DE102011108433A1

DE102011108433A1 - Klimakühlung mittels dampfförmiger hydrophober Eisenverbindungen

Info

Publication number: DE102011108433A1
Application number: DE201110108433
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Es wird ein technisches Verfahren zur Abkühlung des Klimas durch Bildung eisenhaltiger Aerosole in der Troposphäre beansprucht. Die Aerosolbildung wird in der Troposphäre dadurch ausgelöst, dass dampfförmige hydrophobe Eisenverbindungen aus geeigneten Emissionsquellen in die Atmosphäre emittiert werden. Das Verfahren beruht auf dem Zusatz von mindestens einem Stoff aus dieser Stoffgruppe in die Troposphäre.

Description

Es wird ein technisches Verfahren zur Abkühlung des Klimas durch Bildung eisenhaltiger Aerosole in der Troposphäre beansprucht. Die Aerosolbildung wird in der Troposphäre dadurch ausgelöst, dass dampfförmige hydrophobe Eisenverbindungen aus geeigneten Emissionsquellen in die Atmosphäre emittiert werden. Das Verfahren beruht auf dem Zusatz von mindestens einem Stoff aus dieser Stoffgruppe in die Troposphäre.
Zum selbstauslösenden Abbau der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan in der Troposphäre und zur Ausbildung reflektierender Wolken zwecks Abkühlung des Klimas ist in den PCT-Offenlegungsschriften mit den Int. Veröffentlichungs-Nummern.: WO 03/013698 A2 , WO 2008/006364 , WO 2010/075856 und in der deutschen Offenlegungsschrift mit dem Aktenzeichen 10 2009 004 281.4 vorgeschlagen worden, die Troposphäre mit Stoffen aus der Gruppe der Oxide und Halogenide von Eisen und/oder Titan anzureichern. Nach diesen Verfahren bilden diese Stoffe unmittelbar nach ihrem Eintritt in die Atmosphäre durch Hydrolyse, Oxidation und Photolyse feine Aerosole, die in der Atmosphäre als Photokatalysatoren wirken und den Abbau von Methan, Ozon und übrigen Klimagasen auslösen und die dort als Kondensationskeime zur Bildung kühlender Wolkendecken wirken. Schließlich mit den Niederschlägen in das Meer gespült sorgen die Eisenverbindungen durch Vermehrung des Planktons für die Umwandlung CO₂-gebundenen Kohlenstoffs in organischen sedimentgebundenen Kohlenstoff.
Von wissenschaftlicher Seite ist zur Klimakühlung vorgeschlagen worden, die Bildung reflektierender und damit kühlender Wolken durch Meerwasservernebelung zur Bildung von Meersalzaerosolen als Wolkenkondensationskeime auszulösen, um die Global-Reflektion anzuheben. Meersalz-Aerosole können in der Atmosphäre zwar Wolkenbildung auslösen, die induzierten Wolken gehören jedoch nicht zum Wolkentyp mit hoher Reflektion und sind daher von geringer Effektivität.
Die Wirksamkeit der nach den publizierten Verfahren in der Troposphäre angeordneten eisenhaltigen Aerosole ist abhängig vom Durchmesser der jeweils gebildeten Aerosolpartikel, von ihrer chemischen Zusammensetzung und vom Standort ihrer Emissionsquelle. Je kleiner die Aerosolpartikel sind, umso höher ist der gewünschte Wirkungsgrad. Je höher ihr Chloridgehalt ist, umso höher ist ihr Wirkungsgrad. Weil es sich bei den Aerosolen um hydrophile salzartige oder oxidische Verbindungen handelt, neigen diese Aerosole bei angehobenem Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch Wasseraufnahme zur Bildung relativ großer Aerosolpartikel. Bevorzugter Standort der Emissionsquelle ist aber der Ozean, weil die eisenhaltigen Aerosole in der mit Chlorid und Chlorwasserstoff angereicherten Troposphärenschicht über dem Ozean ihre größte Aktivität entfalten können. Die bevorzugten stationären Emissionsorte für die eisenhaltigen Aerosole liegen jedoch auf den Kontinenten. Dabei handelt es sich um Kraftwerke, deren Abgase als Träger- und Reaktionsgase genutzt werden und weil Abgase wegen ihres thermischen Auftriebs als Emissionsquellen bevorzugt sind. Bis die Aerosole über oftmals lange Wege über Land von dort durch die Luftmassenbewegung über den Ozean gelangt sind, ist es vielfach bereits durch die Niederschläge bereits zur Verminderung ihrer Eisenfracht gekommen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Möglichkeit gefunden worden, die Wirksamkeit der eisenhaltigen Aerosole wesentlich zu verbessern, indem die Troposphäre anstelle der hydrophilen Eisenverbindungen mit primär hydrophoben gasförmigen Eisenverbindungen angereichert wird. Erst allmählich bilden sich in der Atmosphäre aus den primär hydrophoben Gasen Eisensalze, Eisenhydroxide, Eisenoxidhydrate und/oder Eisenoxide durch die Reaktion mit den Atmosphärilien und dem Sonnenlicht. Die derart gebildeten Aerosole sind besonders reaktiv. Darüber hinaus können sie auf Grund ihrer verzögerten Bildung trotz Emission über der Landflächen ihre volle Wirksamkeit über dem Ozean entfalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein oder mehrere Gasströme, wahlweise warme als auch kalte Gasströme, mit mindestens einem dampfförmigen hydrophoben Stoff aus der Gruppe der Eisenverbindungen beladen. Vorzugsweise werden dazu hydrophobe Eisen-Kohlenstoffverbindungen angewendet. Anschließend werden die nunmehr eisenhaltigen Gasströme in die Troposphäre emittiert. Das Gas, in dem sich die Aerosole nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden oder in das die Aerosole nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hineingegeben werden, wird hier als Trägergas bezeichnet. Unter einem Trägergas wird hier auch ganz allgemein die an einem Fahrzeug während der Fahrt auf dem Land, auf dem Wasser oder in der Luft vorbeiströmende Luft verstanden. Das gilt auch für die Auspuffgase, die ein solches Fahrzeug durchströmen oder die einem solchen Fahrzeug entströmen. Als Trägergas kann auch der Wind oder ein Rauch, ein Abgas oder eine Abluft wirken, wenn das Verfahren an einem festen Standort ausgeführt wird. Beispiele dafür sind die Abgase aus Schornsteinen und Kaminen, die Abluft aus Kühltürmen.
Die den Trägergasen zugesetzten hydrophoben gasförmigen eisenhaltigen Stoffe sind durch Eigenschaft ausgezeichnet, dass sie mindestens bei 400°C einen messbaren Dampfdruck haben.
Vorzugsweise eingesetzte eisenhaltige Stoffe, die diese Forderung erfüllen, gehören zur Gruppe der Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen. Typische Vertreter dieser Stoffe sind das Ferrocen und seine Derivate, die Eisencarbonyle und ihre Derivate sowie diejenigen Carbonyle, die neben Eisen ein oder mehrere weitere Elemente aus der Gruppe der Übergangsmetalle enthalten.
Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf zur Anreicherung der Troposphäre mit eisenhaltigem Aerosol ist durch fünf Schritte ausgezeichnet:

1. Überführung des mindestens einen hydrophoben eisenhaltigen Stoffs in den Dampfzustand
2. Aufnahme des mindestens einen hydrophoben eisenhaltigen Stoffs in ein Trägergas, in dem es als Dampf vorliegt
3. Freisetzung des mindestens einen hydrophoben eisenhaltigen Stoffs mit dem Trägergas in die freie Troposphäre, in der es primär als Dampf vorliegt
4. Umwandlung des mindestens einen zunächst hyrophoben und dampfförmigen eisenhaltigen Stoffs in der Troposphäre aus dem Dampfzustand in ein Salz und/oder Oxid enthaltendes hydrophiles eisenhaltiges Aerosol, das aus festen und/oder flüssigen Partikeln besteht
5. Auswaschen des hydrophilen eisenhaltigen Aerosols mit den Niederschlägen aus der Troposphäre auf die Oberfläche von Meer und Land

Die eigenen Untersuchungen haben gezeigt, dass neben dem Element Eisen die in der Atmosphäre vorkommenden Elemente Chlor und Brom in geeigneter Bindungsform bzw. in geeigneter Konstitution die wirksamsten Elemente in der natürlichen Klimakühlung durch ihre physikalischen, photochemischen, katalytischen und biologischen Wirkmechanismen sind: Eisen, vor allem in der Form von Eisensalzen und als Oxid, Oxidhydrat und Hydroxid setzt in Verbindung mit Chlor in der Form von Chloriden durch den Photo-Fenton-Prozess im Sonnenlicht der Troposphäre Chlorradikale und Hydroxylradikale frei, die u. a. die Methanoxidation in der Troposphäre gemäß dem Formelschema 1 initiieren. Eisen löst durch die Photooxidation von Chlorid und Bromid einen angehobenen Chlorradikal-, Bromradikal- und Hydroxylradikal-Spiegel in der Troposphäre aus. Auch Chlor, Brom und Bromchlorid aber auch die Schwefel-Halogenverbindungen für sich setzen bei der Belichtung Halogenradikale in der Troposphäre frei. Diese Radikale senken dort die Spiegel der Treibhaus-wirksamen Substanzen Methan und Ozon, sowie den der dunklen Kohlenstoffaerosole vom Typ der Ruße und braunen Kohlenstoffe aus Verbrennungsprozessen. Das geschieht vor allem durch Wasserstoffabstraktion, eine Initialreaktion die den Abbau durch Sauerstoffangriff und Hydrolyse einleitet.
Kohlenstoff in der Form von Dicarboxylsäuren, Catecholderivaten und 1,2-Chinonderivaten, die in der Form von Oxalat, Ruß, braunen Kohlenstoffen und huminsäureähnlichen Stoffen in der Atmosphäre auftreten, wirken unterstützend auf die photochemischen Radikalbildungs-Prozesse am eisenhaltigen Aerosol. Mit Ausnahme von Ruß und braunem Kohlenstoff als Produkten der Pyrolyseprozesse bilden sich die übrigen dieser organischen Substanzen bei der Zersetzung der hydrophoben Eisenverbindungen in der Atmosphäre. Daher ist es nicht nötig, zusätzlich solche Stoffe als Aktivatoren für die gewünschten atmosphärischen Abbauprozesse am eisenhaltigen Aerosol zusätzlich zu den erfindungsgemäßen eisenhaltigen Trägergasen hinzuzufügen.
Nach der Aufenthaltszeit von etwa einer Woche in der Troposphäre haben sich die emittierten eisenhaltigen Dämpfe nahezu komplett in ein bezüglich Radikalbildung in der Troposphäre hochaktives eisenhaltigem Aerosol umgewandelt.
Die schließlich mit dem Niederschlag ausgewaschenen eisenhaltigen Aerosole regen im Ozean Kieselalgenblüten an, die die assimilative Kohlendioxid-Transformation in organische Kohlenstoffmasse und die metabolische Kohlendioxid-Transformation in carbonatische Kohlenstoffmasse durch zusätzliche Bildung der aus Calcit und Aragonit aufgebauten tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Schalen-, Skelett- und Gerüst-Substanz anhebt. Damit wächst auch die Bildungsrate des nach dem Absinken auf den Ozeanboden nachhaltig sedimentfixierten Kohlenstoffs als Kalkstein, Methanhydrat und Kerogen.
