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Die Erfindung betrifft ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem, insbesondere ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem mit einer Energieeinsparungsfunktion und einer Luftreinigungsfunktion.
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Die Globalerwärmung durch den Treibhauseffekt aufgrund des globalen Umweltwandels ist derzeit zu einer ernsthaften Herausforderung geworden, welche die gesamte Menschheit konfrontieren muss. Dementsprechend wird die Reduktion von Treibhausgasen zu einem der wichtigen Themen, womit sich die gesamte Menschheit befassen muss. Wie allen bekannt, ist Kohlenstoffdioxid eines der wichtigen Treibhausgase, welche die globale Umwelt am meisten beeinflussen. So stellt sich das Kyoto-Protokoll die Aufgabe, den globalen Treibhauseffekt durch die Reduktion des Kohlenstoffdioxides zu verringern.
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Durch wissenschaftliche Forschungen derzeit wird bewiesen, dass ein biologisches Kohlenstofffixierungsverfahren in einem CO2-Reduktionsmechanismus im Vergleich zu einem physikalischen bzw. chemischen Kohlenstofffixierungsverfahren weniger negativ auf die Umwelt auswirkt und mehr Potentiale für ein nachhaltiges Wachstum aufweist. Ein derzeit in allen Ländern am häufigsten verwendetes, biologisches CO2-Reduktionsverfahren ist Aufforstung, wodurch mehr Kohlenstoffdioxid absorbiert wird. Nachteilig ist jedoch bei der Lösung, dass die Wälder in einem traditionellen Sinn ganz langsam wachsen, wobei höhere Pflanzen in der ganzen Natur nur eine Fähigkeit besitzen, etwa 3–6% von dem gesamten Kohlenstoffdioxid, das durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen in der ganzen Welt erzeugt wird, zu absorbieren. Außerdem lässt sich die Fähigkeit der einzelnen Wälder, den Kohlenstoff zu absorbieren, bedingt durch ihre Anbaufläche, ihre Eigenschaft und ihre Umweltbedingungen, ganz schwer bewerten und standardisieren, sodass diese Lösung ganz schwierig durchzuführen ist. Darüber hinaus können viele Länder wegen ihrer Entwicklungs- und Wirtschaftsbedürfnisse ihre Bodenflächen nicht in einem großen Ausmaß zur Aufforstung verwenden, um Kohlenstoffdioxid zu absorbieren, sodass CO2-Reduktionsarbeiten nicht reibungslos vorangetrieben werden.
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So werden immer mehr Aufmerksamkeiten bei den Forschungen über CO2-Reduktion in der ganzen Welt auf Algen geschenkt, welche durch ihre Photosynthese das Kohlenstoffdioxid binden können. Die Algen, insbesondere die Mikroalgen weisen unter den optimalen Bedingungen eine ganz stabile Zuwachsrate auf und besitzen eine Fähigkeit, das Kohlenstoffdioxid optimal zu absorbieren. Laut Forschungen können auf der Fläche eines Hektars angebaute Bäume 16–25 Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Jahr absorbieren, während die Mikroalgen, die auf einer gleichen Fläche gezüchtet werden, 58–90 Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Jahr absorbieren, wobei eine Kohlenstofffixierungsrate der Mikroalgen 2–4fach größer als die der Bäume ist. Laut den Forschungen der Fa. Tokyo Electic Power Company ist die Fähigkeit der Mikroalgen, das Kohlenstoffdioxid zu absorbieren bzw. zu binden, 4-mal so groß wie die eines tropischen Regenwaldes.
