DE102013111335A1

DE102013111335A1 - Verfahren und System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess und Verfahren zur Erzeugung von Biomasse

Info

Publication number: DE102013111335A1
Application number: DE201310111335
Authority: DE
Inventors: Udo Hellwig
Original assignee: Erk Eckrohrkessel GmbH
Current assignee: Hellwig Udo Prof Dr De
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess eines CO2-assimilierenden Organismus, bei dem CO2 durch einen Kraftwerks-Verbrennungsprozess erzeugt wird und zumindest teilweise einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess CO2-assimilierender Organismen zugeführt wird, wobei in einem Verbrennungsprozess freigesetzte Wärme (130) zumindest anteilig zur Klimatisierung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse, bei dem das Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess umgesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse.
Im Bereich der Kraftwerkstechnik ist die sogenannte „Kraft-Wärme-Kopplung“ hinlänglich bekannt, bei der neben der aus Umwandlung chemischer Energie hergestellten mechanischen bzw. elektrischen Energie ebenfalls Wärme zur Verfügung gestellt wird und einer Nutzung zugeführt wird. Dies erfolgt mit dem Ziel, primäre Energieträger einzusparen bzw. umweltschädigende Emissionen zu verringern. Zu diesem letztgenannten Zweck ist außerdem bekannt, die CO₂-Fracht aus Rauchgasen in Wachstums- bzw. Vermehrungsprozessen von Pflanzenmaterial zu nutzen, wie zum Beispiel in industriellen Treibhäusern.
Die erzeugte Biomasse lässt sich von Verbrauchern und/oder von weiteren industriellen Prozessen nutzen.
Nachteilig wirken sich jedoch oftmals logistische Probleme aus, um sämtliche Medien in adäquater sowie umweltschonender Weise zur Verfügung zu stellen bzw. den Kraftwerks- bzw. den Pflanzenwachstums- oder Vermehrungsprozess in umweltschonender Weise durchzuführen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie ein System zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher sowie kostengünstiger und umwelt- bzw. ressourcenschonender Weise die Umweltbelastung durch CO₂ gemindert und Energie bzw. Biomasse zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 1 sowie durch das erfindungsgemäße System zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung von CO₂ sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems zur Umsetzung von CO₂ sind in den Unteransprüchen 8 und 9 angegeben. Ergänzend wird ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess eines CO₂-assimilierenden Organismus wird CO₂ durch einen Kraftwerks-Verbrennungsprozess erzeugt und zumindest teilweise einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess von CO₂-assimilierenden Organismen zugeführt. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Verbrennungsprozess freigesetzte Wärme zumindest anteilig zur Klimatisierung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird. Der Wachstums- oder Vermehrungsprozess betrifft insbesondere autotroph CO₂-assimilierende Organismen, wie zum Beispiel Pflanzen oder Algen.
Als Wachstums- oder Vermehrungsprozess im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet man insbesondere Prozesse, bei denen sich die Gesamtmasse der individuellen Strukturen eines Organismus wie etwa Zellen, Zellorganellen, Zellgewebe, Gewebe oder Organe vermehrt, d. h. insbesondere, dass der Organismus wächst, oder Prozesse, bei denen sich der Organismus geschlechtlich oder ungeschlechtlich vermehrt. Insbesondere führt ein Wachstums- oder Vermehrungsprozess im Sinne der Erfindung zu einer Zunahme der Biomasse des CO2-assimilierenden Organismus.
Ein solcher Wachstums- oder Vermehrungsprozess umfasst insbesondere zumindest eine CO2-fixierende Reaktion, bei der das anorganische CO2 aus dem Kraftwerks-Verbrennungsprozess in ein anderes Molekül, insbesondere ein organisches Molekül, umgesetzt wird. Beispiele für solche CO2-fixierenden Reaktionen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein,

– die Umsetzung von CO2 mit Ribulose-1,5-bisphosphat zu 3-Phosphoglycerat (eine Reaktion des Calvinzyklus),
– die Umsetzung von CO2 als Bicarbonat mit Phosphoenolpyruvat zu Oxalacetat (eine CO2-fixierende Reaktion der sogenannten C4-Pflanzen),
– die Umsetzung von CO2 mit Acetyl-CoA zu Pyruvat (eine Reaktion des reduktiven Citratzyklus),
– die Umsetzung von CO2 zu Acetyl-CoA (eine Reaktion des reduktiven Acetyl-CoA-Weges),
– die Umsetzung von CO2 in Form von Bicarbonat über Propionyl-CoA und Glyoxylat zu Pyruvat (eine Reaktion des 3-Hydroxypropionatzyklus) und
– die Umsetzung von CO2 mit Acetyl-CoA über 3-Hydroxypropionat und 4-Hydroxybutyrat zu Acetyl-CoA (eine Reaktion des 3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyratzyklus).