Mindestens eine hydrophobe Eisenverbindung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer oder mehrerer der Zustandsformen Dampf, Schmelze, Lösung, Dispersion, Nebel, Schmelze auf Feststoffträgern und/oder Feststoff auf Feststoffträgern oder Feststoffschüttung bei einer Temperatur zwischen vorzugsweise 400°C und 0°C derart mit einem Trägergas in Kontakt gebracht, dass die mindestens eine hydrophobe Eisenverbindung mit dem Trägergas ein Gasgemisch bildet. Es wird vorzugsweise eine Kontakttemperatur gewählt, bei der die Konzentration der hydrophoben Eisenverbindung im Trägergas mindestens 10^–4 Massenanteile Eisen je Massenanteil Trägergas beträgt. Als Kontakttemperatur ist die Temperatur definiert, die an dem Ort herrscht, an dem das Trägergas mit der hydrophoben Eisenverbindung in Kontakt kommt.
Beispiele für hydrophobe Eisenverbindungen, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, sind Ferrocen und seine Derivate, wie z. B. das Dekamethylferrocen. Die eisenhaltigen Metallcarbonyle und ihre Derivate, als da sind z. B. Eisenpentacarbonyl, Dieisennonacarbonyl, Trieisendodekacarbonyl und deren Substitutionsprodukte, bei denen eine oder mehrere CO-Gruppen ersetzt wurden durch andere Substituenten wie z. B. Methyl. Diese Stoffe und eine Reihe ihrer Derivate lassen sich als solche oder beim Übergang in ein heißes Trägergas zu dampfförmigen hydrophoben Verbindungen zersetzt, in dem genannten Temperaturintervall den Trägergasen bzw. der Troposphäre einzeln oder als Gemisch zusetzen.
Warme bzw. heiße Trägergase sind nur dann notwendig, wenn der Wärmeinhalt des Trägergases zur Verdampfung der hydrophoben Eisenverbindungen genutzt werden soll. Werden die der hydrophoben Eisenverbindungen dem Trägergas von vornherein als Gasphasen zugesetzt, können auch kalte Trägergase genutzt werden.
Der Gehalt der mindestens einen hydrophoben Eisenverbindung im Trägergas wird vorzugsweise durch deren Zugabe zum Trägergas geregelt. Vorzugsweise wird das Trägergas mit der hydrophoben Eisenverbindung in der vorbestimmten Konzentration angereichert. Das mit der hydrophoben Eisenverbindung angereicherte Trägergas wird sodann in die Troposphäre emittiert. Durch einen oder mehrere der Prozesse der Photolyse, Oxidation und Hydrolyse der mindestens einen hydrophoben Eisenverbindung wird das Eisen nach seiner Emission als hydrophobe Eisenverbindung aus der Gasphase in die Aerosolphase überführt. Die Partikel bzw. Tröpfchen der Aerosolphase können aus einer oder mehreren flüssigen bis festen Phasen bestehen, in der das Eisen als dispergiertes Kolloid, gelöstes Salz, festes Oxid oder kristallisiertes Salz vorkommt. Darüber hinaus können die Aerosole zusätzliche Phasen, wie z. B. huminstoff-ähnliche Stoffe als Partikel oder Lösungen enthalten sowie feste Phasen aus Ruß und braunem Kohlenstoff aus Verbrennungsprozessen, äolisch gebildetem Staub und ggf. vulkanischen Aschen.
Als Trägergas wird ein Rauchgas oder ein sonstiger Gasstrom verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolemission mindestens von einem Standort aus, vorzugsweise aber von mehreren unbewegten und/oder mehreren bewegten Standorten aus in die Troposphäre geschieht.
Die Masse des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren pro Zeiteinheit emittierten Eisens mit dem hydrophoben eisenhaltigen Stoff und/oder die Eisenkonzentration in dem emittierten Trägergas wird vorzugsweise derart bemessen, dass die ggf. bestehenden nach Land, Region und/oder Ort gültigen Emissionsvorschriften im urbanen Umfeld nicht verletzt werden. Unter dieser Maßgabe wird die Eisenkonzentration im Trägergasstrom vorzugsweise dort so bemessen, dass das gewählte Verhältnis Eisen zur emittierten Trägergasmasse vorzugsweise aber 10^–5 nicht überschreitet. Die Konzentration von Eisen im Trägergas darf in unbesiedelten Gebieten den Verhältniswert Eisen zur emittierten Trägergasmasse von 10° aber durchaus erreichen, sollte ihn vorzugsweise aber nicht überschreiten. Das bevorzugte Verhältnis von emittierter Eisen-Masse zu emittierter Trägergasmasse liegt im Bereich zwischen 10^–5 und 10^–3.
Es ist bedeutender Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens, zur Bestimmung des optimalen Eisengehaltes im Aerosol und zur Bestimmung der emittierten Eisenmasse,