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Nachteilig ist jedoch bei einem traditionellen Mikroalgen-Kohlenstofffixierungsverfahren, dass industrielle Abgase und Rauchabgase in eine kostspielige Großanlage eingeführt werden, wobei verschiedene Arbeitsgänge wie Temperaturerniedrigung, Abscheidung von Säuren, Laugen und Schwermetallen durch ein kompliziertes Steuerungssystem erfolgen müssen, sodass die Luft der Erdatmosphäre nicht in einer Echtzeit schnell durch das Absorbieren des in der Erdatmosphäre enthaltenen Kohlenstoffdioxides gereinigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu vermeiden und ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem zu schaffen, durch das das in der Erdatmosphäre enthaltene Kohlenstoffdioxid in einer Echtzeit schnell absorbiert wird, wodurch die Luft gereinigt wird, wobei das Kohlenstofffixierungssystem durch ein zur Stromversorgung dienendes Solarmodul mit Strom versorgt wird, sodass das Kohlenstofffixierungssystem energiesparend zur Verringerung des Treibhauseffektes verwendet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Gemäß der Erfindung weist ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem einen Grundsockel, einen Hauptstamm, eine zur Kohlenstofffixierung dienende Mikroalgen-Züchtungsvorrichtung und ein zur Stromversorgung dienendes Solarmodul auf, wobei die Mikroalgen-Züchtungsvorrichtung, zusammengesetzt aus einem Mikroalgen-Züchtungsrohr und einer schwimmenden Lichtquelle, rings um den Hauptstamm angeordnet und mit diesem verbunden wird. Eine in dem Grundsockel angebrachte Lufteintrittspumpe sorgt dafür, dass die Außenluft in das Züchtungsrohr eingeführt wird. Das Züchtungsrohr weist kopfseitig eine Reihe Belüftungslöcher auf, durch das das durch die Photosynthese der Mikroalgen erzeugte CO2-Gas ausgelassen wird, sodass die Außenluft gereinigt wird. Neben der Funktion, den Kohlenstoff zu fixieren, wird die vorliegende Erfindung dank ihrem energiesparenden Design durch das zur Stromversorgung dienende Solarmodul mit Strom versorgt, wodurch die Energieeinsparungsfunktion erfüllt wird.
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Das erfindungsgemäße System basiert auf einem Grundgedanken, dass eine Kohlenstoffdioxid-Emission, die durch Verbrennung der fossilen Brennstoffe erzeugt wird, indirekt durch die in dem erfindungsgemäßen System gezüchteten Mikroalgen absorbiert wird, wobei das in der Erdatmosphäre enthaltene Kohlenstoffdioxid in einer Echtzeit schnell fixiert bzw. absorbiert wird, sodass die Luft gereinigt wird, was ein bei einem herkömmlichen Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem häufig verwendetes Konzept, dass die industriellen Abgase und Rauchabgase in ein Kohlenstofffixierungssystem eingeführt werden müssen, völlig ablegt. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Logik entspricht etwa dem Grundgedanken bei einer Aufforstung, die ebenfalls die Gesamtmenge des Kohlenstoffdioxides in der Erde reduziert. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung überall an irgendeiner Stelle der menschlichen Umwelt wie z. B.: draußen auf einem Gebäudedach, in einem Schulgelände, einem öffentlichen Park aufgestellt werden, um den globalen Treibhauseffekt zu verringern. Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Wohnung, einem Büro, einer Werkhalle usw. aufgestellt werden, wobei die vorliegende Erfindung neben ihrer Luftreinigungsfunktion noch die Räumlichkeit verschönert.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystems;
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2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystems;
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3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Züchtungsvorrichtung; und
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4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Züchtungsvorrichtung.
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Zur Erläuterung des Grundprinzips des erfindungsgemäßen Lenkergriffs werden Ausführungsbeispiele dargestellt. Anzumerken ist, dass das Verhältnis, die Abmessungen, das Ausmaß der Verformung oder der Verschiebungsbetrag der erfindungsgemäßen Bauteile zugunsten der Darstellung der Realität nicht entsprechen.
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Anhand beiliegender Zeichnungen, 1 bis 3 wird ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem 100 mit einer Energieeinsparungsfunktion und einer Luftreinigungsfunktion in der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Kohlenstofffixierungssystem 100 wie ein in einer Topfkultur gezüchteter Feigenkaktus aussieht und einen Grundsockel 20, einen Hauptstamm 30, eine zur Kohlenstofffixierung dienende Züchtungsvorrichtung 40 und ein zur Stromversorgung dienendes Solarmodul 50 umfasst. Der Grundsockel 20 dient zum Abstützen des Hauptstammes 30. Die zur Kohlenstofffixierung dienende Züchtungsvorrichtung 40 wird rings um den Hauptstamm 30 angeordnet und mit diesem verbunden, während das zur Stromversorgung dienende Solarmodul 50 mit dem Grundsockel 20 verbunden wird.