Die im Verbrennungsprozess freigesetzte Wärme lässt sich insbesondere zur Erwärmung des Wachstum- bzw. Vermehrungsprozesses in kälteren Jahreszeiten, wie zum Beispiel im Herbst, Winter und Frühling einsetzen. In wärmeren Jahreszeiten lässt sich die durch den Verbrennungsprozess freigesetzte Wärme zum Betrieb einer Kühlanlage zwecks Klimatisierung des Wachstums- bzw. Vermehrungsprozesses verwenden. Das CO₂ wird im Wachstums- oder Vermehrungsprozess zumindest anteilig in O₂, N₂ und Biomasse umgesetzt. Die Kohlenstoffquelle für die Erzeugung des CO₂ ist vorzugsweise fossiler Art, so dass eine doppelte Nutzung von Kohlenstoff als Brennstoff und als Nahrungsmittel bzw. als pharmazeutischer oder kosmetischer Stoff erfolgen kann.
Der Verbrennungsprozess, der zur Freisetzung der Wärme dient, kann der Kraftwerks-Verbrennungsprozess selbst sein oder auch ein extra durchgeführter Motor-Verbrennungsprozess. Der Motor-Verbrennungsprozess ist hierbei ein solcher, mit dem vorzugsweise wesentlich weniger Leistung als beim Betrieb des Kraftwerks-Verbrennungsprozesses generiert wird; vorzugsweise wird durch den Motor-Verbrennungsprozess lediglich eine Leistung von maximal 1/10 der Leistung des Kraftwerks-Verbrennungsprozesses realisiert. Dadurch ist jedoch auch der kombinatorische Einsatz eines Motors und eines Kraftwerkes nicht ausgeschlossen, wenn das Kraftwerk eine relativ geringe Leistung aufweist.
Vorzugsweise wird die im Wachstums- oder Vermehrungsprozess erzeugte Biomasse zumindest anteilig in einem Verbrennungsprozess als Brennstoff verbrannt oder in Brennstoff umgesetzt und dieser in einem Verbrennungsprozess verbrannt. Die Verbrennung der Biomasse bzw. des daraus erzeugten Brennstoffes kann demzufolge im Kraftwerks-Verbrennungsprozess und/oder im Motor-Verbrennungsprozess erfolgen. Neben der Biomasse wird ebenfalls O₂ und N₂ produziert, wobei der abgeschiedene Sauerstoff bzw. das abgeschiedene Sauerstoff-Stickstoffgemisch dem Energiewandlungsprozess wieder zugeführt werden kann, und zwar direkt oder auch über die Umgebungsluft.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung von CO₂ ist vorgesehen, dass die im Motor-Verbrennungsprozess erzeugte mechanische Energie zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird. Dies kann auch durch eine indirekte Nutzung der erzeugten mechanischen Energie stattfinden, nämlich mittels Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie mittels eines Generators, so dass die erzeugte elektrische Energie im Wachstums- oder Vermehrungsprozess direkt oder auch in den den Wachstums- oder Vermehrungsprozess unterstützenden Aggregaten umgesetzt werden kann. Ebenso lässt sich die erzeugte mechanische Energie zum Antrieb von den den Wachstums- oder Vermehrungsprozess unterstützenden Aggregaten verwenden. Alternativ lässt sich jedoch auch die erzeugte mechanische und/oder elektrische Energie außerhalb des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses verwenden, wie zum Beispiel die Einspeisung der elektrischen Energie ins Stromnetz. Zur weiteren Minderung der Umweltbelastung ist vorgesehen, dass im Motor-Verbrennungsprozess erzeugtes CO₂ zumindest teilweise dem Wachstums- oder Vermehrungsprozess zugeführt wird und dort umgesetzt wird.
