DE102013018179A1

DE102013018179A1 - Verfahren und Einrichtungen zur Erzeugung absolut treibhausgasfreier Kraftstoffe

Info

Publication number: DE102013018179A1
Application number: DE102013018179.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dekarbonisierung von Kraftstoffen jeglicher Art und auf ein Vorrichtungssystem (Einrichtungskombination) zur Durchführung des Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst acht Verfahrensschritte, nämlich 1.) Verfestigung und Speicherung atmosphärischen Kohlenstoffs mittels Photosynthese in eukaryotischer oder pflanzlicher Biomasse, 2.) Entfernung von verfestigten atmosphärischen Kohlenstoff enthaltender Biomasse aus der Atmosphäre durch Endlagerung (Sequestrierung) dieser Biomasse im Erdboden, 3.) Ermittlung der dauerhaft aus der oberirdischen Atmosphäre entfernten Kohlenstoff- oder Treibhausgasmengen, 4.) Einsatz mindestens eines Kraftstoffes in mindestens einem Verbrennungsmotor oder mindestens einer Brennstoffzelle, 5.) Ermittlung der Menge an fossilen Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten, um die die Atmosphäre durch die Exploration, die Förderung bzw. den Anbau, den Transport, den Einsatz und die Konversion des für die Kraftstoffherstellung eingesetzten Rohstoffes, sowie durch den Transport, die Distribution, die Lagerung, die Abgabe (Betankung) und die Nutzung des mindestens einen resultierenden Kraftstoffes zusätzlich angereichert wird (Lebenszyklus-Betrachtung), 6.) Ermittlung der Differenz zwischen den aus der Atmosphäre entfernten atmosphärischen Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten der Verfahrensschritte 2 und 3 und den fossilen Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten der Verfahrensschritte 4 und 5, um die die Atmosphäre zusätzlich angereichert wird, 7.) Nutzung des Verfahrensschrittes 6 zur Herstellung eines Gleichgewichts zwischen den der Atmosphäre dauerhaft entzogenen atmosphärischen Kohlen(stoff)dioxydmengen der Schritte 2 und 3 und den zusätzlich freigesetzten fossilen Kohlen(stoff)dioxydmengen der Schritte 4 und 5 durch Anpassung der Menge des aus der Erdatmosphäre entfernten atmosphärischen Kohlenstoffs oder durch Anpassung der (zusätzlichen) Emission fossilen Kohlenstoffs in die Erdatmosphäre, 8.) Zusammenfassung der gemäß Schritt 7 austarierten atmosphärischen Kohlenstoff(dioxyd)entnahmen aus der Atmosphäre und der fossilen Kohlenstoff(dioxyd)emissionen in die Atmosphäre zu einer Kohlenstoff(dioxyd)-, Treibhausgas- oder Kohlenstoffgesamtbilanz. Das erfindungsgemäße Anlagensystem besteht aus einer Kombination von acht Vorrichtungsmodulen, nämlich einem Modul 1 zur Ernte pflanzlicher oder eukaryotischer Biomasse, einem Modul 2 zur Zusammenballung der mit dem Modul 1 geernteten Biomasse, einem Modul 3 zum Zerkleinern von Biomasse, einem Modul 4 zur Aufnahme der zerkleinerten Biomasse, einem Modul 5 zum Transport der zerkleinerten Biomasse, einem Modul 6a zur Verteilung der zerkleinerten Biomasse auf dem Erdboden, einem Modul 6b zur Einbringung der zerkleinerten Biomasse in tiefere Bereiche des Erdbodens, einem Modul 7 zur Bedeckung der auf dem Erdboden verteilten, zur Endlagerung vorgesehenen Biomasse mit einer Erdschicht und einem Modul 8 zur Verdichtung der Bedeckungsschicht. Die Erfindung dient zur Versorgung des Verkehrs mit diversen Nullemissionskraftstoffen und damit zum Aufbau eines Nullemissions-Mobilitätssystems.

Description

Hintergrund und Problem
Der Weltklimarat der UN (International Panel an Climate Change IPCC), das UN-Umweltprogramm UNEP und die meisten Regierungen der Welt halten es aufgrund der weltweiten menschengemachten Klimaerwärmung für erstrebenswert, die laufende Anreicherung der Erdatmosphäre mit zusätzlichen Treibhausgasen (THG) zu reduzieren, um schwere Klimaveränderungen mit negativen globalen Folgen zu vermeiden.
Neben dem Lachgas (N₂O) stellen die Kohlenstoffverbindungen Kohlen(stoff)dioxyd (CO₂) und Methan (CH₄) die wesentlichen Treibhausgase (THG) dar. Deren die Atmosphäre belastenden zusätzlichen Emissionen werden seit dem Inkrafttreten der EU-Richtlinie 2009/28/ EG (Renewable Energy Directive RED) gemäß der Life Cycle Analysis (LCA) über den gesamten Herstellungs- und Nutzungsweg (Lebenszyklus) des jeweiligen Energieträgers ermittelt und betrachtet. D. h., bei der Ermittlung der THG-Emissionen ist es zu einem Paradigmenwechsel gekommen. So werden z. B. bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren nunmehr nicht nur die Produkte der stöchiometrischen Verbrennung der diversen Kohlenwasserstoffverbindungen betrachtet – also der Prozessabschnitt Tank-to-Wheel (TtW) – sondern auch der Prozessabschnitt Well-to-Tank (WtT), d. h. auch die THG-Belastungen der Förderung der fossilen Energieträger (Rohöl, Erdgas, Kohle) an der Quelle (well), des Transports und der Verarbeitung der fossilen Energieträger sowie die THG-Belastungen der Distribution und des Abfüllens der fertigen Produkte in den Fahrzeugtank. Insgesamt ergibt sich dadurch eine WtW-Betrachtung (well to wheel).
Die technischen Entwicklungen zur Dekarbonisierung der Umwelt sind meist darauf ausgerichtet, die aus der Nutzung fossilen Kohlenstoffs (Erdöl, Erdgas, Kohle, Kalkstein) resultierenden zusätzlichen fossilen CO₂-Mengen, die bislang als Abgas in die Atmosphäre entlassen werden, durch CCS (Carbon Capture & Storage) zu neutralisieren. Das Auffangen des bei der Reaktion von Kohlenstoff mit Luftsauerstoff oder mit reinem Sauerstoff entstehenden CO₂s erfolgt dabei meist kurz nach dem (stöchiometrischen) Verbrennungsvorgang und somit am Ort der Verbrennung. Beispiele dafür sind die Entwicklungen von Cundliffe ( CA000002507946A1 ), Bone ( GB000002472874A8 / WO02010149953A2 ), Britt et al. ( WO002010148276A2 ), Abhari ( US020110230632A1 / WO002011115966A2 ), Olah et al. ( WO002012047443 A2 ), Eisenberger ( US020130055894A1 ) und Baxter ( US 020130139543A1 ).
Während die beispielhaft aufgeführten Verfahren und Einrichtungen fossilen – also aus unterirdischen geologischen Lagerstätten auf die Erdoberfläche emporgebrachten – Kohlenstoff bereits kurz nach dem Verbrennungsvorgang (post combustion) auffangen und neutralisieren sollen – also noch bevor dieser fossile Kohlenstoff in Form von kohlenstoffhaltigen Gasen den Kohlenstoffbestand der Atmosphäre erhöhen kann – haben das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Ziel, bereits in der Atmosphäre befindliches Kohlen(stoff)dioxyd (atmosphärisches CO₂) wieder aus der Atmosphäre zu entfernen. Die Entfernung atmosphärischen CO₂s aus der Atmosphäre erfolgt dabei nicht nur für einen vorübergehenden Zeitraum, sondern auf Dauer.
Die zur post combustion-Rekuperation des fossilen CO₂s erforderlichen CCS-Anlagen und CCS-Einrichtungen sind technisch sehr aufwändig und von sehr hohem Gewicht. Sie müssen an dem Ort installiert werden, an dem die energetische Verwertung des fossilen Kohlenstoffs erfolgt. Ohne CCS würde es zu einer Emission des fossilen CO₂s in die Atmosphäre kommen und die Rekuperation der zusätzlichen CO₂-Emissionen wäre nicht mehr möglich. Bei mobilen Verwertungsanlagen wie in Fahrzeugen eingebauten Otto-, Diesel-, Gas- und Turbinenmotoren ist die Installation dieser CCS-Einrichtungen aufgrund von deren Größe und Gewicht bislang nicht möglich.
In der Automobiltechnik geht die technische Entwicklung umweltgetrieben gegenwärtig dahin, dass die Konversionseffizienz der Kraftstoffe bzw. der Wirkungsgrad der Antriebssysteme erhöht werden und dass Elektrotechnik eingesetzt wird. Dementsprechend gehen fahrzeugspezifisch die streckenbezogenen Verbräuche an fossilen Kraftstoffen (Benzin, Dieselkraftstoff, Erdgas, Flüssiggas, in Spezialanwendungen auch Methanol, DME und Kerosin) zurück und damit auch die Emission fossiler Treibhausgase. Zum Einsatz kommen z. B. sogenannte Hybridantriebe, die eine Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotoren darstellen. Die Elektromotoren benötigen einen vorgeschalteten Energiespeicher, die (wiederaufladbare) Batterie. Wenn die on board-Batterien der Hybridfahrzeuge von außen – also aus dem Stromnetz – mit Strom geladen werden können, spricht man von sogenannten PlugIn-Fahrzeugen. Wenn der Elektroantrieb den Hauptantrieb des Fahrzeugs nur unterstützt oder mit dem Elektroantrieb alleine nur sehr kurze Strecken zurückgelegt werden können, spricht man von Mild Hybrids. Vollhybrid-Fahrzeuge können bereits kurze Strecken ohne den Hauptantrieb elektrisch zurücklegen. Aber nur sogenannte Batterie Electric Vehicles (BEV) kommen ohne einen eigenen konventionellen Antrieb aus – also ohne einen Verbrennungsmotor mit direkter Kraftübertragung auf die Räder. Das BEV-Fahrzeug muss die für die Fahrstrecke benötigte Antriebsenergie vor der Fahrt aus dem Stromnetz „tanken”. BEVs sind damit immer Plugln-Fahrzeuge. Einige BEVs sind mit einem sogenannten Range Extender ausgestattet, einem Verbrennungsmotor, der die Batterie während der Fahrt wieder auflädt.
Nur mit BEVs, die ausschließlich THG-freien Ökostrom „tanken” und niemals ihren möglicherweise vorhandenen Range Extender einsetzen, ist es möglich, THG-Emissionen vollständig zu vermeiden. Alle anderen Benzin-, Diesel-, Erdgas-, Flüssiggas- und Elektrofahrzeuge sowie alle Mild Hybrids, Vollhybride und BEVs mit Range Extender belasten die Erdatmosphäre nach wie vor mit mehr oder weniger großen THG-Emissionen, denn die Verbrennungsmotoren benötigen nach wie vor einen mit mehr oder weniger starken THG-Emissionen belasteten Kraftstoff. Dabei ist zu berücksichtigen, dass auch regenerative Kraftstoffe (Biokraftstoffe) nicht per se THG-frei sind, sie sind im Gegenteil ganz erheblich mit THG-Emissionen belastet, manche sogar so sehr, dass ihre spezifischen THG-Emissionen höher sind als die THG-Emission fossiler Kraftstoffe.
Da die Batterien für die Stromspeicherung relativ schwer und kostspielig sind, ist die Stromspeicherkapazität der heutigen Vollhybrid-Fahrzeuge und BEVs meist auf solche Strommengen begrenzt, die von den Automobilherstellern als unbedingt notwendig gehalten werden. Damit ist auch die Reichweite einer „Betankung” erheblich begrenzt: während ein konventionelles Automobil mit einer Tankfüllung 500 km bis 1.000 km zurücklegen kann, können Mild Hybrids meist nicht mehr als 10 km rein elektrisch zurücklegen, Vollhybride meist nicht mehr als 50 km und BEVs meist nicht mehr als 100 bis 160 km. Gegenwärtig erreichen lediglich BEV-Fahrzeuge der Oberklasse, die rd. 3 Mal so teuer sind wie ein durchschnittlicher Pkw, mit einer Batterieladung eine Reichweite von rd. 400 km.
Damit weisen die BEV – nur diese sind bei Nutzung von THG-freiem Öko-Strom wirklich THG-frei – im Vergleich zu konventionellen Benzin-, Diesel-, Erdgas- und Flüssiggasfahrzeugen ein ganz erhebliches Manko auf. Zum Beispiel kann niemand mit seinem BEV in den Auslandsurlaub fahren, längere Strecken sind ohne erneute zeitaufwändige „Betankung” nicht möglich. Da es kaum sogenannte Schnellladestationen gibt, die ein BEV in 30 Minuten wieder aufladen können (in ganz Deutschland gab es im Oktober 2013 nur 3 Stück), sind längere Reisen nur mit erheblichen zeitlichen Unterbrechungen möglich. BEV sind aufgrund dieser sehr eingeschränkten Alltagstauglichkeit auch nicht als Dienstfahrzeuge geeignet, BEV nutzende (Außendienst-)Mitarbeiter müssten einen Großteil ihrer Arbeitszeit damit verbringen, darauf zu warten, dass die Fahrzeugbatterie wieder gefüllt ist. Das will kein Arbeitgeber.
Zudem sind hohe Batteriekosten und eine begrenzte Batterielebensdauer dafür verantwortlich, dass die Kilometerkosten der BEV die Kilometerkosten vergleichbarer Fahrzeuge mit konventionellen Antrieben um bis zu 100% übersteigen. Für die Nutzer weist die mittels BEV realisierte Nullemissionsmobilität also erhebliche Nachteile auf.
Grundsätzlich kann Nullemissionsmobilität auch mit Wasserstofffahrzeugen erreicht werden, die als Kraftstoff solchen Wasserstoff nutzen, der mittels Elektrolyse aus THG-freien Energien wie z. B. Windstrom erzeugt wird. Jedoch wird dieser THG-freie Wasserstoff kaum produziert. Der in Deutschland vertriebene Wasserstoff entstammt i. d. R. fossilen Energieträgern. Im Wesentlichen wird Wasserstoff mittels Dampfreformation aus fossilem Erdgas erzeugt. Da es dabei zu Konversionsverlusten kommt, ist eine Kilowattstunde Wasserstoff starker mit THG-Emissionen belastet als der fossile Ausgangsstoff Erdgas. In der Praxis kann also keine Rede sein von einer wasserstoffbasierten Nullemissionsmobilität. Zudem ist die Produktion von Wasserstofffahrzeugen gegenwärtig noch rund 4 Mal so teuer wie die Produktion vergleichbarer konventioneller Automobile. Schließlich existierten in Deutschland im Oktober 2013 gerade einmal 15 Wasserstofftankstellen, so dass eine flächendeckende Versorgung mit Kraftstoff nicht gegeben ist.
Stand der Technik
Verfahren, die Emission fossiler Treibhausgase der Verkehrssysteme über den Kraftstoff zu reduzieren, haben bereits Specht, Bandi, Schaber, Weimer, Maier et al. in den 1990er Jahren vorgestellt. Sie beschrieben verschiedene Verfahren zur Erzeugung von THG-freien Kraftstoffen aus Kohlen(stoff)dioxyd (siehe 1.) Specht M., Bandi A., Maier C. U., Schwarz, J. „Energetics of solar methanol synthesis from atmospheric carbon dioxyde compared to solar liquid hydrogen generation", Energy Convers. Mgmt, 1992; 33 (5–8): 537–543, siehe 2.) Bandi A., Specht M., Weimer T., Schaber K. „CO2 recycling for hydrogen storage and transportation – electrochemical CO2 removal and fixation", Energy Convers. Mgmt 1995; 36 (6–9): 899–902, siehe 3.) Weimer T., Schaber K., Specht M., Bandi A., „Methanol from atmospheric carbon dioxyde: a liquid zero emission fuel for the future", Energy Convers. Mgmt, 1996; 37 (6–8): 1351–1356, siehe 4.) Specht M., Bandi A., Mennenkamp E., Schaber K., Weimer T., „Liquid fuels from hydrogen and atmospheric CO2 – a climate-neutral energy concept" in: Veziroglu T. N., Winter C-J., Baselt J. P., Kreysa G., editors, Hydrogen energy process XI. Frankfurt, Dechema 1996, p. 1311–1315, und siehe 5.) Weimer T., Specht M., Bandi A., Schaber K., Maier C. U., „CO2 removal and fixation solar high temperature syngas regeneration for fuel synthesis", Energy Convers. Mgmt 1997; 38/suppl.): 379–384 und 6.) Specht M., Bandi A., Weimer T., „Comparison of the renewable transportation fuels, liquid hydrogen and methanol with gasoline – energetic and economic aspects", Int. Journal of Hydrogen Energy, 1998; 23 (5): 387–396).
In ihren Arbeiten kommen Specht et al. zu dem richtigen Schluss, dass man das CO₂ aus der Atmosphäre entnehmen müsste, wenn man wirklich THG-freies Methanol aus CO₂ erzeugen will. Sie schlagen vor, dies mittels Luftzerlegung vorzunehmen. Doch erwiesen sich der resultierende Energieeinsatz und die Konversionseffizienz (44%) als zu gering und der technische Aufwand sowie die erforderlichen Kapitalkosten als zu hoch. Zum selben Ergebnis kam man für das zweite Verfahren, bei dem sogenannter Überschussstrom genutzt wird, um per Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen und diesen Wasserstoff mit CO₂ aus Rauchgas zu Methanol zu synthetisieren. Auch das dritte Verfahren, bei dem Überschussstrom genutzt wird, um per Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen und diesen Wasserstoff gemäß Sabatier mit CO₂ aus fossilem Rauchgas zu Methan zu synthetisieren, erfordert einen hohen technischen und ökonomischen Aufwand und weist mit einem Wirkungsgrad von rd. 56% (bezogen auf den unteren Heizwert Hi) noch immer einen unzureichenden energetischen Wirkungsgrad sowie sehr geringe technische Verfügbarkeiten auf. Auch kommt es bei der Nutzung von bereits angefallenem fossilen („eh schon da”-)Rauchgas als CO₂-Quelle für die Erzeugung des Energieträgers Methan zwar nicht zu einer unmittelbaren weiteren Erhöhung des CO₂-Bestandes der Erdatmosphäre, zu einer Reduzierung des (atmosphärischen) CO₂-Bestandes kommt es aber auch nicht. Zudem wird THG-freier Überschussstrom als Wind- und Photovoltaikstrom in Deutschland nur an maximal rd. 175 h/a erzeugt, was die den Wasserstoff erzeugenden Anlagen 8.584 h/a still stehen und die Kapitalkosten in sehr große Größenordnungen steigen lassen. Vgl. dazu auch Specht ( DE000004235125A1 ) sowie Frick et al. ( DE102009018 126 A1 ), Eliasson et al. ( DE4332789A1 ), Mayer ( DE102004030717A1 ) und Harzfeld ( DE102009007567 ), die ähnliche Systeme offenbaren, wobei auf die Eigenschaft der Erneuerbarkeit der erzeugten Energien und Energieträger abgehoben wird und nicht auf die Eigenschaft der THG-Minderungsleistung bzw. auf die THG-Emission dieser Energien und Energieträger.
Um die von Specht et al. vorgeschlagenen kapitalintensiven Anlagen nicht ungenutzt herumstehen zu haben, werden sie also nicht nur mit Überschussstrom sondern großenteils auch mit regulär erzeugtem Windstrom betrieben. Wenn der Bezug so einer Kilowattstunde aus Windstrom z. B. auch nur 9 Cent/kWh_el kostet, ergibt sich für das resultierende Methan infolge der Konversionseffizienz des Verfahrens von 56% ein Kostensatz von 16,07 Cent/kWh_Hi. In diesen Kostensatz sind dann noch keine Anlagen-, Personal-, Kapital-, Distributions- und Organisationskosten eingerechnet und auch noch keine Mehrwertsteuer. Bezogen auf 1 Kilogramm Methan würden allein die Stromkosten circa doppelt so hoch ausfallen wie der heutige Tankstellenpreis für konventionelles Erdgas, unter Einrechnung der Anlagen-, Personal-, Kapital-, Distributions- und Organisationskosten wahrscheinlich vier Mal so hoch. Das von Specht et al. beschriebene Verfahren ist unter den gegebenen Rahmenbedingungen also weder mit Überschussstrom wirtschaftlich zu betreiben noch mit regulärem Windstrom. Zudem handelt es sich bei dem im Verfahren verwendeten CO₂ nicht um atmosphärisches CO₂, sondern um fossiles CO₂, so dass DE102009018126A1 nicht die Herstellung eines Nullemissions-Kraftstoffes beschreibt.
Gatrell et al. lehren ein Verfahren zur Erzeugung eines CO₂-neutralen Kraftstoffes, bei dem atmosphärisches CO₂ mittels an Kupferelektroden angelegtem THG-freiem Strom elektrochemisch zu Methan und Ethylen reduziert wird (Gatrell et al. „Electrochemical reduction of CO2 to hydrocarbons to store renewable electrical energy and upgrade biogas", Energy Conversion and Management 48 (2007) 1255–1265). Der CH₄-Anteil des CH₄- und atmosphärisches CO₂-enthaltenden Biogases soll über die elektrochemische Reduktion auf >90% erhöht werden. Jedoch ist die Konversionseffizienz der elektrischen Energie in chemische Energie mit 34% (bezogen auf den unteren Heizwert Hi) nicht ausreichend hoch. Es kommt dabei weder zu einer geologischen Einlagerung (Sequestrierung) atmosphärischen CO₂s, das den Nachteil einer geringen Kohlenstoffdichte aufweist, noch zu einer Einlagerung verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs.
Machado et al. behaupten, die Konversionseffizienz der elektrochemischen Reduktion von CO₂ durch Veränderungen an der Elektrode und durch Nutzung einer SOFC-Brennstoffzelle auf 60% steigern zu können (vgl. Machado, A. S. Reis, Ferandes, T. R. C., Pardal, T., Rangei, C. M. „Modified Electrodes for Electrochemical reduction of Carbon Dioxyde" in Advances in Hydrogen Energy Technologies: opportunities and Challenges in a Hydrogen Economy, 4th International Seminar, 10–11.11.2011, Viana do Castelo, Portugal), der apparative Aufwand bleibt gleichwohl erheblich. Auch bleibt es bei der Nutzung gasförmigen CO₂s.
