biomasse, insbesondere Algen in Biomassezuchtanlagen, insbesondere Algenreaktoren unter Verwertung von CO₂.
Die Erfindung betrifft ferner eine CO₂-Verwertungsprozesseinheit zur Züchtung von Biomasse, insbesondere Algen.
Der Klimawandel und stetig steigende Energiepreise erzwingen zunehmend das Inbetrachtziehen alternativer Energieträger und eine effiziente Nutzung der Ressourcen aus diesen. In der Industrie liegt dabei der Focus in erster Linie auf der Verfügbarkeit kostengünstiger Brennstoffe und der Unabhängigkeit von der Endlichkeit fossiler Energieträger. Demgegenüber steht das Erfordernis einer zunehmenden Verringerung der CO₂-Emissionen. Um diese Verringerung zu erzielen wird heute unter anderem die Möglichkeit einer CO₂-Sequestration in Ozeanen oder auch in ehemaligen Erdgaslagerstätten geprüft. Diese Möglichkeiten sind jedoch mit hohen Kosten und mit einem hohen Energieeinsatz verbunden.
Erneuerbare Ressourcen aus Biomasse, insbesondere Energiepflanzen sind unter anderem in Form von Algen bekannt. Algen bieten den Vorteil, während ihres Wachstums eine große Menge an CO₂ aufnehmen zu können, um den darin enthaltenen Kohlenstoff zum Aufbau ihrer Zellbiomasse zu verwenden. Sie können daher zur Verringerung der CO₂-Emissionen von Fabriken und Kraftwerken eingesetzt werden, denn es ist bekannt, dass sie bei Anreicherung mit CO₂-reichen Gasen ein rasches Wachstum aufweisen. Diese Möglichkeit ist jedoch aufgrund der im Bereich von Kraftwerken zur Verfügung stehenden Standortflächen für die Algenproduktion erheblich beschränkt, da Algen für ihr Wachstum Sonnenenergie in Form von Licht benötigen, und das eingestrahlte Sonnenlicht pro Flächeneinheit limitiert ist. Ferner stellt die bei der CO₂-Umsetzung gebildete Biomasse einen nachwachsenden Rohstoff dar, welcher entweder zur Gewinnung von Energieträgern, wie beispielsweise Biodiesel aus dem Ölgehalt der Algen, Bioethanol durch Fermentation der Kohlehydratfraktion, oder auch Biogas durch Vergasung der Algenbiomasse genutzt, oder auch selbst in Biomasseanlagen als Brennstoff eingesetzt werden kann. Des Weiteren weist der Rohstoff Alge aufgrund seiner großen Sorten- und Eigenschaftsvielfalt sehr viele Anwendungsmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Produktsektoren auf.
Aus diesem Grund wird heute versucht, die großtechnische Herstellung von Biomasse, insbesondere Algen in Bioreaktoren oder offenen Teichen zu optimieren, wobei als vorrangiges Ziel die wirtschaftliche Gewinnung dieser erneuerbaren Energieträger angesehen wird. Der Bau von sowohl ökonomisch als auch ökologisch vertretbaren großtechnischen Anlagen zur Umsetzung großer Mengen an CO₂ aus Abgasen in Biomasse, insbesondere Algen, welche anschließend als Ressourcen für Energieträger genutzt werden können, ist jedoch bislang noch nicht gelungen.
Es ist bekannt, dass die Algenproduktion zur Erzeugung von Nahrungsergänzungsmitteln und zur Herstellung weiterer hochwertiger Produkte, insbesondere in der Pharma- und Kosmetikindustrie seit geraumer Zeit wirtschaftlich erfolgt. Diese hohe Wirtschaftlichkeit ist jedoch gegenüber dem Einsatz zur Energiebereitstellung im wesentlichen dadurch bedingt, dass die Algen in diesem Marktsegment eine sehr hohe Wertschöpfung genießen, so dass hier auch mit geringen Biomasseumsätzen ein entsprechend hoher Gewinn erzielt werden kann. Im Gegensatz dazu ist die großtechnische Herstellung von Algen zur Nutzung als erneuerbarer Energieträger mit einer Reihe von erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Zum einen werden zur Bedarfsdeckung von nachwachsenden Energieträgern enorme Algenmengen benötigt. Und zum anderen müssten, um die in großen Kraftwerksanlagen entstehenden CO₂-Mengen vollständig mittels Algen abbauen zu können, sehr große Algenmengen in riesigen Algenzuchtaggregaten erzeugt werden. Diese weisen eine verhältnismäßig geringe Höhe auf, sind jedoch durch einen großen Flächenbedarf charakterisiert. So sind beispielhaft in effizienten Anlagen ca. 15 km² Teichfläche oder 4 km² Reaktorfläche erforderlich, um 100.000 t Trockenalgenbiomasse pro Jahr zu gewinnen. Zum Aufbau dieser Biomasse besteht jedoch ein CO₂-Bedarf, welcher 85% der Emissionen eines Holzkohlekraftwerks mit einer Leistung von 50 MW entspricht. Selbst durch eine Weiterentwicklung der Algenzuchtaggregate kann diese Aufgabe nur begrenzt gelöst werden, da die Algen nur bis zu maximal 10% der auf sie eingestrahlten Sonnenenergie in Biomasse umsetzen können und die eingestrahlte Sonnenenergie pro Fläche limitiert ist. Des Weiteren ist, wenn eine sehr hohe Produktivität angestrebt wird, der Oberflächenbedarf relativ hoch, da die Algen ausreichend mit Sonnenlicht versorgt werden müssen, um rasch zu wachsen. Um eine möglichst kostengünstige CO₂-Versorgung zur Erhöhung der Wachstumsgeschwindigkeit zu erreichen, sollten die Algenzuchtaggregate in der Nähe einer kostengünstig verfügbaren CO₂ Quelle angeordnet werden, also beispielsweise in der Nähe eines Verbrennungskraftwerkes. Doch dort ist oftmals mit geringen Grundstücksverfügbarkeiten sowie mit sehr hohen Grundstückspreisen zu rechnen, da sich Kraftwerke meist in dicht besiedelten Gebieten befinden.
Ferner erfolgt die Ansiedlung von Menschen bevorzugt in fruchtbaren Gegenden, in welchen die Möglichkeit des Betreibens von Landwirtschaft zur Nahrungsmittelerzeugung besteht. Aus diesem Grund sind viele der möglichen CO₂-Quellen von fruchtbaren Böden umgeben, wodurch die Anordnung einer Biomassezuchtanlage, insbesondere Algenzuchtanlage in dieser Gegend in Konkurrenz zur Landwirtschaft erfolgen müsste, was jedoch aus Gründen der höheren Wertschöpfung von Lebensmitteln und aus ethischen Gründen nicht vertretbar ist.
Da, wie bereits ausgeführt wurde, die benötigten Biomassezuchtanlagen sehr groß sein müssen und die Verfügbarkeit von freien Flächen in der Nähe von kostengünstigen CO₂-Quellen relativ gering ist, muss die Algenzucht etwa durch Gewährleistung guter Durchmischung und ausreichender CO₂- und Nährstoffzufuhr optimiert werden, um eine möglichst hohe Produktivität zu erzielen. Dies hat jedoch eine Erhöhung sowohl der Investitions- als auch Betriebskosten zur Folge, welche aufgrund der großen Dimension derartiger Anlagen ohnehin sehr hoch geschätzt werden müssen.
Will man jedoch auf möglichst kostengünstig verfügbaren Grundstücken arbeiten, so ist dies zwar möglich, da Algen selbst auf derartig unfruchtbaren Böden, in Teichen oder Bioreaktoren, gefüllt mit Schmutzwasser, beispielsweise Industrieabwässern, kommunalen Abwässern oder auch mit anderen Süß- oder Salzwasserqualitäten wachsen können. Allerdings sind in der Nähe derartiger Gebiete in der Regel keine geeigneten CO₂-Quellen zu finden, so dass hier lange Transportwege für CO₂ entstehen. Es besteht zwar die Möglichkeit, Kraftwerksabgase in Pipelines zu einer entfernten Algenproduktionsanlage zu transportieren, beziehungsweise das CO₂ aus Kraftwerksabgasen mittels Absorption abzutrennen und anschließend in Pipelines zu einer entfernteren Algenproduktionsanlage zu transportieren, allerdings setzt dies eine Aufbereitung dessen unter hohen Sicherheitsauflagen voraus, so dass die Kosten sehr hoch anzusetzen sind. Derartige Prozesse sind ferner durch einen hohen Energiebedarf charakterisiert, da hierfür große Gasvolumina verdichtet werden müssen.
Des Weiteren ist auch mit hohen Aufwendungen für die Bereitstellung von Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor sowie Spurenelementen und pH-Puffern zu rechnen, welche zur Produktion sehr großer Algenmengen ebenfalls in großen Mengen benötigt werden. Auch dieser Aspekt beeinflusst die Wirtschaftlichkeit des Biomassegewinnungsprozesses eher negativ. Aus diesem und weiteren Gründen konnte sich trotz der vielen Potentiale von Algenbiomasse seit Beginn der gezielten Erforschung dieses Rohstoffes noch kein Verfahren zur großtechnischen Algenproduktion zur Biodieselproduktion am Markt durchsetzen. Es wurde bisher kein wirtschaftliches Verfahren gefunden, welches alle limitierenden Faktoren des Algenwachstums optimiert, eine hohe Produktionsrate ermöglicht und dennoch die oben genannten Herausforderungen meistert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Produktion und Verwertung von Biomasse, insbesondere Algen, zur Herstellung von Biotreibstoffen in Kombination mit weiteren Produkten zu schaffen. Des Weiteren soll eine möglichst hohe Wertschöpfung der Algenbiomasse durch Nutzung sämtlicher Algenbestandteile und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktions- und Verwertungsprozesses erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 21 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Züchtung von Biomasse, insbesondere Algen in Biomassezuchtanlagen, insbesondere Algenreaktoren unter Verwertung von CO₂ ist dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage in räumlicher Nähe von zumindest einer, Biomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung angeordnet wird und das von dieser Einrichtung emittierte CO₂ zumindest teilweise der Biomassezuchtanlage zugeführt wird, wobei die Biomassezuchtanlage und die zumindest eine, Biomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung als CO₂-Verwertungsprozesseinheit in einem an- oder subökumenischen Gebiet, insbesondere Wüste oder wüstennahen Gebiet angeordnet werden.
Unter Biomasse gemäß der vorliegenden Erfindung wird die in einem vordefinierten System, insbesondere der CO₂-Verwertungsprozesseinheit vorliegende Gesamtheit an organischem Material verstanden. In besonders vorteilhafter Ausführung handelt es sich um Algen, wobei sämtliche Arten beziehungsweise Spezies von Algen unter diesem Begriff zusammengefasst werden.
Unter einem Biomasseprodukt wird ein Bestandteil der Biomasse oder ein aus der Biomasse, insbesondere den organischen Bestandteilen dieser gebildetes Produkt verstanden, welches in einem Prozessschritt als Ausgabeprodukt vorliegt und in dieser Form entweder an den Endverbraucher weitergegeben wird, oder als Vor- oder Zwischenprodukt als Eingangsprodukt einem weiteren Verarbeitungs- oder Verwertungsprozess zugeführt wird. Bei der Gewinnung eines Biomasseproduktes bzw. mehrerer Biomasseprodukte bleibt im allgemeinen ein Rest zurück, die sogenannte Restbiomasse, welche sich aus jenen Bestandteilen der Eingangsbiomasse zusammensetzt, welche im gewonnenen Biomasseprodukt nicht enthalten sind.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer optimierten Ausnutzung von Synergieeffekten zwischen einer Biomassezuchtanlage und einer die Biomasse zumindest direkt oder indirekt verarbeitenden Anlage. Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise bei der Verarbeitung ohnehin anfallendes CO₂ über sehr kurze Transportwege direkt der Biomassezuchtanlage als erforderlicher Stoffstrom für die Züchtung von Biomasse zugeführt. Dadurch kann Biomasse kostengünstig erzeugt werden, wobei gleichzeitig die CO₂ Emission in der Umgebung der Verarbeitungsanlagen erheblich verringert wird. Die Anordnung in an- oder subökumenischen Standorten, insbesondere Standorten mit Eigenschaften von Wüsten oder wüstennahen Gebieten bietet den Vorteil, dass es sich hierbei um Standorte handelt, die in der Regel keiner anderen wirtschaftlichen Nutzung unterliegen und nicht als landwirtschaftliche Nutzfläche oder Standort für andere Produktionsanlagen vorgesehen sind, wodurch die großtechnische Produktion besonders kostengünstig erfolgen kann. Durch die räumliche Nähe entfallen Transportkosten und ferner aufwendige Anlagen und Vorkehrungen zum Transport sowie die speziell erforderliche Aufbereitung und eventuell für den längeren Transport erforderliche Sicherheitsvorkehrungen.