Zur Lösung der Erfindung wird weiterhin ein System zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess zur Verfügung gestellt, welches ein Kraftwerk zur Erzeugung von CO₂ in einem Kraftwerks-Verbrennungsprozess sowie eine Anlage zur Durchführung eines Wachstums- oder Vermehrungsprozesses CO₂-assimilierender Organismen aufweist. Diese Anlage kann insbesondere ein Photobioreaktor oder auch ein Treibhaus zur Umsetzung von im Kraftwerks-Verbrennungsprozess hergestelltem CO₂ sein. Erfindungsgemäß umfasst das System weiterhin eine Verbrennungs-Wärmequelle sowie eine Einrichtung zur Klimatisierung der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses mittels der von der Verbrennungs-Wärmequelle zur Verfügung gestellten Wärme. In bevorzugter Ausführungsform ist die Verbrennungs-Wärmequelle ein Verbrennungsmotor. Zur effizienten Ausführung des dem System zu Grunde liegenden Verfahrens sollte vorzugsweise eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kraftwerk und der Anlage zur Durchführung des Wachstums- bzw. Vermehrungsprozesses vorhanden sein, zwecks Eingabe des CO₂ aus dem Kraftwerks-Verbrennungsprozess in die Anlage. Weiterhin sollte das System einen Wärmetauscher umfassen, um die entstandene Wärme des Verbrennungsprozesses effizient dem Wachstum- bzw. Vermehrungsprozess zur Verfügung stellen zu können. Das verwendete Kraftwerk kann ein Blockheizkraftwerk oder auch ein Heizwerk sein. Als Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses ist vorzugsweise ein Photobioreaktor zu nutzen. In besonderer Ausgestaltung kann dieser Photobioreaktor auch autark betreibbar sein, wobei als Kohlenstoffquelle Luft genutzt wird und davon auszugehen ist, dass das in der Luft enthaltene CO₂Produkt eines Verbrennungsprozesses, insbesondere eines Kraftwerks-Verbrennungsprozesses ist. In dieser Situation sollte das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der CO₂-Emissionen durchgeführt werden.
In günstiger Ausgestaltung umfasst das System zur Umsetzung von CO₂ Wärmespeicher bzw. Wärmeüberträger mit Zeolith-Komponente, so dass Wärme des vom Kraftwerk abgegebenen Wasserdampfes im Rauchgasstrom durch Zeolithe gebunden und zur Verfügung gestellt werden kann bzw. konzentriert wieder freigesetzt werden kann. Das Zeolith-System kann dabei derart ausgestaltet sein, dass es bei entsprechender stofflicher Anpassung auch zur Entstickung der Rauchgase verwendet werden kann.
Das Zeolith-System ist vorzugsweise als ein Materialverbundteil ausgebildet, welches zur Speicherung und/oder Leitung von Wärme dienen kann, und wenigstens eine metallische Komponente sowie eine Komponente aus wenigstens einem Zeolithen umfasst, wobei das Materialverbundteil mindestens einen Volumenbereich aufweist, in dem die metallische Komponente von dem Zeolithen zumindest abschnittsweise umhüllt ist.
Insbesondere kann der verwendete Zeolith ein kristallines Alumminosilikat sein, wie zum Beispiel Mⁿ⁺ _x/n[(AlO₂)^– _x(SiO₂)_y]
M ist dabei ein Metall, insbesondere Alkali oder Erdalkalimetall, und n ist die Ladung des Metalles M. Das molare Verhältnis von SiO₂ zu AIO₂(y/x) ist ≥ 1.
Die beschriebenen Zeolithe weisen eine Struktur aus im Wesentlichen gleichförmigen Poren und/oder Kanälen auf, in denen Stoffe adsorbiert werden können. Das heißt, dass derartige Zeolithe Wasser und andere niedermolekulare Stoffe aufnehmen und bei Erhitzung wieder abgeben können, wobei ihre Kristallstruktur unverändert bleibt.