Favre et al. verbessern die Effizienz der CO₂-Absorption, indem Biogas unter Zuführung reinen Sauerstoffs zum Luftsauerstoff in einem Kraftwerk verbrannt wird (vgl. Favre et al., „Biogas, membranes and carbon dioxyde capture", Journal of Membrane Science, Amsterdam, NL, Bd. 328, Nr. 1–2, 20.02.2009, Seiten 11–14). Das Abgas erreiche einen CO₂-Reinheitsgrad von > 90% und der Energieaufwand belaufe sich auf < 1 GJ pro Tonne atmosphärischen CO₂s (was rd. 278 kWh_el/t CO₂ entspricht). Wenn eine Kilowattstunde auch nur 10 Cent kosten sollte, würden sich allein die Stromkosten schon auf rd. 28 Euro/t CO₂ belaufen. Damit ist aber noch nicht das Problem des hohen apparativen Aufwands der Konversion des CO₂s in einen (Gas-)Kraftstoff gelöst und auch nicht die (zu) geringe energetische Konversionseffizienz.
Favre et al. beschreiben mit einem Verweis auf den Weltklimarat IPCC gleichwohl das Prinzip, dass die Rekuperation und geologische Endlagerung atmosphärischen CO₂-Gases aus Biogasanlagen mittels CCS-Technik zu negativen THG-Effekten führen könne: „Should this possibility be feasible from a technical/economical point of view, a negative GHG emission would result since carbon from a renewable source would not be released in the atmosphere but rather stored underground .... Such a possibility would obviously be of great interest in the portfolio of global GHG emissions reductions.” Dabei ist zu berücksichtigen, dass es nur dann zu negativen THG-Effekten kommt, wenn die zur Rekuperation des CO₂-Gases eingesetzte Energie und der gesamte CCS-Vorgang nicht mit Treibhausgasen belastet sind. In jedem Fall bleibt es aber bei gasförmigem CO₂ als Träger der Kohlenstoffkomponente, d. h. es ist ein Gas einzulagern, das eine geringe Dichte an atmosphärischem Kohlenstoff aufweist.
Juranitch beschreibt mit WO2010002469A1 ein System zur Konversion von Kohlenstoffdioxyd in einen Kraftstoff. Das (fossile) CO₂-Gas wird dabei aus dem Rauchgas konventioneller mit Kohle, Öl oder Gas betriebenen Kraftwerken gewonnen, in einigen Versionen auch aus Ammoniak-Werken, Wasserstoff-Werken, aus der Herstellung von Ethylenoxyd und aus der Herstellung von Ethanol. Das CO₂-Gas, das in der Regel also fossiles CO₂ ist, wird mittels Sabatier-Reaktion zu Methan synthetisiert. Durch die Nutzung fossilen Kohlenstoffs erhöht sich der Kohlenstoffbestand der Atmosphäre. Das von Juranitch beschriebene Verfahren und seine Anlagen erzeugen also keine vollständig THG-freien Energien bzw. keine vollständig THG-freien Energieträger. Da Juranitch nicht eindeutig zwischen fossilem und atmosphärischem CO₂ unterscheidet, ist der resultierende Kraftstoff also nicht notwendigerweise wirklich THG-frei und damit auch nicht notwendigerweise wirklich THG-neutral. In jedem Fall bildet jedoch gasförmiges CO₂ den Rohstoff (und eben nicht verfestigter atmosphärischer Kohlenstoff), wobei nicht das CO₂ den Energieträger darstellt, sondern der in den Sabatier-Prozess eingebrachte Wasserstoff. In einem „Plasma Melter” bzw. mit einem „Plasma Enhenced Melter” wird dabei aus Wasserstoff und CO₂ Methan hergestellt. Mit diesem Verfahren und diesem System werden aber weder der Bestand an atmosphärischem CO₂ reduziert noch an atmosphärischen CO₂-Aquivalenten noch an atmosphärischem Kohlenstoff.
Tentscher erwähnt in DE19947340A1 beiläufig ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus durch Rohrleitungen transportiertem, gasförmigem Kohlen(stoff)dioxyd. DE199473340A1 unterscheidet jedoch nicht zwischen fossilem und atmosphärischem CO₂. Deshalb kann Tentscher auch kein Verfahren und keine Anlagen benennen, die in der Lage sind, den Bestand an atmosphärischem CO₂ in der Erdatmosphäre zu reduzieren.
Ramakrishnan et al. beschreiben in der US0020080155958A1 eine Erdgasverflüssigungsanlage, die als Input Erdgas aufweist und als Output LNG – also verflüssigtes CNG – und CO₂. Das CO₂ wird in tiefen geologischen Erdschichten sequestriert. Dadurch sei das LNG angeblich nicht mit THG-Emissionen belastet. Diese Aussage ist jedoch nur richtig, wenn die für den Konversionsprozess benötigte Energie ausschließlich aus vollständig dekarbonisiertem Erdgas bzw. aus vollständig dekarbonisiertem LNG erzeugt wird und wenn das bei der LNG-Nutzung entstehende CO₂ ebenfalls vollständig rekuperiert und sequestriert wird – was die US0020080155958A1 jedoch nicht lehrt. Hier handelt es sich allenfalls um eine teilweise Reduktion fossiler Treibhausgase, jedoch nicht um eine vollständige Neutralisation (fossiler) THG-Emissionen. In keinem Fall kommt es zu einer Reduktion des Bestandes an atmosphärischem CO₂ oder an atmosphärischem Kohlenstoff.
Der Erfinder hat mit der PCT/EP02011000748 / WO2011101137A1 („Verfahren und Anlage zur Herstellung von CBM (Compressed BioMethane) als treibhausgasfreier Kraftstoff”) beschrieben, wie Biogas aus Biogasanlagen zu treibhausgasreduziertem BioMethan (CBM) aufbereitet und somit in einen THG-reduzierten Kraftstoff konvertiert werden kann. Die THG-Reduzierung erfolgt dabei durch Sequestrierung rekuperierten atmosphärischen CO₂s, durch die stoffliche Substitution fossilen CO₂s mit atmosphärischem CO₂, durch die Erzeugung von Methan gemäß Sabatier aus THG-freiem Wasserstoff und atmosphärischem CO₂ und dessen Nutzung als Substitut fossiler Kraftstoffe oder durch die Erzeugung von Methanol und dessen Nutzung als Substitut fossiler Kraftstoffe. Auch hier bleibt es bei der Nutzung gasförmigen atmosphärischen CO₂s, eine Endlagerung von verfestigtem atmosphärischen Kohlenstoff bzw. verfestigten Verbindungen aus Wasserstoff und atmosphärischem Kohlenstoff unterbleibt.
In der DE102011051250A1 / WO 002012175194A2 („Verfahren und Anlage zur Treibhausgasreduzierung von Kraft- und Heizstoffen”) hat der Erfinder dargelegt, wie der Entfernung atmosphärischen CO₂s aus der Atmosphäre negative THG-Effekte mit den positiven THG-Effekten fossiler Kraftstoffe verrechnet werden können. Damit wird zwar Nullemissionsmobilität ohne Entwicklung neuer Antriebstechnologien möglich, aber auch hier bleibt es bei der Nutzung und Endlagerung gasförmigen atmosphärischen CO₂s. Eine Endlagerung verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs bzw. verfestigter Verbindungen aus Wasserstoff und atmosphärischem Kohlenstoff unterbleibt.
Aufgabenstellung
Es ist also mangels brauchbarer technischer Alternativen besonders schwierig, Fahrzeuge herzustellen und zu betreiben, die einerseits keine Treibhausgasemissionen aufweisen und die andererseits für den Alltagsgebrauch geeignet sind. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, echte Nullemissionskraftstoffe bereitzustellen, die durch ihren Einsatz in Verbrennungsmotoren als Basis für ein alltagstaugliches Nullemissions-Mobilitätssystem dienen. Der für die Herstellung dieser Nullemissionskraftstoffe zu treibende technische und ökonomische Aufwand soll so gering bleiben, dass die Alltagstauglichkeit des Kraftstoffes und damit des Mobilitätssystems gewahrt bleibt.
Lösung
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Benennung eines Verfahrens zur Dekarbonisierung von Kraftstoffen aller Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit der Benennung von Einrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zur Entfernung atmosphärischen Kohlen(stoff)dioxyds aus der Atmosphäre. Über den Stand der Technik hinausgehend entfernt das erfindungsgemäße Verfahren nicht das Treibhausgas CO₂ aus der Umwelt, sondern allein dessen (verfestigte) Kohlenstoffkomponente. Durch die dauerhafte Entfernung des atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Umwelt wird verhindert, dass dieser Kohlenstoff mit Luftsauerstoff wieder (atmosphärisches) CO₂ bildet. Damit wird die CO₂-Bilanz der Atmosphäre dauerhaft entlastet, denn nach der Entfernung des atmosphärischen Kohlenstoffes aus der Atmosphäre befindet sich eine geringere CO₂-Menge in der Atmosphäre als vorher.
Der in Form von CO₂ in der Atmosphäre enthaltene Kohlenstoff wird erfindungsgemäß nicht in einer gasförmigen Verbindung gespeichert – nämlich in der Form von CO₂ – sondern vorteilhaft in verfestigten Verbindungen, die einfacher zu handhaben sind und die weniger Raum beanspruchen. Für die Aggregation des atmosphärischen Kohlenstoffes in festen Verbindungen nutzt das erfindungsgemäße Verfahren den bekannten Photosyntheseprozess der Pflanzen. Bei der Photosynthese nehmen die Blätter der Pflanzen atmosphärisches CO₂ aus der Luft auf. Über das Wurzelwerk und den Stamm und die Äste bzw. über den Stengel der Pflanze importieren die Blätter zudem Wasser sowie darin gelöste Spurenelemente aus dem Boden. Unter Nutzung der Sonnenenergie wird das atmosphärische CO₂ in den Blättern in Kohlenstoff und Sauerstoff aufgespalten. Über die Wurzeln aufgenommenes und zu den Blättern geleitetes Wasser (H₂O) wird zugleich in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Kohlenstoff, der Wasserstoff, Teile des Sauerstoffes und im Wasser gelöste Spurenelemente werden in Form komplexer Kohlenwasserstoffverbindungen (Polymere wie z. B. Milchzucker, Stärke, Cellulose, Hemicellulose und Lignin) gebunden und somit in die pflanzliche Trockenmasse eingelagert. Dabei machen die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff mit rd. 95% den Großteil der pflanzlichen Trockenmasse aus, wobei allein der Kohlenstoff einen Anteil von ca. 50% an der pflanzlichen Trockenmasse hat.
Bei eukaryotischer Biomasse (z. B. Algen) verläuft der Photosyntheseprozess ähnlich ab, nur wird das im Wasser gelöste atmosphärische CO₂ nicht aus der Luft aufgenommen sondern unmittelbar aus dem Umgebungswasser. Bei dem im Wasser gelösten CO₂ handelt es sich jedoch um atmosphärisches CO₂, das unter natürlichen Bedingungen zuvor an der Wasseroberfläche aus der Luft ins Wasser diffundiert ist. Insofern handelt es sich bei dem von Algen aufgenommenen CO₂ mittelbar um atmosphärisches CO₂.
Wie die pflanzliche Trockenmasse besteht auch die Algen-Trockenmasse zu rd. 50% aus Kohlenstoff. Wenn bei der künstlichen Algenzucht in den Photobioreaktoren (Fermentern) fossiles CO₂ eingesetzt wird, besteht die Alge natürlich nur aus fossilem Kohlenstoff, eine Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Atmosphäre ist dann nicht möglich.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die gesamte Pflanze und damit der in der Pflanze gebundene atmosphärische Kohlenstoff aus der (oberirdischen) Atmosphäre unterirdisch in die Erde bzw. in tieferen geologischen Erdschichten verbracht und dort dauerhaft eingelagert und zwar zunächst ohne vorherige Abtrennung bestimmter Elemente oder bestimmter Pflanzenbestandteile. Alternativ zur pflanzlichen Biomasse kann auch eukaryotische Biomasse z. B. in Form von Algen sequestriert werden, wenn der Kohlenstoffanteil dieser eukaryotischen Biomasse aus atmosphärischem Kohlenstoff besteht. Die Biomassen werden so zu einem fossilen Stoff. Ohne die Abtrennung der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff und gewisser Spurenelemente wie Kalium, Phosphor, Stickstoff, Magnesium, Kalium etc. werden zwar auch pflanzliche und eukaryotische Nährstoffe endgelagert, der Entfall der Abtrennung reduziert den apparativen, energetischen und ökonomischen Aufwand der Absorption atmosphärischen CO₂s bzw. der Absorption atmosphärischen Kohlenstoffs jedoch in entscheidender Weise.
Ohne eine dauerhafte Endlagerung der Biomasse wäre diese dem Luftsauerstoff ausgesetzt, d. h. sie wäre dem aeroben Oxydationsprozess der Verrottung ausgeliefert, in seltenen Fällen wie z. B. bei abgestorbenem Wurzelwerk von Reispflanzen auch dem anaeroben Prozess der bakteriellen Vergärung zu CO₂ und CH₄. Dabei bildet sich aus dem atmosphärischen Kohlenstoff wieder atmosphärisches CO₂, in seltenen Fällen wie z. B. der anaeroben Vergärung von Reiswurzeln auch Methan (CH₄). D. h., es entsteht der sogenannte kurzfristige bzw. kleine Kohlenstoffkreislauf, denn der Kohlenstoff gelangt wieder dahin, wo er hergekommen ist, in die Atmosphäre. Es findet dann keine Verringerung des in der Erdatmosphäre enthaltenen Kohlenstoffbestandes statt.
Die (dauerhafte) Endlagerung atmosphärischen Kohlenstoffs im Erdboden ist konform mit der EU-Richtlinie 28/2009 EG, die im Anhang V unter Punkt „C-Methodologie” explizit Emissionskompensationen durch Akkumulierung von Kohlenstoff im Boden infolge besserer landwirtschaftlicher Bewirtschaftungspraktiken (Faktor e_sca) und Emissionskompensationen durch Abscheidung und geologische Speicherung von Kohlendioxyd (Faktor e_ccs) berücksichtigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Nutzung von Holz als Träger atmosphärischen Kohlenstoffs besonders vorteilhaft. Holz weist eine relativ hohe Dichte und damit auch eine relativ hohe Dichte an atmosphärischem Kohlenstoff auf. Es ist ohne größeren apparativen Aufwand gut zu ernten, zu lagern und zu transportieren. Wenn Holz zu Holzhackschnitzeln zerkleinert und in den Ackerboden verbracht wird, bilden Mikroorganismen und Pilze aus dem Holz kohlenstoffhaltigen Humus, was die Qualität und die Produktivität der entsprechenden Ackerfläche steigert.
Wenn frisches Holz, das einen Wassergehalt von ca. 50% aufweist, zur Endlagerung genutzt wird, bestehen rd. 25% der eingelagerten Masse aus atmosphärischem Kohlenstoff, denn die Trockenmasse von Holz besteht zu rd. 50% aus Kohlenstoff. Kohlenstoff verbindet sich mit Sauerstoff zu CO₂, wobei die Masse des CO₂s um den Faktor 3,66 größer ist, als die Masse des Kohlenstoffs (die atomare Masse des Kohlenstoffs (12,011) hat einen Anteil von 1/3,66 = 27,32% an der molaren Masse der Kohlenstoffdioxydverbindung, die 44,01 g/Mol beträgt). Jede Tonne eingelagerten Frischholzes vermeidet also die Umsetzung von 0,25 t atmosphärischen Kohlenstoffs zu 0,92 t atmosphärischen CO₂-Äquivalents. M. a. W., die dauerhafte Einlagerung einer Tonne Frischholzes entfernt rd. 0,9 Tonnen CO₂ aus der Erdatmosphäre.
Wenn das geerntete Holz vor der Verbringung unter die Erdoberfläche, wo es nicht mehr zu CO₂ oxydieren (verrotten) kann, getrocknet wird, erhöht sich der Speichereffekt. Bei einer Trocknung auf einen Restwassergehalt von beispielsweise 35% besteht jede Tonne des eingelagerten Holzes aus 0,325 t Kohlenstoff (50% der Trockenmasse von 0,65 t). Durch dessen dauerhafte und luftdichte Einlagerung wird die Bildung von 1,19 t atmosphärischen CO₂-Äquivalents verhindert. M. a. W., die dauerhafte Einlagerung einer Tonne vorgetrockneten Holzes entfernt rd. 1,2 Tonnen CO₂ aus der Erdatmosphäre.
Je nach Art der Lagerung ergibt sich eine mehr oder weniger umfangreiche Isolierung des Kohlenstoffes vom Luftsauerstoff. Eine Einlagerung in abgeschlossenen unterirdischen Kavernen (z. B. in Salzstöcken oder Kali-Bergwerken) verhindert den Luftaustausch. Der im Holz enthaltene (atmosphärische) Kohlenstoff kann also so lange nicht an die Erdoberfläche gelangen wie die Kaverne abgeschlossen bleibt. Wenn das Holz jedoch in Form von Holzhackschnitzeln in den unverdichteten Ackerboden eingelagert wird, kommt es zu Verrottungsprozessen, denn unverdichteter Ackerboden ist mehr oder weniger gut durchlüftet. Die Verrottung, an denen Mikroorganismen und Pilze beteiligt sind, beinhaltet aerobe Oxydationsprozesse, so dass ein Teil des im Holz enthaltenen atmosphärischen Kohlenstoffs doch wieder als CO₂ in die Atmosphäre gelangt. Jedoch bleibt immer ein gewisser Mindestanteil des Kohlenstoffs im Ackerboden. Er trägt dort zur Anreicherung des kohlenstoffhaltigen Humus bei. Wenn davon ausgegangen wird, dass rd. 50% des mit dem Holz in den Ackerboden eingebrachten atmosphärischen Kohlenstoffes zu CO₂ verrottet und somit wieder in die Atmosphäre gelangt, bleibt für die vorstehenden Beispiele netto ein CO₂-Speichereffekt von 50% × 0,9 t CO₂/t Frischholz = 0,45 t CO₂-Äquivalenten/t Frischholz bzw. eine CO₂-Speichereffekt von 50% × 1,2 t CO₂/t getrockneten Holzes = 0,6 t CO₂-Äquivalenten/t getrockneten Holzes. Wenn also 1 Tonne Holzhackschnitzel auf Ackerflächen verteilt und anschließend untergepflügt wird, entlastet das die Atmosphäre um rd. 0,5 t an atmosphärischem CO₂.
Bei einer luftdichten Endlagerung in tieferen Schichten des Erdbodens (z. B. unter einer Ton- oder Lehmschicht) erhöhen sich die CO₂-Speichereffekte pro Tonne eingelagerten Holzes auf rd. 1 Tonne an aus der Atmosphäre entfernten CO₂-Äquivalenten.
Wenn ein Kraftfahrzeug einen beliebigen (fossilen) Kraftstoff nutzt, bei dessen Lebenzyklus-Betrachtung (Förderung des Rohstoffs, Transport des Rohstoffes, Herstellung des Kraftstoffes, Transport, Distribution, Abgabe sowie Nutzung des Kraftstoffes) es jährlich zu einer zusätzlichen Emission von beispielsweise 2,8 t an fossilen CO₂-Äquivalenten kommt, würde es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausreichen, rd. 2,8 Tonne Holz in einem Salzstock endzulagern oder 5,6 Tonnen Holzhackschnitzel im Ackerboden unterzupflügen. Die THG-Gesamtbilanz der Erdatmosphäre würde sich dann nicht erhöhen, die Atmosphäre wäre vorher und nachher mit exakt derselben CO₂-Menge belastet.
Sobald die Menge an eingelagerten atmosphärischen CO₂-Äquivalenten genauso groß ist wie die Menge an emittierten fossilen CO₂-Äquivalenten, führt das Gesamtsystem nicht zu einer Erhöhung des Treibhausbestandes, es besteht vielmehr ein Gleichgewicht zwischen der Einlagerung atmosphärischen CO₂s und der Freisetzung fossilen CO₂s. In der Gesamtbetrachtung von Biomassesequestrierung und Fahrzeugnutzung ist das Kraftfahrzeug ohne die Emission zusätzlicher Treibhausgase unterwegs. Dieses Prinzip gilt nicht nur für ein einzelnes Kraftfahrzeug sondern für ein beliebiges Vielfaches.
Bei der Ermittlung der fossilen CO₂-Emissionen eines Fahrzeuges kommt es im Wesentlichen auf die Menge und die Art des Kraftstoffes an. Die LCA-Belastung fossilen Dieselkraftstoffes ist nach dem gegenwärtigen Stand der Forschung mit 324 gCO₂-Äq/kWh_HI von allen Kraftstoffen am höchsten. Die LCA-Belastung gegenwärtig aus Rohöl erzeugten fossilen Ottokraftstoffes (Benzin, THG-Belastung 311 gCO₂-Äq/kWh_Hi) fällt höher aus als diejenige fossilen Flüssiggases (LPG, THG-Belastung 284 gCO₂-Äq/kWh_Hi). Diese ist wiederum höher als die LCA-Belastung fossilen Erdgases (CNG, THG-Belastung 264 gCO₂-Äq/kWh_Hi). BioMethan aus Abfall und BioMethan aus Anbaubiomasse (NawaRo) rangieren mit 140,4 gCO₂-Äq/kWh_Hi und 104,4 gCO₂-Äq/kWh_Hi am Ende der Belastungsskala. Aber auch sie sind nicht per se emissionsfrei, d. h., auch Biokraftstoffe benötigen eine mehr oder weniger große Menge endgelagerten atmosphärischen Kohlenstoffs, um wirklich die Eigenschaft der absoluten CO₂- bzw. Treibhausgasneutralität zu erreichen.