Die Anordnung in Wüsten oder wüstennahen Gebieten bedingt eine hohe Produktivität durch günstige Witterungsbedingungen und geringe saisonale Schwankungen dieser. Durch die Verringerung der Produktionsschwankungen werden notwendige Lagerungskosten von Endprodukten, sowie von Vor- und Zwischenprodukten im Vergleich zur Produktion in Breiten mit deutlichen Schwankungen der saisonalen Sonneneinstrahlungsintensität erheblich reduziert.
Bei Biomasse in Form von Algen handelt es sich um einen nachwachsenden Rohstoff, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in großen Mengen und mit geringem energetischen Aufwand bereitstellbar ist.
Eine Wertschöpfung aus der Biomasse Alge ist auf unterschiedliche Art und Weise möglich. Als wesentliche Biomasseprodukte, welche insbesondere Eingangsprodukte für weitere Prozesse zur Erzeugung von nutzbaren Endprodukten bilden, werden angesehen:

– Algenöl
– Faser- und Kohlehydratfraktion
– Proteinfraktion
– Mineralstofffraktion

Die Wertschöpfung kann für diese Produkte einzeln oder vorzugsweise in Kombination erfolgen. Die letzte Möglichkeit bietet den Vorteil einer hohen Wertschöpfung aus der Biomasse bei gleichzeitig großen Mengen an nutzbarem bereitgestellten CO₂ durch die verarbeitenden Einrichtungen, welches zum Biomasseaufbau im Algenzuchtaggregat genutzt werden kann. Hier wird das für die Atmosphäre schädliche CO₂, welches bei der Energiegewinnung für die Verarbeitungsprozesse freigesetzt wird, zumindest teilweise abgebaut, anstatt – wie bisher bei Kraftwerken und Verarbeitungsanlagen üblich – in die Atmosphäre emittiert zu werden.
Zur Abscheidung von Algenöl wird in Abhängigkeit der Biomasseart, insbesondere Algenart und des in dieser vorhandenen Algenöls die Biomasse und/oder ein Biomasseprodukt bzw. die Restbiomasse aus dem Gewinnungsprozess eines Biomasseproduktes entölt, und das dabei herausgelöste Algenöl zumindest teilweise zum Endprodukt Biodiesel verarbeitet, welcher als alternativer Energieträger aus nachwachsenden Rohstoffen ein großes Einsatzpotential besitzt. Die Umwandlung von Algenöl zu Biodiesel kann dabei sowohl vor Ort am an- oder subökumenischen Standort in einer eigens dafür errichteten Anlage erfolgen, oder auch gemeinsam mit einer geeigneten Erdölfraktion in einer Erdöl aufbereitenden Raffinerie. Letztere Möglichkeit ist insbesondere im Falle von geringeren Ölausbeuten, welche bei der Verwendung einiger Algenspezies auftreten können, von Interesse. Da die Umesterung in Kleinanlagen teurer ist als in größeren Anlagen, kann hier die Wirtschaftlichkeit der Massenproduktion eines Großunternehmens genutzt werden, um die gesamte Wirtschaftlichkeit der Algennutzung zu erhöhen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung werden aus dem Algenöl neben Biodiesel weitere Wertstoffe, insbesondere Fungizide, Bakterizide und/oder andere Wirkstoffe abgetrennt. Dabei wird ausgenutzt, dass solche biologisch aktiven Substanzen ohnehin in einer Reihe von Algen vorhanden sind. Die effektive Nutzung dieser bietet den Vorteil der Erschließung weiterer Einsatzgebiete, beispielsweise in der Tierzucht zum Schutz vor Krankheiten.
Zur Erhöhung der Ausbeute an Algenöl wird in einer Weiterentwicklung die Biomasse und/oder die eventuell zur Entölung eingesetzte Restbiomasse vor der Entölung unter Zerstörung der Zellwände gebleicht. Dabei kann bei Vorliegen der Voraussetzungen die Bleiche direkt in der Entölungseinrichtung erfolgen.
Zur Entölung sind eine Vielzahl unterschiedlichster Verfahren denkbar, wie beispielsweise Zentrifugieren, insbesondere Dreiphasenzentrifugation, Pressen und/oder Extraktion. Die konkrete Auswahl erfolgt in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen, der gewünschten Verwertungskette und des Ausgangstrockengehaltes der zu entölenden Biomasse oder Restbiomasse. Die Entölung kann ein- oder mehrstufig erfolgen. Mehrstufige Entölung kann mit oder ohne anschließendem Vereinen der gewonnenen Fraktionen erfolgen. Es könnten somit beispielsweise aus der ersten Fraktion das gesunde Nahrungsergänzungsmittel Algenöl sowie Wirkstoffe gewonnen werden, bevor die Fraktionen für die Biodieselproduktion vereint werden.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung werden aus der Biomasse und/oder der Restbiomasse aus der Herstellung eines Biomasseproduktes Faser- und/oder Kohlehydratfraktionen abgetrennt. In einer weiteren Weiterentwicklung werden alternativ oder zusätzlich aus der Biomasse und/oder der Restbiomasse aus der Herstellung eines Biomasseproduktes Proteinfraktionen abgetrennt. Wird das Eingangsprodukt dabei von der Restbiomasse gebildet, welche nach der Entölung vorliegt, besteht dadurch die Möglichkeit, möglichst alle Bestandteile der Biomasse in effektiver Weise zu nutzen.
Die Abtrennung von Faser- und/oder Kohlehydratfraktionen und/oder Proteinfraktionen erfolgt vorzugsweise in einer Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung in Form einer Pulpaufbereitungseinrichtung. Der Einsatz einer derartigen Einrichtung erlaubt eine entsprechend den Anforderungen an die weiterzuverarbeitenden Biomasseprodukte angepasste Fraktionierung und bietet den Vorteil, dass die entsprechenden als Biomasseprodukte vorliegenden Fraktionen bei direkter funktionaler Kopplung und räumlich naher Anordnung zu weiteren, die Biomasseprodukte verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen über sehr kurze Transportwege unter geringem Energieeinsatz zugeführt und in diesen zeitnah verarbeitet werden können. Dies gilt insbesondere beim Einsatz einer derartigen Pulpaufbereitungseinrichtung direkt in einer oder in unmittelbarer räumlicher Nähe einer CO₂-Verwertungsprozesseinheit angeordneten, Biomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung in Form einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen.
Die genannten Möglichkeiten bieten den Vorteil einer hohen Wertschöpfung und der Erzeugung von hochqualitativen Endprodukten, vorzugsweise in direkter räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage unter CO₂-Ausstoß, welcher wiederum der Biomassezuchtanlage direkt zugeführt wird. Die in diesen Anlagen zu einem Biomasseprodukt umgewandelten Bestandteile der Algenbiomasse bzw. Algenrestbiomasse sind in erster Linie Bestandteile der Kohlehydratfraktion. Diese können je nach eingesetzter Algenspezies in den Papier-, Karton- oder Tissuebahnen entweder Faserstoff, oder auch Stärke und andere Zusatzstoffe ersetzen.
Die Proteinfraktionen können in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von Nahrungsmitteln, insbesondere Tierfutter – oder auch zur Herstellung von Düngemitteln eingesetzt werden.
Die nicht genutzten, Restbiomassebestandteile, welche sich im Abwasser der Papiermaschine befinden, können eingedickt und/oder zu Biogas vergast werden.
Die Wahl des Standortes als An- oder Subökumene, insbesondere Wüste oder wüstennahes Gebiet bietet neben den geringen Kosten den Vorteil, dass die an diesem ohnehin vorherrschenden Standortbedingungen gezielt zur Steigerung der Biomasseproduktion genutzt werden können. Als derartige Standortfaktoren gelten die hohe und geringen Schwankungen unterworfene Sonneneinstrahlung und große Strahlungsintensität, die die direkte oder indirekte Nutzung der Sonne als verlässliche Wärmequelle mit hoher Verfügbarkeit ermöglicht. Die Nutzung dieser erfolgt insbesondere im Rahmen einer Solartrocknung und/oder durch Konvektion. Separate aufwendige und energieintensive Trockeneinrichtungen können vermieden werden.
Desweiteren enthalten die Böden in derartigen Gebieten häufig eine Vielzahl von Stoffen, die bei der Algenproduktion sinnvoll einsetzbar sind. So könnte beispielsweise im Wüstensand enthaltenes Eisen als Spurenelement zugeführt werden, und das CaO, welches sich beispielsweise im Saharasand findet, kann als pH-Puffer dienen, mit welchem unerwünschtes SO₂ aus den Abgasen gefällt werden kann, um die Kulturbedingungen für die Algen zu optimieren. Eine aufwendige separate Bereitstellung dieser Stoffe ist dann nicht erforderlich.
Die Anordnung der Biomasse, Restbiomasse oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen, vorzugsweise zumindest einer, bevorzugt mehrerer, besonders bevorzugt aller Einrichtungen in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage bietet den Vorteil, das sämtliche CO₂-Emissionen, welche durch den Energiebedarf dieser Einrichtungen verursacht werden, zur Beschleunigung des Algenwachstums eingesetzt werden können.
Im Idealfall wird zur Verringerung des Transportaufwandes für Wasser ein Standort am Wüstenrand gewählt, so dass eine räumliche Nähe zu einer Wasserquelle besteht, insbesondere zu einer Stadt oder einem Ozean. Die Wasserquelle dient zum Ausgleich des Wasserverlustes durch solare Austrocknung und ferner zur Temperierung der Algenkultur an heißen Tagen. In besonders vorteilhafter Ausführung erfolgt die Wasserführung innerhalb der Verwertungsprozesseinheit, insbesondere innerhalb der Biomassezuchtanlage als auch im Bereich des einzusetzenden Heiz- und Kühlwassers in Kreisläufen, um den Wasserverbrauch insgesamt zu senken.
Die Anlage kann auch in Nähe eines Flusses sein. Dann gäbe es reichlich Frischwasser und auch die Nutzung des Betriebes eines Osmosekraftwerkes wird möglich. Es kann aber unter der Voraussetzung einer Frischwasseraufbereitung (Entsalzung) auch ausschließlich Meerwasser eingesetzt werden:
Die bei wüstennaher Anordnung vorgesehene Nähe zu besiedelten Gebieten bietet den Vorteil einer besseren Verfügbarkeit von Arbeitskräften für den Betrieb, die Instandhaltung und Wartung der einzelnen Komponenten und Einrichtungen der CO₂-Verwertungsprozesseinheit.
Die Biomasse, die Restbiomasse und/oder ein Biomasseprodukt kann vor und/oder nach einem diese verarbeitenden Verfahren getrocknet werden. Die gezielte Trocknung erfolgt in Abhängigkeit der Anforderungen, insbesondere Haltbarkeit, Trockengehalt, Gewicht der Biomasse beziehungsweise des Biomasseproduktes als Eingangsprodukt für weiterverarbeitende Prozesse oder Endprodukte. Erfolgen die weiterverarbeitenden Prozesse zeitnah, d. h. ohne längere Zwischenlagerung, kann eine zusätzliche Trocknung eine Beschleunigung der jeweils verarbeitenden Prozesse und/oder bessere Ausbeute an weiteren Biomasseprodukten pro Zeiteinheit ermöglichen. Bei nicht zeitnaher Weiterverarbeitung können durch die Erhöhung des Trockengehaltes eine Lagerung bei geringem Lagerplatzbedarf sowie bei räumlich entfernter Anordnung einer weiterverarbeitenden Einrichtung der Transport aufgrund des geringen Transportgewichtes und der Konsistenz des vorliegenden Biomasseproduktes erheblich vereinfacht und hinsichtlich des Energiebedarfes optimiert werden. Zudem erhöht sich durch Trocknung die Haltbarkeit der Erzeugnisse.