Die Zeolithe erwärmen sich bei Kontakt mit niedermolekularen Stoffen, wie zum Beispiel Wasserdampf aus feuchter Luft oder Rauchgasen, signifikant. Die Temperaturen können je nach Art des Zeolithen (in Abhängigkeit von der Kristallstruktur in Heteroatomen) bis auf 250°C ansteigen. Der Grund für den Temperaturanstieg ist die durch den Adsorptionsvorgang eines niedermolekularen Stoffes, insbesondere Wasser, freiwerdende Energie. Die Adsorption kann als Physisorption und/oder Chemiesorption erfolgen. Dadurch wird im Wesentlichen eine Fixierung des Wasserdampfes auf der inneren Oberfläche des Zeolithen erreicht. Das heißt, dass die Wassermoleküle ihre Beweglichkeit verlieren und die entsprechende Energie an den Zeolithen im Zuge eines Kondensationsvorganges sowie auch auf Grund der ablaufenden Adsorption abgeben. Dadurch erwärmt sich der Zeolith.
Auf Grund dessen, dass die Zeolithe, verglichen mit metallischen Werkstoffen, eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, ist vorgesehen, das zeolithische Material mit metallischen Komponenten zu vermischen, um die Wärmeleitfähigkeit des so entstehenden Verbundmaterials zu erhöhen. Die zeolithische Komponente kann dabei in Form eines Zeolithpulvers auf oder an der metallischen Komponente angeordnet sein, um eine vorzugsweise homogene Vermischung der beiden Komponenten zu realisieren. Es wird dadurch ein poröser Festkörper mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung gestellt, so dass in den Zeolith eingetragene Energie in Form von Wärme über die metallische Komponente verfügbar ist. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Materialverbundteil nicht nur zur Entfeuchtung eines Trägergases dienen, sondern auch zur Wärmespeicherung bzw. Wärmeleitung.
In bevorzugter Ausgestaltungsform umfasst das erfindungsgemäße Materialverbundteil ein Basiselement wie z.B. ein Rohr oder eine Platte, an das Zeolith angrenzt. Dies kann insbesondere durch eine flächige Anlage der zeolithischen Komponente am Basiselement realisiert sein, wobei die Anordnung einer thermisch leitfähigen Zwischenschicht aus einem weiteren Material zwischen der zeolithischen Komponente und dem Basiselement nicht von der Erfindung ausgeschlossen sein soll. Das Basiselement selbst ist vorzugsweise ebenfalls aus einem metallischen Material. In dieser Ausgestaltung ist das Basiselement ebenfalls ein Bestandteil der metallischen Komponente des Materialverbundteils. Das Basiselement kann insbesondere ein Rohr sein, wobei der Verbund aus der metallischen Komponente und der zeolithischen Komponente an der Außen- und/oder Innenseite des Rohres angeordnet sein kann. In alternativer Ausführungsform ist das Basiselement ein plattenförmiges Element bzw. ein Blech mit darauf angeordneter zeolithischer Komponente oder auch einem Gemisch aus zeolithischer Komponente und metallischer Komponente.
Die metallische Komponente kann im Zeolith eingelagerte Partikel umfassen sein, und/ oder Stege, insbesondere in Rippenform bzw. einen oder mehrere im Zeolith eingebettete Drähte, die chaotisch wirr oder auch in Form eines Drahtgestrickes, Drahtgewebes, Drahtgeleges, Drahtgehäkels oder Drahtgewirkes vorliegen.
Das erfindungsgemäße System zur Umsetzung von CO₂ ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Verbrennungs-Wärmequelle das Kraftwerk ist und/oder ein extra angeordneter Verbrennungsmotor. Dieser extra angeordnete Verbrennungsmotor hat maximal 1/10 der Nennleistung des Kraftwerks. Vorzugsweise ist der extra vorgesehene Verbrennungsmotor in unmittelbarer Nähe der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses aufgestellt, um effizient Wärme vom Motor-Verbrennungsprozess in dieser Anlage nutzen zu können.
Zur Erzeugung elektrischer Energie, die vorzugsweise in der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird, ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße System einen Generator aufweist, der mit dem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße System zur Umsetzung von CO₂ eine Einrichtung zur Umsetzung von in der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses hergestellter Biomasse in Brennstoff für eine Verbrennung in einer Verbrennungs-Wärmequelle umfasst.