a) Gehalt und Zusammensetzung des Aerosols unter Nutzung des Netzes der global verteilten Aerosolmessstationen und auch z. B. satellitengestützter Analyseverfahren zu bestimmen um die Differenz zur vorbestimmten Soll-Zusammensetzung zu ermitteln
b) den gemäß Differenz zur vorbestimmten Soll-Zusammensetzung fehlenden Eisengehalt durch geeignete Einleitung entsprechend angehobener hydrophober Eisenzusätze in die Troposphäre vorzunehmen.

Die Aufenthaltszeit feinteiliger Aerosole in der Troposphäre kann Wochen, ja Monate bis Jahre währen. Daher kann die Troposphäre als mehr oder weniger durchmischter einheitlicher chemisch-physikalischer Reaktionsraum für das erfindungsgemäße Verfahren angesehen werden.
Die Einleitung der hydrophoben Eisenzusätze in die Troposphäre kann daher von beliebigen Orten aus geschehen.
Nach eigenen Untersuchungen hegt der Teilchendurchmesser der Aerosolpartikel, die aus den gasförmigen Eisenzusätzen aus hydrophoben Stoffen in die Troposphäre nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen, weit unter 1 μm. Bei dieser Teilchengröße haben die Aerosole eine maximale Aufenthaltszeit in der Atmosphäre, die mehr als ein Jahr betragen kann. Wenn der pH-Wert der Halogenid-, Eisen-, Kohlenstoff- und Oxalat-enthaltenden Aerosolpartikel im Kontakt mit Wasser unter pH 4,5 und über pH 0 beträgt, hat das Aerosol eine Maximalwirkung als Kondensationskeime für den troposphärischen Wasserdampf. Innerhalb dieses pH-Wert-Bereichs, etwa zwischen pH 4,5 und pH 2,5, liegt auch das Optimum der Chlorradikalbildung und der Hydroxylradikalbildung im Photo-Fenton-Reaktionszyklus.
Die Hinzufügung hydrophoben Eisens in das Trägergas, mit dem es in die Troposphäre gelangt, geschieht nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf folgende Weise:
Danach geschieht der Eintrag der hydrophoben Eisenverbindung in ein Trägergas derart, dass sie dem Trägergas zunächst komplett im dampfförmigem Aggregatzustand beigefügt wird. Der Eintrag der hydrophoben Eisenverbindung in das Trägergas geschieht vorzugsweise durch seine kontrollierte Überführung in die Gasphase und Vermischung dieser Gasphase mit dem Trägergas. Dazu können die jeweils in Vorratsbehältern als Flüssigkeiten, Lösungen, Schmelzen oder Feststoffe vorgelegten hydrophoben Eisenverbindungen z. B. mittels elektrischer Heizelemente oder induktiv in jeweils kontrollierter Masse pro Zeiteinheit verdampft werden und der entstehende Eisen enthaltende Dampf danach in den Trägerluftstrom eingeleitet werden.
Eine andere bevorzugte Methode des Kontaktes der hydrophoben Eisenverbindungen und seiner Überführung als Gas in das Trägergas ist die Dochtmethode. Diese Methode wird vorzugsweise dann angewendet, wenn heißes Trägergas, wie z. B. Abgas aus einem Verbrennungsprozess verfügbar ist. Dazu wird durch die jeweils in Vorlagebehältern als Flüssigkeiten oder Schmelzen vorgelegten Eisenverbindungen eine als Docht wirkende Kordel hindurchgeführt, die sich mit der jeweiligen flüssigen Eisenverbindung benetzt und anschließend derart mit heißem Trägergas in Kontakt gebracht wird, dass die daran adhärierende Eisenverbindung verdampft. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist die jeweilige Hindurchleitung eines jeweils abgemessenen Gasstroms durch einen oder mehrere Vorlagebehälter, in denen sich die als Flüssigkeiten, Lösungen, Schmelzen oder erwärmte Feststoffe vorgelegten hydrophoben Eisenverbindungen befinden. Dabei sättigen sich die abgemessenen Gasströme mit der jeweiligen Eisenverbindung bei einer vorbestimmten Temperatur und werden danach in den Trägergasstrom eingeleitet.