Die bei einer Vielzahl der weiterverarbeitenden Prozesse entstehenden und freigesetzten Abgase und/oder Abwärme werden vorzugsweise der Biomassezuchtanlage zugeführt. Dadurch werden jeweils Ausgabeprodukte zwischen der Biomassezuchtanlage und der Biomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung wechselseitig zur Verbesserung dieser genutzt. Durch die wechselseitige Ausnutzung entfallen zusätzliche Bereitstellungsprozesse und die bei den Prozessen entstehenden und freigesetzten Bestandteile können hinsichtlich ihres Biomasse- und Energiegehaltes mit hohem Wirkungsgrad genutzt werden. Die gesamte Verwertungsprozesseinheit kann bei geeigneter Auslegung autark betrieben werden.
Vorrichtungsmäßig werden die Biomassezuchtanlage und die zumindest eine Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung in einer CO₂-Verwertungsprozesseinheit zur Züchtung von Biomasse, insbesondere Algen, zusammengefasst. Dabei erfolgt die Anordnung zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Biomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen zur direkten Verarbeitung von Biomasse aus der Biomassezuchtanlage oder indirekten Verarbeitung der Biomasse durch Verarbeitung von Restbiomasse bzw. Biomasseprodukten unter Freisetzung von CO₂ in räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage. Über entsprechende Mittel kann dann die Zufuhr von CO₂ aus einer derartigen Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung zur Biomassezuchtanlage vorgenommen werden, wobei die CO₂-Verwertungsprozesseinheit an einem Standort mit an- oder subökumenischen Eigenschaften, insbesondere Wüsten oder wüstennahen Gebieten angeordnet ist.
Die Kombination der Merkmale der räumlich nahen Anordnung von Biomassezuchtanlage und zumindest einer Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung zur CO₂-Verwertungsprozesseinheit und Anordnung dieser in einem unwirtlichen Gebiet erlaubt eine zentralisierte und kompakt ausgebildete Verwertungsprozesseinheit, welche aufgrund der wechselseitigen Nutzung der Ausgabeprodukte eine nahezu autarke Funktionsweise bei gleichzeitig sehr hoher Wertstoffausbeute ermöglicht.
Die Standortwahl ermöglicht die wirtschaftliche Großproduktion aufgrund der kostengünstig zur Verfügung stehenden großen Landflächen.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die CO₂-Verwertungsprozesseinheit Mittel zur Ressourcennutzung des Standortes. Diese ermöglichen die Nutzung physikalischer, chemischer oder biologischer Eigenschaften direkt vor Ort unter Vermeidung oder zumindest Reduzierung des Einsatzes von Fremdmitteln und Fremdenergie. Die Ressourcennutzung vor Ort kann besonders ökonomisch und durch die geringen Transportwege zeitnah auf den Bedarf abgestimmt erfolgen. Aufwendige Speicher und die zum Betreiben erforderliche Logistik können entfallen. In einem Spezialfall kann etwa auch das produzierte Algenöl direkt als Brennstoff zur Energiebereitstellung verwendet werden, anstatt zu Biodiesel umgesetzt zu werden. In gleicher Weise kann auch das produzierte Biogas direkt zur Energiebereitstellung für die Verwertungsprozesseinheit eingesetzt werden.
Die Mittel zur Ressourcennutzung des Standortes umfassen in vorteilhafter Weise eine Einrichtung zur Abtrennung und/oder dem Herauslösen von Nährstoffen aus der Umgebung, insbesondere dem Boden, vorzugsweise eine Sandauslaugeinrichtung für Wüstensand. Je nach Beschaffenheit können die Nährstoffe als Düngemittel zur Zucht der Biomasse eingesetzt werden. Insbesondere beim Einsatz schwefelhaltiger CO₂-Quellen, beispielsweise schwefelhaltiger Brennstoffe zum Betrieb einer Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitenden Einrichtung ist die Sandauslaugeinrichtung von besonderer Bedeutung. Diese ermöglicht es, Puffer- und Düngerkosten einzusparen, indem wertvolle Stoffe aus dem Wüstensand gelöst werden. Dazu ist die Sahara aufgrund ihres hohen CaO (Kalziumoxid) und Fe(Eisen)-Gehaltes besonders geeignet. Eisen wirkt hier als Spurenmetall, das von Algen benötigt wird. Das Kalziumoxid dient als Puffer, welcher einer durch Akkumulation von in Form von schwefeliger Säure gelöstem SO₂ verursachten pH-Senkung, welche das Algenwachstum hemmen würde, entgegenwirkt. Der Schwefel wird dabei durch das Kalzium in Form von Gips gefällt. Die Fällungsreaktion zum Gips erfolgt im Idealfall immer dort, wo die CO₂-Konzentration in der Lösung sehr gering ist, also in der Sandauslaugeinrichtung. Da die gelösten Ca-Ionen und auch eventuell Gipspartikel jedoch teilweise in die Biomassezuchtanlage gelangen, reagieren die Ca-Ionen dort mit gelöster Kohlensäure zu Kalziumcarbonat, welches in frisch gefällter Form gemeinsam mit eventuell vorhandenen kleinen Gipspartikeln direkt in die entstehenden Algenfasern als Füllstoff eingebaut wird und damit eine besonders interessante Form der Füllstoffeinbringung darstellt.
In besonders vorteilhafter Ausführung kann ein Teil der CO₂-Emission auch zur Sandauslaugung genutzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfassen die Mittel zur Ressourcennutzung des Standortes zumindest eine Einrichtung zur Trocknung, insbesondere Solartrockeneinrichtung. Diese kann auf Strahlung oder Konvektion basieren.
Die Ausführung und Zuordnung der einzelnen zumindest eine Biomasse, eine Restbiomasse oder zumindest ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung zur Biomassezuchtanlage erfolgt in Abhängigkeit der Funktion. Die zumindest eine Biomasse, Restbiomasse oder zumindest ein Biomasseprodukt verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung kann dabei als zumindest eine der nachfolgend genannten Einrichtungen ausgeführt sein:

– Einrichtung zur Ernte und/oder Entwässerung von Biomasse
– Entölungseinrichtung
– Trockeneinrichtung
– Einrichtung zur Trennung und/oder Abscheidung einer Faser- und/oder Kohlehydratfraktion
– Einrichtung zur Trennung und/oder Abscheidung einer Proteinfraktion
– Pulpaufbereitungseinrichtung
– Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn
– Raffinerie zur Erzeugung von Biodiesel
– Einrichtung zur Biogasherstellung

Die räumliche Anordnung und funktionale Verknüpfung erfolgt in Abhängigkeit der gewünschten Wertschöpfungsprodukte aus der Biomasse. Dabei kann ein Teil der, eine Biomasse, eine Restbiomasse oder zumindest ein Biomasseprodukt verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen in Reihe zueinander und/oder parallel zueinander geschalten werden.
Wie bereits ausgeführt sind der Verwertungsprozess und die Verwertungsprozesseinheit nicht auf eine Algenart beschränkt. Das bedeutet, dass dieser Prozess sowohl zur Züchtung und Verwendung von Mikroalgen in Biomassezuchtanlagen als auch zur Herstellung und Verwendung von Makroalgen, welche in der Literatur oftmals auch als „seaweed” (Seegras/Seetang/makroskopische Meeresalgen) bezeichnet werden, geeignet ist. Makroalgen versprechen im Vergleich zu Mikroalgen verhältnismäßig hohe Anteile an Langfasern und sind daher für die Weiterverarbeitung in einem Verfahren zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen von besonderem Interesse.
Beim Einsatz von Makroalgen kann in Abhängigkeit der verwendeten Arten in manchen Fällen aufgrund nicht genügend hoher Ölgehalte auch auf den Prozessschritt der Entölung verzichtet werden. In einigen Fällen kann zur Erhöhung der Ölausbeute eine Bleichstufe, in welcher die Algenzellwände partiell zerstört werden, der Entölung vorgeschaltet werden.
Der vorliegende Prozess ist nicht nur für eine Algenart geeignet, sondern kann auch für unterschiedliche Mischungen aus mehreren verschiedenen Algensorten durchgeführt werden, welche entweder bereits gemeinsam in der beziehungsweise einer Biomassezuchtanlage gezüchtet werden, oder aber nach getrennter Anzucht im gewünschten Mengenverhältnis zusammengeführt werden und den entsprechenden Biomasse, Restbiomasse oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen zugeführt werden. Auch können, sofern dies die Produktivität der Biomassezuchtanlage positiv beeinflusst, oder aber die Abtrennung von Wertstoffen aus der Algenölfraktion erleichtert, mehrere unterschiedliche Mischungen von Algen in unterschiedlichen Bioreaktoren gezüchtet und anschließend im gewünschten Verhältnis miteinander vermengt werden. Es können auch verschiedene Spezies getrennt gezüchtet und anschließend im gewünschten Verhältnis gemischt werden. Man könnte sogar so weit gehen, dass man verschiedene Spezies züchtet, aber nur gewisse entölt, von anderen die Proteine oder andere Wertstoffe entnimmt, und schließlich für das Pulping alle im gewünschten Mischungsverhältnis vereint. Dann wäre es teilweise getrennte Aufarbeitung.
Für den besonders vorteilhaften Einsatz im Papierherstellungsprozess werden einerseits ausgewählte Algensorten beziehungsweise Algenmischungen als Rohstoffe eingesetzt. Zusätzlich zur Biomasse, Restbiomasse oder Biomasseprodukten aus den Algen werden aber oftmals auch Additive benötigt.
Diese können dann als Fremd- oder Zusatzstoffe dem Papierherstellungsprozess zugeführt werden. Dieser kann auch unter Einsatz von unterschiedlichen Mengen von Füllstoffen und Pigmenten (0 bis 10%, 10 bis 20% 30 bis 40%) sowie von chemischen Additiven (Stärke, Leimungsmittel) erfolgen. Zudem können für die Pulpaufbereitung neben unterschiedlichen Arten von Algen auch andere faserhaltige Stoffe, wie etwa Zellstoff, Holzstoff, Altpapier und/oder andere Biomassequellen in unterschiedlichen Anteilen zugesetzt werden. Die Algengehalte können dabei zwischen 5% bis 15%, 15% bis 30%, 30% bis 45%, 45% bis 60%, 60% bis 75% beziehungsweise 75% bis 100% variieren. Die Mengen an zuzusetzenden Faserstoffen, Leimungsmitteln und anderen Additiven hängt insbesondere von der Zusammensetzung der eingesetzten Algen, sowie von der Art der hergestellten Papierbahn ab.
Ist keine Biomasse, Restbiomasse oder ein Biomasseprodukt verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung in der Nähe, können Biomasse oder Biomasseprodukte, insbesondere Faserstoffe gewonnen und an eine derartige, Biomasseprodukte verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung, insbesondere Papierfabrik, verkauft werden. Im Falle mancher Algen, insbesondere solcher mit geringen Faserstoffanteilen, ist jedoch auch eine Gewinnung von Stärke beziehungsweise Hemizellulosefraktionen sowie von Mischungen aus Fasern, Stärke, Hemizellulose, Nanozellulose und anderen für die Papierproduktion nutzbaren Stoffen vor Ort von Interesse.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einzelne Prozessschritte wie beispielsweise die Ernte und die Entölung in einem Prozessschritt und Aggregat zusammenzufassen.