Als Umsetzung von Biomasse in Brennstoff im Sinne der Erfindung bezeichnet man insbesondere Verfahren, bei denen die aus dem Wachstums- oder Vermehrungsprozess gewonnene Biomasse in einen für die Verbrennung geeigneten Brennstoff umgewandelt wird. Beispiele für solche Umsetzung beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, Verfahrung zur Biomassevergasung, bei dem Biomasse mit eines Vergasungs- oder Oxidationsmittels in ein Brenngas, insbesondere Synthesegas, umgewandelt wird, Verfahren zur Biomasseverflüssigung, wobei die Biomasse zunächst in Synthesegas umgewandelt wird, und das Synthesegas zur Synthese von Kohlenwasserstoffen wie etwa synthetischen Kraftstoffe (XtL-Kraftstoffe) eingesetzt wird, sowie Verfahren zur Biomassevergärung zur Herstellung von Biogas (Methan).
Ergänzend wird ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse zur Verfügung gestellt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess durchgeführt wird und in diesem Prozess hergestellte Biomasse zumindest anteilig zur Verfügung gestellt wird und einer weiteren Nutzung zugeführt wird.
Auf die Anordnung des extra Verbrennungsmotors bzw. die Durchführung des neben dem Kraftwerksprozess durchgeführten extra Verbrennungsprozesses kann ggf. verzichtet werden, wenn das Kraftwerk räumlich so dicht bzw. logistisch einfach in Bezug zur Anlage zur Durchführung des Wachstums- bzw. Vermehrungsprozesses angeordnet ist, dass CO₂ und/oder Abwärme des Kraftwerkes und/oder elektrische bzw. mechanische Energie, die aus dem Kraftwerksbetrieb gewinnbar ist, effizient dem Wachstums- oder Vermehrungsprozess zuführbar ist. In dieser Situation lässt sich ebenfalls die im Wachstums- oder Vermehrungsprozess gewonnene Biomasse effizient einer Umsetzung im Kraftwerk zuführen.
Bei deutlicher räumlicher Trennung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses und des Kraftwerksprozesses bietet sich die Nutzung des Motors zur Umsetzung der Biomasse an, um kosteneffizient Wärme und mechanische bzw. elektrische Energie am Ort der Herstellung der Biomasse zur Verfügung stellen zu können und somit den Wachstums- oder Vermehrungsprozess effizient zu gestalten, wobei das im Verbrennungsmotorbetrieb erzeugte CO₂ ebenfalls dem Wachstums- oder Vermehrungsprozess zuführbar ist.
Durch Verwendung des extra angeordneten Motors lässt sich das gesamte System autark betreiben. Das heißt, dass sich der CO₂-Ausstoß eines Kraftwerkes vernichten bzw. eklatant verringern lässt, und zwar unter Erzeugung von O₂, N₂ und Biomasse, wobei die Erzeugung der für den Wachstums- oder Vermehrungsprozess erforderlichen Medien, wie zum Beispiel mechanische und/oder elektrische Energie sowie Wärme klimaneutral durch die Nutzung des Kraftwerkes und/oder des Motors als Lieferanten für elektrische bzw. mechanische Energie und Wärme möglich ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigt die einzige
1 ein Prinzip-Schaubild eines erfindungsgemäßen Systems zur Umsetzung von CO₂ in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das System wird zunächst anhand seiner einzelnen Komponenten erläutert. Es umfasst ein Kraftwerk 10, das mit einer Leitung 11 an einen Strömungspfad angeschlossen ist, welcher einen Verbrennungsmotor 20 mit einem Wärmetauscher 30 sowie einem Kompressor 40 und einem Reaktor 50 strömungstechnisch verbindet. Der Reaktor 50 ist hierbei die Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses eines CO₂-assimilierenden Organismus, insbesondere autotroph CO₂-assimilierender Organismen wie zum Beispiel Pflanzen oder Algen. An den Reaktor 50 ist strömungstechnisch ein Abscheider 60 angeschlossen, der wiederum mit einem Verdichter 70 sowie mit einer daran gekoppelten Aufbereitungsanlage 80 strömungstechnisch verbunden ist.