Folglich sind für den Ausgleich der THG-Emissionen von mit Dieselfahrzeugen zurückgelegten Fahrstrecken weniger Holzmengen endzulagern (zu sequestrieren) als für den Ausgleich der THG-Emissionen, die von vergleichbaren Erdgasfahrzeugen auf gleich langen Fahrstrecken erzeugt werden und für die THG-Freiheit von Biokraftstoffen sind nochmals weniger Holzmengen zu sequestrieren.
Es versteht sich von selbst, dass die eingesetzte Kraftstoffmenge von dem Wirkungsgrad des jeweiligen Motors und der zurückgelegten Fahrstrecke abhängt. Hocheffiziente, mit Dieselkraftstoff betriebene Fahrzeuge können unter Umständen weniger THG-Emissionen verursachen als z. B. vergleichbare Benzin- oder LPG-Fahrzeuge. Entsprechendes gilt für Vergleiche zwischen Benzin- und Erdgasfahrzeuge. Für den Alltagsgebrauch ist es deshalb erforderlich, sowohl die getankten (und verbrauchten) Kraftstoffarten und -mengen genau zu erfassen als auch deren LCA-THG-Belastung zu kennen.
Erreichte Vorteile
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die fossilen THG-Emissionen aller bekannten Kraftstoffe und auch die THG-Emissionen zukünftiger Kraftstoffe egalisiert werden und zwar so, dass sich der CO₂-Gesamtbestand der Erdatmosphäre insgesamt nicht erhöht. Die so zu Nullemissionskraftstoffen gemachten Kraftstoffe können im Verkehr eingesetzt werden und die Grundlage für verbrennungsmotorenbasierte Nullemissions-Mobilitätssysteme bilden. Es werden z. B. im Straßenverkehr Nullemissions-Mobilitätssysteme möglich, ohne die Antriebstechnologien (also weder das Produkt noch die Herstellungswerke) ändern zu müssen. Die internationale Automobilindustrie kann nach wie vor Autos mit Verbrennungsmotoren bauen, die (absolute) THG-Freiheit wird über den Kraftstoff erreicht. Bei einem Übergewicht der Endlagerung atmosphärischen CO₂s über der systembedingten Emission fossilen CO₂s sind sogar THG-negative Mobilitätssysteme möglich.
Die Nachteile der ggf. ebenfalls CO₂-freien Elektromobilität wie kurze Reichweite, lange Ladezeiten, hohes Batteriegewicht, sehr hohe zusätzliche Anschaffungskosten, problematische Beheizung im Winter und problematische Klimatisierung im Sommer, problematische Lebensdauer der Batterien, erhöhtes Brandrisiko bei den Batterien, hoher Bedarf an seltenen Erden, Investition in neue Produktionslinien, hohe F&E-Ausgaben etc. etc. treten dabei nicht auf. Weder muss die kochentwickelte Verbrennungsmotorentechnik auf eine Elektromotorentechnik umgestellt werden, noch müssen Hochleistungsbatterien entwickelt, produziert und bezahlt werden. Dem an sich anstrebenswerten Nullemissionssystem der Elektromobilität wird ein noch besseres Nullemissionssystem zur Seite gestellt.
Auch ggü. der gegenwärtig noch als ultima ratio angesehene Wasserstofftechnologie weisen das hier beschriebene Verfahren, die beschriebene Verwendung und die beschriebene Anlagenkonfiguration Vorteile auf. Während die Anschaffungsmehrkosten von Wasserstoff-Pkw heute ggü. vergleichbaren Benzinfahrzeugen bei 50.000 Euro und mehr liegen, belaufen sie sich bei Elektro-Pkw auf 10.000 bis 40.000 Euro. Kaum ein Pkw kann während seiner gewöhnlichen Nutzungszeit diesen Kostennachteil durch Kostenvorteile beim Kraftstoffverbrauch kompensieren.
Die „Erzeugung” von THG-reduzierten bzw. THG-freien Kraftstoffen ist also von Vorteil für die Automobilindustrie, für deren Arbeitnehmer, für die Autokäufer und -nutzer und last but not least für die Umwelt.
Detaillierte Beschreibung
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die anhand fachspezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindungen durch die Angabe von Ausführungsbeispielen nicht eingeschränkt werden soll, da Veränderungen und Modifizierungen an dem offenbarten Verfahren und an dessen Ausführungsvarianten, an dem offenbarten System und an dessen Ausführungsvarianten sowie weitere Anwendungen der Erfindungen und weitere Verwendungen der THG-freien Kraftstoffe als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmanns angesehen werden.
Die 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Rechtecke Stoffe und Produkte darstellen und Rechtecke mit abgerundeten Ecken Prozesse bzw. Verfahrensschritte.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Verfahrensschritte zur Ermittlung der dauerhaft gespeicherten LCA-Menge an atmosphärischem Kohlenstoff bzw. an atmosphärischem CO₂;
2 stellt ein schematisches Blockdiagramm der Verfahrensschritte 4 und 5 zur Ermittlung der Emissionsmenge fossilen Kohlenstoffs bzw. der Emissionsmenge fossilen CO₂s dar;
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Verfahrensschritte 6 bis 8 zur Herstellung eines Gleichgewichts zwischen den aus den Verfahrensschritten der 1 resultierenden atmosphärischen CO₂-Mengen und den aus den Verfahrensschritten der 2 resultierenden fossilen CO₂-Mengen; Die 4 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele der möglichen Einrichtungskombinationen (Systeme) zur dauerhaften Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der oberirdischen Atmosphäre der Erde. In den 4 bis 10 sind Anlagen bzw. Vorrichtungen als Rechteck mit abgerundeten Ecken dargestellt und Stoffe bzw. Produkte als Rechteck.
4 zeigt ein allgemeines schematisches Blockdiagramm der Anlagenbestandteile, die zur dauerhaften Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Atmosphäre erforderlich sind, wenn der atmosphärische Kohlenstoff in Holz gespeichert ist.
5 stellt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4 dar, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Stroh gespeichert ist.
Die 6 zeigt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Gras gespeichert ist.
7 zeigt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchten gespeichert ist.
8 zeigt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Gärresten von Biogasanlagen oder in Fermentationsrückständen von BioEthanolanlagen gespeichert ist.
9 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Algen gespeichert ist.
10 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Klärschlamm gespeichert ist.
In 1 stellen die Rechtecke 1 bis 4 die von der Natur verwendeten Einsatzstoffe zur Erzeugung von Biomasse mittels der vorbekannten Photosynthese dar. Bei dem Rechteck mit dem Bezugszeichen 1 handelt es sich um aus der Umgebungsluft aufgenommenes atmosphärisches CO₂, das Bezugszeichen 2 verweist auf Wasser, das über das die Pflanze über ihr Wurzelwerk aufnimmt (bzw. das die Alge aus dem Umgebungswasser aufnimmt), das Bezugszeichen 3 kennzeichnet im Wasser gelöste Spurenelemente wie z. B. Nitrat, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium (oft auch als Nährstoffe bezeichnet), das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf das die erforderliche Energie liefernde Sonnenlicht (vgl. Bezugszeichenliste). Aus diesen vorbekannten Einsatzstoffen werden im Verfahrensschritt 1 (Bezugszeichen 5) mittels Photosynthese Pflanzen und Algen erzeugt. Als Produkte dieses Verfahrensschrittes 1 entstehen die Biomasseformen Holz (Bezugszeichen 6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstige Knollenpflanzen (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13).
Im Verfahrensschritt 2 (Bezugszeichen 14) wird eine bestimmte Menge mindestens eines dieser Biomasseprodukte oder mindestens ein aus der Verarbeitung von Biomasse resultierender Verarbeitungsrest (z. B. Getreideschlempe aus der Verarbeitung von Getreidekorn zu BioEthanol) aus der Atmosphäre entfernt und als Deponat (15) unterirdisch gelagert, wobei diese Lagerung vorzugsweise luftdicht erfolgt, es also keine Verbindung zwischen dem unterirdischen Lager und der Umgebungsluft gibt. Ein solcher luftdichter Abschluss ist z. B. durch Einlagerung der jeweiligen Biomasse in Kavernen, Salzstöcken, Bergwerken sowie unter Ton- und Lehmschichten gegeben. Sollte dieser luftdichte Abschluss nicht gegeben sein, können Teile des in der Biomasse gebundenen Kohlenstoffs mit dem Luftsauerstoff zu (atmosphärischem) CO₂ reagieren (z. B. durch aerobe Verrottungs- oder anaerobe Vergärungsprozesse), was die Menge des aus der Atmosphäre entfernten atmosphärischen Kohlenstoffs reduziert und den gewünschten Effekt verwässert. In dem Moment, in dem die eingelagerte Biomasse wieder an die Erdoberfläche geholt wird, kann der atmosphärische Kohlenstoff mit Luftsauerstoff zu CO₂ reagieren und der Effekt der Reduzierung des CO₂-Bestandes in der Atmosphäre wäre hinfällig.
Vom Verfahrensschritt 7 her gibt es eine Rückkopplung zum Verfahrensschritt 2, resultierend in einem Regelungsmechanismus, mit dem der effektive Gesamtbestand an CO₂-Äquivalenten in der Erdatmosphäre (90) so angepasst werden kann, dass sich sein ex post-Zustand nicht gegenüber seinem ex ante-Zustand verändert.
Im Verfahrensschritt 3 (Bezugszeichen 16) wird aus der dauerhaft im Untergrund deponierten Biomasse (15) des Verfahrensschrittes 2 die dauerhaft deponierte Kohlenstoffmenge berechnet und daraus die der Atmosphäre dauerhaft entzogene Menge an atmosphärischen CO₂-Äquivalenten (17). Dies geschieht wie folgt: zunächst wird in einem Subschritt 3-1 mittels Inspektion die Art der Einsatzstoffe und mittels Waagen die Feuchtmasse der deponierten Biomasse ermittelt; in einem Subschritt 3-2 wird mittels geeigneter Messinstrumente der Wassergehalt der deponierten Biomasse ermittelt und zwar in % der Feuchtmasse; in einem Subschritt 3-3 wird mittels entsprechend programmierter Computer die (noch) in der Feuchtmasse enthaltene Wassermasse von der Feuchtmasse abgezogen, was die Trockenmasse der deponierten Biomasse ergibt; in einem Subschritt 3-4 wird der Kohlenstoffgehalt der deponierten Trockenmasse mittels geeigneter Messinstrumente bzw. Analysegeräte (z. B. Gaschromatographen) ermittelt und zwar in % der Trockenmasse; in einem Subschritt 3-5 wird aus der Trockenmasse und dem Kohlenstoffgehalt der Trockenmasse mittels geeigneter Computer die Kohlenstoffmasse ermittelt und zwar durch Multiplikation dieser beiden Werte; in einem Subschritt 3-6 wird die deponierte Kohlenstoffmasse mit dem Faktor 3,664 multipliziert; das Produkt dieser Multiplikation stellt die Kohlen(stoff)dioxydmasse dar, die der Atmosphäre entzogen wurde, denn atomarer Kohlenstoff hat mit rd. 12,011 g/Mol CO₂ einen Anteil von 27,2915% (dies entspricht 1/3,664) an der molaren Masse von Kohlenstoffdioxyd (44,01 g/Mol); für den Fall, dass in der Folge der deponierte atmosphärische Kohlenstoff oder ein Teil dieses Kohlenstoffs dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist und mit diesem wieder zu atmosphärischem CO₂ oxydiert, wird in einem Subschritt 3-7 mittels geeigneter Analyseinstrumente ermittelt, welcher Kohlenstoffanteil durch diese Oxydation als CO₂ oder als sonstiges kohlenstoffhaltige Gas in die oberirdische Atmosphäre diffundiert; dieser Kohlenstoffanteil wird in einem Subschritt 3-8 von der insgesamt eingelagerten Kohlenstoffmasse des Verfahrensschrittes 3-5 abgezogen, was die dauerhaft sequestrierte Kohlenstoffmasse ergibt; anschließend wird in einem Subschritt 3-9 die dauerhaft deponierte Kohlenstoffmasse mit dem Faktor 3,664 multipliziert (s. o.); das Produkt dieser Multiplikation stellt die Bruttomasse an Kohlen(stoff)dioxyd dar, das der Atmosphäre dauerhaft entzogen wurde.
Da die Ermittlung der Entlastung der Erdatmosphäre gemäß der Life Cycle Analysis-Methode (LCA) erfolgt und also Nettoeffekte ermittelt werden, gehen in einem Subschritt 3-10 alle auch Emissionen an Kohlen(stoff)dioxyd-Äquivalenten in die Berechnungen dieser Nettoeffekte ein, die quasi nebenbei bei dem Anbau der Biomasse sowie bei deren Ernte, Transport, Lagerung, Konversion und Distribution entstanden sind, z. B. der Kohlenstoffentzug aus dem (Acker-)Boden durch Humusabbau (wofür insbesondere Mais bekannt ist), Einsatz mineralischen Düngers inklusive des bei dessen Herstellung anfallenden Energieeinsatzes und der mit diesem Energieeinsatz verbundenen THG-Emissionen, Nitrifikations- und Denitrifikationseffekte bei der Konversion des mineralischen Düngers zu pflanzenverwertbaren Nährstoffen, Einsatz von Kraftstoffen in Traktoren und Lkw, aerobe Verrottung von Biomasse bei deren Lagerung, Einsatz von mit Treibhausgasen belastetem Strom bei der Verarbeitung (z. B. Zerkleinerung) der Biomasse etc.
Diese im Subschritt 3-10 ermittelten „Nebenbei”-Emissionen an Kohlenstoff(dioxyd)-Äquivalenten werden im Subschritt 3-11 von der Bruttomasse abgezogen. Ergebnis ist die Nettomasse an Kohlen(stoff)dioxyd, das der Atmosphäre dauerhaft entzogen wurde.
Es ist naheliegend, dass die Berechnung der THG-Effekte nicht auf der Basis von CO₂-Äquivalenten sondern auch auf der Basis von Kohlenstoff-Äquivalenten oder auf der Basis anderer Treibhausgase vorgenommen werden kann. Diese weiteren Formen der Berechnung der THG-Effekte sollen deshalb auch geschützt sein.
In der 2 stellen die Rechtecke mit den Bezugszeichen 18 bis 72 die diversen Kraftstoffe dar, die mit mehr oder weniger großen Treibhausgas-Emissionsmengen belastet sind, nämlich mineralischen Ottokraftstoff (18), synthetischen Ottokraftstoff (19), mineralischen Dieselkraftstoff (20), Fischer-Tropsch-Diesel (21), synthetischen Dieselkraftstoff (22), BioDiesel/Fettsäuremethylester (FAME; 23), mineralisches gasförmiges Erdgas (CNG; 24), mineralisches flüssiges Erdgas (LNG; 25), Biogas (26), BioMethan (27), synthetisches Methan (28), mineralisches Butan (29), synthetisches Butan (30), mineralisches Propan (31), synthetisches Propan (32), mineralisches Flüssiggas (LPG; 33), mineralisches Methanol (34), BioMethanol (35), Synthetisches Methanol (36), fossiler Wasserstoff (37), synthetischer Wasserstoff aus THG-freien/THG-reduzierten Energieträgern (38), Ethanol (39), BioEthanol (40), Cellulose-Ethanol (41), Synthetisches Ethanol (42), Ethytertbutylether (ETBE; 43), Bio-Ethytertbutylether (Bio-ETBE; 44), Synthetisches Ethytertbutylether (SynETBE; 45), Dimethyether (DME; 46), Bio-Dimethylether (Bio-DME; 47), Synthetisches Dimethylether (SynDME; 48), Methyltertbutylether (MTBE; 49), Bio-Methyltertbutylether (Bio-MTBE; 50), Synthetisches Methyltertbutylether (SynMTBE; 51), Tertiäramylethylether (TAEE; 52), Bio-Tertiäramylethylether (Bio-TAEE; 53), Synthetisches Tertiäramylethylether (SynTAEE; 54), Tertiäramylmethylether (TAME; 55), Bio-Tertiäramylmethylether (Bio-TAME; 56), Synthetisches Tertiäramylmethylether (SynTAME; 57), Tertiärhexylmethylether (THEME; 58), Bio-Tertiärheylmethylether (Bio-THEME; 59), synthetisches Tertiärhexylmethylether (SynTHEME; 60), unhydriertes Rapsöl (61), hydriertes Rapsöl (62), hydriertes Palmöl (63), unhydriertes Palmöl (64), sonstige hydrierte und unhydrierte Pflanzenöle (65), Kerosin (66), BioKerosin (aus hydrierten Pflanzenölen; 67), BioKerosin aus Algen (68), Synthetisches Kerosin (69), Fischer-Tropsch-Kerosin (70), Schweröl (71) und Sonstige Kraftstoffe (72).
Mindestens einer dieser fossilen und nicht-fossilen Kraftstoffe wird im Verfahrensschritt 4 (Bezugszeichen 80) in einer bestimmten Menge in mindestens einem Verbrennungsmotor zur Erzeugung von Antriebsenergie (81) eingesetzt. Als unmittelbare Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses (80) entstehen CO₂-haltiges Abgas (82) und Abwärme (83).
Vom Verfahrensschritt 7 der 3 her gibt es eine zweite Rückkopplung zum Verfahrensschritt 4 der 2 (nicht dargestellt), resultierend in einem zweiten Regelungsmechanismus, mit dem über zusätzliche oder geringere fossile THG-Emissionen ebenfalls ein Gleichgewicht zwischen Entnahmen atmosphärischer CO₂-Äquivalente aus der Erdatmosphäre und Emissionen fossiler CO₂-Äquivalente in die Erdatmosphäre hergestellt werden kann, d. h., der effektive Gesamtbestand an CO₂-Äquivalenten in der Erdatmosphäre (89) verändert sich nicht, sein ex post-Zustand ist so wie sein ex ante-Zustand.
Im Verfahrensschritt 5 (84) wird ermittelt, welche Menge an fossilen CO₂-Äquivalenten (85) im Verfahrensschritt 4 zusätzlich in die Erdatmosphäre entlassen wurden. Diese Ermittlung erfolgt auf der Basis der im Verfahrensschritt 4 eingesetzten Energiemengen der jeweiligen Kraftstoffe (gemessen als unterer Heizwert Hi), die mit deren kraftstoffspezifischen LCA-Treibhausgasbelastungen multipliziert werden. Diese Berechnungsweise geht über die herkömmliche stöchiometrische Ermittlung der CO₂-Mengen hinaus, denn es finden zusätzlich auch die THG-Belastungen der Förderung, des Transports, der Lagerung und der Konversion der Einsatzstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle, Erdölbegleitgase etc.) Berücksichtigung, sowie die THG-Belastungen der Distribution und der Abgabe der fossilen Kraftstoffe.
Es ist naheliegend, dass die Berechnung der THG-Effekte nicht auf der Basis von CO₂-Äquivalenten vorgenommen wird, sondern auch auf der Basis von Kohlenstoff-Äquivalenten oder auf der Basis von anderen Treibhausgasen. Diese weiteren Formen der Berechnung der THG-Effekte sollen deshalb ebenfalls geschützt sein.
Die 3 zeigt, dass und wie die der Atmosphäre dauerhaft entzogene Nettomenge an atmosphärischen CO₂-Äquivalenten (17) mit den zusätzlich in die Erdatmosphäre entlassenen fossilen CO₂-Äquivalenten (85) einander gegenüber gestellt werden.
Im Verfahrensschritt 6 (Bezugszeichen 86) werden diese beiden CO₂-Äquivalenzmengen (17) und (85) miteinander verrechnet. Ergebnis ist ein Über- oder ein Untergewicht der atmosphärischen CO₂-Äquivalenzmenge (17).
Über die Entscheidungsweiche mit der Abfrage „85 + 17 = 0 ?” (87) wird das weitere Vorgehen festgelegt. Um zu absolut THG-freien Kraftstoffen zu kommen, müssen die absoluten Werte der negative CO₂-Äquivalenzmenge (17) und der positiven CO₂-Äquivalenzmenge (85) gleich groß sein. Für den Fall, dass sie es nicht sind (Antwort „nein”), erfolgt der Übergang zu Verfahrensschritt 7 (88). Für den Fall dass sie es sind, erfolgt der Übergang zu Verfahrensschritt 8 (89).
Im Verfahrensschritt 7 (Bezugszeichen 88) wird im Fall eines Untergewichts der Entnahmemenge an atmosphärischem CO₂ über einen entsprechenden Rückkopplungsmechanismus zum Verfahrensschritt 2 (siehe Erläuterungen zu Verfahrensschritt 2) mittels Erhöhung der laufenden unterirdischen Endlagerung von Biomasse (Verfahrensschritt 2) ein neues Gleichgewicht geschaffen, so dass der Absolutwert der regulierten Entnahmemenge an atmosphärischen CO₂-Äquivalenten (17) genauso groß ist wie der Absolutwert der von Kraftfahrzeugen ausgestoßene Menge an fossilen CO₂-Äquivalenten (85) und die Addition der beiden LCA-CO₂-Äquivalenzmengen (vgl. Abfrage 87) den Wert null ergibt.
Im Fall eines Übergewichts der Entnahmemenge an atmosphärischem CO₂ (17) wird das neue Gleichgewicht über den selben Rückkopplungsmechanismus herbeigeführt und zwar mittels einer Reduzierung der laufenden unterirdischen Endlagerung von Biomasse (Verfahrensschritt 2), d. h., die einzulagernden Biomassemengen werden so lange reduziert, bis der Absolutwert der regulierten Entnahmemenge an atmosphärischen CO₂-Äquivalenten (17) genauso groß ist wie der Absolutwert der von Kraftfahrzeugen ausgestoßene Menge an fossilen CO₂-Äquivalenten (85) und die Addition der beiden LCA-CO₂-Äquivalenzmengen (vgl. Abfrage 87) den Wert null ergibt.