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Der Grundsockel 20 beinhaltet innenseitig eine Steuervorrichtung 21, eine Batterie 22, eine Umweltüberwachungsvorrichtung 23, ein WiFi-Gerät 24, eine Lufteintrittspumpe 25, eine Ablassvorrichtung 26 und außenseitig ein Anzeigefeld 29, wobei die Batterie 22, die Umweltüberwachungsvorrichtung 23, das WiFi-Gerät 24, das Anzeigefeld 29, die Lufteintrittspumpe 25 und die Ablassvorrichtung 26 alle elektrisch mit der Steuervorrichtung 21 verbunden werden, während die Ablassvorrichtung 26 mit einem Auffangrohr 27 verbunden wird. In der Ablassvorrichtung 26 wird eine Auffangpumpe 28 angebracht.
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Der Hauptstamm 30 wird in Form eines innenhohlen Zylinders ausgeführt und mit dem Grundsockel 20 verbunden, wobei der Hauptstamm 30 mit einer Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 versehen ist, die elektrisch mit der in dem Grundsockel 20 angebrachten Steuervorrichtung 21 verbunden wird. Die Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 umfasst innenseitig einen Mischbehälter 32, einen ersten Speicherbehälter 33, einen zweiten Speicherbehälter 34, einen dritten Speicherbehälter 35 und eine Förderpumpe 36, wobei der erste Speicherbehälter 33, der zweite Speicherbehälter 34 und der dritte Speicherbehälter 35 alle mit dem Mischbehälter 32 verbunden werden. In dem ersten Speicherbehälter 33 wird das Wasser gespeichert. In dem zweiten Speicherbehälter 34 wird eine Nährlösung gespeichert, während eine Mikroalgenflüssigkeit in dem dritten Speicherbehälter 35 gespeichert wird, wobei die Förderpumpe 36 in dem Mischbehälter 32 angeordnet wird.
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Die zur Kohlenstofffixierung dienende Züchtungsvorrichtung 40 wird rings um den Hauptstamm 30 angeordnet und mit diesem verbunden, wobei die Verbindung entweder lösbar oder integral erfolgt. Die zur Kohlenstofffixierung dienende Züchtungsvorrichtung 40 umfasst ein Züchtungsrohr 41, eine schwimmend angeordnete Lichtquelle 42 und eine Überwachungsvorrichtung 43. In dem Züchtungsrohr 41 wird eine aus der Nährlösung und der Mikroalgenflüssigkeit zusammengesetzte Flüssigkeit eingefüllt, die vorher in dem Mischbehälter 32 gemischt wird. Die schwimmende Lichtquelle 42 kann entweder eine Festfrequenzlichtquelle oder eine frequenzvariable Lichtquelle sein und wird elektrisch mit der in dem Grundsockel 20 angebrachten Steuervorrichtung 21 verbunden, wobei die Lichtquelle 42 schwimmend in dem Züchtungsrohr 41 angebracht wird, sodass die in dem Züchtungsrohr 41 gezüchteten Mikroalgen das Licht empfangen und somit die Photosynthese treiben können. Die Überwachungsvorrichtung 43 wird als ein Deckel kopfseitig an dem Züchtungsrohr 41 angebracht und dient dazu, die Menge von O2/CO2 Gasen und das Wachstum der Mikroalgen in dem Züchtungsrohr 41 zu überwachen. Bodenseitig an dem Züchtungsrohr 41 wird ein Mehrwegeventil 44 angebracht, das gleichzeitig mit dem Auffangrohr 27, einem Förderrohr 37 und einer Rohrleitung 45 verbunden wird, wobei das Auffangrohr 27 mit der Ablassvorrichtung 26 verbunden wird, während das Förderrohr 37 mit dem Mischbehälter 32 und die Rohrleitung 45 mit der Lufteintrittspumpe 25 verbunden werden. Das Auffangrohr 27, das Förderrohr 37 und die Rohrleitung 45 werden alle in dem Hauptstamm 30 angeordnet.
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Das zur Stromversorgung dienende Solarmodul 50 wird elektrisch mit der in dem Grundsockel 20 angebrachten Steuervorrichtung 21 verbunden, sodass die vorliegende Erfindung mit Strom versorgt wird.