Zum effizienten Betrieb des Reaktors 50 weist dieser eine Rückführung 90 auf, um ggf. vorhandene Elemente wie zum Beispiel Phosphor, Kalium und Natrium im Umlauf halten zu können.
An den Verbrennungsmotor 20 ist mittels einer mechanischen Kopplung 22 ein Generator 21 zur Stromerzeugung angeschlossen.
Der Wärmetauscher 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Rohrwendel 31, die im CO₂-Strömungspfad angeordnet ist, und von der Wärme 130 über den Wärmetauscher 30 dem Reaktor 50 zuführbar ist.
Vom Kraftwerk 10 erzeugtes CO₂ wird über den Wärmetauscher 30 unter Passieren dessen Rohrwendel 31 sowie über den Kompressor 40 entsprechend verdichtet dem Reaktor 50 zugeführt. Pflanzen, wie zum Beispiel Algen, im Reaktor setzen auf Grund der Zuführung von Licht 110 das CO₂ um, wobei das CO₂ in Strömungsrichtung 51 durch den Reaktor 50 geführt wird. Dabei entstehen Biomasse sowie O₂ und N₂. Die Biomasse kann von O₂ und N₂ im Abscheider 60 abgeschieden werden und dem Verdichter 70 zugeführt werden, der die Biomasse verdichtet der Aufbereitungsanlage 80 zuführt. Diese Aufbereitungsanlage 80 stellt nun das Produkt 100 in Form von Biomasse zur Verfügung, welches zumindest teilweise als Brennstoff 140 dem Verbrennungsmotor 20 zugeführt wird. Das beim Betrieb des Verbrennungsmotors 20 entstehende Abgas 120 wird ebenfalls dem Strömungspfad des CO₂ zugeführt, durch welchen das CO₂ des Kraftwerkes 10 dem Reaktor 50 eingegeben wird. Demzufolge passiert das Abgas 120 des Verbrennungsmotors 20 ebenso den Wärmetauscher 30, so dass Wärme des Abgases 120 dem Betrieb des Reaktors 50 zur Verfügung gestellt wird.
Das hergestellte Produkt 100 bzw. die hergestellte Biomasse ist insbesondere Zucker, Eiweiß oder Fett oder ein Gemisch daraus.
Das im Abscheider 60 abgeschiedene O₂ und N₂ kann dem Verbrennungsmotor 20 und/oder dem Kraftwerk 10 zur Umsetzung zugeführt werden.
Der Wärmetauscher 30 bzw. dessen Rohrwendel 31 kann zur Rauchgastrocknung mit zeolithischen Komponenten und/oder mit einem Prozess-Dampferzeuger versehen sein.
Der Verdichter 70 ist vorzugsweise als eine Zentrifuge ausgeführt.
Das erfindungsgemäße System lässt sich im vorgesehenen Fall zur Umsetzung von CO₂-Emissionen zur Erzeugung von sogenannten Mikroalgen verwenden, die in wässrigem Milieu im Reaktor 50 aufwachsen. Der energetische Effekt besteht insbesondere in der Nutzung der Wärme 130 des Abgases 120 des Verbrennungsmotors 20 zur Beheizung des Reaktionsraumes in kälteren Jahreszeiten sowie zur Kühlung bei Betrieb bei höherer Umgebungswärme. Die Kühlung erfolgt dabei vorzugsweise mittels einer Absorbtionskälteanlage, bei der Wärme zur Austreibung des Arbeitsmediums aus einer wässrigen Lösung, zum Beispiel NH₃, zu NH₄OH eingesetzt wird.
Der energetische Prozess ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass ein Teil der produzierten Mikroalgenmasse zum Betrieb des Verbrennungsmotors 20 verwendet wird. Der mit dem Verbrennungsmotor 20 verbundene Generator 21 sollte mindestens so viel elektrische Energie erzeugen, wie als thermisches Äquivalent zum Betrieb des Reaktors 50 erforderlich ist. Elektrische Energie lässt sich zum Beispiel in elektromechanischen Einrichtungen der gesamten Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses einsetzen, wie zum Beispiel in Kompressorenpumpen oder ähnlichen Aggregaten. Überschüssiger elektrischer Strom kann gespeichert oder auch ins Stromnetz eingespeist werden. Der extra vorgesehene Verbrennungsmotor 20 dient demnach dem Betrieb des erfindungsgemäßen Systems. Zur Erzeugung der Algen ist vorzugsweise aus externer Quelle, das heißt von dem Kraftwerk 10 CO₂-reiches Abgas dem Reaktor 50 zuzuführen. Je nach Entfernung bzw. logistischen Möglichkeiten kann ggf. auch auf den Verbrennungsmotor 20 verzichtet werden, so dass das Kraftwerk 10 energetisch und stofflich vollständig an den Reaktor 50 angeschlossen ist und die Abwärme des Kraftwerkes 10 im bzw. am Reaktor 50 verwertbar ist.