Der Wasserkreislauf im System kann geschlossen bei Vorsehen einer Kreislaufwasseraufbereitung und dazugehörige Anlage gefahren werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung das Grundprinzip und die Grundfunktion einer erfindungsgemäßen CO₂-Verwertungsprozesseinheit;
2 verdeutlicht eine vorteilhafte Ausgestaltung und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen CO₂-Verwertungsprozesseinheit;
3 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen CO₂-Verwertungsprozesseinheit gemäß 2.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion einer erfindungsgemäß ausgeführten CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 zur wechselseitigen Ausnutzung von Synergieeffekten zwischen einer Biomassezuchtanlage 2 und zumindest einer, Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch Kohlendioxid, d. h. CO₂-emittierenden Einrichtung 3. Die CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 umfasst zumindest eine Biomassezuchtanlage 2, welche der Züchtung von CO₂ verbrauchender oder bindender Biomasse BM dient und auch als Biomassereaktor bezeichnet wird, und zumindest eine, eine Biomasse BM, eine Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung 3, die in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage 2 angeordnet ist. Ein wesentliches Merkmal der Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder zumindest ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3 besteht dabei darin, dass die Verarbeitung beziehungsweise Verwertung unter Emission von CO₂ erfolgt. Insbesondere bei Züchtung von Biomasse BM in Form von Algen, welche auch als Energiepflanzen bezeichnet werden, die geeignet sind, hohe Mengen CO₂ zu binden, das jedoch bei deren Verwertung wieder freigesetzt wird, können hier in besonders einfacher Art und Weise Synergien zwischen der Biomassezüchtung an sich und dem Verwertungsprozess genutzt werden, indem Produkte beider – der Biomassezuchtanlage 2 und einer einzelnen, diese direkt oder indirekt verarbeitenden Einrichtung 3 gegenseitig genutzt werden. Dabei wird das bei der Verwertung freigesetzte CO₂ aufgrund der räumlichen Nähe der einzelnen Einrichtung 3 zur Biomassezuchtanlage 2 dem Prozess der Züchtung gleich wieder zugeführt. Dargestellt sind hier beispielhaft die Stoffströme zwischen den einzelnen Komponenten der CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1, insbesondere der Biomassezuchtanlage 2 und einer einzelnen Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3, hier beispielhaft den Einrichtungen 3.1. bis 3.4. Dabei wird zwischen die Biomasse BM direkt und indirekt verarbeitenden Einrichtungen 3 unterschieden. Eingangsprodukt von Biomasse BM direkt verarbeitenden Einrichtungen ist die Biomasse BM direkt aus der Biomassezuchtanlage 2. Diese wird geerntet, verarbeitet oder aufbereitet und es entsteht neben CO₂ zumindest ein Produkt, das als Endprodukt E1 oder in Form eines Vor- oder Zwischenproduktes BMP, hier beispielhaft BMP3.1 als Eingangsprodukt für andere, Biomasseprodukte BMP verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtungen 3 fungiert. Unter Biomasseprodukten BMP werden abgespaltene oder gebildete Stoffe und Stoffgemische verstanden, welche als Vor- oder Zwischenprodukte weitenverarbeitet oder als Endprodukt E aus der CO₂-Verwertungsprozesseinheit ausgeschleust werden können. Unter Restbiomasse werden hingegen jene Biomassebestandteile verstanden, welche bei der Herstellung eines Biomasseproduktes von diesem abgetrennt wurden. Es handelt sich hierbei also um all jene Bestandteile von Biomasse BM oder Restbiomasse RBM aus dem vorhergegangenen Prozess, welche nicht Bestandteile des Biomasseproduktes sind. Die indirekte Verarbeitung von Biomasse BM erfolgt somit in Biomasseprodukte BMP bzw. Restbiomasse RBM verarbeitenden Einrichtungen, hier den das Biomasseprodukt BMP3.1 und evt. die Restbiomassen RBM3.1, RBM3.2 und RBM3.3 verarbeitenden Einrichtungen 3.2, 3.3 und 3.4. Diese sind im Verarbeitungs- und Verwertungsprozess in Reihe oder parallel zueinander geschalten und dienen der Verarbeitung, Aufbereitung oder anderweitigen Behandlung von Produkten BMP oder Restbiomassen RBM, hier BMP3.1, RBM3.1, RBM3.2 und RBM3.3, der Einrichtungen 3.1, 3.2 und 3.3. Die Einrichtung 3.1 ist im Verwertungsprozess der Biomassezuchtanlage direkt nachgeschalten, während die Einrichtungen 3.2 und 3.3 im Verwertungsprozess der Biomassezuchtanlage 2 nicht direkt sondern unter Zwischenschaltung weiterer Einrichtungen, hier 3.1 nachgeordnet sind. Jede der Einrichtungen 3.1 bis 3.n, hier 3.1 bis 3.4 ist durch eine CO₂-Emission bestimmter Höhe während des Verarbeitungsprozesses charakterisiert, welche auf den benötigten Energiebedarf des jeweiligen Prozessschrittes zurückzuführen ist. Diese Emission kann entweder direkt in der Einrichtung erfolgen, oder – im besonders vorteilhaften Fall – in einem gemeinsamen Kraftwerk, welches die Prozessenergie für alle oder mehrere der Biomasse BM, Restbiomasse RBM und/oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen der CO₂-Verwertungseinheit zur Verfügung stellt. Das emittierte CO₂, welches zumindest dem Energieverbrauch einer dieser Einrichtungen 3.1 bis 3.n, hier 3.1 bis 3.4 zuzuschreiben ist, wird der Biomassezuchtanlage 2 direkt zugeführt.
Die einzelnen Einrichtungen 3.1 bis 3.n können auch bereits Endprodukte E1 bis En, hier beispielhaft E1 bis E4 erzeugen. Dargestellt sind hier nur die möglichen Stoffströme die Biomasse BM und das emittierte CO₂ betreffend.
Als Standort 4 der CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 wird erfindungsgemäß ein an- oder subökumenisches Gebiet, insbesondere ein wüstennahes Gebiet, vorzugsweise eine Wüste gewählt. Dadurch wird der Prozess der Züchtung und Verwertung in aufgrund der Standortbedingungen nicht oder nur bedingt besiedelte Gebiete verlegt, in welchen große Flächen zur Verfügung stehen und die Investitionskosten an Grund und Boden gering sind. Diese Gebiete sind in der Regel durch extreme klimatische und/oder geographische und/oder physische Bedingungen charakterisiert. Dabei erlaubt die Standortwahl Wüste oder wüstennahes Gebiet zusätzlich die optimale Ausnutzung der Standortbedingungen, insbesondere der hohen Sonneneinstrahlung beim Aufbau der Biomasse BM. Die CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 kann dabei unter wechselseitiger Ausnutzung der Produkte von Biomassezuchtanlage 2 und Einrichtung 3.1 bis 3.n besonders ökonomisch installiert und mit sehr hoher Produktivität betrieben werden.
In der Biomassezuchtanlage 2 besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Arten von Biomasse, insbesondere Algen, zu züchten. Denkbar ist beispielsweise die Züchtung von Rotalgen, Grünalgen, Blaualgen, Kieselalgen sowie weiterer Algen. Die Wahl der konkreten Art hängt dabei von den Rahmenbedingungen des Standortes 4, wie Temperaturverlauf, Sonneneinstrahlungsintensität, Nährstoffgehalt und Verunreinigungen des eingesetzten Prozesswassers ab. Üblicherweise werden jedoch Mischkulturen gezüchtet, welche an die gegebenen Rahmenbedingungen angepasst sind. Denkbar ist auch die Kultivierung einzelner, besonders geeigneter Stämme. Dabei erfolgt bei Verwendung von Süßwasser als Prozesskreislaufwasser die Verwendung von Spirogyra, Zygnema und anderen fadenbildenden Süßwasseralgen. Denkbar ist auch die Verwendung anderer Süßwasseralgen sowie der Einsatz von Salzwasseralgen. Der Einsatz von Salzwasseralgen ist insbesondere dann von besonderem Interesse, wenn der Standort in Meeres- oder Ozeannähe gewählt wird, da in diesem Fall Salzwasser in großer Menge kostengünstig zur Verfügung steht.
Die 2 verdeutlicht anhand eines Prozessschemas den Aufbau und die Funktion einer vorteilhaften CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 zur Wertschöpfung von Biomasse BM in Form von Algenbiomasse. Auch hier ist die CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 auf in der Regel unfruchtbaren Böden, vorzugsweise in Wüsten beziehungsweise wüstennahen Gebieten angeordnet, sodass die Anordnung der Biomassezuchtanlage 2 und dieser zugeordnet zumindest eine Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung 3 besondere ökologische und/oder ökonomische Vorteile bietet. Diese Lösung verbindet den ökonomischen Vorteil einer kostengünstig verfügbaren großen Landfläche zur großtechnischen Algenproduktion mit einer hohen Produktivität, die durch günstige Witterungsbedingungen und die geringen saisonalen Schwankungen an einem derartigen Standort 4 gekennzeichnet sind. Durch die Verringerung der Produktivitätsschwankungen werden die notwendigen Lagerungskosten von in der Biomassezuchtanlage 2 entstehender Biomasse BM und aus dieser gebildeten Produkten und Zwischenprodukten im Vergleich zur Produktion an Standorten mit deutlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlungsintensität, welche insbesondere jahreszeitlich bedingt sind, erheblich reduziert. Dabei werden in einer besonders vorteilhaften Ausführung die Eigenschaften des Standortes 4 gezielt genutzt, um den Betrieb der Biomassezuchtanlage 2 effektiv zu gestalten. Bei dieser Biomassezuchtanlage 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Algenzuchtanlage, beispielsweise in Form eines Teiches, welcher mittels einer Folie geschützt ist. Denkbar sind auch andere Ausführungen, beispielsweise in Form eines Röhren- oder Flachplattenreaktors.
Der Boden, in der Wüste der Wüstensand, der in der Sahara einen erheblichen Gehalt an Kalziumoxid CaO sowie Eisen Fe beinhaltet, kann durch vorhergehendes Laugen, vorzugsweise mit Kreislaufwasser der CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1, den Bedarf an pH-Puffern und künstlichen Düngemitteln zur Unterstützung der Algenzucht in der Biomassezuchtanlage 2 verringern. Dazu ist eine Anlage 5 zur Ressourcennutzung des Standortes 4 vorgesehen. Diese umfasst zum Zweck der Ausnutzung des Gehaltes an CaO sowie Fe aus dem Wüstensand beispielsweise eine Sandauslaugeinrichtung 6. Dieser wird als Eingangsstoff Wüstensand, dargestellt als Stoffstrom I1 zugeführt, der mittels zumindest eines Fluids, insbesondere Wasser ausgelaugt wird. Das Wasser kann als Frischwasser in einem Stoffstrom I2 und/oder in besonders vorteilhafter Weise als Kreislaufwasser in einem Stoffstrom s13 aus dem Verwertungskreislauf der CO₂-Verwertungseinheit 1, welches bei der Verarbeitung von Biomasse BM in der Einrichtung 3.1 in Form einer Ernte- und Entwässerungseinrichtung 8 abgeschieden wird, der Sandauslaugeinrichtung 6 zugeführt werden. Zur Erhöhung des Auslaugeffektes kann ein geringer Anteil eines CO₂-Stromes, der aus einer Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3 stammen kann, oder aber aus einer anderen CO₂-freisetzenden Einrichtung, wie beispielsweise einem Kraftwerk, als Stoffstrom I3.2 zugeführt werden. Die über den Laugeprozess gewonnenen Stoffe können dann direkt oder beispielhaft hier über eine Filtereinrichtung 7 der Biomassezuchtanlage 2 zugeführt werden. Insbesondere wird das mit Nährstoffen und Kalziumpuffer angereicherte Laugewasser, hier als Ausgabestoffstrom s1, in der Filtereinrichtung 7 filtriert, wobei der Restbestandteil an Sand als Stoffstrom s2 zur Sandauslaugeinrichtung 6 zurückgeführt oder durch neuen Sand in dieser ersetzt wird. Beim Einsatz von SO₂-haltigen CO₂-Quellen kann in der Filtereinrichtung 7 auch ein Teil des mittels Ca-Ionen gefällten SO₂ und CO₂ abgeschieden werden. Das mit Nährstoffen und Puffer angereicherte filtrierte Wasser wird als Stoffstrom s3 der Biomassezuchtanlage 2 zugeführt.
In der Biomassezuchtanlage 2 wird auf der Basis photosynthetischer Reaktionen unter Konsumation von Nährstoffen und CO₂ Biomasse BM, insbesondere Algenbiomasse aufgebaut. Ferner bilden hier im filtrierten Laugenwasser des Stoffstromes s3 verbliebene Kalziumionen durch Reaktion mit gelösten Schwefeloxiden Kalziumsulfit, welches ein bekanntes Konservierungsmittel und Antioxidans ist. Dieses kann durch Oxidation unter Anwesenheit von als Katalysatoren wirksamen gelösten Salzen zu Kalziumsulfat aufoxidiert werden, welches dann gemeinsam mit durch Reaktion überschüssiger Ca-Ionen mit CO₂ gebildetem Kalziumkarbonat in Form feinst verteilter Partikel anfällt. Diese feinst verteilten Partikel werden im vorliegenden System als Füllstoffe direkt in die wachsende Biomasse BM, insbesondere Algenbiomasse eingebracht.