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In Bezug auf beiliegende Zeichnungen, 2 bis 4, kann die in der Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 befindliche Förderpumpe 36 das in dem ersten Speicherbehälter 33 gespeicherte Wasser und die in dem zweiten Speicherbehälter 34 gespeicherte Nährlösung separat voneinander in den Mischbehälter 32 so einpumpen, dass die Nährlösung auf einen gewünschten Konzentrationsgrad eingestellt ist. Nach der Einstellung wird die Mikroalgenflüssigkeit in dem dritten Speicherbehälter 35 in den Mischbehälter 32 eingeführt. Schließlich wird die aus der Mikroalgenflüssigkeit und der Nährlösung zusammengesetzte Flüssigkeit durch die Förderpumpe 36 über das Förderrohr 37 in das Züchtungsrohr 41 eingepumpt.
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Anschließend wird die Außenluft mittels der in dem Grundsockel 20 angebrachten Lufteintrittspumpe 25 über die Rohrleitung 45 in das Züchtungsrohr 41 eingeführt, sodass die in dem Züchtungsrohr gezüchteten Mikroalgen durch ihre Photosynthese das in der eingeführten Außenluft enthaltene Kohlenstoffdioxid (CO2) in das O2 Gas umwandeln. Das O2-Gas wird zuerst durch die kopfseitig an dem Züchtungsrohr 41 angebrachten Belüftungslöcher 411 und dann durch mindestens ein durchgehendes Loch 431 der Überwachungsvorrichtung 43 in die Erdatmosphäre ausgelassen, wodurch die Außenluft gereinigt wird.
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Die Ablassvorrichtung 26 sammelt mittels ihrer Auffangpumpe 28 die bei der Photosynthese in dem Züchtungsrohr 41 verwendete Flüssigkeit auf, welche über das Auffangrohr 27 in die Ablassvorrichtung 26 eingeführt wird, sodass ein Benutzer den Grundsockel 20 öffnen und die aufgesammelte Flüssigkeit in der Ablassvorrichtung 26 entfernen kann. Mit der Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 können der zusammengesetzten Flüssigkeit, die in das Züchtungsrohr 41 eingeleitet wird, neue Mikroalgenflüssigkeit und neue Nährlösung hinzugefügt werden, wobei der Benutzer den Hauptstamm 30 öffnen kann, um neues Wasser, neue Mikroalgenflüssigkeit und neue Nährlösung in die Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 einzufüllen.
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Durch eine Kohlenstofffixierungsbewertung wird festgestellt, dass ein Kohlenstofffixierungssystem mit 10 Züchtungsvorrichtungen 40 (in denen wird etwa 20 Liter Mikroalgenflüssigkeit eingefüllt) in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 25 Tagen ein Kilogramm Mikroalgen produzieren kann, mit denen 2 Kilogramm Kohlenstoffdioxid fixiert werden, wobei anderthalb Kilogramm Sauerstoff auslassen werden. Deswegen ist das Kohlenstofffixierungssystem mit einem relativ höheren Kohlenstofffixierungseffekt. Um noch mehr Kohlenstoffe zu fixieren und noch mehr Luft zu reinigen, kann der Benutzer je nach seinem Bedarf und seiner Kohlenstofffixierungsaufgabe die Anzahl der Züchtungsvorrichtungen 40 erhöhen. In 1 wird beispielsweise ein Kohlenstofffixierungssystem mit sieben Züchtungsvorrichtungen 40 vorgestellt.
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Gemäß 2 bis 4 weist die Überwachungsvorrichtung 43 einen ersten Sensor 46 und ein Anzeigefeld 47 auf, wobei der erste Sensor 46 dazu dient, die Menge der Gase (O2/CO2) und den Wachstumszustand der Mikroalgen in dem Züchtungsrohr 41 zu überwachen und die erfassten Daten auf dem Anzeigefeld 47 anzuzeigen. Beispielsweise, wenn die Mikroalgen einen gesättigten Wachstumszustand erreichen, wird die bei der Photosynthese verwendete Flüssigkeit durch die in dem Grundsockel 20 angebrachte Ablassvorrichtung 26 aufgesammelt. Dann werden neue Mikroalgenflüssigkeit und neue Nährlösung der zusammengesetzten Flüssigkeit hinzugefügt, welche mittels der in dem Hauptstamm 30 angebrachten Nährstoff-Versorgungsvorrichtung 31 in das Züchtungsrohr 41 eingeführt wird, wobei die Überwachungsvorrichtung 43 durch ein internes Solarmodul 48 mit Strom versorgt wird.