Zur Überführung der hydrophoben Eisenverbindung in die Gasphase und Vermischung mit dem Trägergasstrom kann die dazu durch Schmelzen oder Lösen in den flüssigen Zustand überführte Eisenverbindung auch durch an und für sich bekannte Methoden der Aerosolbildung wie z. B. Düsen oder Ultraschallgeber als Aerosol dem Trägergas zugegeben werden, in dem sie dann in den Dampfzustand übergeht.
Nach dem Eintreten des mit der mindestens einen hydrophoben Eisenverbindung beladenen Trägergasstroms in die Atmosphäre beginnt die Umwandlung der dampfförmigen hydrophoben Eisenverbindung in ein Aerosol und ist komplett nach mindestens einer Woche. Eintretende Niederschlagsereignisse, die vor Überführung der hydrophoben gasförmigen eisenhaltigen Stoffe in die eisenhaltige Aerosolphase auftreten, vermögen den in der Gasphase vorliegenden Eisengehalt nur zu geringen Anteilen aus der Troposphäre auszuwaschen.
Der Trägergasstrom, mit dem die hydrophobe eisenhaltige Gasphase emittiert wird, ist vorzugsweise ein Luftstrom oder ein Abgasstrom, der vorzugsweise in überwiegend vertikale Richtungen vom Erdboden aus, von Türmen aus, von Schiffen aus oder von schwimmenden Plattformen aus in die Atmosphäre geblasen wird, wenn es sich um einen warmen oder heißen Abgasstrom handelt. Auch wird das eisenhaltige Gas auch von Flugzeugen, Heißluftballonen oder Heißluftzeppelinen und von aus mit Abgas in die Troposphäre geblasen bzw. emittiert. Als Emittenten geeignet sind auch die Windkraftanlagen, insbesondere ihre Flügelenden, wenn der Wind weht. Durch geeignete Schaltung wird dabei vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren erst dann aktiviert, wenn die Windgeschwindigkeit den Mindestwert von 20 km/h erreicht hat und ggf. die Windrichtung einen je nach Standort geeigneten Wert hat. Die bevorzugten Emissionsorte für die hydrophoben eisenhaltigen Gase in die Atmosphäre sind allerdings Flugzeuge, Kraftwerke und Schiffe.
Auch der Eisengehalt in atmosphärischen Aerosolen, wie z. B. Vulkanaschen und Wüstenstäuben, verursacht die photolytische Bildung von Chloratomen und Hydroxylradikalen aus Chloriden und Hydroxiden – wenn auch wesentlich weniger effektiv als der Eisengehalt in den erfindungsgemäß hergestellten Aerosolen. Diese Radikale verursachen die Oxidation organischer atmosphärischer Gase, insbesondere von Methan. Die Bildung von Chloratomen an vulkanischen Aschewolken in der Troposphäre ist erst kürzlich bestätigt worden (A. Baker et a.: Investigation of chlorine radical chemistry in the Eyafjallajökull volcanic plume using depletions in none-methane hydrocarbons; Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011-3376 [2011]).
Anhand der Reduktion des troposphärischen Methan- und CO₂-Spiegels durch den Eisensalzgehalt in Vulkanaschen nach Vulkaneruptionen Pinatubo-Eruption 1991 lässt sich die Treibhausgasabbaurate durch Eisensalzaerosole nach Größenordnungen grob abschätzen: Unter Berücksichtigung der