Im Verfahrensschritt 8 (Bezugszeichen 89) werden die gemäß Verfahrensschritt 7 austarierten atmosphärischen Kohlenstoff(dioxyd)entnahmen aus der Atmosphäre und die fossilen Kohlenstoff(dioxyd)emissionen in die Atmosphäre zu einer Kohlenstoff-(dioxyd)-, Treibhausgas- oder Kohlenstoffgesamtbilanz zusammengefasst. Da die Absolutwerte dieser beiden Kohlenstoffmengen als auch die Absolutwerte der beiden Kohlenstoff(dioxyd)mengen als auch die Absolutwerte der beiden Treibhausgaseffekte aufgrund der Austarierung gleich groß ausfallen, haben diese Gesamtbilanzen nach einer Austarierung gemäß Verfahrensschritt 7 immer den Wert null. Ergebnis des Verfahrensschrittes 8 ist also ein unveränderter Bestand an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre (Bezugszeichen 90).
Es ist naheliegend, dass die Berechnung des Gleichgewichts nicht auf der Basis von CO₂-Äquivalenten vorgenommen wird, sondern auf der Basis von Kohlenstoff-Äquivalenten oder auf der Basis anderer Treibhausgase. Diese weiteren Formen der Herbeiführung eines Gleichgewichts der gesamten THG-Bilanz sollen deshalb auch geschützt sein.
Weiterhin ist es naheliegend, dass die Herbeiführung des Gleichgewichts nicht über die Anpassung der Entnahme atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Atmosphäre erfolgt, sondern über die Anpassung der (zusätzlichen) Emission fossilen Kohlenstoffs in die Erdatmosphäre z. B. mittels zusätzlicher Oxydation fossilen Kohlenstoffs mit Luftsauerstoff in zusätzlichen Verbrennungsmotoren.
In 4 stellen die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 die aus der 1 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Diese Photosyntheseprodukte werden mit vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100a) geerntet, d. h. in der Regel wird der oberirdische Teil der Pflanze von ihrem unterirdischen Teil abgetrennt. Zum Einsatz kommen dabei bei hier beschriebenen Einsatzstoff Holz Einrichtungen/Anlagen wie z. B. Sägen (100a), im Fall von sogenannten Kurzumtrieben (KUB) spezielle KUB-Mäh-/Schneidemaschinen mit verstärktem Schneidwerk (100a) und meist auch mit verstärktem Häckselwerk (100a). Produkt des Systemmoduls 1 ist die abgeerntete pflanzliche Biomasse (Bezugszeichen 101), im Einsatzstofffall Holz z. B. die abgesägten Baumstämme (101a) und das abgeschnittene Restholz (Äste, Zweige, Rinde, Blätter, jeweils mit dem Bezugszeichen 101a). Im speziellen Fall von Kurzumtriebplantagen stellen die abgeschnittenen und bei dem Erntevorgang auf übliche Holzhäckselgröße klein gehäckselten Kurzumtriebe das Produkt (105a) dar, d. h., in diesem speziellen Fall sind die Einrichtungen des Moduls 1 und die Einrichtungen der im Folgenden beschriebenen Module 2 und 3 zu einer Anlage integriert, nämlich zu einem KUB-Schneidehäcksler (100a + 104a).
Bei dem Systemmodul 2 handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen (102) zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der abgetrennten pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Beim Einsatzstoff Holz (101a) sind das z. B. mit Traktoren oder Pferde betriebene sogenannte Rückvorrichtungen (102a) oder sogenannte Holzharvester (mobile Anlagen zum Abtrennen des Baumstamms vom Wurzelwerk, zum Entasten des Baumstamms, zum Zersägen des Stammes auf bestimmte Längen und zum Ablegen der zurechtgeschnittenen Stämme in Haufwerken, ggf. auch zum Ablegen dieser Stämme in einer on-board-Transportvorrichtung des Harvesters; Bezugszeichen 102a). Diese Einrichtungen (102a) häufen die abgetrennte Biomasse zu Biomasse-Haufwerken (103) an, z. B. zu einem Langholzstapel (103a), zu einem Restholzhaufen (103a) oder zu einem Rindenhaufen (103a), meist an Stellen im Wald, die gut mit Fahrzeugen zu erreichen sind, wie zum Beispiel an Waldwegen. Produkt des Systemmoduls 2 ist also ein Haufwerk abgeernteter Biomasse (Bezugszeichen 103), im Fall von Holz z. B. der Langholzstapel (103a), das Restholzhaufwerk (103a) und das Rindenhaufwerk (103a).
Im Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt, im Fall von Holz z. B. Spaltwerkzeug (Beile und Keile) mit dem Bezugszeichen 104a, Sägen (104a), Einrichtung zur Erzeugung von Holzhackschnitzel (Häckselwerke) (104a), spezielle Holzhäcksler (104a), spezielle Kurzumtriebs-Erntemaschinen mit integrierten Häckselwerken (104a), Holzmühlen (104a), Hammermühlen (104a), Kugelmühlen (104a), Shredder (104a) und Pyrolyseeinrichtungen (104a). Diese Einrichtungen (104) zerkleinern die geerntete Biomasse (101) oder die aggregierte Biomasse (103) so weit, dass sie gut zu transportieren und – falls erforderlich – gut zu verteilen ist (s. u.). Beim Einsatzstoff Holz ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105a) dabei die von Holzhackschnitzeln (Schnitzeldurchmesser 2 bis 8 cm). Holz kann jedoch auch zu einem sogenannten Pyrolyseöl (Slurry; Bezugszeichen 105a), zu Sägespänen (105a) oder zu Holzmehl (105a) zerkleinert werden. Produkt der Einrichtungen des Moduls 3 ist also zerkleinerte Biomasse (105).
Es ist möglich, dass die Einrichtungen des Systemmoduls 3 in speziellen Fällen wie z. B. im Fall von Langholz zunächst nicht zum Einsatz kommen. Das Langholz wird dann erst an einem Sammelort, am Deponieort oder überhaupt nicht zerkleinert.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern und zu transportieren. Im Fall von Holz sind das z. B. Behälter für Holzhackschnitzel wie Container (105a), Traktor-Anhänger (105a), Lkw mit eigener Ladefläche (105a), Lkw-Anhänger (105a), Lkw-Sattelauflieger (105a), umfunktionierte Mistwagen (105a), Bahngüterwaggons (105a), Massenguffrachter (105a) und Schuten (105a). Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist in der Regel transportfertige zerkleinerte Biomasse (107).
Möglich ist auch der Transport von (unzerkleinertem) Langholz in Rungenwagen und Rungenwaggons, die entsprechend von Lkw, Traktoren oder im Fall des Bahntransports von Lokomotiven gezogen werden. Langholz kann natürlich auch von Schiffen und Schuten transportiert werden. Produkt des Systemmoduls 4 ist dann transportfertiges Langholz.
Die transportfertige zerkleinerte Biomasse (107) wird mit vorbekannten Transporteinrichtungen/-mitteln des Systemmoduls 5 (Bezugszeichen 108) vom Ort der Zerkleinerung zum Ort der Endlagerung transportiert. Bei diesen Transportmitteln (108) handelt es sich z. B. um von Lkw oder Traktoren gezogene Behälter, Container, mobile Tanks, Lkw mit eigener Ladefläche, Lkw mit Anhängern, Traktoren mit einem oder mehreren Anhängern, Lkw-Sattelaufliegern, Förderbändern, Schiffen, Schuten und ggf. auch um Rohrleitungssysteme und Pipelines. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Holz z. B. zum Endlagerungsort transportierte(s) Holzhackschnitzel (109a), Holzmehl (109a), Sägemehl (109a), Holzspäne (109a), Restholz (109a) oder Langholz (109a).
Die per Photosynthese erzeugte Biomasse kann nach der Ernte und vor dem Transport zum Ort der Endlagerung auch in zwischengeschalteten Verarbeitungsschritten (nicht gezeigt) zu den Produkten Nahrungsmitteln, Futtermitteln oder zu industriell hergestellten Produkten wie z. B. BioEthanol, BioDiesel, Glycerin, BioMethan, Biokerosin, Fischer-Tropsch-Diesel, synthetischer Dieselkraftstoff etc. verarbeitet worden sein. Die bei der Konversion der Biomasse anfallenden Nebenprodukte und Reststoffe (z. B. DDGS, Schlempe, Glycerin, Fermentationsreste) enthalten in der Regel noch erhebliche Anteile atmosphärischen Kohlenstoffs. Diese Nebenprodukte und Reststoffe eignen sich deshalb ebenfalls zur Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre, sie können somit ebenfalls zum Ort der Endlagerung transportiert und dort sequestriert werden und zwar ohne explizit die Einrichtungen der Module 3, 4 und 5 durchlaufen zu haben. Der Durchlauf der Biomasse durch Zerkleinerungseinrichtungen, das Befüllen von Transportbehältern und der Transport dieser Behälter mit geeigneten Transportmitteln zum Ort der Endlagerung erfolgt bei der Verarbeitung zu Nahrungsmittel-, Futtermittel- und anderen stofflichen Produkten innerhalb der entsprechenden industriellen Be- und Verarbeitungsprozesse.
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109) wird entweder mit vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (Bezugszeichen 110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Steppen- oder auf Wüstenböden, in aufgelassenen Tagebauwerken, Aufgelassenen Kieswerken oder Deponien verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (Bezugszeichen 111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der zerkleinerten Biomasse auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von Holz z. B. um Container mit Streuwerken (110a), Traktor-Anhänger mit Streuwerken (110a), Anhänger mit Schubboden (110a), Lkw mit Streuwerken (110a), Lkw-Sattelauflieger mit Streuwerken (110a), Lkw-Sattelauflieger mit Schubboden (110a), Miststreuer (110a), Mistanhänger mit Schubboden (110a) oder Holztransporter mit Holzhäcksler/Holzhäckselwerken (110a). Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist auf oberirdischen Landflächen verteilte Biomasse (112), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse (111) in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens handelt es sich im Fall von Holz z. B. um Lkw-Anhänger (111a), Fahrstühle (111a), Loren (111a), Eisenbahnwaggons (111a), Elevatoren (111a), Förderbänder (111a), Rutschen (111a), Fallrohre (111a), Hebewerke (111a), Kräne (111a) oder Seilzüge (111a). Das Holz wird nach der Einbringung in tiefe unterirische Schichten aus den Transportbehältnissen abgeladen und ggf. zu Haufwerken aufgehäuft. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Holz z. B. endgelagertes Langholz (113a) oder endgelagerte Holzhackschnitzel (113a). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Biomasse (112) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Im Fall von Holz sind das z. B. Pflüge (114a), Eggen (114a), Kultivatoren (114a), Grubber (114a), Bagger (114a), Radlader (114a), Schaufelradbagger (114a), Planierraupen (114a), Kartoffellegemaschinen (114a), Rübenlegemaschinen (114a), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114a), Förderbänder (114a) oder Folienleger (114a) eingesetzt. Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Biomasse (115).
Das die Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Biomasse wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die dabei stattfindenden oxydierenden Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch gar kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Holz als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116a), Planierraupen (116a), Radlader (116a) oder Traktoren (116a) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Holzhackschnitzeln oder Langholz bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Biomasse (117).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Holz als Träger verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
5 stellt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4 dar, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Stroh gespeichert ist. In 5 stellen die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Diese Photosyntheseprodukte werden mit den vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) geerntet, d. h. in der Regel wird der oberirdische Teil der Pflanze von ihrem unterirdischen Teil abgetrennt. Zum Einsatz kommen dabei im hier beschriebenen Fall von Stroh Einrichtungen/Anlagen wie z. B. Mähwerke zum Mähen von Getreide (Weizen, Roggen, Gerste, Triticale, Hafer, Mais, Dinkel) mit dem Bezugszeichen 100b. Produkt des Systemmoduls 1 ist die abgeerntete pflanzliche Biomasse (101), im Fall von Stroh z. B. der abgeschnittene und um die Pflanzenfrucht (Getreidekorn) entledigte Getreidepflanzenrest (101b).
In der Regel sind die Mähwerke (100b) in mobilen Mähdreschern integriert, die wie die Bezeichnung schon sagt, Getreide mit einer integrierten mobilen Einrichtung in einem Arbeitsgang mähen und dreschen. Meist weisen die mobilen Mähdrescher auch ein Häckselwerk auf, das je nach Bedarf ab- und angeschaltet werden kann. Wenn die Einlagerung des Strohs in dem Erdboden vor Ort erfolgen soll – also auf den landwirtschaftlichen Flächen, auf denen es aufgewachsen ist – wird das Häckselwerk des Mähdreschers angeschaltet. Das Stroh wird dann in 2 bis 10 cm lange Strohstücke gehäckselt und als Häckselwolke hinter dem Mähdrescher verteilt. Wenn die unterirdische Einlagerung des Strohs an einem anderen Ort erfolgen soll – also auf einer anderen Fläche als der landwirtschaftlichen Flächen, auf denen es aufgewachsen ist – wird das Häckselwerk des Mähdreschers ausgeschaltet und das Stroh ohne weitere Zerkleinerung hinter dem Mähdrescher als Schwad abgelegt.
Die Anhäufungseinrichtung des Moduls 2 (102b) ist in diesem Fall ebenfalls in den Mähdrescher integriert. Im Fall von Stroh stellt das Produkt des Moduls 1 entweder bereits oberirdisch auf landwirtschaftlichen Flächen verteilte Strohhäcksel dar (Bezugszeichen 112b) oder leicht aggregierte Biomasse (Bezugszeichen 103b) in Form eines Strohschwads.
Bei dem Modul 2 handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen (102) zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der abgetrennten pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Im Fall von Stroh (101b) sind das z. B. in mobile Mähdrescher integrierte Schwadlegevorrichtungen (102b). Diese Einrichtungen häufen die abgetrennte Biomasse zu Biomasse-Haufwerken (103) an, z. B. zu einem Strohschwad (103b). Im hier beschriebenen Fall von Stroh als Träger atmosphärischen Kohlenstoffs kommen in der Regel weitere Einrichtungen zum Zusammenballen des Strohs zum Einsatz und zwar mobile, von Traktoren gezogene Strohpressen (102b), die den Strohschwad aufnehmen und zu Quader- oder Rund-ballen pressen. Produkt des Systemmoduls 2 ist also ein Haufwerk abgeernteter pflanzlicher Biomasse (Bezugszeichen 103), im Fall von Stroh z. B. auf dem Stoppelfeld verteilte Reihen von Strohballen (103b).
Die auf dem Feld verteilten Strohballen können in einer weiteren Aggregationsstufe zu sogenannten Strohdiemen (103b) zusammengetragen werden. Dafür kommen weitere Einrichtungen des Moduls 2 (102) zum Einsatz, als Sammel- und Ladevorrichtungen z. B. spezielle, von Traktoren gezogene Strohsammelwagen (102b), spezielle Radlader mit Strohballengreifern (102b), Traktoren mit Frontladern (102b), sogenannte Manitou-Teleskopstapler (102b) oder Gabelstapler (102b) und als Transportmittel die speziellen, von Traktoren gezogenen Strohsammelwagen (108b), von Traktoren gezogene Anhänger (108b), Lkw mit eigener Ladefläche (108b), Lkw mit Anhänger (108b) und von Traktoren oder Lkw gezogene Tieflader (108b). Die Strohballen werden mit den Sammel- und Ladevorrichtungen auf den Transportmitteln verladen und mit diesen entweder zum Feldrand transportiert oder zu einem zentralen Lagerplatz. Dort werden die Strohdiemen (103b) mit den vorgenannten Ladevorrichtungen dezentral oder zentral errichtet. Das zu Strohdiemen aggregierte Stroh (103b) dient bis zum Abtransport bzw. bis zur weiteren Verwendung des Strohs als Zwischenlager.
Im Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt, im Fall von Stroh z. B. Strohhäcksler (104b), Strohmühlen (104b), Hammermühlen (104b), Kugelmühlen (104b) und Pyrolyseeinrichtungen (104b). Diese Einrichtungen (104) zerkleinern die Biomassen (101 oder 103) so weit, dass sie gut zu transportieren und – falls erforderlich – auf den ausgewählten (landwirtschaftlichen) Flächen gut zu verteilen sind (s. u.). Im hier beschriebenen Fall von Stroh als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann eine Zerkleinerung unterbleiben, wenn das Stroh in Ballenform unterirdisch eingelagert werden soll, z. B. in unterirdischen Stollen, Kavernen, aufgelassenen Bergwerken, Tunneln, Kellern, etc. Wenn Stroh aber als Humusbildner in den Ackerboden eingelagert werden soll, ist eine Zerkleinerung zu aufgelösten Strohballen (105b), zu Strohhäcksel (105b), zu Strohmehl (105b) oder zu Pyrolyseöl (Stroh-Slurry) (105b) vorteilhaft. Die Zerkleinerung ist erforderlich, da sich zerkleinertes Stroh i. d. R. besser im Erdboden einlagern lässt als unzerkleinertes, z. B. durch Unterpflügen.
Bei Stroh ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105) im Fall von aufgelösten Strohballen die Strohhalmlänge, üblicherweise 10 cm bis 50 cm. Im Fall von Strohhäckseln ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105) die übliche Häcksellänge 2 bis 10 cm. Da Strohhäckseln (105b) eine sehr geringe Dichte aufweisen und deshalb relativ transportunwürdig sind, erfolgt das Häckseln des Strohs meist am Ort der Einlagerung in den Boden. Im Fall von Strohmehl ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105) 0,1 mm bis 30,0 mm. Wenn Stroh jedoch mittels Pyrolysevorrichtungen zerkleinert wird, ändert sich sein Aggregatszustand, aus dem festen Stroh wird ein zähflüssiger Brei (Slurry). Produkt der Einrichtungen des Moduls 3 ist also zerkleinerte Biomasse (105), im Fall von Stroh aufgelöste Strohballen (105b), Strohhäcksel (105b), Strohmehl oder Stroh-Slurry (105b).
Es ist möglich, dass die Einrichtungen des Systemmoduls 3 in speziellen Fällen wie z. B. im Fall von Stroh, das am Ort seines Aufwuchses endgelagert werden soll, ohne vorherige Zusammenballung des Strohs zum Einsatz kommen (siehe Erläuterungen zum Systemmodul 1). Das Stroh wird in diesem Fall bereits unmittelbar nach der Mahd und dem Drusch im mobilen Mähdrescher mit einer integrierten Häckselvorrichtung zu Strohhäcksel zerkleinert und auf dem Feld verteilt.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern und zu transportieren. Wenn das Stroh zu Strohmehl (105b) mit einem üblichen Strohpartikeldurchmesser von 0,1 bis 30,0 mm zerkleinert wird, können als Transportmittel Traktor-gezogene Tank-Anhänger (106b), Lkw-Tankwagen (106b), Tankschiffe (106b), Tankschuten (106b) und Tankwaggons (106b) zum Einsatz kommen und zwar solche, wie sie auch für den Transport von Gülle, Zement, Getreidemehl, Holzpellets und Futtermittel eingesetzt werden. Da Strohhäcksel aufgrund ihrer geringen Dichte eine geringe Transportwürdigkeit aufweisen und auch die weitere Zerkleinerung zum dichteren Strohmehl mit gravierenden Nachteilen verbunden ist (hoher Energieaufwand, hoher Kapitaleinsatz, hoher Anlagenverschleiß), wird Stroh üblicherweise in Gallenform transportiert und zwar entweder als Quaderballen oder als Rundballen. Die Ballen weisen eine deutlich höhere Dichte auf als Strohhäcksel, entsprechend ist auch die Transportwürdigkeit größer. In diesem Fall kommen als Transportbehälter z. B. von Traktoren gezogene Strohsammelwagen (106b), Traktor-Anhänger (106b), Container (106b), Lkw mit eigener Ladefläche (106b), Lkw-Anhänger (106b), Lkw-Sattelauflieger (106b), Tieflader (106b), umfunktionierte Mistwagen (106b), Massengutfrachtschiffe (106b), Schuten (106b) und Bahngüterwaggons (106b) in Frage. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige zerkleinerte Biomasse (107).
Die transportfertige zerkleinerte Biomasse (107) wird mit den vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5 (Bezugszeichen 108) vom Ort der Zerkleinerung zum Ort der Endlagerung transportiert. Im hier beschriebenen Fall von Stroh als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs gibt es mehrere Transportoptionen (107b): einerseits unzerkleinert in Form von Strohballen und andererseits zerkleinert zu Strohhäcksel, zu Strohmehl oder zu Stroh-Slurry.
Für den Transport von Stroh in Ballenform eignen sich insbesondere von Traktoren gezogene Strohsammelwagen (108b), Traktor-Anhänger (108b), Lkw mit eigener Ladefläche (108b), Lkw-Anhänger (108b), Lkw-Sattelauflieger (108b), Tieflader (108b), umfunktionierte Mistwagen (108b), Massengutfrachtschiffe (108b), Schuten (108b) und Bahngüterwaggons (108b). Für den Transport von Stroh in Häcksel-, Mehl- und in Slurryform eignen sich insbesondere Lkw-Tankwagen (108b), Tankschiffe (108b), Tankschuten (108b) und Tankwaggons (108b) und zwar insbesondere solche, wie sie auch für den Transport von Zement, Getreidemehl, Holzpellets und Futtermittel eingesetzt werden.
Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Stroh z. B. zum Endlagerungsort transportiertes) Strohhäcksel (109b), Strohballen (109b), Strohmehl (109b) oder Stroh-Slurry (109b).
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109) wird entweder mit vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Steppen- oder auf Wüstenböden verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (Bezugszeichen 111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der zerkleinerten Biomasse auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von Strohhäcksel, Strohmehl, Strohpellets oder Strohslurry z. B. um Container mit Streuwerken (110b), Traktor-Anhänger mit Streuwerken (110b), Anhänger mit Schubböden (110b), Lkw mit Streuwerken (110b), Lkw-Sattelauflieger mit Streuwerken (110b), Lkw-Sattelauflieger mit Schubböden (110b), Miststreuer (110b), Mistanhänger mit Schubböden (110b), Lkw-Tankwagen (110b) oder von Traktoren gezogene Anhänger mit Tanks und mit oder ohne 110b). Wenn das Stroh in Ballenform zum Ort der Endlagerung transportiert wird, kommen als Einrichtungen (110) zur Verteilung der unzerkleinerten Biomasse von Traktoren gezogene Anhänger mit Häckselwerken (110b), von Traktoren gezogene Anhänger mit Streuwerken (110b), von Traktoren gezogene Mistanhänger mit Streuwerken (110b), Lkw mit Streuwerken (110b) in Frage.
Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist im Fall von Stroh auf oberirdischen Landflächen verteilte Stroh-Biomasse (112b), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens (111) handelt es sich im Fall von Stroh z. B. um Lkw-Anhänger (111b), mobiler Tanks (111b) mit Anschluss zum Umpumpen/Umfüllen in Tiefengestein (z. B. Kavernen/aufgelassene Bergwerke/Erdöllagerstätten/Erdgaslagerstätten), Fahrstühle (111b), Elevatoren (111b), Förderbänder (111b), Rutschen (111b), Fallrohre (111b), Hebewerke (111b), Kräne (111b), Seilzüge (111b), Rohre (111b) oder Pipelines (111b). Das Stroh, das die Form von Strohballen, Strohhäcksel, Strohmehl oder Strohslurry haben kann, wird nach der Einbringung in tiefe unterirische Schichten aus den Transportbehältnissen entgeladen und ggf. zu Haufwerken aufgehäuft. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Stroh z. B. endgelagerte Strohballen (113b), endgelagerte Strohhäcksel (113b), endgelagertes Strohmehl (113b) oder endgelagerter Stroh-Slurry (113b). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Biomasse (112) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden im Fall von Stroh als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs geeignete Einrichtungen eingesetzt z. B. Pflüge (114b), Eggen (114b), Kultivatoren (114b), Grubber (114b), Kartoffellegemaschinen (114b), Rübenlegemaschinen (114b), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114b), Förderbänder (114b) oder Folienleger (114b) und zwar unabhängig davon, ob das Stroh in Form von Strohhäcksel, in Form von Strohmehl oder in Form von Strohslurry ausgebracht bzw. verteilt wurde. Wenn das Stroh in Form von Slurry ausgebracht wurde, eignen sich zudem Tankwagen mit Schleppschläuchen (114b) und zwar sowohl selbstfahrende (Lkw-)Tankwagen (114b) als auch von Traktoren gezogene Tankwagenanhänger (114b). Wenn das Stroh in Form von Strohballen oder in Form von aufgelösten Strohballen auf den Flächen verteilt wurde, kommen insbesondere Bagger (114b), Radlader (114b), Schaufelradbagger (114b) und Planierraupen (114b) als Einrichtung zur Bedeckung mit Erdreich in Frage.
Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse (112) mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Stroh-Biomasse (115b). Das die Stroh-Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Stroh-Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Biomasse durch den aeroben Oxydationsprozess der Verrottung wenigstens zum Teil in Humus umwandelt, denn ein Teil des (atmosphärischen) Kohlenstoffs verbindet sich mit Luftsauerstoff zu (atmosphärischem) CO₂. Die Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Atmosphäre, sie haben jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114b) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Stroh als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116b), Planierraupen (116b) Radlader (116b) oder Traktoren (116b) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Strohhäcksel, Strohballen, aufgelösten Strohballen, Strohmehl oder Stroh-Slurry bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder in Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Stroh-Biomasse (117b).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße systematische Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Stroh als Träger verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
6 zeigt eine Ausführungsvariante der Anlagenkombination aus 4, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Gras gespeichert ist. In 6 stellen die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Zum Einsatz kommen dabei im hier beschriebenen Fall von Gras als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) wie z. B. übliche von Traktoren gezogene oder geschobene Gras-Mähwerke (100c). D. h., in der Regel wird der oberirdische Teil der Pflanze von ihrem unterirdischen Teil abgetrennt. Produkt des Systemmoduls 1 ist die abgeerntete pflanzliche Biomasse (Bezugszeichen 101), im Fall von Gras z. B. die abgeschnittenen Grashalme (101c) inklusive der ggf. vorhandenen Grassamen.
Das Gras (101c) wird entweder getrocknet oder in mehr oder weniger nassem Zustand siliert. Wenn das Gras getrocknet werden soll, wird es vom Mähwerk nach dem Mähvorgang als mehr oder weniger lockerer Schwad (103c) auf dem Grasland abgelegt. Dort bleibt es für einen ersten Trocknungsvorgang durch Sonne und Wind eine Weile liegen. Nach der ersten Trocknung wird das Gras für einen zweiten Trocknungsvorgang mittels Sonne und Wind gewendet. Dabei bildet sich ein neuer Schwad (103c). Für das Wenden werden üblicherweise von Traktoren geschobene und/oder gezogene Wendevorrichtungen (102c) eingesetzt. Das Trocknen und Wenden wird solange wiederholt, bis der Restfeuchtegehalt des Grases 16% oder weniger erreicht hat.
Wenn das Gras zu einer Silage verarbeitet werden soll, wird es vom Mähwerk eines mobilen, meist als Selbstfahrer gebauten Mähhäckslers (zugleich 100c und 104c) mit dessen Mähwerk (100c) gemäht und sodann von dessen Häckselwerk (104c) grob gehäckselt. Die Grashäcksel werden auf ein neben dem Mähhäcksler herfahrenden Traktor-Anhänger (106c) oder Lkw (106c) geblasen und nach dessen Füllung abgefahren. Bei Grassilage entfällt damit der separate Einsatz der Vorrichtungen des Moduls 2 (102c) ebenso wie der separate Einsatz der Vorrichtungen der Systemmodule 3 (104c) und 4 (106c). Im Fall von Gras hat das Produkt des Moduls 1 also die zusammengeballte bzw. aggregierte Biomasse (Bezugszeichen 103) die Form von Grasschwaden (103c) oder eine lose, bereits verladene transportfähige Form (107c).
Bei dem Modul 2 handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen (102) zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der abgetrennten pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Im Fall von getrocknetem Gras (101c) als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs wird das auf <= 16% Restfeuchtegehalt getrocknete Gras mit vorbekannten selbstfahrenden oder von Traktoren gezogenen (Stroh-)Pressen (102c) zu Grasballen gepresst und zwar zu Quaderballen (103c) oder zu Rundballen (103c).
Die auf dem Grasland verteilten Grasballen (103c) können in einer weiteren Aggregation zu sogenannten Grasdiemen (103c) zusammengetragen werden. Dafür kommen als weitere Einrichtungen des Moduls 2 Sammel- und Ladevorrichtungen (102c) zum Einsatz z. B. spezielle, von Traktoren gezogene Ballensammelwagen (102c), spezielle Radlader mit Ballengreifern 102c), Traktoren mit Frontlader (102c), sogenannte Manitou-Teleskopstapler (102c) oder Gabelstapler (102c) und als Transportmittel (107) für die weiter zu aggregierende Biomasse spezielle, von Traktoren gezogene Ballensammelwagen (107c), von Traktoren gezogene Anhänger (107c), Lkw mit eigener Ladefläche 107c), Lkw mit Anhänger (107c) und von Traktoren oder von Lkw gezogene Tieflader (107c).
Die Grasballen werden mit den Sammel- und Ladevorrichtungen auf die Transportmittel verladen und mit diesen entweder zum Feldrand transportiert oder zu einem zentralen Lagerplatz. Dort werden mit den vorgenannten Ladevorrichtungen aus Quaderballen Grasdiemen (107c) oder aus Rundballen übereinander gestapelte Rundballen-Reihen (107c) dezentral oder zentral errichtet. Die Grasdiemen bzw. die Rundballen-Reihen dienen bis zum Abtransport bzw. bis zur weiteren Verwendung des Grases als Zwischenlager.
Im Fall von getrocknetem Gras hat das Produkt des Systemmoduls 2, nämlich die aggregierte Biomasse (Bezugszeichen 103), die Form von Grasballen (103c), die am Rand des Graslands oder an einem zentralen Ort lagern und zwar üblicherweise in Form eines Grasdiemens (107c) oder in Form von Rundballenreihen (107c), wobei die Rundballen üblicherweise mehr oder weniger luftdicht in Folie eingepackt sind.
Im Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt, im Fall von Gras z. B. (Stroh-)Häcksler (104c), (Stroh-)Mühlen (104c), Hammermühlen (104c), Kugelmühlen (104c) und Pyrolyseeinrichtungen (104c). Diese Einrichtungen (104) zerkleinern die (aggregierte) Biomasse (103) so weit, dass sie gut zu transportieren und – falls erforderlich – gut zu verteilen ist (s. u.). Im hier beschriebenen Fall von Gras als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann eine Zerkleinerung unterbleiben, wenn das Gras in Ballenform unterirdisch eingelagert wird, z. B. in unterirdischen Stollen, Kavernen, aufgelassenen Bergwerken, Deponien, Kellern, Tunneln, etc. Wenn Gras aber als Humusbildner in Ackerboden eingelagert werden soll, ist eine Zerkleinerung zu aufgelösten Grasballen (105c), zu Grashäcksel (105c), zu Grasmehl (105c) oder zu Pyrolyseöl (Gras-Slurry, Bezugszeichen 105c) vorteilhaft. Die Zerkleinerung ist erforderlich, da sich zerkleinertes Gras i. d. R. besser im Erdboden einlagern lässt als unzerkleinertes, z. B. durch Unterpflügen.
Bei Gras ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105) im Fall von aufgelösten Grasballen die Grashalmlänge, üblicherweise 10 cm bis 50 cm. Im Fall von Grashäcksel ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105c) die übliche Häcksellänge 2 bis 10 cm. Da Grashäckseln eine sehr geringe Dichte aufweisen und deshalb relativ transportunwürdig sind, erfolgt das Häckseln des Grases meist am Ort der Einlagerung in den Boden. Im Fall von Grasmehl ist die typische Größe der zerkleinerten Biomasseteile (105c) 0,1 mm bis 30,0 mm. Wenn Gras jedoch mittels Pyrolysevorrichtungen zerkleinert wird, ändert sich sein Aggregatszustand, aus dem festen Gras wird ein zähflüssiger Brei (Slurry; Bezugszeichen 105c). Produkt der Einrichtungen des Moduls 3 (104) ist also zerkleinerte Biomasse (105), im Fall von Gras aufgelöste Grasballen (105c), Grashäcksel (105c), Grasmehl (105c) oder Gras-Slurry (105c).
Es ist möglich, dass in speziellen Fallen wie z. B. im Fall von Gras die von den Einrichtungen des Systemmoduls 3 verarbeitete Biomasse (105) in der Nähe des Ortes ihres Aufwuchses endgelagert werden soll. In diesem Fall kommen die Vorrichtungen des Moduls 3 ohne vorherige Zusammenballung/Aggregation zum Einsatz (siehe Erläuterungen zum Systemmodul 1). Das Gras wird in diesem Fall bereits unmittelbar nach der Mahd im mobilen Mähhäcksler mit einer integrierten Häckselvorrichtung zu Grashäcksel zerkleinert und auf einen geeigneten Transportbehälter verladen (s. o.).
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern und zu transportieren. Wenn getrocknetes Gras zu Grasmehl (105c) mit einem üblichen Graspartikeldurchmesser von 0,1 bis 30,0 mm zerkleinert wird, können als Transportmittel (108) z. B. Lkw-Tankwagen (108c), Tankschiffe (108c), Tankschuten (108c) und Tankwaggons (108c) zum Einsatz kommen und zwar solche, wie sie auch für den Transport von Zement, Getreidemehl, Holzpellets und Futtermittel eingesetzt werden. Da Grashäcksel aufgrund ihrer geringen Dichte eine geringe Transportwürdigkeit aufweisen und auch die weitere Zerkleinerung zum dichteren Grasmehl mit gravierenden Nachteilen verbunden ist (hoher Energieaufwand, hoher Kapitaleinsatz, hoher Anlagenverschleiß), wird Gras üblicherweise in Ballenform transportiert und zwar entweder als Quaderballen oder als Rundballen. Die Ballen weisen eine deutlich höhere Dichte auf als Grashäcksel, entsprechend ist auch die Transportwürdigkeit größer. In diesem Fall kommen als Transportbehälter (106) z. B. von Traktoren gezogene Ballensammelwagen (106c), Container (106c), Traktor-Anhänger (106c), Lkw mit eigener Ladefläche (106c), Lkw-Anhänger (106c), Lkw-Sattelauflieger (106c), Tieflader (106c), umfunktionierte Mistwagen (106c), Massengutfrachtschiffe (106c), Schuten (106c) und Bahngüterwaggons (106c) in Frage. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige Biomasse (107).
Die transportfertige zerkleinerte Biomasse (107) wird mit den vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5, (Bezugszeichen 108) vom Ort der Zerkleinerung zum Ort der Endlagerung transportiert. Im hier beschriebenen Fall von Gras als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs gibt es mehrere Transportoptionen: einerseits unzerkleinert in Form von Grasballen und andererseits zerkleinert zu Grashäcksel, zerkleinert zu Grasmehl oder zerkleinert zu Gras-Slurry.
Für den Transport von Gras in Ballenform eignen sich insbesondere als Transportmittel von Traktoren gezogene Ballensammelwagen (108c), Traktor-Anhänger (108c), Container (108c), Lkw mit eigener Ladefläche (108c), Lkw-Anhänger (108c), Lkw-Sattelauflieger (108c), Tieflader (108c), umfunktionierte Mistwagen (108c), Massengutfrachtschiffe (108c), Schuten (108c) und Bahngüterwaggons (108c). Für den Transport von Gras in Häcksel-, Mehl- und Slurryform eignen sich insbesondere Container (108c), Lkw-Tankwagen (108c), Tankschiffe (108c), Tankschuten (108c) und Tankwaggons (108c) und zwar insbesondere solche, wie sie auch für den Transport von Zement, Getreidemehl, Holzpellets und Futtermittel eingesetzt werden.
Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 (108) ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Gras z. B. zum Endlagerungsort transportierte(s) Grashäcksel (109c), Grasballen (109c), Grasmehl (109c) oder Gras-Slurry (109c).
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109) wird entweder mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Steppen- oder auf Wüstenböden oder in aufgelassenen Tagebau-Bergwerken, Kiesgruben, Deponien etc. verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der zerkleinerten Biomasse auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von Grashäcksel, Grasmehl oder Gras-Slurry z. B. um Container mit Streuwerken (110c), Traktor-Anhänger mit Streuwerk (110c), Anhänger mit Schubboden (110c), Lkw mit Streuwerk 8110c), Lkw-Sattelauflieger mit Streuwerk (110c), Lkw-Sattelauflieger mit Schubboden (110c), Miststreuer (110c), Mistanhänger mit Schubboden (110c), Lkw-Tankwagen (110c) oder von Traktoren gezogene Anhänger (110c) mit Tanks und mit oder ohne Schleppschläuchen. Wenn das Gras in Ballenform zum Ort der Endlagerung transportiert wird, kommen als Einrichtungen zur Verteilung der unzerkleinerten Biomasse von Traktoren gezogene Anhänger mit Häckselwerken (110c), von Traktoren gezogene Anhänger mit Streuwerken (110c), von Traktoren gezogene Mistanhänger mit Streuwerken (110c) und Lkw mit Streuwerken (110c) in Frage.
Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist im Fall von Gras auf oberirdischen Landflächen verteilte Gras-Biomasse (112c), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens (111) handelt es sich im hier beschriebenen Fall von Grasballen z. B. um Lkw-Anhänger (111c), Fahrstühle (111c), Elevatoren (111c), Förderbänder (111c), Rutschen (111c), Fallrohre (111c), Hebewerke (111c), Kräne (111c), Seilzüge (111c), Rohre (111c) oder Pipelines (111c). Wenn das Gras die Form von Grashäcksel, Grasmehl oder Gras-Slurry hat, können auch mobile Tanks (111c) mit Anschluss zum Umpumpen/Umfüllen in Tiefengestein (z. B. in Kavernen/in aufgelassene Bergwerke/in Erdöllagerstätten/in Erdgaslagerstätten) zum Einsatz kommen.
Das Gras wird nach der Einbringung in tiefe unterirische Schichten aus den Transportbehältnissen (106c) entladen und ggf. zu Haufwerken aufgehäuft. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Gras z. B. endgelagerte Grasballen (113c), endgelagerte Grashäcksel (113c), endgelagertes Grasmehl (113c) oder endgelagerter Gras-Slurry (113c). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Biomasse (112) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden im Fall von Gras als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs z. B. Pflüge (114c), Eggen (114c), Kultivatoren (114c), Grubber (114c), Kartoffellegemaschinen (114c), Rübenlegemaschinen (114c), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114c), Förderbänder (114c) oder Folienleger (114c) eingesetzt und zwar unabhängig davon, ob das Gras in Form von Grashäcksel, in Form von Grasmehl oder in Form von Gras-Slurry ausgebracht wurde. Wenn das Gras in Form von Slurry ausgebracht wurde, eignen sich zudem Tankwagen mit Schleppschläuchen (114c) und zwar sowohl selbstfahrende (Lkw-)Tankwagen (114c) als auch von Traktoren gezogene Tankwagenanhänger (114c).
Wenn das Gras in Form von Grasballen oder in Form von aufgelösten Grasballen auf den Flächen verteilt wurde, kommen insbesondere Bagger (114c), Radlader (114c), Schaufelradbagger (114c) und Planierraupen (114c) als Einrichtung zur Bedeckung mit Erdreich in Frage.
Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Gras-Biomasse (115c). Das die Gras-Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Gras-Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Gras-Biomasse durch den aeroben Prozess der Verrottung wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114c) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Gras-Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Gras als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116c), Radlader (116c), Planierraupen (116c) oder Traktoren (116c) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Grashäcksel, Grasballen, aufgelösten Grasballen, Grasmehl oder Gras-Slurry bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Gras-Biomasse (117c).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße systematische Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Gras als Träger verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
7 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Rüben und Knollenfrüchten wie z. B. Kartoffeln gespeichert ist. In 7 stellen die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Diese Photosyntheseprodukte werden mit den vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) geerntet, d. h. in der Regel wird der unterirdische Teil der Pflanze von ihrem oberirdischen Teil abgetrennt. Zum Einsatz kommen im hier beschriebenen Fall von Rüben und Knollenfrüchten vorbekannte Einrichtungen/Anlagen wie z. B. übliche Rübenernte- oder Kartoffelerntemaschinen (Bezugszeichen 100d). Produkt des Systemmoduls 1 ist die geerntete pflanzliche Biomasse (Bezugszeichen 101), im Fall von Rüben und Knollenfrüchten eben die geernteten Rüben (101d), Knollen (101d) und Kartoffeln (101d).
Rüben und Knollenfrüchte können wie in 7 dargestellt bereits während des Erntevorgangs aggregiert bzw. in einen Transportbehälter gefüllt werden, oft werden sie dazu auf ein neben der Erntemaschine herfahrenden Traktor-Anhänger oder Lkw gefördert und nach deren Befüllung mit diesen abgefahren. Damit entfällt der separate Einsatz der Vorrichtungen des Moduls 2 (102d) ebenso wie der separate Einsatz der Vorrichtungen des Systemmoduls 3 (104d) und des Systemmoduls 4 (106d). Produkt des Moduls 1 ist in diesem Fall die transportfertige Biomasse (107d), also transportfertige Rüben (107d), transportfertige Kartoffeln (107d) oder sonstige transportfertige Knollenfrüchte (107d). Alternativ werden die von den Erntemaschinen in Traktor-Anhänger oder Lkw geförderten Rüben oder Knollenfrüchte auch am Feldrand zwischengelagert. Im Fall von Rüben und Knollenfrüchten ist das Produkt des Moduls 1 also wie in 7 dargestellt Biomasse in Form loser, bereits verladener Haufwerke (107d) oder (wie nicht gezeigt) in Form von oder in Form von am Feldrand aufgehäuften Mieten oder Haufwerken (103d).
Bei dem in 7 nicht gezeigten Modul 2 handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen (102) zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der abgetrennten pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Im Fall von Rüben und Knollenfrüchten (101d) als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs wird das Zusammenballen/Zusammenschütten/Aufkonzentrieren/Aggregieren zu einem Haufwerk i. d. R. bereits von Vorrichtungen vorgenommen, die in die Vorrichtungen des Moduls 1 integriert sind. Die Rüben und Knollenfrüchte werden von den eingesetzten Rüben- und Kartoffelerntemaschinen nicht nur aus dem Erdreich hochgeholt, sondern auch von anhaftendem Erdreich gesäubert und in einen Transportbehälter (106d) gefördert. Oft kommen im hier beschriebenen Fall von Rüben und Knollenfrüchten als deshalb keine separaten Vorrichtungen des Moduls 2 (102d) zum Einsatz. Alternativ werden die auf Traktoren-Anhänger oder Lkw geförderten Rüben oder Knollenfrüchte aber auch am Feldrand oder auf dem Bauernhof zu Haufwerken (103d) aufgeschüttet und oder in Mieten (103d) zwischengelagert.
Wenn Rüben oder Knollenfrüchte nicht nur dafür genutzt werden, die Atmosphäre von (atmosphärischem) Kohlenstoff zu entlasten sondern auch, um den Humusbestand des Ackerbodens zu erhöhen, dann wird diese Biomasse in Ackerböden eingebracht, vorzugsweise durch Unterpflügen mittels vorbekannter, von Traktoren gezogener Pflüge. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Rüben oder Knollenfrüchte vorher zu zerkleinern, sie lassen sich so besser in die Erde bringen. In diesem Fall kommen die Zerkleinerungsvorrichtungen des in 7 nicht gezeigten Moduls 3 zum Einsatz (104), nämlich Rüben- oder Kartoffelhäcksler (104d) oder sonstige Häcksel- oder Schneidevorrichtungen (104d). Die Zerkleinerung kann vor oder nach dem Trans-port der Biomasse zum Ort der Endlagerung erfolgen.