Die in der Biomassezuchtanlage 2 erzeugte Biomasse BM wird in einer der im Verwertungsprozess unmittelbar nachgeordneten, Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.1 bis 3.n, hier 3.1 in Form einer Ernte- und/oder Entwässerungseinrichtung 8, insbesondere in Form eines Algenabscheiders geerntet. Dabei wird Kreislaufwasser von dieser abgetrennt und kann als Stoffstrom s13 der Sandauslaugeinrichtung 6 und/oder weiteren Prozessen und/oder einzelnen Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.2 bis 3.n zugeführt werden.
Der Ernte- und/oder Entwässerungseinrichtung 8 sind weitere Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtungen 3.2 bis 3.n nachgeordnet. Alle Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.1 bis 3.n sind vorzugsweise am Standort 4 Wüste oder wüstennahes Gebiet möglichst in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage 2 angeordnet. Dadurch werden die Transportwege sehr kurz und der Anteil der Stoffströme, die über weite Strecken transportiert werden müssen, gering gehalten. Unter derartigen Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.1 bis 3.n werden in Abhängigkeit der Wertschöpfungsart der Algenbiomasse in Form von Algenöl und/oder Faser- und Kohlehydratfraktionen und/oder Proteinfraktionen neben der Ernte- und Entwässerungseinrichtung 8 (bei der Algenzucht als Algenabscheider ausgebildete Anlagen) als Einrichtung 3.1, beispielsweise als Einrichtung 3.3 Trockeneinrichtungen 9, vorzugsweise Solartrockeneinrichtungen, sowie in Abhängigkeit der Eigenschaften der Biomasse BM, insbesondere Algen bei ausreichend hohem Ölgehalt als Einrichtung 3.2 Entölungseinrichtungen 10 verstanden. Ferner können die Einrichtungen 3.2 und 3.5 in Form von Einrichtungen 11 zur Trennung und/oder zum Abscheiden von Bestandteilen der Biomasse BM und Vorbereitung für eine weitere Nutzung, beispielsweise des Algenöls, der Proteinfraktionen und/oder Faser- und Kohlehydratfraktionen in Form von Raffinerien bzw. Umesterungsanlagen 15 und/oder Pulpaufbereitungseinrichtungen 16 sowie Einrichtungen 3.6 als Einrichtung 12 zur Eindickung und 3.7 als Einrichtung 13 zur Vergasung von Restbiomasse vorliegen. Die Aufzählung ist nicht abschließend. Allen gemeinsam ist, dass für ihren Betrieb Energie benötigt wird, woraus folglich eine CO₂-Emission resultiert, welche entweder direkt in der Einrichtung oder in einem am Standort angelegten Kraftwerk, welches die Energieversorgung einer oder mehrerer der Einrichtungen gewährleistet, anfällt. Das durch den Betrieb einer oder mehrerer dieser Einrichtungen freigesetzte CO₂ wird als Stoffstrom I3 zur Beschleunigung des Wachstums der Biomasse BM in der Biomassezuchtanlage 2 genutzt. Dabei kann je nach Anordnung der einzelnen Einrichtungen 3.1 bis 3.n, hier 3.1 bis 3.7 das durch den Betrieb aller oder einer Vielzahl von Einrichtungen emittierte CO₂ der Biomassezuchtanlage 2 im Stoffstrom I3 zugeführt werden.
In der 2 ist die Einrichtung 11 zur Trennung und Abscheidung von Bestandteilen aus der Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder einem Biomasseprodukt BMP, insbesondere einer Proteinfraktion und/oder Faser- und Kohlehydratfraktion in Form einer Pulpaufbereitungsanlage und/oder Papiermaschine 16 vorgesehen.
Grundlegend werden aus der in der Biomassezuchtanlage 2 gebildeten Biomasse BM unterschiedliche Produkte beziehungsweise Zwischenprodukte gewonnen. Dabei können in den Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder ein Biomasseprodukt BMP verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.1 bis 3.n Zwischenprodukte, die weiteren Prozessen und damit weiteren Biomasseprodukte BMP bzw. Restbiomasse RBM verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen 3.2 bis 3.n zugeführt werden können oder aber Endprodukte E1 bis En erzeugt werden. In der Biomasse BM verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3.1 in Form der Ernte- und/oder Entwässerungseinrichtung 8 wird das Wasser in Form des Stoffstromes s13 abgeschieden und weiteren Prozessen oder dem Prozess der Züchtung von Biomasse BM erneut zugeführt, wobei gegebenenfalls eine vorhergehende Aufarbeitung des Wassers erfolgt. Das Ausgabeprodukt in Form der verbleibenden Biomasse BMP3 wird einer weiteren Biomasse BM verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3.2 in Form der Entölungseinrichtung 10 zugeführt. In dieser wird aus der Biomasse BMP3 Algenöl gewonnen, welches ein Eingangsprodukt BMP für weitere Prozesse bildet oder aber als Endprodukt E genutzt werden kann. Die Entölung der Biomasse BMP3, insbesondere der entwässerten Algen kann auf unterschiedliche Art und Weise vorgenommen werden, beispielsweise durch Zentrifugieren, insbesondere Dreiphasenzentrifugation, Extraktion, Pressen und weitere aus der Biodieselherstellung bekannte Verfahren. In Abhängigkeit des gewählten Verfahrens erfolgt die Entölung vor oder nach einer Trocknung der Algen.
Der Prozess der Entölung kann ferner entweder ein- oder auch mehrstufig erfolgen. Bei mehrstufiger Entölung müssen die einzelnen dabei enthaltenen Fraktionen vor ihrer Weiterverarbeitung, beispielsweise in der Raffinerie 15 zu Biodiesel und Wertstoffen in Form von Endprodukten E1 und E2 nicht weiter vereint werden. Dies ist insbesondere für die Gewinnung höherwertiger Produkte, wie etwa Bakterizide, Fungizide und Lebensmittelzusatzstoffe von Bedeutung. Unter dem Begriff einer Raffinerie wird hier eine ölverarbeitende Einrichtung verstanden, die sowohl verschiedene Ölfraktionen und/oder Ölbestandteile gewinnen bzw. voneinander trennen kann, als auch Umesterungsreaktionen von Öl zu Biodiesel ermöglicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt der Prozess der Entölung durch Dreiphasenzentrifugation entweder vor dem Trocknen, oder ohne nachfolgende Trocknung.
Das bei der Entölung gewonnene Öl, bzw. die verschiedenen gewonnenen Ölfraktionen als Ausgabeprodukt BMP10.1 werden dann in einer Einrichtung 3.4 in Form einer der Entölungseinrichtung 10 nachgeschalteten Raffinerie 15 zu handelsfähigem Biodiesel als Endprodukt E1 verarbeitet, welcher als verkaufbares Produkt die gesamte CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 verlässt.
Neben der Produktion von Biodiesel als Endprodukt E1 erlaubt die Raffinerie 15, auch die Gewinnung weiterer interessanter Wertstoffe aus dem frischen Algenöl bzw. aus bestimmten Fraktionen des Algenöls BMP10.1. Als solche gelten Lebensmittelzusatzstoffe wie Omega-3-Fettsäuren, Bakterizide und/oder Fungizide. Diese verlassen die Raffinerie 15 als Endprodukt E2. Der Produktstrom der Endprodukte E2 ist vorzugsweise in der Masse und im Volumen geringer bemessen als der Produktstrom der Endprodukte E1. Dabei kann für manche Algenspezies der Gehalt an Wertstoffen E2 sogar so gering sein, dass auf die Gewinnung dieser Stoffe verzichtet werden kann.
Zur Gewinnung der weiteren Wertstoffe werden in der das Biomasseprodukt BMP10.1 verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3.4 in Form der Raffinerie 15 zunächst geringe Mengen Bakterizide und Fungizide sowie gegebenenfalls weitere Wertstoffe aus dem Algenöl abgetrennt, welche eine hohe Wertschöpfung haben. Bakterizide und Fungizide sind dabei in einer Reihe von Algenspezies, insbesondere in mehreren Rotalgen aber auch in anderen Algenarten nachweislich enthalten und können beispielsweise in anderen Prozessen, wie der Viehzucht zur Krankheitsprevention eingesetzt werden. Die übrigen Bestandteile des Algenöls werden dann zum Endprodukt E1 in Form von Biodiesel verarbeitet. Bezüglich der Verfahren zur Biodieselherstellung wird auf die bekannten Verfahren verwiesen, weshalb an dieser Stelle nicht detailliert darauf eingegangen wird.
Die Abwärme der Raffinerie 15, hier als Stoffstrom s4 bezeichnet, kann nachts zur Temperaturregelung der Biomassezuchtanlage 2 eingesetzt werden. Ebenso können die Abgase aus der Ölraffinerie 15, hier in Form des Stoffstromes s5 nach gegebenenfalls notwendiger Vorreinigung als CO₂ Quelle für die Algen in der Biomassezuchtanlage 2, insbesondere dem Algenzuchtaggregat eingesetzt werden.
Die entölten Algen als entstehendes Ausgabeprodukt der Entölungseinrichtung 10 können anschließend in einer Trockeneinrichtung 9, vorzugsweise einer Solartrockeneinrichtung getrocknet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Trockeneinrichtung 9 vor dem Entölen einzusetzen. In Abhängigkeit der eingesetzten Biomassesorte, insbesondere Algensorte können auch vor dem Einsatz zum Zwecke der Aufbereitung einer Pulpe, insbesondere für die Herstellung von Materialbahnen unterschiedliche Reinigungs- beziehungsweise Trockenqualitäten erforderlich sein. Diese bedingen entsprechende Trockeneinrichtungen 9, die an den konkreten Einsatzfall angepasst sind. Dabei ist die Wahl der Art und Verwendung der Trockeneinrichtungen 9 sehr stark vom Ort der weiteren Aufbereitung der nach der Entölungseinrichtung 10 vorliegenden Restbiomasse in Form der entölten Algen abhängig. Im Fall eines Verbringens der gesamten nach erfolgender Entölung vorliegenden Restbiomasse zu einer weit entfernten weiteren Aufbereitungsanlage, beispielsweise bei direktem Verschiffen zu einer weiter entfernten Papierfabrik, sind zur Gewährleistung einer guten Haltbarkeit hohe Trockengehalte der gesamten Restbiomasse zu erzielen, während bei direktem Einsatz unmittelbar nach erfolgter entsprechender Aufbereitung nur jene Reststoffe getrocknet werden müssen, welche aus Kapazitätsgründen nicht sofort zum Einsatz gelangen und zunächst in einem entsprechenden Pufferspeicher, vorzugsweise Silo, zwischengelagert werden müssen. Im dargestellten Fall ist der nach Entölung vorliegende Stoffstrom an Restbiomasse, welcher erst nach erfolgter Trocknung einer Pulpaufbereitungseinrichtung 16 zugeführt wird, als Restbiomasse RBM10.2 bzw. nach der Trocknung als Biomasseprodukt Biomasseprodukt BMP9.1 bezeichnet. Der direkt der Pulpaufbereitungseinrichtung 16 ohne aktive Trocknung zugeführte Stoffstrom an Restbiomasse ist mit RBM10.1 bezeichnet. In Abhängigkeit der Algensorte sowie der Anordnung der einzelnen Einrichtungen 3.1 bis 3.n werden die Stoffströme RBM10.1, RBM10.2 und BMP9.1 festgelegt.
Als Energiequelle für die Trockeneinrichtung 9 fungiert vorzugsweise durch die Sonne 17 bereitgestellte Energie. Dabei bietet diese Möglichkeit neben einem ökologischen auch einen ökonomischen Vorteil. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung besteht die Möglichkeit, entweder die Biomasse BM beziehungsweise Biomassebestandteile direkt durch Wärmestrahlung zu trocknen oder aber indirekt durch von der Sonne vorgewärmte und bewegbare Trockenluft, welche ein Biomassebett durchströmt, wodurch diesem Feuchtigkeit entzogen wird. Die Trocknung bietet ferner den Vorteil eines erheblichen Gewichtsverlustes sowie einer Erhöhung der Haltbarkeit der Biomasse BM, wie für Transport- und Lagerungszwecke erforderlich.