Zumindest der Bereich des Reaktors 50 sollte zum Schutz vor Witterungseinflüssen eingehaust sein, wobei eine entsprechende Gebäudehülle dem reaktionstechnischen Zweck entsprechend transluszent ausgeführt sein sollte, um die Photosynthese im Reaktor 50 zu gewährleisten. Wenigstens eine Oberfläche dieser Gebäudehülle kann aus geeigneten transluszenten Photovoltaik-Elementen bestehen, um dadurch ebenfalls elektrische Energie dem erfindungsgemäßen System bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung des Wachstums- bzw. Vermehrungsprozesses zur Verfügung zu stellen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftwerk
11: Leitung
20: Verbrennungsmotor
21: Generator
22: mechanische Kopplung
30: Wärmetauscher
31: Rohrwendel
40: Kompressor
50: Reaktor
51: Strömungsrichtung
60: Abscheider
70: Verdichter
80: Aufbereitungsanlage
90: Rückführung
100: Produkt
110: Licht
120: Abgas
130: Wärme
140: Brennstoff

Claims

Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess eines CO2-assimilierenden Organismus, bei dem CO2 durch einen Kraftwerks-Verbrennungsprozess erzeugt wird und zumindest teilweise einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess CO2-assimilierender Organismen zugeführt wird, wobei in einem Verbrennungsprozess freigesetzte Wärme (130) zumindest anteilig zur Klimatisierung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird.
Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsprozess zur Freisetzung von Wärme der Kraftwerks-Verbrennungsprozess ist oder ein Motor-Verbrennungsprozess ist.
Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Wachstums- oder Vermehrungsprozess erzeugte Biomasse zumindest anteilig in einem Verbrennungsprozess als Brennstoff (140) verbrannt wird oder in Brennstoff (140) umgesetzt wird und der Brennstoff (140) in einem Verbrennungsprozess verbrannt wird.
Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Motor-Verbrennungsprozess erzeugte mechanische Energie zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses genutzt wird.
Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Motor-Verbrennungsprozess erzeugte CO2 zumindest teilweise dem Wachstums-oder Vermehrungsprozess zugeführt wird.
System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess, umfassend ein Kraftwerk (10) zur Erzeugung von CO2 in einem Kraftwerks-Verbrennungsprozess sowie eine Anlage zur Durchführung eines Wachstums- oder Vermehrungsprozesses CO2-assimilierender Organsimen, insbesondere ein Photobioreaktor oder ein Treibhaus zur Umsetzung von im Kraftwerks-Verbrennungsprozess hergestelltem CO2, wobei das System weiterhin eine Verbrennungs-Wärmequelle aufweist sowie eine Einrichtung zur Klimatisierung der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses mittels der von der Verbrennungs-Wärmequelle zur Verfügung gestellten Wärme (130).
System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungs-Wärmequelle das Kraftwerk (10) ist oder ein extra angeordneter Verbrennungsmotor (20).
System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Generator (21) aufweist, der mit dem Verbrennungsmotor (20) mechanisch gekoppelt ist.
System zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung zur Umsetzung von in der Anlage zur Durchführung des Wachstums- oder Vermehrungsprozesses hergestellter Biomasse in Brennstoff (140) für eine Verbrennung in der Verbrennungs-Wärmequelle umfasst.
Verfahren zur Erzeugung von Biomasse, bei dem das Verfahren zur Umsetzung von CO2 in einem Wachstums- oder Vermehrungsprozess gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird und im Wachstums- oder Vermehrungsprozess hergestellte Biomasse zumindest anteilig zur Verfügung gestellt wird.