Für den Fall, dass die Zerkleinerung der Biomasse vor dem Transport zum Ort der Endlagerung erfolgt, ist es vorteilhaft, die zerkleinerten Rüben oder Knollenfrüchte unmittelbar nach der Zerkleinerung in einen Transportbehälter (106d) zu geben, so wird der Vorgang des Umladens auf oder in andere geeignete Transportbehälter (106d) eingespart und der apparative und ökonomische Aufwand der Ernte insgesamt reduziert. Solche Transportbehälter (106d) können z. B. sein Container, Traktor-Anhänger, Lkw, Lkw-Anhänger, Lkw-Sattelauflieger, umfunktionierte Mistanhänger, Bahngüterwaggons, Massengutfrachter und Schuten.
Für den Fall, dass die Zerkleinerung der Biomasse nach dem Transport zum Ort der Endlagerung am Ort der Endlagerung erfolgt, ist es vorteilhaft, die Zerkleinerung während der Verteilung auf dem Erdboden vorzunehmen, d. h., die Zerkleinerung und die Verteilung in einer Vorrichtung zu integrieren, z. B. in einem Traktor-Anhänger (110d), der mit einem Häckselwerk (104d) ausgestattet ist, das die zerkleinerten Rüben oder Knollenfrüchte (105d) hinter dem Anhänger mehr oder weniger gleichmäßig auf dem Ackerboden verteilt. Im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten ist das Produkt des Moduls 3 also am Ort der Zerkleinerung befindliche zerkleinerte und transportfertige Biomasse (107d) oder bereits am Ort der Endlagerung befindliche Biomasse (Bezugszeichen 109d).
Es ist möglich, dass in speziellen Fällen die von den Einrichtungen des Systemmoduls 3 (104) verarbeitete Biomasse in der Nähe des Ortes ihres Aufwuchses endgelagert werden soll. In diesem Fall kommen die Vorrichtungen des Moduls 3 ohne vorherige Zusammenballung der Biomasse zum Einsatz. Die Rüben oder Knollenfrüchte werden dann von einer integrierten Vorrichtung (z. B. von einer mobilen Rübenerntemaschine, an die ein Häckselwerk angeschlossen ist) aus dem Boden geholt, zerkleinert und gleich wieder auf dem Ackerboden verteilt. In diesen speziellen Fällen besteht das Produkt des Moduls 3 auf dem Erdboden verteilte Biomasse (Bezugszeichen 112d) dar.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des in 7 nicht gezeigten Moduls 4 (106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, unzerkleinerte Biomasse (103) oder zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern und zu transportieren. Als Transportbehälter (106) dienen z. B. von Traktoren gezogene Anhänger, Lkw mit eigener Ladefläche, Lkw-Anhänger, Lkw-Sattelauflieger, umfunktionierte Mistwagen, Massengutfrachtschiffe, Schuten und Bahngüterwaggons. Produkt der Ein-richtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige Biomasse (107), im Fall von Rüben und Knollenfrüchten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs unzerkleinerte transportfertige Rüben oder Knollenfrüchte (103d) oder transportfertige Rüben- oder Kartoffelhackschnitzel (107d).
Die transportfertige, ggf. zerkleinerte Biomasse (107) wird mit den vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5 (108) vom Ort der Zerkleinerung bzw. vom Ort der Aggregation zum Ort der Endlagerung transportiert. Im hier beschriebenen Fall von Rüben und Knollenfrüchten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs gibt es zwei Transportoptionen: einerseits unzerkleinert in Form von unzerkleinerten Rüben und Kartoffeln und andererseits zerkleinert zu Hackschnitzeln.
Sowohl für den Transport von unzerkleinerten Rüben oder Knollenfrüchten als auch für den Transport von Rüben- und Kartoffelhackschnitzeln eignen sich insbesondere von Traktoren gezogene Anhänger (108d), Container (108d), Lkw mit eigener Ladefläche (108d), Lkw-Anhänger (108d), Lkw-Sattelauflieger (108d), umfunktionierte Mistwagen (108d), Massenguffrachtschiffe (108d), Schuten (108d) und Bahngüterwaggons (108d).
Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Rüben und Knollenfrüchten z. B. zum Endlagerungsort transportierte unzerkleinerte Rüben (109d), unzerkleinerte Kartoffeln (109d), Rübenhackschnitzel (109d) und Kartoffelhackschnitzel (109d).
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109) wird entweder mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (Bezugszeichen 110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Brachflächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Steppen- oder Wüstenböden verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der bereits zerkleinerten Biomasse auf den genannten Flächen (110) handelt es sich z. B. um Container mit Streuwerken, Traktor-Anhänger mit Streuwerk, Anhänger mit Schubboden, Lkw mit Streuwerk, Lkw-Sattelauflieger mit Streuwerk, Lkw-Sattelauflieger mit Schubboden, Miststreuer oder Mistanhänger mit Schubboden.
Wenn die Rüben oder Knollenfrüchte unzerkleinert zum Ort der Endlagerung transportiert worden sind, kommen als Einrichtungen zur Verteilung der unzerkleinerten Biomasse (103d) von Traktoren insbesondere gezogene Anhänger mit Häckselwerken (110d), von Traktoren gezogene Anhänger mit Streuwerken (110d), von Traktoren gezogene Mistanhänger mit Streuwerken (110d) oder Lkw mit Streuwerken (110d) in Frage.
Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten auf oberirdischen Landflächen verteilte Biomasse (112d), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens (111) handelt es sich im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten z. B. um Lkw-Anhänger (111d), Fahrstühle (111d), Elevatoren (111d), Förderbänder (111d), Rutschen (111d), Fallrohre (111d), Hebewerke (111d), Kräne (111d), Seilzüge (111d), Rohre (111d) oder Pipelines (111d). Die Rüben oder Knollenfrüchte, das die Form von unzerkleinerten Früchten oder Hackschnitzeln haben können, werden nach der Einbringung in tiefe unterirische Schichten aus den Transportbehältern entgeladen und ggf. zu Haufwerken aufgehäuft. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist damit endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten z. B. endgelagerte Rüben (113d), endgelagerte Rübenhackschnitzel (113d), endgelagerte Kartoffeln (113d) oder endgelagerte Kartoffelhackschnitzel (113d). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Biomasse (112) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs z. B. Pflüge (114d), Eggen (114d), Kultivatoren (114d), Grubber (114d), Kartoffellegemaschinen (114d), Rübenlegemaschinen (114d), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114d), Förderbänder (114d) oder Folienleger (114d) eingesetzt und zwar unabhängig davon, ob die Biomasse unzerkleinert oder zerkleinert ausgebracht wurde. Wenn die Rüben oder Knollenfrüchte in Form von Slurry ausgebracht wurden, eignen sich zudem Tankwagen mit Schleppschläuchen (114d) und zwar sowohl selbstfahrende (Lkw-)Tankwagen (114d) als auch von Traktoren gezogene Tankwagenanhänger (114d).
Wenn die Rüben oder Knollenfrüchte unzerkleinert auf den Flächen verteilt werden, kommen auch Bagger (114d), Radlader (114d), Schaufelradbagger (114d) und Planierraupen (114d) als Einrichtung zur Bedeckung mit Erdreich in Frage.
Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Rüben- oder Knollenfrucht-Biomasse (115d). Das die Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Biomasse durch aerobe Verrottung wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Rüben- oder Knollenfrucht-Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Rüben oder Knollenfrüchten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116d), Radlader (116d), Planierraupen (116d) oder Traktoren (116d) die Deckschicht und ggf. auch die darunter hegende, aus Rüben und/oder Knollenfrüchten bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Rüben- bzw. Kartoffel-Biomasse (117d).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße systematische Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Rüben und/oder Knollenfrüchten als Träger verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
8 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in den Gärresten von anaerob bakteriell arbeitenden Biogasanlagen oder in den Fermentationsresten von anaerob enzymatisch arbeitenden Fermentationsanlagen aus der BioEthanolherstellung gespeichert ist. Die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 stellen die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Diese Photosyntheseprodukte werden mit den vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) geerntet (vgl. detaillierte Beschreibungen zu den 4 bis 7).
Außer in den Fallen von Klärschlamm als Einsatzstoff kann die geerntete, atmosphärischen Kohlenstoff enthaltende Biomasse als Einsatzstoff für Biogasanlagen oder als Einsatzstoff für enzymatisch arbeitende Fermentationsanlagen dienen, wobei letztere typischerweise aus Stroh und ggf. auch aus Holz Cellulose-Ethanol erzeugen. Die Biomasse wird in den Biogasanlagen per anaerober bakterieller Vergärung in Biogas und Gärreste konvertiert. Obwohl das Biogas sowohl kohlenstoffhaltiges CO₂-Gas als auch das kohlenstoffhaltiges CH₄-Gas enthält, verbleibt noch ein Großteil des (atmosphärischen) Kohlenstoffs der Einsatzstoffe der Biogasanlagen in den Gärresten. Dieser Rest-Kohlenstoff kann mit dem erfindungsgemäßen System aus der Erdatmosphäre entfernt werden.
In anaerob enzymatisch arbeitenden Fermentationsanlagen der BioEthanolhersteller werden die Einsatzstoffe per anaerober enzymatischer Vergärung (Fermentation) in BioEthanol und Gärreste (Fermentationsreste) konvertiert (im Folgenden werden die Ausdrücke Fermentation und Fermentationsreste für das Verfahren und die Anlagen der anaeroben enzymatischen Vergärung benutzt und die Ausdrücke Vergärung und Gärreste für das Verfahren und die Anlagen der anaeroben bakteriellen Vergärung). Obwohl Großteile des atmosphärischen Kohlenstoffs in BioEthanol konvertiert werden, verbleibt ein Teil des (atmosphärischen) Kohlenstoffs aus den Einsatzstoffen in den Fermentationsresten. Wie bereits der Rest-Kohlenstoff der aus Biogasanlagen stammenden Gärreste kann auch der in den Fermentationsresten enthaltene Rest-Kohlenstoff mit dem erfindungsgemäßen System aus der Erdatmosphäre entfernt werden.
Im hier beschriebenen Fall von Gär- und Fermentationsresten als Träger atmosphärischen Kohlenstoffs werden im Modul 1 (100) neben den Einrichtungen zur Ernte der Biogas- und BioEthanol-Einsatzstoffe auch Einrichtungen zur Herstellung von Biogas und BioEthanol (100e) eingesetzt, nämlich Biogasanlagen (100e) und BioEthanolanlagen (100e).
Im Fall von Biogasanlagen ist das Produkt des Moduls 1 also von Biogasanlagen abgegebener zerkleinerter Gärest (105e), wobei rd. 95% der Biogasanlagen die Gärreste in breiartiger oder flüssiger Form abgeben und zwar mit einem Trockensubstanzgehalt von 8% bis 15%. Nur rd. 5% aller Biogasanlagen, nämlich die sogenannten Feststoffvergärungsanlagen, geben die Gärreste in festmistartiger Form ab mit einem Trockensubstanzgehalt von rd. 50%.
Im Fall von BioEthanolanlagen ist das Produkt des Moduls 1 von BioEthanolanlagen abgegebener zerkleinerter Fermentationsrest (meist sogenannte Nicht-Stärke-Anteile; Bezugszeichen 105e), wobei rd. 99% der BioEthanolanlagen die Fermentationsreste in breiartiger oder flüssiger Form abgeben und zwar mit einem Trockensubstanzgehalt von 8% bis 15%. Nur rd. 1% aller BioEthanolanlagen geben ihre Fermentationsreste mit einem höheren Trockensubstanzgehalt ab.
Bei dem in 8 nicht gezeigten Modul 2 handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen (102) zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der (abgetrennten) pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Wenn die Gär- oder Fermentationsreste (101e) flüssig sind, weisen sie aufgrund des meist hohen Wassergehalts eine geringe Transportwürdigkeit auf. Zur Aufkonzentration der flüssigen Gär-/Fermentationsreste (101e) werden weitere Einrichtungen (nicht gezeigt) wie z. B. Flotatoren (102e), Separatoren (102e), Dekanter (102e), Siebe (102e), Membranen (102e), Zentrifugen (102e) etc. eingesetzt, ggf. sind diese auch mehrfach hintereinander geschaltet. Diese Einrichtungen (102e) dehydrieren die flüssigen Gär-/Fermentationsreste (101e) auf Trockensubstanzgehalte von 30% bis 90%.
Die Gär-/Fermentationsreste (103e) können mittels weiterer Einrichtungen zur Dehydrierung wie z. B. Separatoren (102e), Dekanter (102e), Umkehrosmose-Anlagen (102e), Membranen (102e), Zentrifugen (102e), Trommeltrocknern (102e) und Bandtrocknern (102e) weiter dehydriert werden, ggf. zu einem festmistartigen Substrat (103e) mit weniger als 10% Restwassergehalt. Diese festmistartige Trockensubstanz kann mittels Pelletpressen (102e) zu Pellets (103e) oder mittels Brikettpressen (102e) zu Briketts (103e) gepresst werden. I. d. R. ist der Gehalt an (atmosphärischem) Kohlenstoff noch hoch genug, um die Gär-/Fermentationsrestpellets und -briketts als Brennstoffbemischung in Kohlekraftwerken einzusetzen.
Im Fall von Gär-/Fermentationsresten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs ist das Produkt des Systemmoduls 2 also mehr oder weniger trockener Gär-/Fermentationsrest (103e) oder Gär-/Fermentationsrest-Trockensubstanz (103e) in Form von festmistartiger Trockensubstanz, Pellets oder Briketts.
Im in 8 nicht gezeigten Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt. Es versteht sich von selbst, dass Gär- bzw. Fermentationsreste i. d. R. keiner Zerkleinerung bedürfen. Im Fall von Gär-/Fermentationsresten werden die Einrichtungen dieses Moduls 3 also nur für den Fall benötigt, dass aus diesen Resten bestehende Pellets oder Briketts wieder zerkleinert werden sollen.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern und zu transportieren. Im Fall von flüssigen und breiigen Gär-/Fermentationsresten (105e) sind das z. B. Behälter für Flüssigkeiten und breiige Stoffe wie z. B. Bottiche (106e), Fässer (106e), Tanks (106e), Tuben (106e), Dosen (106e), Container (106e), Rohre (106e), Pipelines (106e), Rohrleitungen (106e). Im Fall von festmistartigen Gär-/Fermentationsresten sind das z. B. Traktor-gezogene oder Lkw-gezogene Anhänger (106e), Lkw mit Sattelauflieger (106e), Lkw mit eigener Ladefläche (106e), Miststreuer (106e) etc.. In Fall von pelletartigen und brikettartigen Gär-/Fermentationsresten sind das z. B. Behälter (106e) für Pellets und Briketts wie z. B. Tanks (106e), Container (106e), Säcke (106e), Rohre (106e), Säcke (106e) etc. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige Gär-/Fermentationsrest-Biomasse (107e).
Die transportfertige zerkleinerte Biomasse (107) wird mit vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5 (Bezugszeichen 108) von der Biogasanlage zum Ort der Endlagerung transportiert. Bei diesen Transporteinrichtungen handelt es sich im Fall von Gär-/Fermentationsrest-Biomasse (107e) z. B. um von Lkw oder Traktoren gezogene Anhänger (108e), Container (108e), mobile Tanks (108e), Lkw mit eigener Ladefläche (108e), Traktoren mit einem oder mehreren Anhängern (108e), Lkw-Sattelaufliegern (108e), Förderbändern (108e), Frachtschiffen (108e), Schuten (108e) und ggf. um Pipelines (108e) und Rohrleitungssysteme (108e). Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Gär-/Fermentationsresten zum Endlagerungsort transportierte Gär-/Fermentationsreste (109e) in verschiedenen Zuständen, wobei diese Zustände die Formen Brei, Schlamm, Granulat, Mehl, Pellet und Brikett annehmen können.
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Gär-/Fermentationsrest-Biomasse (109e) wird entweder nach einer Hygienisierung mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (Bezugszeichen 110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Wüsten- Steppenböden oder in aufgelassenen Tagebau-Bergwerken oder Deponien verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (Bezugszeichen 111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der (zerkleinerten) Biomasse auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von flüssigen oder breiigen Gar-/Fermentationsresten (109e) z. B. um Container mit Schleppschläuchen oder Sprühvorrichtungen (111e), Traktor-Anhängern mit Sprühvorrichtungen (111e), Lkw-Anhängern mit Flüssigkeitsablass (111e), Lkw mit Sprühvorrichtungen (111e), Lkw-Sattelaufliegern mit Flüssigkeitsablass (111e), Lkw-Sattelaufliegern mit Sprühvorrichtung (111e). Im Fall von Gärrest-/Fermentationsrestpellets können Behälter (Tanks, Bottiche, Fässer) mit Schleppschläuchen (111e), Kartoffellegemaschinen (111e), Rübenlegemaschinen (111e), Sähmaschinen (111e), Gülleverteiler (111e) etc. zum Einsatz kommen.
Ggf. wird der Gär-/Fermentationsrest (107e oder 109e) auch anderer endzulagernder Biomasse zugegeben. Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist auf oberirdischen Landflächen verteilte, aus Gr-/Fermentationsresten bestehende Biomasse (112e), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens (111) handelt es sich im Fall von Gär-/Fermentationsresten (109e) z. B. um Lkw-Tankwagen (111e), Pipelines (111e), Rohrleitungen (111e), Fallrohre (111e), Tanks (111e), Fässer (111e), Container (111e) etc. Die Gär-/Fermentationsreste werden nach der Einbringung der Transportbehälter in tiefe unterirische Schichten aus diesen entladen und zu Haufwerken aufgehäuft oder mitsamt den Transportbehältern endgelagert. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Gär-/Fermentationsresten z. B. endgelagerter Gär-/Fermentationsrestbrei (111e), endgelagerte Pellets (111e) oder endgelagerte festmistartige Gär-/Fermentationsreste (111e). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Biomasse (112) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden im Fall von verteilten Gär-/Fermentationsresten (112e) z. B. Pflüge (114e), Eggen (114e), Kultivatoren (114e), Grubber (114e), Bagger (114e), Radlader (114e), Schaufelradbagger (114e), Planierraupen (114e), Kartoffellegemaschinen (114e), Rübenlegemaschinen (114e), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114e), Förderbänder (114e) oder Folienleger (114e) eingesetzt. Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Gärrest-/Fermentationsrest-Biomasse (115e).
Das die Gärrest-/Fermentationsrest-Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Gärrest-/Fermentationsrest-Biomasse wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die dabei stattfindenden Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Gärrest-/Fermentationsrest-Biomasse (115e) einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Gär-/Fermentationsresten als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116e), Planierraupen (116e), Radlader (116e) oder Traktoren (116e) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Gär- oder Fermentationsresten bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Gärrest- bzw. Fermentationsrest-Biomasse (117e).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Gäresten oder Fermentationsresten als Träger verfestigten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
9 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Algen gespeichert ist. Die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 stellen die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar. Diese Photosyntheseprodukte werden mit den vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) geerntet. Im hier beschriebenen Fall von Algen als Träger atmosphärischen Kohlenstoffs entsteht die Algen-Biomasse in CO₂-haltigem Wasser. Der Trockenmassegehalt der Algenmasse beträgt in der Suspension, in der die Algen heranwachsen, meist weniger als 5%, oft sogar weniger als 1%. Um Algen aus wässrigen Suspensionen abzutrennen werden andere Einrichtungen benötigt als für die Ernte von Landpflanzen, bei denen der oberirdische Pflanzenteil von dem unterirdischen Wurzelwerk abgetrennt wird.
Entweder werden wild wachsende Algen für die Aggregation und Endlagerung atmosphärischen Kohlenstoffs genutzt oder gezüchtete Algen. Die Algenaufzucht erfolgt in Photobioreaktoren (Fermentern). Ist eine für den getätigten apparativen und ökonomischen Aufwand ausreichend große Algenmenge gezüchtet worden, wird die aus Algen und Wasser bestehende Suspension aus dem Fermenter abgeleitet. Zur Trennung von gezüchteten und wild wachsenden Algen und Wasser in ein Algenkonzentrat und in eine Wasserphase werden Ernte-/Aggregationseinrichtungen (100f/102f) wie z. B. Flotatoren (100f/102f), Separatoren (100f/102f), Dekanter (100f/102f), Siebe (100f/102f), Membranen (100f/102f), Umkehr-Osmose-Anlagen (100f/102f), Zentrifugen (100f/102f) etc. eingesetzt. Im hier beschriebenen Fall der Algen als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs ist das Produkt des Moduls 1 also Algenkonzentrat (101f/103f). Dieses weist eine ölige bis cremige Konsistenz auf.
Bei dem Modul 2 (Bezugszeichen 102) handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der (abgetrennten) pflanzlichen oder der geernteten eukaryotischen Biomasse (101). Im Fall von Algen sind das z. B. weitere Einrichtungen (102f) zur (weiteren) Aufkonzentration des Algenkonzentrats wie z. B. zweite Flotatoren (102f), zweite Separatoren (102f), zweite Dekanter (102f), zweite Siebe (102f), zweite Membranen (102f) und zweite Zentrifugen (102f); ggf. sind diese auch mehrfach hintereinander geschaltet. Diese Einrichtungen (102f) konzentrieren die abgetrennte Algen-Biomasse weiter auf zu aufkonzentriertem Algenkonzentrat (103f), z. B. zu einem Algenöl oder einer Algencreme. Im Fall von Algen als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs ist das Produkt des Systemmoduls 2 (102f) also ein Algenkonzentrat (103f).
Im Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt. Es versteht sich von selbst, dass Algenkonzentrat keiner Zerkleinerung bedarf. Im Fall von Algen als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs werden die Einrichtungen dieses Moduls 3 also nicht benötigt.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die zerkleinerte Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern oder zu transportieren. Im Fall von Algen sind das z. B. Behälter (106) für ölige Flüssigkeiten oder cremige Stoffe wie z. B. Bottiche (106f), Fässer (106f), Tanks (106f), Tuben (106f), Dosen (106f), Container (106f), Rohre (106f), Pipelines (106f) etc. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige zerkleinerte Algen-Biomasse (107f).