Die kostengünstige Möglichkeit der Trocknung mittels einer Solartrockeneinrichtung ist bei nasser Entölung insbesondere für jene Biomassemengen von Interesse, welche aufgrund von Kapazitätsschwankungen vor ihrem Einsatz in einer Pulpaufbereitungseinrichtung 16 beziehungsweise in einer in der 3 dargestellten Papierfabrik 18 zwischengelagert werden müssen. Aber auch für den Fall, dass die Restbiomasse als Biomasseprodukt BMP9.1 in Form der entölten Algen erst zu einer entfernt gelegenen Papierfabrik 18 transportiert werden muss, in welcher diese später weiterverarbeitet wird, stellt die solare Trocknung eine bedeutende Option dar.
Der Anteil an entölter Algenbiomasse, welcher nach der Trocknung mittels der Trockeneinrichtung 9 in getrockneter Form vorliegt, wird als Vor- oder Zwischenprodukt in Form des Stoffstroms BMP9.1 zur Pulpaufbereitung an eine Pulpaufbereitungseinrichtung 16 geliefert. Werden Einrichtungen 11 zur Trennung und Aufbereitung sowie Abscheidung von Bestandteilen beispielsweise zur Entfernung von Verunreinigungen oder zur Aufteilung in unterschiedliche Faser- und Kohlehydratfraktionen verwendet, können die Fraktate in weiteren Prozessen, beispielsweise in der Papier- und Verpackungsmittelproduktion zum Einsatz gelangen. Dabei können diese in Abhängigkeit der Zusammensetzung der eingesetzten Algenspezies als Ersatz für Faserstoffe, Stärke, Hemizellulosen und andere Stoffe in der Pulpaufbereitung eingesetzt werden.
Die Gewinnung der für die Papier- beziehungsweise Verpackungsherstellung interessanten Kohlehydrat- beziehungsweise Faserstofffraktion kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, wobei vorzugsweise der direkte Einsatz der nach der Entölung vorliegenden, das ausgegebene Biomasseprodukt RBM10.1 bildenden Restbiomasse und/oder dem nach der Trocknung in der Trockeneinrichtung 9 vorliegenden Biomasseprodukt BMP9.1 als Eingangsprodukte zur Pulpaufbereitung in einer nahe gelegenen, die Pulpe gleich weiterverarbeitenden Papier- beziehungsweise Verpackungsfabrik 18, wie in 3 dargestellt, bevorzugt wird.
In der 2 wird in der Pulpaufbereitungseinrichtung 16 ein Endprodukt, hier mit E3 bezeichnet, gebildet und die bei der Bildung dessen unter Abscheidung von Abwasser s8 anfallende Abwärme und die Abgase als Stoffströme s6 und s7 der Biomassezuchtanlage 2 zugeführt. Zur Realisierung der Führung von Wasser in Kreisläufen kann Kreislaufwasser im Stoffstrom s9 aus anderen Einrichtungen, wie hier beispielsweise aus dem Eindicker 12 der Pulpaufbereitungseinrichtung 11 zugeführt werden.
Die dabei in der Einrichtung 3.5 nicht nutzbaren und im Stoffstrom Abwasser s8 enthaltenen Bestandteile können nach anschließendem Eindicken mittels einer die Einrichtung 3.6 bildenden Einrichtung 12 zu Schlamm im Stoffstrom s10 einer die Einrichtung 3.7 bildenden Einrichtung 13 zur Vergasung zugeführt und vergast werden, wobei neben Biogas als Endprodukt E4 auch die nötigen Nährstoffe für die Algenproduktion freigesetzt werden und in einem Stoffstrom s11 der Biomassezuchtanlage 2 zugeführt werden. Sofern dies aufgrund gegebenenfalls möglicher Akkumulation von prozessbedingten Verunreinigungen sinnvoll ist, kann die wässrige Nährstofflösung vor ihrer Zugabe in die Biomassezuchatanlage 2 entsprechend aufbereitet werden. Eine Aufbereitung ist in Abhängigkeit von der Wasserquelle gegebenenfalls auch für das zugegebene Frischwasser möglich.
Die dargestellten Prozesse stellen mögliche Grundprozesse dar, die funktional miteinander verknüpft sind. Dabei können die aus den Biomasse, Restbiomasse oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen anfallenden CO₂ Emissionen der Biomassezuchtanlage 2 in Form der jeweiligen CO₂ Stoffströme zugesetzt werden.
Die 3 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung einer CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 gemäß 2. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet. In der 3 ist dabei die Anordnung einer Papierfabrik 18 als Biomasse BM, Restbiomasse RBM oder Biomasseprodukte BMP verarbeitende Einrichtung 3.8 anstatt nur der Pulpaufbereitungseinrichtung 16 vorgesehen, wobei die Pulpaufbereitungseinrichtung 16 vorzugsweise Bestandteil der Papierfabrik 18 ist oder dieser in räumlicher Nähe zugeordnet ist.
Auch hier sind die Eingangsströme bildenden Stoffströme mit I1, I2, I3, I4 und I5 bezeichnet, welche die Prozessströme charakterisieren. Der Stoffstrom I1 als Wüstensand wird mittels Kreislauf- und/oder Frischwasser, das in Stoffströmen s13 und I2 der Sandauslaugeinrichtung 6 zugeführt wird, ausgelaugt. Zur Verbesserung des Auslaugeffektes kann ein geringer Anteil des Stoffstromes I3 an CO₂, welcher in besonders vorteilhafter Ausführung aus der Erdgasreinigung stammt, der aber auch selbstverständlich aus anderen CO₂ freisetzenden Prozessen gewonnen werden kann, bereits in die Sandauslaugeinrichtung 6 eingedüst werden.
Das durch das Auslaugen mit Nährstoffen und Kalziumpuffer angereicherte Laugenwasser s1 wird anschließend in einer Filtereinrichtung 7 filtriert, wobei der abgeschiedene Wüstensand als Stoffstrom s2 teils rückgeführt und teils durch frischen Sand ersetzt wird. Bei Einsatz von SO₂-haltigen CO₂-Quellen kann in der Filtereinrichtung 7 auch ein Teil des mittels Ca-Ionen gefällten SO₂ und CO₂ abgeschieden werden. Das mit Nährstoffen und Puffer angereicherte Wasser wird als Stoffstrom s3 in die Biomassezuchtanlage 2 eingebracht. Diese wird im vorliegenden Beispiel von einer Reihe durchmischter, zum Schutz vor Verunreinigungen mit einer lichtdurchlässigen Folie abgedeckter Teiche gebildet, kann aber selbstverständlich auch eine andere Bauform wie beispielsweise jene eines Röhrenreaktors oder eines Flachplattenreaktors aufweisen. In dieser wird auch hier auf Basis photosynthetischer Reaktionen und der Konsumation von Nährstoffen und CO₂ Algenbiomasse aufgebaut. Außerdem bilden hier im filtrierten Laugenwasser s3 verbliebene Kalziumionen durch Reaktion mit gelösten Schwefeloxiden Kalziumsulfit, welches ein bekanntes Konservierungsmittel und Antioxidans ist und durch Oxidation unter Anwesenheit von als Katalysatoren wirksamen gelösten Salzen zu Kalziumsulfat aufoxidiert werden kann. Dieses fällt dann gemeinsam mit durch Reaktion überschüssiger Ca-Ionen mit CO₂ gebildetem Kalziumkarbonat in Form feinst verteilter Partikel an, welche im vorliegenden System als Füllstoffe direkt in die wachsende Biomasse BM, insbesondere Algenbiomasse eingebracht werden.
Die Algenbiomasse BM wird in einer Ernte- und Entwässerungseinrichtung 8 unter Abtrennung von Kreislaufwasser s13 und Rückführung dessen zur Sandauslaugeinrichtung 6 bzw. zur Algenzuchtanlage 2 geerntet.
Die geernteten Algen als Biomasseprodukt BMP3 werden im dargestellten Beispiel direkt einem Prozess der Entölung, beispielsweise Dreiphasenzentrifugation in einer Entölungseinrichtung 10 unterzogen. Es besteht die Möglichkeit, die entölten Algen anschließend in einer Trockeneinrichtung 9, insbesondere Solartrockeneinrichtung zu trocknen. Diese kostengünstige Möglichkeit der Trocknung ist bei nasser Entölung insbesondere für jene Biomassemengen von Interesse, welche aufgrund von Kapazitätsschwankungen vor ihrem Einsatz in einer Pulpaufbereitungsanlage 16 beziehungsweise in der Papierfabrik 18 zwischengelagert werden müssen. Aber auch für den Fall, dass die entölten Algen erst zu einer entfernter gelegenen Papierfabrik 18 transportiert werden müssen, in welcher diese später weiterverarbeitet werden, stellt die solare Trocknung eine bedeutende Option dar. In diesem Fall kann unter Umständen die Anwesenheit von Calziumsulphit als Antioxidans und Konservierungsmittel, welches wie zuvor beschrieben in der Algenaufbereitungsanlage gebildet wird, erwünscht sein.
Der Anteil der Algenbiomasse BMP3, welcher nach der Entölung getrocknet wird, und mit RBM10.2 bzw. BMP9.1 bezeichnet ist, fungiert ebenso wie der Anteil and Algenbiomasse BMP3, welcher nicht getrocknet sondern sogleich weiter verarbeitet wird, und mit RBM RBM10.1 beteichnet wid, als Vor- oder Zwischenprodukt zur Pulpaufbereitung. Der getrocknete Anteil BMP9.1 kann im jedoch im Gegensatz vom nicht getrockneten Anteil direkt als Biomasseprodukt aus dem Prozess ausgeschleust und erst später oder in einer anderen Anlage weiter verarbeitet werden.
Der Prozess der Weiterverarbeitung findet im vorliegenden idealen Beispiel direkt in der Papierfabrik 18 statt. Die Aufbereitung kann jedoch im Falle des getrockneten Anteiles auch in einer entfernt gelegenen Fabrik beziehungsweise in reinen Aufbereitungsaggregaten durchgeführt werden. Bei Produktion in letzteren Anlagen würde als Endprodukt E3 anstatt Papier beziehungsweise Verpackungsmaterial ein quellbarer, solgargetrockneter Faserstoff als Eingangsstoff für die Papier- beziehungsweise Verpackungsmittelherstellung fungieren. Im Falle von Algenspezies, welche nur geringe Faseranteile beinhalten, können anstatt des Faserstoffes beziehungsweise gemeinsam mit dem Faserstoff selbstverständlich auch andere Rohstoffe für die Papier- und Verpackungsherstellung, wie etwa Stärke, Nanozellulose und Hemizellulosemischungen produziert werden.
Im vorliegenden Beispiel wird Papier- oder Verpackungsmaterial direkt produziert, welches die Verwertungsprozesseinheit 1 als Produktstrom E3 verlässt. Ein Stoffstrom für Rohstoffstoffe I4 zur Papierfabrik 18 wird benötigt. Dieser kann je nach Bedarf in Abhängigkeit von der eingesetzten Algensorte und des gewünschten Produktes aus gegebenenfalls benötigten Füll- und Zusatzstoffen bestehen, sowie andererseits aus einem gewissen Anteil an Faserstoff, Holzstoff und/oder Altpapier, mit welchem der Papier- bzw. Verpackungsrohstoff aus Algen in Abhängigkeit des gewünschten Endproduktes E3 vor seiner Verarbeitung zu Papier- beziehungsweise Verpackungsmaterial versetzt wird. Ebenso, wie bei der Raffinerie 15, können auch die Abgas- und Abwärmeströme s6 und s7 der Papierfabrik 18 in der Biomassezuchtanlage 2 eingesetzt werden, sofern die hierfür notwendige räumliche Nähe gegeben ist, was im vorliegenden Beispiel der Fall ist. Die Papierfabrik 18 benötigt eine gewisse Menge an Frischwasser, hier als Stoffstrom I2 verdeutlicht, der nach seinem Einsatz in der Fabrik 18 als Abwasser im Stoffstrom s8 vorliegt und in einer Einrichtung 12 zum Eindicken vorgereinigt wird, um anschließend entweder als Nährmedium und/oder Wasserquelle der Biomassezuchtanlage 2 beziehungsweise der Sandauslaugeinrichtung 6 zugeführt zu werden oder nach Reinigung als Kreislaufwasser in Form des Stoffstromes s9 in die Papierfabrik 18 zurückgeführt zu werden. Das zugeführte Wasser kann – sofern es einem nahegelegenen Ozean entstammt, und dies für die Prozessführung notwendig ist – vor dem Einsatz in der Papierfabrik in einer dafür geeigneten Einrichtung entsalzt werden. Ebenso können die Algen vor dem Einsatz in der Papierfabrik mit entsalztem Wasser gewaschen werden. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn Salzwasseralgen eingesetzt werden.