– wesentlich höheren Reaktionsfähigkeit der erfindungsgemäß erzeugten reinen Eisensalz-Aerosole im Vergleich zur natürlichen Vulkanasche mit ihrem geringen Eisensalzgehalt,
– der gegenüber der vergleichsweise groben Vulkanasche im Vergleich zum erfindungsgemäß hergestellten Salzaerosol vielfach längeren Verweilzeit in der Atmosphäre und
– der durch die dunklen Begleitminerale und große innere Oberfläche für Sonnenlicht relativ intransparenten Bläschenglasstruktur,

Die jährliche globale Treibhausgasmasse, die durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt, liegt bei ca. 25.000.000.000 t/a CO₂-Äquivalenten. Zum Abbau reicht nach dieser Kalkulation die leichtest wirtschaftlich darstellbare globale jährliche Emission von 100.000 t Eisen im Aerosol weltweit aus, um den GWP-Effekt der anthropogen emittierten Treibhausgase zu eliminieren.
In dieser konservativen Kalkulation sind weitere Abkühlungseffekte unberücksichtigt geblieben, die durch Abbau der weiteren Treibhausfaktoren entstehen:

– Rückbau der troposphärischen Spiegel von Ozon, Ruß und Kohlenmonoxid durch chemische Reaktion mit den erfindungsgemäßen Eisen-Emissionen.
– Durch die von den erfindungsgemäßen Eisen-Emissionen physikalisch ausgelöste Zunahme der globalen Sonnenlicht-Reflektion.

Es ist daher damit zu rechnen, dass die notwendige jährliche Massenfracht, um den Trend der Erwärmung der Troposphäre umzukehren, wesentlich kleiner als 100.000 t/a Eisen im Aerosol sein wird.
Die Zeitdauer, während der ein angehobener Eisengehalt in der Troposphäre aufrechterhalten werden soll und/oder die Festlegung der notwendigen jährliche Eisenemissionsrate in die Troposphäre kann nach unterschiedlicher Maßgabe bemessen werden. Eine bevorzugte Möglichkeit der Bemessung ist die Erfüllung des Abbaus einer vorgegebenen Masse von mindestens einem Treibhausgas aus der Gruppe Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Ozon in der Troposphäre, die durch das eisenhaltige Aerosol ausgelöst wird. Diese Bemessung bietet sich insbesondere dann an, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sog. Treibhausgas-Emssionszertifikate kompensiert oder generiert werden sollen.
Eine andere Möglichkeit zur Bemessung der zu emittierenden eisenhaltigen Aerosol-Masse ist die gezielte und direkte Erfüllung von globalen Klimazielen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in mehreren Anlagen zur Emission des hydrophoben eisenhaltigen Gases ausgeführt. Diese Anlagen werden zunächst in einer unbemessenen Zeiteinheit betrieben. Vorzugsweise wird die Eisenfracht, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren emittiert wird, für die Dauer von 2 Jahren in der Summe zunächst auf 100.000 t/Jahr vorbestimmt. Innerhalb der Zweijahresfrist, während der diese Eisenfracht in die Troposphäre aufrecht erhalten wird, wird der Gang der troposphärischen und ozeanischen klimarelevanten Parameter mit den vorhandenen globalen Messstationen verfolgt:

– Rückgang, Stagnation, gebremster Anstieg oder ungebremster Anstieg der Jahresdurchschnitts-Temperatur (Troposphäre)
– Rückgang, Stagnation, gebremster Anstieg oder ungebremster Anstieg des Methangehalts (Troposphäre)
– Rückgang oder Stagnation des Kohlendioxidgehalts (Troposphäre)
– Rückgang, Stagnation, gebremster Anstieg oder ungebremster Anstieg des Kohlenmonoxidgehalts (Troposphäre)
– Rückgang, Stagnation, gebremster Anstieg oder ungebremster Anstieg des Gehalts an dunklen Kohlenstoffpartikeln (Ruß- und huminstoffartige kohlenstoffreiche Aerosole (Troposphäre)
– Rückgang oder Stagnation des Ozongehalts (Troposphäre)
– Zunahme oder Stagnation des Chlorspiegels (Troposphäre)
– Zunahme oder Stagnation des Brom-Wirkelementspiegels (Troposphäre) Zunahme oder Stagnation des Eisen-Wirkelementspiegels (Troposphäre)
– Zunahme oder Stagnation der globalen Wolkenreflektion als Folge gleichbleibender oder zunehmender Wolkenbedeckung (Troposphäre)
– Zunahme oder Stagnation der globalen Wolkenreflektion als Folge gleichbleibender oder zunehmender spezifischer Wolkenreflektion (Troposphäre)
– Zunahme oder Stagnation des Chlorophyllgehalts in den Weltmeeren (Ozean)

Diese Parameter dienen zugleich der Kontrolle der Zusammensetzung der Troposphäre und zur Regelung der beständig global zu emittierten Eisenfracht nach der 2-Jahresfrist, in der die Eisenfracht auf 100.000 t/Jahr limitiert wurde. Stagnieren die Methan- und CO₂-Gehalte, kann die Eisenfracht von 100.000 t/Jahr für den folgenden 2-Jahresintervall beibehalten werden. Sind die Methan- und CO₂-Gehalte rückläufig, wird die Eisenfracht je nach Steilheit des Rückgangs auf einen Wert zwischen 50.000 und 90.000 t/Jahr für den folgenden 2-Jahresintervall zurückgenommen. Bleiben die Methan- und CO₂-Gehalte ansteigend, wird die Eisenfracht je nach Steilheit des Anstiegs auf einen Wert zwischen 250.000 und 400.000 t/Jahr für den folgenden 2-Jahresintervall angehoben.
In dieser Weise wird dann fortgefahren, bis sich die Beträge der jährlich emittierten Eisenfracht und die Klimaparameter in einen allseits akzeptierten Gleichgewichtszustand eingependelt haben.
Weil durch das erfindungsgemäße Verfahren das methanbedingte Treibhausgaspotential effektiver abgebaut wird, als das durch Kohlendioxid bedingte, ist es vorteilhaft, Kohlendioxid neben dem erfindungsgemäßen Verfahren parallel mit einem oder mehreren der bekannten nachhaltig wirksamen Verfahren, wie z. B. dem Terra-Preta-Verfahren abzubauen.
Die Anreicherung der Atmosphäre nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit hydrophoben eisenhaltigen Gasen, die sich dort zu eisenhaltigen Aerosolen zersetzen, kann kombiniert bzw. ergänzt werden durch den Zusatz hydrophober Gase in die Atmosphäre, die mindestens ein Element aus der Gruppe Titan, Mangan, Kobalt, Kupfer und Silicium enthalten. Diese können als Spurenelemente neben Eisen die Funktion haben, nach ihrem Absinken in das Meer dort die Planktonbildung anzuregen, um die CO₂-Kohlenstoffkonversion in sedimentgebundenen organischen und Caronat-Kohlenstoff zu optimieren. Beispiele für hydrophobe Verbindungen dieser Elemente sind Titanocen und seine hydrophoben Derivate, Mangancarbonyle, Kobaltcarbonyle, Kupfercarbonyle und die Silane. Die den Trägergasen zugesetzten hydrophoben Stoffe dieser Elemente, die sich zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren eignen, sind ebenfalls durch mindestens eine der Eigenschaften ausgezeichnet:

– messbarer Dampfdruck in einem Temperaturbereich unter 400°C
– hydrophob

Zum Zweck ihrer Überführung in die Atmosphäre kann das bereits für die hydrophoben Eisenverbindungen beschriebene Verfahren angewendet werden. Vorzugsweise werden die hydrophoben Verbindungen der genannten Nicht-Eisenelemente als Gemisch mit mindestens einer hydrophoben Eisenverbindung in das Trägergas überführt. In der Gegenwart hydrophober Eisenverbindungen zersetzen sich auch diese Stoffe verfahrensgemäß innerhalb von Tagen vollkommen unter Bildung der aktiven Aerosole. Diese Stoffe haben gegenüber den reinen Eisenaerosolen eine geringfügigere Wirkung auf den Methanabbau, sie können aber auf Grund Ihres Gehaltes an essentiellen Spurenelementen die Konversion von CO₂-Kohlenstoff in sedimentgebundenen organischen und Carbonat-Kohlenstoff optimieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 03/013698 A2 [0002]
WO 2008/006364 [0002]
WO 2010/075856 [0002]
DE 102009004281 A [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Baker et a.: Investigation of chlorine radical chemistry in the Eyafjallajökull volcanic plume using depletions in none-methane hydrocarbons; Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011-3376 [2011] [0029]

Claims

Verfahren zur kontrollierten Abkühlung der Troposphäre durch ihre Anreicherung mit einem Aerosol, enthaltend mindestens das Element Eisen in der Form eines Salzes, einer Salzlösung, eines Hydroxids, eines Oxidhydrats oder eines Oxids, dadurch gekennzeichnet, dass der Atmosphäre mindestens ein dampfförmiger hydrophober eisenhaltiger Stoff hinzugesetzt wird.
Verfahren zur kontrollierten Abkühlung der Troposphäre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Atmosphäre mindestens ein dampfförmiger hydrophober eisenhaltiger Stoff aus der Gruppe der Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen hinzugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine dampfförmige hydrophobe Stoff aus der Gruppe der Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen einen messbaren Dampfdruck innerhalb eines Temperaturintervalls unterhalb von 400°C hat.
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine dampfförmige hydrophobe Stoff aus der Gruppe der Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen ausgewählt ist, der einen Stoff aus den Gruppen der Ferrocenderivate, und der ein- und mehrkernigen eisenhaltigen Carbonyle, die mindestens ein weiteres Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine dampfförmige hydrophobe Stoff aus der Gruppe der Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen ausgewählt ist, der einen Stoff aus den Gruppe Ferrocen, Dekamethylferrocen und Eisenpentacarbonyl, Dieisennonacarbonyl, Trieisendodekacarbonyl enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherung der Troposphäre mit eisenhaltigem Aerosol erfolgt durch – Einleiten von mindestens einem dampfförmigen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoff an mindestens einem Ort in mindestens einen Trägergasstrom, – und daran anschließendem Einleiten des mindestens einen Trägergasstroms in die Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherung der Troposphäre mit eisenhaltigem Aerosol erfolgt durch mindestens eine der Maßnahmen – Anreicherung des Trägergasstroms mit dem mindestens einen dampfförmigen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoff durch in einer Einhausung in der das Trägergas Kontakt mit einer kondensierten Phase des mindestens einen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoffs hat, – Anreicherung des Trägergasstroms mit dem mindestens einen dampfförmigen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoff indem der Trägergasstrom frei durch die Atmosphäre bewegt wird und dabei mit einer abgemessenen Menge der kondensierten Phase des mindestens einen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoffs versetzt und/oder vermischt wird, – dass sich das Trägergas und der Ort der Einleitung des dampfförmigen hydrophoben eisenhaltigen Stoffs in das Trägergas relativ zueinander bewegen, – dass der dampfförmige hydrophobe Eisen- und Kohlenstoff enthaltende Stoff dem Trägergas in der Form eines Aerosols zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Zugabe eines mindestens einen dampfförmigen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoffs in die Atmosphäre mindestens ein dampfförmiger hydrophober Stoff der Atmosphäre zugegeben wird, der mindestens ein Element aus der Gruppe Titan, Mangan, Kobalt, Kupfer und Silicium enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfförmigen hydrophoben Stoffe aus der Gruppe der Nicht-Eisenelementverbindungen einen messbaren Dampfdruck oberhalb von 0°C oder unterhalb von 400°C haben.
Verfahren nach Anspruch 1, 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Zugabe eines mindestens einen dampfförmigen hydrophoben Eisen enthaltenden Stoffs in die Atmosphäre mindestens ein weiterer dampfförmiger hydrophober Stoffen aus der Gruppe der Nicht-Eisenelementverbindungen der Atmosphäre zugesetzt wird, bei dem es sich um einen Stoff aus den Gruppen Titanocen und seine hydrophoben Derivate, aus den Gruppen der Silane und ihre hydrophoben Derivate, aus den Gruppen der mehrkernigen Carbonyle von Mangan, Kobalt und Kupfer sowie der mehrkernigen Carbonyle, die verschiedene Übergangsmetalle enthalten, handelt.