Die transportfertige (zerkleinerte) Biomasse (107) wird mit den vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5 (Bezugszeichen 108) vom Ort der Verladung zum Ort der Endlagerung transportiert. Bei diesen Transporteinrichtungen 108) handelt es sich im Fall von Algen-Biomasse (107f) z. B. um von Lkw oder Traktoren gezogene Container-Anhänger (108f), mobile Tanks (108f), Lkw mit eigener Ladefläche (108f), Lkw mit Anhängern (108f), Traktoren mit einem oder mehreren Anhängern (108f), Lkw-Sattelaufliegern (108f), Förderbändern (108f), Frachtschiffen (108f), Schuten (108f) und ggf. um Pipelines (108f). Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Algen-Biomasse zum Endlagerungsort transportiertes Algenkonzentrat (109f).
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Algen-Biomasse (109f) wird entweder mit vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (Bezugszeichen 110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf-, Steppen- oder auf Wüstenböden oder in Deponien, aufgelassenen Kieswerken, Steinbrüchen oder Tagebau-Bergwerken verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (Bezugszeichen 111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der (zerkleinerten) Biomasse auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von Algen z. B. um Container mit Schleppschläuchen oder Sprühvorrichtungen (110f), Tanks mit Schleppschläuchen oder Sprühvorrichtungen (110f), Traktor-Anhänger mit Sprühvorrichtungen (110f), Lkw-Anhänger mit Flüssigkeitsablass (110f), Lkw mit Sprühvorrichtung (110f), Lkw-Sattelauflieger mit Flüssigkeitsablass (110f), Lkw-Sattelauflieger mit Sprühvorrichtung (110f). Ggf. wird das Algenkonzentrat auch anderer endzulagernder Biomasse (107 oder 109) zugegeben. Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110) ist auf oberirdischen Landflächen verteilte Algen-Biomasse (112f), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen (111) zur Einbringung der Biomasse (109) in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens handelt es sich im Fall von Algen-Biomasse (109f) z. B. um Lkw-Tankwagen (111f), Pipelines (111f), Rohrleitungen (111f), Fallrohre (111f), Tanks (111f), Fässern (111f), Container (111f) etc.. Die Algen-Biomasse wird nach der Einbringung der Transportbehälter (111f) in tiefe unterirische Schichten aus diesen entladen und zu Haufwerken aufgehäuft oder mitsamt den Transportbehältern endgelagert. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Algen z. B. endgelagertes Algenkonzentrat (113f). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Algen-Biomasse (112f) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden z. B. Pflüge (114f), Eggen (114f), Kultivatoren (114f), Grubber (114f), Bagger (114f), Radlader (114f), Schaufelradbagger (114f), Planierraupen (114f), Kartoffellegemaschinen (114f), Rübenlegemaschinen (114f), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114f), Förderbänder (114f) oder Folienleger (114f) eingesetzt. Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Algen-Biomasse (115f).
Das die Algen-Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Algen-Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Algen-Biomasse wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die dabei stattfindenden Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114f) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Algen als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116f), Planierraupen (116f), Radladern (116f) oder Traktoren (116f) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Algenkonzentrat bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht (116f) ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Algen-Biomasse (117f).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Algen als Träger aggregierten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
10 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der atmosphärische Kohlenstoff in Klärschlamm gespeichert ist. Die Rechtecke mit den Bezugszeichen 6 bis 13 stellen die aus der 1 und 4 bekannten Photosyntheseprodukte Holz (6), Getreide inklusive Mais (7), Gras (8), Rüben, Kartoffeln oder sonstigen Knollenfrüchte (9), nach weiterer Verarbeitung (nicht gezeigt) Gärreste oder Fermentationsreste (10), Algen (11), Klärschlamm (12) und sonstige Biomassen (13) dar.
Diese Photosyntheseprodukte werden mit den vorbekannten Einrichtungen/Anlagen des Moduls 1 (Bezugszeichen 100) geerntet.
Außer in den Fällen von Holz, Stroh, Gärresten und Klärschlamm als Einsatzstoff dient die geerntete, atmosphärischen Kohlenstoff enthaltende Biomasse großenteils als Futter- oder Nahrungsmittel. Teilweise wird der atmosphärische Kohlenstoff von den Körpern der Tiere und Menschen in Proteine und Saccharine umgewandelt. Tiere und Menschen den scheiden den aufgenommenen (atmosphärischen) Kohlenstoff zum großen Teil aber wieder aus. Die Ausscheidungen der Menschen gelangen in Form von Schmutzwasser durch die Abwassersysteme in Klärwerke. Im hier beschriebenen Fall von Klärschlamm als Träger atmosphärischen Kohlenstoffs werden im Modul 1 (100g) neben den Einrichtungen zur Ernte der Futter- und Nahrungsgrundmittel auch Einrichtungen zur Herstellung von Nahrungsmitteln und Einrichtungen zur Erfassung der menschlichen Ausscheidungen (nicht gezeigt) eingesetzt. Im Fall von Klärschlamm ist das Produkt des Moduls 1 also erfasstes Schmutzwasser (101g).
Bei dem Modul 2 (102) handelt es sich um vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zum Zusammenballen/Zusammentragen/Aufkonzentrieren/Aggregieren der abgetrennten pflanzlichen oder eukaryotischen Biomasse (101). Die Klärwerke bereiten das Schmutzwasser u. a. mittels Biogasanlagen (102g), Flotatoren (102g), Separatoren (102g), Umkehr-Osmose-Anlagen (102g), Membranen (101g), Klärbecken (102g) etc. auf und zwar zu Klarwasser und zu Klärschlamm (103g). Trotz der Bildung kohlenstoffhaltigen Methans bleibt der Klärschlamm (103g) dabei Träger atmosphärischen Kohlenstoffs. Zur weiteren Aufkonzentration des Klärschlamms (103g) werden weitere Einrichtungen (102g) wie z. B. zweite Flotatoren (102g), zweite Separatoren (102g), zweite Dekanter (102g), zweite Siebe (102g), zweite Membranen (102g), zweite Umkehr-Osmose-Anlagen (102g), zweite Zentrifugen (102g) etc. eingesetzt, ggf. sind diese auch mehrfach hintereinander geschaltet. Diese Einrichtungen konzentrieren die festen Bestandteile des Schmutzwassers auf zu konzentriertem Klärschlamm (103g).
Der Klärschlamm kann mittels weiterer Einrichtungen (102g) zur Aufkonzentration wie z. B. dritten Separatoren (102g), dritten Dekantern (102g), dritten Umkehr-Osmose-Anlagen (102g), dritten Membranen (102g), dritten Zentrifugen (102g), Trommeltrocknern (102g) und Bandtrocknern (102g) dehydriert werden, ggf. zu einem Pulver (103g) oder Granulat (103g) mit weniger als 20% Restwassergehalt. Dieses Pulver (103g) bzw. Granulat (103g) kann mittels Pelletpressen (102g) zu Pellets oder mittels Brikettpressen (102g) zu Briketts gepresst werden. I. d. R. ist der Gehalt an (atmosphärischem) Kohlenstoff hoch genug, um die Klärschlammpellets und -briketts (103g) in Kohlekraftwerken als Brennstoffbeimischung einzusetzen.
Im Fall von Schmutzwasser als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs ist das Produkt des Systemmoduls 2 also mehr oder weniger konzentrierter Klärschlamm (103g) oder Klärschlammtrockensubstanz (103g) in Form von Klärschlammgranulat (103g), Klärschlammpulver (103g), Klärschlammpellets (103g) oder Klärschlammbriketts (103g).
Im Systemmodul 3 werden vorbekannte Einrichtungen/Anlagen zur Zerkleinerung der geernteten Biomasse (Bezugszeichen 104) eingesetzt. Es versteht sich von selbst, dass Klärschlamm i. d. R. keiner Zerkleinerung bedarf. Im Fall von Klärschlamm werden die Einrichtungen dieses Moduls 3 (104g) also nur für den Fall benötigt, dass Klärschlammpellets (103g) oder Klärschlammbriketts (103g) wieder zerkleinert werden sollen.
Bei den Einrichtungen/Anlagen des Moduls 4 (Bezugszeichen 106) handelt es sich um vorbekannte Behältnisse, die geeignet sind, die (zerkleinerte) Biomasse (105) aufzunehmen, zu lagern oder zu transportieren. Im Fall von Klärschlamm sind das z. B. Behälter für ölige Flüssigkeiten oder breiige Stoffe wie z. B. Bottiche (106g), Fässer (106g), Tanks (106g), Tuben (106g), Dosen (106g), Container (106g), Rohre (106g), Pipelines (106g), Rohrleitungen (106g) etc. sowie Behälter (106g) für Pellets und Briketts wie z. B. Tanks (106g), Container (106g), Säcke (106g), Rohre (106g) etc. Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 4 ist transportfertige zerkleinerte Klärschlamm-Biomasse (107g).
Die transportfertige zerkleinerte Klärschlamm-Biomasse (107g) wird mit den vorbekannten Transporteinrichtungen des Systemmoduls 5 (Bezugszeichen 108) vom Ort der Verladung zum Ort der Endlagerung transportiert. Bei diesen Transporteinrichtungen (108g) handelt es sich z. B. um von Lkw oder Traktoren gezogene Container (108g), mobile Tanks (108g), Lkw mit eigener Ladefläche (108g), Lkw mit Anhängern (108g), Traktoren mit einem oder mehreren Anhängern (108g), Lkw-Sattelaufliegern (108g), Förderbändern (108g), Frachtschiffen (108g), Schuten (108g) und ggf. um Pipelines (108g) und Rohrleitungssysteme (108g). Produkt der Einrichtungen des Systemmoduls 5 ist zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse (109), im Fall von Klärschlamm zum Endlagerungsort transportiertes Klärschlammkonzentrat (109g), wobei dieses Konzentrat (109g) die Formen Brei, Schlamm, Granulat, Mehl, Pulver, Pellet und Brikett annehmen kann.
Die zum Ort der Endlagerung transportierte Klärschlamm-Biomasse (109g) wird entweder nach einer Hygienisierung mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 6 (Bezugszeichen 110) auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Waldflächen, auf Stein-, Geröll-, Moor-, Sumpf- oder auf Wüstenböden verteilt oder mit anderen vorbekannten Einrichtungen des Moduls 6 (Bezugszeichen 111) in tiefe unterirdische Schichten des Erdbodens eingebracht.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zur Verteilung der Klärschlamm-Biomasse (109g) auf den genannten Flächen handelt es sich im Fall von flüssigem oder breiigem Klärschlamm z. B. um Container mit Schleppschläuchen oder mit Sprühvorrichtungen (110g), Traktor-Anhänger mit Sprühvorrichtungen (110g), Lkw-Anhänger mit Flüssigkeitsablass (110g), Lkw mit Sprühvorrichtung (110g), Lkw-Sattelauflieger mit Flüssigkeitsablass (110g), Lkw-Sattelauflieger mit Sprühvorrichtung (110g). Im Fall von Klärschlammpellets können Behälter (Tanks, Bottiche, Fässer) mit Schleppschläuchen (110g), Kartoffellegemaschinen (110g), Rübenlegemaschinen (110g), Sähmaschinen (110g), Gülleverteiler (110g) etc. zum Einsatz kommen.
Ggf. wird das Klärschlammkonzentrat auch anderer endzulagernder Biomasse (103, 105 oder 107) zugegeben. Produkt der Verteilungseinrichtungen des Moduls 6 (110g) ist auf oberirdischen Landflächen verteilte Klärschlamm-Biomasse (112g), wobei in diesem Zusammenhang unter „oberirdisch” zu verstehen ist „mit mehr oder weniger ständigem Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Bei den Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens (111) handelt es sich im Fall von Klärschlamm z. B. um Lkw-Tankwagen (111g), Pipelines (111g), Rohrleitungen (111g), Fallrohre (111g), Tanks (111g), Fässer (111g), Säcke (111g), Container (111g) etc. Der Klärschlamm wird nach der Einbringung der Transportbehälter in tiefe unterirische Schichten aus diesen entladen und zu Haufwerken aufgehäuft oder mitsamt den Transportbehältern endgelagert. Produkt der Einrichtungen zur Einbringung der Biomasse in tiefe unterirdische Erdschichten ist endgelagerte Biomasse (113), im Fall von Klärschlamm z. B. endgelagertes Klärschlammkonzentrat (113g). In diesem Zusammenhang ist unter „unterirdisch” zu verstehen „ohne Kontakt zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre”.
Die oberirdisch auf den vorstehend angegebenen Flächen verteilte Klärschlamm-Biomasse (112g) wird mit den vorbekannten Einrichtungen und Anlagen des Moduls 7 (Bezugszeichen 114g) mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerks-abraum oder Plastikfolie bedeckt. Dazu werden z. B. Pflüge (114g), Eggen (114g), Kultivatoren (114g), Grubber (114g), Bagger (114g), Radlader (114g), Schaufelradbagger (114g), Planierraupen (114g), Kartoffellegemaschinen (114g), Rübenlegemaschinen (114g), sonstige Legemaschinen mit gleicher Funktion (114g), Förderbänder (114g) oder Folienleger (114g) eingesetzt. Produkt der Einrichtungen zur Bedeckung der Biomasse mit mindestens einer der vorgenannten Erdschichten ist mit Erdreich bedeckte Klärschlamm-Biomasse (115g).
Das die Klärschlamm-Biomasse bedeckende Erdreich kann dabei so mächtig sein, dass die bedeckte Klärschlamm -Biomasse keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Ein solcher Kontakt zum Luftsauerstoff kann aber auch gewollt sein, z. B. damit sich die mit Erdreich bedeckte Klärschlamm-Biomasse wenigstens zum Teil in Humus umwandelt. Die dabei stattfindenden Verrottungsprozesse verwässern dann zwar den Effekt der Entfernung von atmosphärischem Kohlenstoff aus der Atmosphäre, sie haben dann jedoch den möglicherweise angestrebten Effekt der Bodenverbesserung. Für den Fall, dass dieser Effekt gewünscht ist, werden die Einrichtungen des Moduls 7 (114g) so eingesetzt, dass die Mächtigkeit der Deckschicht weniger stark ausfällt.
Bei Bedarf kann die aus Ackerboden, Ackerkrume, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder sonstigem Erdreich bestehende Deckschicht mit den vorbekannten Einrichtungen des Systemmoduls 8 (116) so verdichtet werden, dass sich ein reduzierter oder auch kein Luftkontakt ergibt, d. h., dass die mit Erdreich bedeckte Biomasse einen reduzierten oder auch keinen Kontakt mehr zum Luftsauerstoff der oberirdischen Atmosphäre hat. Im Fall von Klärschlamm als Träger des atmosphärischen Kohlenstoffs kann dieser Effekt erreicht werden, indem z. B. Walzen (116g), Planierraupen (116g), Radlader (116g) oder Traktoren (116g) die Deckschicht und ggf. auch die darunter liegende, aus Klärschlamm-konzentrat bestehende Schicht wie in Mais-Fahrsilos oder Deponien durch Überrollen bzw. durch Festfahren verdichten. Produkt der Einrichtungen zur Verdichtung der Deckschicht (116g) ist mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Klärschlamm-Biomasse (117g).
Während die diversen Einrichtungen der einzelnen Systemmodule vorbekannt sind, ist die erfindungsgemäße Kombination dieser Einrichtungen nicht vorbekannt – also neu. Zudem sind sowohl der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Modulkombination – die unterirdische Endlagerung verdichteten atmosphärischen Kohlenstoffs – als auch die erfindungsgemäße Nutzung von Klärschlamm als Träger aggregierten atmosphärischen Kohlenstoffs neu. Insbesondere ist es neu, die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre mit der Bodenverbesserung mittels Humusbildung zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: Atmosphärisches Kohlen(stoff)dioxyd (CO₂)
2: Wasser (H₂O)
3: Spurenelemente/Pflanzliche Nährstoffe
4: Sonnenlicht
5: Erster Verfahrensschritt: Prozess der Photosynthese
6: Holz
7: Getreide inklusive Mais
8: Gras
9: Rüben, Kartoffeln und sonstige Knollenfrüchte
10: Gärreste und Fermentationsrückstände
11: Algen
12: Klärschlamm
13: Sonstige Biomassen (Biomüll, Landschaftspflegegut, Straßenbegleitgrün, Friedhofsabfälle, biogene Reststoffe aus Handel, Gewerbe, Industrie, Dienstleistung, Verkehr etc.)