Die bei der Aufbereitung anfallende feinstoffhaltige Fraktion, welche unter anderem lösliche Bestandteile sowie zu kurze Fasern und auch Proteine beinhaltet, kann grundsätzlich als Tierfuttermittel eingesetzt werden. Aufgrund des vergleichsweise geringen Bedarfs an Tierfuttermitteln wird jedoch vorzugsweise eine Vergasung der Proteinfraktion zur Herstellung von Biogas als Endprodukt E5 erwogen. Dazu ist eine Einrichtung 13 zur Vergasung als Biomasse BM bzw. Restbiomasse RBM verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung 3.7 der nach Eindickung vorliegenden Restbiomasse vorgesehen. Diese ist im dargestellten Fall der die Biomasse BM verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung 3.6 in Form einer Einrichtung 12 zur Eindickung nachgeordnet. Die Einrichtung 13 zur Vergasung von Restbiomasse erhält dabei die für den Prozess erforderlichen Eingangsprodukte von der Einrichtung 12 zur Eindickung, welche wiederum ihre Eingangsprodukte aus der Einrichtung 3.8 in Form der Papierfabrik 18 erhält. Weitere notwendige Stoffströme zur Erhaltung des Vergasungsprozesses – wie etwa die Zufuhr von Mikroorganismen und Nährstoffen für deren Kultivierung – sind hier der Einfachheit wegen nicht eingezeichnet, jedoch durchaus zu erwarten.
Der bei der Eindickung entstehende nasse Schlamm wird als Stoffstrom s10 der Einrichtung 13 zur Vergasung, insbesondere Biomassevergasungsanlage zugeführt, in welcher Biogas E5 produziert wird. Dieses kann einerseits als fünftes Produkt die CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 verlassen und im vorliegenden Beispiel nach gegebenenfalls notwendiger Reinigung und Kompression über nahe gelegene Erdgaspipelines abtransportiert werden. Es kann jedoch auch neben anderen Energieträgern direkt in der bestehenden Anlage als Brennstoff, beispielsweise für Rührwerke, Kompressoren, Ölraffinerien und Papierfabriken eingesetzt werden. Das nährstoffreiche Abwasser aus der Einrichtung 13, hier als Stoffstrom s11 dargestellt, wird schließlich wiederum der Biomassezuchtanlage 2 zugeführt, um den Nährstoffkreislauf zu schließen. Die benötigten Energieströme in Form von Wärme, Dampf und elektrischem Strom für die einzelnen Aggregate und Anlagen sind hier im Einzelnen nicht aufgeführt. Es versteht sich jedoch, dass für den Betrieb der einzelnen Komponenten und Einrichtungen derartige Energieströme notwendig sind. Diese können in der jeweils gewünschten Form durch eine oder mehrere Kraftwerksanlagen bereitgestellt werden, deren Abgase an die Biomassezuchtanlage 2 weitergeleitet werden.
Die Vergasung der weder zur Ölgewinnung noch zur Herstellung von Papier- oder Kartonbahnen verwendbaren Algenbestandteile zu Biogas kann gegebenenfalls auch durch eine Umsetzung zu Synthesegas ersetzt werden. Dieses kann dann im Anschluss zu Brennstoffen wie Diesel oder Naphtha oder auch zu Chemikalien, beispielsweise Essigsäure, Methanol oder Alkohol umgesetzt werden.
Anstatt des Vergasungsprozesses ist es ferner denkbar eine Vergärung zu Bioethanol beziehungsweise Biobutanol durchzuführen. Idealerweise erfolgen diese Prozesse aufgrund der nassen Gewinnung dieser Reststoffe direkt vor Ort. Im günstigsten Fall erfolgt schließlich auch der Einsatz der dabei produzierten Brennstoffe – insbesondere im Fall von Biogas, welches zum Transport unter hohem Energieaufwand komprimiert werden müsste – ebenfalls direkt vor Ort, beispielsweise in einer nahe gelegenen Papier- beziehungsweise Verpackungsfabrik 18 oder aber auch in einer der genannten Einrichtungen 3.1 bis 3.7.
Ist jedoch der Bedarf an Biogas oder auch an einem festen Biobrennstoff an einem anderen Ort höher als in der Nähe der Algenproduktionsstätte, kann der Vergasungsrohstoff auch sofort einer Solartrocknung unterzogen, transportiert und an einem anderen Ort in räumlicher Entfernung entweder durch Vergasung oder auch durch direkte Verfeuerung umgesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung kann eine derartige CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 gemäß der 1 bis 3 in einem wüstennahen Gebiet, insbesondere in der Sahara, angeordnet werden. In diesem Fall sind Synergien mit bereits bestehenden Erdgasgewinnungsanlagen möglich. Dies gilt auch für andere Standorte, insbesondere wüstennahe Standorte, in denen fossile Brennstoffe, insbesondere Erdöl oder Erdgas, gewonnen werden. Wesentlich bei diesen Anlagen ist, dass die fossilen Brennstoffe zum Teil über lange Versorgungsleitungen in räumlich entfernte Gebiete transportiert werden. Dabei beinhaltet beispielsweise das zu fördernde Erdgas im Mittel 5,5% CO₂, welches bis auf einen erlaubten Restinhalt von 0,3% entfernt werden muss, bevor der fossile Brennstoff exportiert wird. Dazu wird das CO₂ in einem mehrstufigen und zum Stand der Technik gehörenden Absorptionsprozess aus den fossilen Brennstoffen entfernt und anschließend beispielhaft unter einem Druck von 1,4 bar mit einer Reinheit von über 98% wieder freigesetzt. Die dabei freigesetzte Menge an CO₂ ist nicht unerheblich, weshalb das unerwünschte Treibhausgas bisher nach seiner Abtrennung wiederum komprimiert und in ein Reservoir zurückinjiziert wird, wo es permanent gespeichert werden soll. Diese Kompression bedingt jedoch einen hohen Energiebedarf. Die CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 wird nunmehr dazu genutzt, um das abgekühlte CO₂ für die Aufzucht von Biomasse zu nutzen. Durch den Transport des CO₂ zu einer derartigen Biomassezuchtanlage 2 in einem küstennahen Gebiet beziehungsweise idealerweise dem Reinigen der fossilen Brennstoffe vom CO₂ in der Nähe der Biomassezuchtanlage 2 können große Mengen an Kompressionsenergie und die daraus resultierenden Kosten eingespart werden, da zum Transport in den Pipelines weitaus geringere Drücke notwendig sind, als zur Sequestration. Außerdem werden große Mengen an wachstumsbeschleunigendem CO₂ für die Biomassezuchtanlage 2 zur Verfügung gestellt, was die Produktivität der Algen und folglich auch die Ausbeute an nutzbaren Produkten erhöht. Überschlagsweise können mit der zur Verfügung stellbaren CO₂ Menge aus den fossilen Brennstoffen jährlich etwa 500.000 t Algenbiomasse gezüchtet werden. Bei einem Ölgehalt von etwa 20% sind somit ca. 100.000 t Algenöl und 400.000 t Biomasseprodukt in Form der Algenrestbiomasse für den Einsatz in weiteren Biomasse oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen erzeugbar.
Als Brennstoff wird im vorliegenden Fall eine Mischung des selbstproduzierten Biogases sowie von Erdgas aus den Pipelines eingesetzt werden. In Abhängigkeit vom Standort und den vor Ort gegebenen Möglichkeiten können aber selbstverständlich auch andere Energieträger aller Art eingesetzt werden, sofern diese kostengünstig verfügbar sind.
Zusammengefasst bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine CO₂-Verwertungsprozesseinheit, Biomasse, insbesondere Algen in Biomassezuchtanlagen am Standort Wüste beziehungsweise einem wüstennahen Gebiet zu züchten und zugleich in ausgewählten anliegenden Verarbeitungsanlagen zu verarbeiten, wobei hier eine Reihe von Synergien zwischen der Biomassezuchtanlage und den Verarbeitungsanlagen am Standort genutzt werden soll. Erforderlich ist dazu, dass möglichst in räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage noch weitere Aggregate beziehungsweise Anlagen vorhanden sind, die Biomasse unter Energieverbrauch weiterverarbeiten und folglich CO₂ Emissionen verursachen. Im Idealfall werden alle Aggregate/Anlagen, die zur Verarbeitung des Rohstoffes Alge zu allen gewünschten verkaufsfähigen Endprodukten wie Biodiesel, Papier- beziehungsweise Verpackungsmaterial, Biogas und gegebenenfalls auch Wertstoffe aus dem Algenöl wie Bakterizide, Fungizide und andere Wirkstoffe notwendig sind, in unmittelbarer räumlicher Nähe angesiedelt, da dann hohe CO₂ Emissionen in unmittelbarer räumlicher Nähe verursacht werden, welche sogleich für die Algenzucht genutzt werden können. Es kann aber auch sein, dass sich einige der Einrichtungen an ferneren Orten befinden, so dass ein bis maximal zwei Produkte nicht als Endprodukte sondern als Zwischenprodukte vorliegen und an die entfernteren Standorte transportiert werden müssen, um nach dem gleichen Prozessschema weiterverarbeitet zu werden. Das CO₂ aus sämtlichen ausreichend in der Nähe angesiedelten Biomasse, Restbiomasse oder Biomasseprodukte verarbeitenden Einrichtungen wird entweder nur in der Biomassezuchtanlage oder aber in der Biomassezuchtanlage und in der Sandauslaugeinrichtung, niemals aber nur in letzterer eingesetzt und dient als Wachstumsbeschleuniger für die Biomasse, welche den Kohlenstoff zum Biomasseaufbau benötigt.
Das dargestellte Verfahren und damit der Betrieb einer erfindungsgemäßen CO₂-Verwertungsprozesseinheit 1 sind in den unterschiedlichsten Wüsten und wüstennahen Gebieten einsetzbar und nicht an einen konkreten Standort gebunden. Vorzugsweise werden die Standortbedingungen und der Standort jedoch derart gewählt, dass diese neben unfruchtbaren Böden über eine kostengünstige Wasserquelle verfügen. Für den Prozess erforderliches Fluid in Form von Prozesswasser kann sowohl von salzhaltigem Meer- beziehungsweise Ozeanwasser, welches durch die geographischen Gegebenheiten ohnehin zur Verfügung steht, als auch von verunreinigtem Wasser aus mehr oder weniger eutrophierten Flüssen oder Abwässern aus nahe gelegenen Städten und Dörfern gebildet werden. Dabei kann in besonders vorteilhafter Ausführung beim Bau der Verwertungsprozesseinheit 1 in der Nähe einer Flussmündung ins Meer beziehungsweise an einem Ozean zudem regenerative Energie durch den Betrieb eines Osmosekraftwerkes gewonnen werden, die wiederum als Prozessenergie für den Betrieb von Pumpen und Schaufelrädern sowie der Entölungseinrichtung 10, der Raffinerie 15 und von Einrichtungen 11 zur Trennung und Abscheidung von Bestandteilen der Biomasse 11, 16 bzw. 18 insbesondere zur Abtrennung der Proteinfraktion sowie der kohlehydratreichen, für die Papierindustrie interessanten Fraktion genutzt werden kann.
Der Prozess der Entölung, insbesondere innerhalb der Entölungseinrichtung 10, kann durch verschiedene Gewinnungsprozesse, wie beispielsweise Dreihphasenzentrifugation, Extraktion, das Pressen und weitere, in der Biodieselgewinnung angewandte Methoden erfolgen. In Abhängigkeit des gewählten Prozesses wird dieser entweder vor oder nach einer Trocknung der Biomasse erfolgen. Dies gilt in Analogie auch für die Nutzung der Trockenanlagen 9, insbesondere in Form der Solartrockeneinrichtungen, die entweder vor, bei oder aber auch nach der Verarbeitung zu Zwischenprodukten, beispielsweise der Entölung, eingesetzt werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die Funktion der Ernte- und/oder Entwässerungseinrichtung und der Entölungsanlage 10 in einer Einheit realisiert werden, das heißt, die Entölung kann gleichzeitig mit der Ernte erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: CO₂-Verwertungsprozesseinheit
2: Biomassezuchtanlage
3, 3.1–3.8, 3.n: Biomasse BM, Restbiomasse RBM bzw. ein oder mehrere Biomasseprodukte BMP verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung
4: Standort
5: Anlage zur Ressourcennutzung des Standortes
6: Sandauslaugeinrichtung
7: Filtereinrichtung
8: Ernte- und/oder Entwässerungseinrichtung
9: Trockeneinrichtung
10: Entölungseinrichtung
11: Einrichtung zur Trennung und Abscheidung von Bestandteilen
12: Einrichtung zur Eindickung von Restbiomasse
13: Einrichtung zur Vergasung von Restbiomasse
15: Raffinerie
16: Pulpaufbereitungseinrichtung
17: Sonne
18: Papierfabrik
BM: Biomasse
BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1: Biomasseprodukte
E1–En: Endprodukte
I1: Stoffstrom Wüstensand
I2: Stoffstrom Frischwasser
I3: Gesamtstoffstrom CO₂
I3.1: Stoffstrom CO₂ zur Biomassezuchtanlage
I3.2: Stoffstrom CO₂ zur Sandauslaugeinrichtung
I4: Stoffstrom Papier- bzw. Verpackungsrohstoffe
RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2: Restbiomasse
s1: Stoffstrom Laugewasser
s2: Stoffstrom Sand
s3: Stoffstrom filtriertes Laugewasser
s4: Stoffstrom Abwärme Raffinerie
s5: Stoffstrom Abgas Raffinerie
s6: Stoffstrom Abwärme Pulpaufbereitungseinrichtung
s7: Stoffstrom Abgas Pulpaufbereitungseinrichtung
s8: Stoffstrom Abwasser der Pulp- bzw. Papierherstellung
s9: Stoffstrom Kreislaufwasser
s10: Stoffstrom Schlamm
s11: Stoffstrom nährstoffreiches Abwasser
s12: Stoffstrom Kreislaufwasser, Klärwasser
s13: Stoffstrom Kreislaufwasser
CO2: Kohlendioxid

Claims

Verfahren zur Züchtung und/oder Verwertung von Biomasse (BM), insbesondere Algen in Biomassezuchtanlagen (2) unter Verwertung von CO₂, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage (2) in räumlicher Nähe von zumindest einer, Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung (3; 3.1–3.8) angeordnet wird und das durch den Betrieb dieser Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) emittierte CO₂ zumindest teilweise der Biomassezuchtanlage zugeführt wird, wobei die Biomassezuchtanlage und die zumindest eine, Biomasse, Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) in einem an- oder subökumenischen Gebiet, insbesondere Wüste oder wüstennahen Gebiet (4) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (BM), die Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder ein Restbiomasse enthaltendes Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) unter Abscheidung zumindest von einem Biomasseprodukt (BMP10.1) in Form von Algenöl und einer weiteren, Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder eines weiteren Biomasseproduktes (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) entölt wird und das Algenöl zumindest teilweise als Endprodukt (E1) den Standort verlässt, um an einem anderen Ort aufgearbeitet oder auch direkt verwendet bzw. verkauft zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (BM), die Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder ein Restbiomasse enthaltendes Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) unter Abscheidung zumindest von einem Biomasseprodukt (BMP10.1) in Form von Algenöl und einer weiteren, Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder eines weiteren Biomasseproduktes (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) entölt wird und das Algenöl zumindest teilweise zum Endprodukt (E2) Biodiesel verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Algenöl Wertstoffe, insbesondere Fungizide, Bakterizide und/oder andere Wirkstoffe abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (BM), und/oder eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) vor der Entölung gebleicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Entölung mehrstufig erfolgt, wobei die in den unterschiedlichen Stufen gewonnenen Fraktionen separat weiterverwertet oder bei der Weiterverarbeitung zumindest teilweise vereint werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass aus der Biomasse (BM) und/oder einer Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder einem Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) eine oder mehrere Faser- und/oder Kohlehydratfraktionen abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, dass aus der Biomasse (BM) und/oder einer Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder einem Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) eine oder mehrere proteinhaltige Fraktionen abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von Faser- und/oder Kohlehydratfraktionen und/oder von proteinhaltigen Fraktionen in einer Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung (3.5) in Form einer der nachfolgend genannten Einrichtungen oder Anlagen erfolgt: – einer Pulpaufbereitungseinrichtung (16) – einer Papiermaschine (18) – einer zumindest eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen umfassenden Papierfabrik (18).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Proteinfraktionen als Eingangsprodukte einer Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) zur Weiterverarbeitung zu Nahrungsmitteln, insbesondere zu Tierfutter eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere proteinhaltige Fraktionen als Eingangsprodukte einer Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) zur Gewinnung von Fungiziden, Bakteriziden und/oder anderen Wirkstoffen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) zur Herstellung von Additiven wie Leimungsmittel, Stärke, Hemizellulosen Nanocellulose, Pigmente, Füllstoffen für den Einsatz in der Papier- und Verpackungsindustrie verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), einem Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) gewonnen Rohstoffen zur Papierherstellung in einer der Pulpaufbereitungsanlage und/oder einer Papierfabrik Holzstoff, Zellstoff und/oder Altpapier sowie anderer Zusatzstoffe zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder ein Abwasserstoffstrom (s8) – insbesondere der Abwasserstoffstrom (s8) aus der Papierfabrik – eingedickt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder ein Stoffstrom (s1–s9, s10–s12, s13) – insbesondere der Stoffstrom (s10) – zu Biogas vergast wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder ein Stoffstrom (s1–s9, s10–s12, s13) – insbesondere der Stoffstrom (s10) – zu Bioethanol oder höheren Alkoholen vergärt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der nachfolgenden Standortbedingungen zur Steigerung der Biomasseproduktion gezielt genutzt wird: – Sonneneinstrahlung und Strahlungsintensität – Eigenschaften der Böden, insbesondere Nährstoffe und Spurenelemente wie beispielsweise Eisen und Puffer wie beispielsweise Calziumoxid – eine Wasserquelle, insbesondere Frischwasserquelle, Meer, Fluß.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (BM) und/oder eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), und/oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) und/oder ein Stoffstrom (s1–s9, s10–s12, s13) vor und/oder nach einem diese jeweils verarbeitenden Verfahren getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung durch Wärmestrahlung und/oder Konvektion erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19; dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Betrieb der Biomasse, eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) und/oder einen Stoffstrom (s1–s9, s10–s12, s13) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen (3, 3.1–3.8, 3.n) entstehenden Abgase (s4, s6) und/oder Abwärmen (s5, s7) der Biomassezuchtanlage (2) zugeführt werden.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) zur Züchtung von Biomasse (BM), insbesondere Algen, umfassend zumindest eine CO₂-verbrauchende Biomassezuchtanlage (2) und zumindest eine, in räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage (2) angeordnete, Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) und/oder einen sonstigen Stoffstrom (s1–s9, S10–S12, s13) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) zur direkten Verarbeitung von Biomasse (BM) aus der Biomassezuchtanlage (2) oder indirekten Verarbeitung der Biomasse (BM) durch Verarbeitung von Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) bzw. von Biomasseprodukten (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder auch durch Verarbeitung weiterer prozessbedingter Stoffströme (s1–s9, S10–S12, s13) unter Freisetzung von CO₂, Mittel zur Zufuhr von CO₂ aus einer derartigen Biomasse (BM), Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2), ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder einen Stoffstrom (s1–s9, s10–s12, s13) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) zur Biomassezuchtanlage (2), wobei die CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) an einem Standort (4) mit an- oder subökumenischen Eigenschaften, insbesondere Wüsten oder wüstennahen Gebieten angeordnet ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) zur Züchtung von Biomasse (BM), insbesondere Algen, umfassend zumindest eine CO₂-verbrauchende Biomassezuchtanlage (2) und zumindest eine, in räumlicher Nähe zur Biomassezuchtanlage (2) angeordnete, Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) und/oder einen sonstigen Stoffstrom (s1–s9, S10–S12, s13) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) zur direkten Verarbeitung von Biomasse (BM) aus der Biomassezuchtanlage (2) oder indirekten Verarbeitung der Biomasse (BM) durch Verarbeitung von Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) bzw. von Biomasseprodukten (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) oder auch durch Verarbeitung weiterer prozessbedingter Stoffströme (s1–s9, s10–s12, s13) unter Energiebedarf. Zufuhr der benötigten Energie aus einem in unmittelbarer Nähe angeorneten Kraftwerk, welches die benötigte Energie unter CO₂-Emission bereit stellt, Mittel zur Zufuhr von CO₂ aus diesem CO₂-emittierenden Kraftwerk zur Biomassezuchtanlage (2), wobei die CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) an einem Standordt (4) mit an- oder subökumenischen Eigenschaften, insbesondere Wüsten oder wüstennahen Gebieten angeordnet ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (5) zur Ressourcennutzung des Standortes (4) vorgesehen sind.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur Ressourcennutzung des Standortes (4) zumindest eine Einrichtung zur Abtrennung und/oder dem Herauslösen von Nährstoffen aus dem Boden, vorzugsweise eine Sandauslaugeinrichtung (6) für Wüstensand umfassen.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zur Ressourcennutzung des Standortes (4) zumindest eine Trockeneinrichtung, insbesondere Solartrockeneinrichtung umfassen.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) und/oder eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Ernte und/oder Entwässerungseinrichtung (8) für Biomasse (BM) ausgebildet ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Entölungseinrichtung (10) ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als eine Trockeneinrichtung (9) ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) und/oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.n) als Einrichtung (11) zur Trennung und/oder Abscheidung einer Faser- und/oder Kohlehydratfraktion ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Einrichtung zur Trennung und/oder Abscheidung einer proteinhaltigen Fraktion ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 29 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Pulpaufbereitungseinrichtung (16) ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, insbesondere Papierfabrik (18) ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, insbesondere Papierfabrik (18) ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Raffinerie (15) zur Erzeugung von Biodiesel ausgeführt ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest eine ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitende und vorzugsweise auch CO₂-emittierende Einrichtung (3, 3.1–3.8, 3.n) als Einrichtung (13) zur Vergasung, insbesondere Einrichtung zur Biogasherstellung ausgebildet ist.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen (3, 3.1–3.8, 3.n) in Reihe zueinander geschalten sind.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der, eine Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen (3, 3.1–3.8, 3.n) parallel zueinander geschalten sind.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Nutzung weiterer Abprodukte der einzelnen Biomasse oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen vorgesehen sind.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Biomasse (BM) oder zumindest eine Restbiomasse (RBM, RBM3.1–RBM3.3, RBM10.1–RBM10.2) oder zumindest ein Biomasseprodukt (BMP, BMP1–BMPn; BMP3.1, BMP10.1, BMP9.1) verarbeitenden und vorzugsweise auch CO₂-emittierenden Einrichtungen (3, 3.1–3.8, 3.n) am Standort der CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) vorgesehen sind.
CO₂-Verwertungsprozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere CO₂-Quelle am Standort vorgesehen ist, und diese von einer der nachfolgend genannten Einrichtungen gebildet wird: – einer Einrichtung zur Aufbereitung fossiler Brennstoffe – ein Kraftwerk.
Verwendung eines Verfahrens zur Züchtung von Biomasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 in der Papier- und Verpackungsherstellung.
Verwendung eines Verfahrens zur Züchtung von Biomasse in Form von Mikroalgen oder Makroalgen oder reiner Spezieskulturen sowie auch für Mischungen aus diesen.