14: Zweiter Verfahrensschritt der unterirdischen Einlagerung von Biomasse
15: Unterirdisch eingelagerte Biomasse
16: Dritter Verfahrensschritt der Ermittlung der dauerhaft eingelagerten atmosphärischen C- bzw. CO₂-Nettomengen, wobei diese gemäß der LCA-Methode ermittelt werden
17: Mit der LCA-Methode ermittelte dauerhaft eingelagerte atmosphärische C- bzw. CO₂-Nettomengen
18: Mineralischer Ottokraftstoff
19: Synthetischer Ottokraftstoff
20: Mineralischer Dieselkraftstoff
21: Fischer-Tropsch-Diesel
22: Synthetischer Dieselkraftstoff
23: BioDiesel (Fettsäuremethylester, kurz: FAME)
24: Mineralisches gasförmiges Erdgas (CNG)
25: Mineralisches flüssiges Erdgas (LNG)
26: Biogas
27: BioMethan
28: Synthetisches Methan
29: mineralisches Butan
30: synthetisches Butan
31: mineralisches Propan
32: synthetisches Propan
33: mineralisches LPG/Autogas
34: mineralisches Methanol
35: BioMethanol
36: Synthetisches Methanol
37: fossiler Wasserstoff (34),
38: synthetischer Wasserstoff aus THG-freien/THG-reduzierten Energieträgern
39: Ethanol
40: BioEthanol
41: Cellulose-Ethanol
42: Synthetisches Ethanol
43: Ethytertbutylether (ETBE)
44: Bio-Ethytertbutylether (Bio-ETBE)
45: Synthetisches Ethytertbutylether (SynETBE)
46: Dimethyether (DME)
47: Bio-Dimethylether (Bio-DME)
48: Synthetisches Dimethyether (SynDME)
49: Methyltertbutylether (MTBE)
50: Bio-Methyltertbutylether (Bio-MTBE)
51: Synthetisches Methyltertbutylether (SynMTBE)
52: Tertiäramylethylether (TAEE)
53: Bio-Tertiäramylethylether (Bio-TAEE)
54: Synthetisches Tertiäramylethylether (SynTAEE)
55: Tertiäramylmethylether (TAME)
56: Bio-Tertiäramylmethylether (Bio-TAME)
57: Synthetisches Tertiäramylmethylether (SynTAME)
58: Tertiärhexylmethylether (THEME)
59: Bio-Tertiärhexylmethylether (Bio-THEME)
60: Synthetisches Tertiärhexylmethylether (SynTHEME)
61: unhydriertes Rapsöl
62: hydriertes Rapsöl
63: hydriertes Palmöl
64: unhydriertes Palmöl
65: sonstige hydrierte und unhydrierte Pflanzenöle
66: mineralisches Kerosin
67: Biokerosin aus hydrierten Pflanzenölen
68: Biokerosin aus Algen
69: Synthetisches Kerosin
70: Fischer-Tropsch-Kerosin
71: mineralisches Schweröl
72: Sonstige Kraftstoffe
73: Nicht vergeben
74: Nichtvergeben
75: Nichtvergeben
76: Nicht vergeben
77: Nicht vergeben
78: Nicht vergeben
79: Nicht vergeben
80: Vierter Verfahrensschritt des Einsatzes von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren
81: Antriebsenergie
82: CO₂-haltiges Abgas
83: Abwärme
84: Fünfter Verfahrensschritt der Ermittlung der zusätzlich in die Erdatmosphäre emittierten fossilen LCA-CO₂-Äquivalenzmengen
85: Zusätzlich in die Erdatmosphäre entlassene fossile LCA-CO₂-Äquivalenzmengen
86: = Sechster Verfahrensschritt: Verrechnung der dauerhaft gespeicherten atmosphärischen LCA-CO₂-Aquivalenznettomengen mit den zusätzlichen fossilen LCA-CO₂-Äquivalenzmengen
87: Abfrage „Über-/Untergewicht der dauerhaft gespeicherten LCA-CO₂-Äquivalenznettomengen”
88: Siebter Verfahrensschritt: Anpassung der unterirdisch einzulagernden Biomassemengen (1, Verfahrensschritt 2) und der resultierenden Entnahmemengen an atmosphärischen CO₂-Äquivalenten aus der Atmosphäre an die LCA-Emission fossiler CO₂-Äquivalente
89: Achter Verfahrensschritt: Zusammenfassung der atmosphärischen Kohlenstoff(dioxyd)nettoentnahmen (17) aus der Atmosphäre und der fossilen Kohlenstoff(dioxyd)emissionen in die Atmosphäre (85) zu einer THG-Gesamtbilanz
90: Unveränderter Bestand an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre
91: Nicht vergeben
92: Nicht vergeben
93: Nichtvergeben
94: Nichtvergeben
95: Nicht vergeben
96: Nicht vergeben
97: Nicht vergeben
98: Nicht vergeben
99: Nicht vergeben
100: Einrichtungen zur Ernte von Biomasse
101: Geerntete Biomasse
102: Einrichtungen zur Aggregation geernteter Biomassen
103: Haufwerk geernteter Biomasse (aggregierte Biomasse)
104: Einrichtungen zur Zerkleinerung von Biomasse
105: Zerkleinerte Biomasse
106: Behälter zur Aufnahme zerkleinerter Biomasse
107: Transportfertige zerkleinerte Biomasse
108: Transporteinrichtungen
109: Zum Ort der Endlagerung transportierte Biomasse
110: Einrichtungen zur oberirdischen Verteilung von Biomasse
111: Einrichtungen zur Einbringung von Biomasse in tiefe, unterirdische Schichten des Erdbodens
112: Oberirdisch auf der Erdoberfläche verteilte Biomasse
113: In tiefen unteririschen Schicht endgelagerte Biomasse
114: Einrichtungen zur Bedeckung von verteilter Biomasse mit Erdreich
115: Mit Erdreich abgedeckte Biomasse (Deckschicht unverdichtet)
116: Verdichtungseinrichtungen
117: Mehr oder weniger luftdicht abgedeckte Biomasse mit verdichteter Deckschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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US 020130139543 A1 [0003]
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DE 19947340 A1 [0020]
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US 0020080155958 A1 [0021]
EP 02011000748 [0022]
WO 2011101137 A1 [0022]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Verfahren zur Erzeugung mindestens eines absolut treibhausgasfreien Kraftstoffes (mineralischer Ottokraftstoff, synthetischer Ottokraftstoff, mineralischer Dieselkraftstoff, Fischer-Tropsch-Diesel, synthetischer Dieselkraftstoff, Bio-Diesel/Fettsäuremethylester (FAME), mineralisches gasförmiges Erdgas (CNG), mineralisches flüssiges Erdgas (LNG), Biogas, BioMethan, synthetisches Methan, mineralisches Butan, synthetisches Butan, mineralisches Propan, synthetisches Propan, mineralisches Flüssiggas (LPG), mineralisches Methanol, BioMethanol, Synthetisches Methanol, fossiler Wasserstoff, synthetischer Wasserstoff aus THG-freien/THG-reduzierten Energieträgern, Ethanol, BioEthanol, Cellulose-Ethanol, synthetisches Ethanol, Ethytertbutylether (ET-BE), Bio-Ethytertbutylether (Bio-ETBE), synthetisches Ethytertbutylether (SynETBE), Dimethyether (DME), Bio-Dimethylether (Bio-DME), synthetisches Dimethylether (SynDME), Methyltertbutylether (MTBE), Bio-Methyltertbutylether (Bio-MTBE), synthetisches Methyltertbutylether (SynMTBE), Tertiäramylethylether (TAEE), Bio-Tertiäramylethylether (Bio-TAEE), synthetisches Tertiäramylethylether (SynTAEE), Tertiäramylmethylether (TAME), Bio-Tertiäramylmethylether (Bio-TAME), synthetisches Tertiäramylmethylether (SynTA-ME), Tertiärhexylmethylether (THEME), Bio-Tertiärhexylmethylether (Bio-THEME), synthetisches Tertiärhexylmethylether (SynTHEME), unhydriertes Rapsöl, hydriertes Rapsöl, hydriertes Palmöl, unhydriertes Palmöl, sonstige hydrierte und unhydrierte Pflanzenöle, Kerosin, Biokerosin (aus hydrierten Pflanzenölen), Biokerosin aus Algen, synthetisches Kerosin, Fischer-Tropsch-Kerosin, Schweröl und sonstige Kraftstoffe) bestehend aus den folgenden Verfahrensschritten: Schritt 1: Verfestigung und Speicherung atmosphärischen Kohlenstoffs mittels Photosynthese in pflanzlicher Biomasse (z. B. in Holz, Stroh, Getreide inkl. Mais, Gras, Reis, Raps, Palmen, Zuckerrohr, Soja, Kartoffeln, Rüben, Wurzeln und Knollen, Sträuchern, Straßenbegleitgrün, Landschaftspflegegut) oder Aufkonzentration und Speicherung atmosphärischen Kohlenstoffs mittels Photosynthese in eukaryotischer Biomasse (z. B. in Algen); Schritt 2: Entfernung von atmosphärischen Kohlenstoff enthaltender Biomasse des Schrittes 1 inklusive der atmosphärischen Kohlenstoff enthaltenden biogenen Verarbeitungsreste (z. B. Gärreste aus Biogasanlagen, Fermentationsresten (Schlempe) aus BioEthanolanlagen, Glycerin aus BioDieselanlagen, biogenen Konversionsresten aus Anlagen zur Herstellung von Fischer-Tropsch-Diesel, aus Anlagen zur Herstellung von Cellulose-Ethanol, aus Anlagen zur Herstellung von Cellulose-Diesel, aus Anlagen zur Herstellung von synthetischem Diesel, aus Anlagen zur Herstellung von Fischer-Tropsch-Kerosin, aus Anlagen zur Herstellung von Cellulose-Kerosin, aus Anlagen zur Herstellung von synthetischem Kerosin oder aus sonstigen Anlagen zur Herstellung von biogenen Kraftstoffen), aus der Atmosphäre und zwar durch Endlagerung (Sequestrierung) dieser Biomasse oder dieser Verarbeitungsreste im Erdboden (z. B. in Acker-, Wald-, Wüsten-, Steppen-, Sumpfböden, in Mooren, unter Sanddünen, in tieferen Gesteinsschichten, in aufgelassenen oder noch arbeitenden Bergwerken, in Salz- und Kalilagerstätten, in Kavernen, in Steinbrüchen, in Deponien, in Kellern, unter Ackerboden, unter Lehmschichten, unter Tonschichten, unter Grasland, in geleerten Erdöllagerstätten, in aufgelassenen Tunneln, in geleerten Erdgaslagerstätten) vorzugsweise mit Unterbrechung der Verbindung zur oberirdischen Erdatmosphäre; Schritt 3: Ermittlung der dauerhaft aus der oberirdischen Atmosphäre entfernten Kohlenstoff- und Treibhausgasnettomengen durch Ermittlung der endgelagerten Biomassenmenge, Ermittlung des Trockenmasseanteils dieser endgelagerten Biomassenmenge, Ermittlung des Kohlenstoffanteils an dieser Trockenmasse, durch stöchiometrische Umrechnung der resultierenden atmosphärischen Kohlenstoffmengen in Kohlen(stoff)dioxydäquivalente und durch Berücksichtigung der LCA-Treibhausgasemissionen, die bei dem Anbau, der Ernte, dem Transport, der Lagerung, der Konversion, der Distribution und der Einlagerung der Biomasse entstehen, wobei die folgenden elf Subschritte durchlaufen werden: im Subschritt 3-1 werden mittels Inspektion die Art der Einsatzstoffe und/oder mittels Waagen die Feuchtmasse der deponierten Biomasse ermittelt; im Subschritt 3-2 wird mittels geeigneter Messinstrumente der Wassergehalt der deponierten Biomasse ermittelt und zwar in % der Feuchtmasse; im Subschritt 3-3 wird die (noch) in der Feuchtmasse enthaltene Wassermasse des Subschrittes 3-2 von der Feuchtmasse des Subschrittes 3-1 abgezogen, was die Trockenmasse der deponierten Biomasse ergibt; im Subschritt 3-4 wird mittels geeigneter Messinstrumente und/oder Analysegeräte der Kohlenstoffgehalt der deponierten Trockenmasse in % der Trockenmasse ermittelt; im Subschritt 3-5 wird aus der deponierten Trockenmasse des Subschrittes 3-3 und deren Kohlenstoffgehalt die deponierte Kohlenstoffmasse ermittelt und zwar durch Multiplikation dieser beiden Werte; im Subschritt 3-6 wird die deponierte Kohlenstoffmasse des Subschrittes 3-5 mit dem Faktor 3,664 multipliziert, was die Kohlen(stoff)dioxydmasse ergibt, die der Atmosphäre entzogen wurde; in einem Subschritt 3-7 wird für den Fall, dass nach der Einlagerung der Biomasse mindestens ein Teil des deponierten atmosphärischen Kohlenstoffs dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist und mit diesem wieder zu atmosphärischem CO₂ oxydiert oder oxydieren kann, mittels geeigneter Analyseinstrumente ermittelt, welcher Kohlenstoffanteil durch diese Oxydation als CO₂ oder als sonstiges kohlenstoffhaltiges Gas in die oberirdische Atmosphäre diffundiert oder diffundieren kann; im Subschritt 3-8 wird der im Subschritt 3-7 ermittelte diffundierbare Kohlenstoffanteil von der insgesamt eingelagerten Kohlenstoffmasse des Verfahrensschrittes 3-5 abgezogen, was die dauerhaft sequestrierte Kohlenstoffmasse ergibt; im Subschritt 3-9 wird die dauerhaft deponierte Kohlenstoffmasse des Subschrittes 3-8 mit dem Faktor 3,664 multipliziert, was als Produkt die Brutto-Kohlen(stoff)dioxyd(äquivalenz)masse ergibt, die der Atmosphäre dauerhaft entzogen wurde; im Subschritt 3-10 werden gemäß der LCA-Methode alle Emissionen an Kohlen(stoff)dioxyd-Äquivalenten ermittelt, die bei dem Anbau der Biomasse sowie bei deren Ernte, Transport, Lagerung, Konversion, Distribution und Einlagerung (Sequestrierung) entstehen; im Subschritt 3-11 werden die im Subschritt 3-10 ermittelten Kohlen(stoff)dioxyd-Emissionen von der im Subschritt 3-9 ermittelten Brutto-Kohlen(stoff)dioxyd(äquivalenz)masse abgezogen; Ergebnis ist die Netto-Kohlen(stoff)dioxyd(äquivalenz)masse, die der Atmosphäre dauerhaft entzogen wird. Schritt 4: Einsatz mindestens eines Kraftstoffes unter Nutzung von Luftsauerstoff oder unter Nutzung von mit reinem Sauerstoff angereicherter Luft in mindestens einem Verbrennungsmotor oder Einsatz mindestens eines Kraftstoffes in mindestens einer Brennstoffzelle, wobei der Kraftstoff sowohl fossilen als auch regenerativen Ursprungs sein kann und die Kraftstoffmenge auf der Basis von Energieäquivalenten ermittelt wird, vorzugsweise auf der Basis des (unteren) Heizwertes Hi, und diese Energieäquivalente besonders vorzugs-weise in kWh_Hi oder MJ_Hi gemessen werden; Schritt 5: Ermittlung der Menge an fossilen LCA-Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten, um die die Atmosphäre durch die Exploration, die Förderung bzw. den Anbau, den Transport, den Einsatz und die Konversion des für die Kraftstoffherstellung eingesetzten Rohstoffes, sowie durch den Transport, die Distribution, die Lagerung, die Abgabe (Betankung) und die Nutzung des mindestens einen Kraftstoffes zusätzlich angereichert wird (Lebenszyklus-Betrachtung), wobei die Ermittlung durch Multiplikation der kraftstoffspezifischen Heizwerte H_i mit den kraftstoffspezifischen LCA-CO₂-Äquivalenten erfolgt; Schritt 6: Ermittlung der Differenz der absoluten Werte zwischen den aus der Atmosphäre entfernten atmosphärischen Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten der Verfahrensschritte 2 und 3 und den fossilen Kohlen(stoff)dioxydäquivalenten der Verfahrensschritte 4 und 5, um die die Atmosphäre zusätzlich angereichert wird; Schritt 7: Nutzung des Verfahrensschrittes 6 zur Herstellung eines Gleichgewichts zwischen den der Atmosphäre dauerhaft entzogenen atmosphärischen Kohlen(stoff)dioxydmassen der Schritte 2 und 3 und den zusätzlich freigesetzten fossilen Kohlen(stoff)dioxydmassen der Schritte 4 und 5, wobei das Gleichgewicht durch eine Veränderung (Erhöhung bzw. Verringerung) des laufenden Entzugs atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre erreicht wird oder durch eine Veränderung (Erhöhung bzw. Verringerung) der laufenden Emission zusätzlicher fossiler Kohlenstofffreisetzungen. Schritt 8: Zusammenfassung der gemäß Schritt 7 austarierten atmosphärischen Kohlenstoff(dioxyd)entnahmen aus der Atmosphäre und der fossilen Kohlenstoff(dioxyd)emissionen in die Atmosphäre zu einer Kohlenstoff(dioxyd)-, Treibhausgas- oder Kohlenstoffgesamtbilanz.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gemäß Verfahrensschritt 2 aus der Atmosphäre zu entfernende Biomasse aus Holz, Strauchgut, Stroh, Getreide inkl. Mais, Gras, Klärschlamm, Gärresten aus Biogasanlagen, Fermentationsresten aus BioEthanolanlagen, Glycerin aus BioDieselanlagen, biogenen Konversionsresten aus Anlagen zur Herstellung von Fischer-Tropsch-Diesel, Stroh-Ethanol, Stroh-Diesel, synthetischem Diesel, Fischer-Tropsch-Kerosin, Stroh-Kerosin und von synthetischem Kerosin, Festmist, Gülle oder Algen besteht und in Form von Rindenmulch, Holzhackschnitzeln, Restholz, Holzpellets, Holzbriketts, Holzscheiten, Holzsuspension, Holzbrei, Holzpyrolyseöl, Holzmehl, kompostiertem Holz, Strohstoppeln, Strohhäcksel, Strohmehl, Strohpellets, Strohbriketts, Strohballen, kompostiertem Stroh, siliertem Stroh, Strohsuspension, Strohbrei, Strohpyrolyseöl, Grashäcksel, Grasmehl, Graspellets, Grasbriketts, Grasballen, kompostiertem Gras, siliertem Gras, Grassuspension, Grasbrei, Graspyrolyseöl, Maisstoppeln, Maishäcksel, Maismehl, Maispellets, Maisbriketts, Maisballen, kompostiertem Mais, siliertem Mais, Maisbrei, Maispyrolyseöl, Maissuspension, getrocknetem Klärschlamm, nassem Klärschlamm, Gärresten aus anaerober Vergärung, Festmist, Gülle, Algensuspension, getrockneten Algen, Algenpellets, Algenbriketts, Algenöl und Algenmehl besteht und dauerhaft in den Erdboden eingebracht wird, vorzugsweise durch Verteilung auf landwirtschaftlichen Flächen und anschließender Bedeckung mit Erdreich und besonders vorzugsweise ohne Verbindung zum Luftsauerstoff der Erdatmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gemäß Verfahrensschritt 2 aus der Atmosphäre zu entfernende Biomasse aus Holz, Stroh, Gras, Raps, Getreidekörnern, Rüben, Kartoffeln, Getreideganzpflanzen, Gülle, Festmist, Klärschlamm, Algen oder aus deren Bestandteilen (Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Schlempe aus der BioEthanolherstellung, Gärrest aus der anaeroben bakteriellen Biogasherstellung, Fermentationsrest aus der anaeroben enzymatischen Fermentation von Getreidekörnern, von Rüben, von Stroh oder von Holz, Schwarzlauge aus der Zelluloseherstellung etc.) besteht und nur ein Bestandteil der Biomasse dauerhaft in den Erdboden eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens einer der acht Verfahrensschritte nicht zum Einsatz kommt, also übersprungen wird, oder bei dem die Teilprozesse von zwei, drei oder vier Verfahrensschritten zu einem integrierten Verfahrensschritt zusammengefasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Biomasse verflüssigt oder in eine Suspension (Slurry) oder in einen Brei überführt wird und die Einbringung in den Erdboden oder die dauerhafte Endlagerung in flüssiger oder breiiger Form erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Biomasse mittels Pyrolyse vergast wird und die dauerhafte Endlagerung der Biomasse oder seiner Bestandteile in gasförmiger Form erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Biomasse vor der dauerhaften Einlagerung so viel Wasser entzogen wird, dass die verbleibende Biomasse einen Restwassergehalt von weniger als 60%, vorzugsweise von weniger als 40%, besonders vorzugsweise von weniger als 30% und insbesondere von weniger als 20% aufweist.
Einrichtungskombination (System) zur Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Atmosphäre, bestehend aus einer ersten Einrichtung (Modul 1) zur Ernte pflanzlicher Biomasse (Abtrennen der oberflächlichen Pflanzenteile von dem unterirdischen Wurzelwerk) oder eukaryotischer Biomasse (Extrahierung von Algenmasse aus einer Algensuspension), insbesondere zur Ernte von Holz, Getreide inkl. Mais, Gras, Rüben, Knollenfrüchten, Hülsenfrüchten, Raps und Algen (z. B. Sage, Mähvorrichtung, Schneidvorrichtung, Mähdrescher mit Schneidvorrichtung, Kurzumtriebs-Erntemaschine, Kartoffelernter, Rübenernter, Separtor, Flotator, Dekanter, Membran, Umkehr-Osmose-Anlage, Zentrifuge), einer zweiten Einrichtung (Modul 2) zur Zusammenballung der mit dem Modul 1 geernteten Biomasse (z.B. Rückvorrichtung, Holzharvester, Schwadleger, Mähdrescher mit integriertem Schwadleger, Umsetzer, zweiter Separator, zweiter Flotator, zweiter Dekanter, zweite Membran, zweite Umkehr-Osmose-Anlage, zweite Zentrifuge) zu einem Haufwerk (z. B. Langholzstapel, Restholzstapel, Strohschwad, Grasschwad, Strohdiemen, Grasdiemen, Komposthaufwerk, Cremehaufwerk, Granulathaufwerk, Pulverhaufwerk, Mehlhaufwerk) oder zu einem, einer dritten Einrichtung (Modul 3) zum Zerkleinern von Biomasse, insbesondere zur Zerkleinerung von Holz, Getreide inkl. Mais, Gras, Raps, Stroh oder Strauchwerk (z. B. Spaltwerkzeug, Sage, Einrichtung zur Erzeugung von Holzhackschnitzel, Holzhäcksler, Kurzumtriebs-Erntemaschine mit integriertem Häckselwerk, Holzmühle, Strohhäcksler, Strohmühle, Hammermühle, Kugelmühle, Pyrolyseeinrichtung), einer vierten Einrichtung (Modul 4) zur Aufnahme der zerkleinerten Biomasse (z. B. Behälter, Tank, Bottich, Fass, Container, Traktor-Anhänger, Lkw, Lkw-Anhänger, Sattelauflieger, Mistwagen), einer fünften Einrichtung bzw. Anlage (Modul 5) zum Transport der zerkleinerten Biomasse vom Ort der Zerkleinerung zum Ort der dauerhaften Einlagerung im Erdboden (z. B. Behälter, Container, mobiler Tank, Bottich, Fass, Lkw, Traktor mit Anhänger, Lkw-Sattelauflieger, Förderband, Schiff, Schute, Pipeline), einer sechsten Einrichtung/Anlage (Modul 6) zur Verteilung der zerkleinerten Biomasse auf dem Erdboden oder in dem Erdboden oder zur Einbringung der zerkleinerten Biomasse in tiefere Bereiche des Erdbodens, insbesondere zur Verteilung von Langholz, Holzscheiten, Holzhackschnitzeln, Holzpellets, Holzbriketts, Holzmehl, Sägemehl, Sägespänen, Holz-Slurry, Strohballen, Strohhäcksel, Strohpellets, Strohmehl, Stroh-Slurry, Strohbrei, Strohsuspension, Grasballen, Grashäcksel, Graspellets, Grasmehl, Gras-Slurry, Grasbrei, Grassuspension, nassem und getrocknetem Klärschlamm, nassen und getrockneten Gärresten, Getreideresten (Spreu) auf oder in Acker-, Wald-, Wüsten-, Steppen-, Sumpf-, Moor-, Torf-, Sand-, Lehm-, Ton-, Geröll- Stein- und Tagebauflächen (z. B. Container mit Streuwerk, mobiler Tank mit Schleppschläuchen, mobiler Tank mit Sprühvorrichtung, mobiler Tank mit Anschluss zum Umpumpen/Umfüllen in Tiefengestein/in Kavernen/ehemaligen Erdöllagerstätten/ehemaligen Erdgaslagerstätten, Traktor-Anhänger mit Streuwerk, Lkw mit Streuwerk, Sattelauflieger mit Streuwerk, Sattelauflieger mit Schleppschläuchen, Miststreuer, Holztransporter mit Holzhäcksler/Holzhäckselwerk, Strohtransporter mit Strohhäcksler/Strohhäckselwerk, Strohhäcksler mit Gebläse, Mähdrescher mit Strohhäckselwerk), einer siebten Einrichtung/Anlage (Modul 7) zur Bedeckung der auf Acker-, Wüsten-, Steppen-, Wald-, Moor-, Torf-, Lehm-, Ton-, Sand-, Geröll-, Stein- und Tagebauflächen verteilten oder in ehemaligen Steinbrüchen, Deponien, zur Endlagerung vorgesehenen Biomasse mit einer Schicht aus Ackerboden, Ackerkrume, Waldboden, Kompost, Humus, Erde, Sand, Gestein, Geröll, Beton, Torf, Lehm, Ton, Müll, Bergwerksabraum oder Plastikfolie (z. B. Pflug, Egge, Kultivator, Grubber, Planierraupe, Bagger, Radlader, Förderband, Sähmaschine, Kartoffellegemaschine, Rübenlegemaschine, Umsetzer, Folienleger etc.), einer achten Einrichtung (Modul 8) zur Verdichtung der Bedeckungsschicht (z. B. Walze, Traktor, Radlader, Planierraupe,).
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der mindestens eine der acht Teileinrichtungen (Module) nicht zum Einsatz kommt, also übersprungen wird.
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der zwei, drei oder vier Einrichtungen (Module) zu einem Modul zusammengefasst werden.
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der die zur Endlagerung vorgesehene kohlenstoffhaltige Biomasse nur aus einem Bestandteil der ursprünglich geernteten Biomasse oder einer Kombination aus Biomassebestandteilen besteht (z. B. Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Schlempe aus der BioEthanolherstellung, Schwarzlauge aus der Zelluloseherstellung, Glycerin aus der Biodieselherstellung).
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der der Biomasse vor der dauerhaften Einlagerung so viel Wasser entzogen wird, dass die verbleibende Biomasse einen Restwassergehalt von weniger als 60%, vorzugsweise von weniger als 40%, besonders vorzugsweise von weniger als 30% und insbesondere von weniger als 20% aufweist.
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der der Biomasse vor der dauerhaften Einlagerung so viel Wasser hinzugesetzt wird, dass die Biomasse einen Wassergehalt von mehr als 50% aufweist, vorzugsweise von mehr als 70%, besonders vorzugsweise von mehr als 80% und insbesondere von mehr als 90%.
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der die Biomasse verflüssigt oder in eine Suspension (Slurry) überführt wird und die dauerhafte Endlagerung in flüssiger Form erfolgt.
Einrichtungskombination (System) nach Anspruch 8, bei der die Biomasse mittels Pyrolyse zu einem Gas zerkleinert wird und die sechste Einrichtung, die siebte Einrichtung und die achte Einrichtung ersetzt werden durch eine Einrichtung zur Einleitung des Gases in unterirdische Kavernen, Tiefengestein, geleerten Erdöllagerstätten oder geleerten Erdgaslagerstätten.