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Bodenseitig an dem Züchtungsrohr 41 wird ein zweiter Sensor 412 angebracht, der zum Erfassen von pH-Wert, Temperatur, Feuchtigkeit der aus der Mikroalgenflüssigkeit und der Nährlösung zusammengesetzten Flüssigkeit sowie zum Erfassen der eingegebenen Luftmenge der Lufteintrittspumpe 25 dient. Die Rohrleitung 45 verfügt zudem eine Stromübertragungsfunktion, sodass die von dem zweiten Sensor 45 erfassten Daten über die Rohrleitung 45 an die in dem Grundsockel 20 angeordnete Umweltüberwachungsvorrichtung 23 weitergeleitet werden können. Mittels des außenseitig an dem Grundsockel 20 angebrachten Anzeigefeldes 29 können die von der Umweltüberwachungsvorrichtung 23 empfangenen Daten angezeigt werden. So kann der Zustand in dem Züchtungsrohr 41 aus den angezeigten Daten erfahren werden. Mittels des in dem Grundsockel 20 angebrachten WiFi-Gerätes 24 können die von der Umweltüberwachungsvorrichtung 23 empfangenen Daten drahtlos an ein Endgerät wie ein Mobiltelefon, einen Computer weitergeleitet werden, sodass das Wachstum der Mikroalgen durch eine Fernbedienung überwacht wird. Wenn irgendetwas beim Wachsen der Mikroalgen passiert, wird rechtzeitig erfahren und dementsprechend geregelt.
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Neben der Funktion, den Kohlenstoff zu fixieren, wird die vorliegende Erfindung so ausgelegt, dass sie zudem noch eine Energieeinsparungsfunktion besitzt, wobei das Kohlenstofffixierungssystem durch das zur Stromversorgung dienende Solarmodul 50 mit Strom versorgt wird, sodass die Aufgabe einer energiesparenden Kohlenstofffixierung erfüllt wird. Neben den Hauptfunktionen, den Kohlenstoff zu fixieren und die Energie zu sparen, besitzen die Mikroalgen noch eine optimale Absorbierfähigkeit, die umweltschädlichen Gase wie Formaldehyd, Toluol usw. zu binden, wobei der während der Photosynthese erzeugte Sauerstoff in die Umwelt freigegeben wird, wodurch die Luft gereinigt wird.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Mikroalgen-Kohlenstofffixierungssystem 100 mit einer Energieeinsparungsfunktion und einer Luftreinigungsfunktion bereitgestellt, wobei optimale Wachstumsbedingungen für die unterschiedlichen Mikroalgen je nach vorhandenen Bedingungen wie Umweltbedingungen, Größenordnungen und Bedürfnisse der einzelnen Mikroalgen geschaffen werden können. So können die Mikroalgen unter Kontrolle des Systems unter den optimalen Wachstumsbedingungen stabil wachsen, um das Kohlenstoffdioxid zu absorbieren. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Konzept ist gleich wie das bei einer direkten Aufforstung durch Anpflanzung von Bäumen verwendete CO2-Reduktionskonzept, wobei vielfältig Designelemente hinzugefügt werden, um den vielfältigen Bedürfnissen des Benutzers zu entsprechen.
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In der vorliegenden Erfindung werden Vorteile der Mikroalgen als Grundkonstruktion verwendet, wobei energiesparende, biologische und wissenschaftliche Elemente bei dem Design der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, sodass ein Produkt der grünen Energie entworfen wird, das schnell und energiesparend den Kohlenstoff fixieren und die Luft reinigen kann. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Kohlenstofffixierungsverfahren besitzt die vorliegende Erfindung eine Fähigkeit, das in der Erdatmosphäre enthaltene Kohlenstoffdioxid schnell in der Echtzeit zu absorbieren und die Luft zu reinigen. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung überall an irgendeiner Stelle der menschlichen Umwelt wie z. B.: draußen auf einem Gebäudedach, in einem Schulgelände, einem öffentlichem Park aufgestellt werden, um den globalen Treibhauseffekt zu verringern. Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Wohnung, einem Büro, einer Werkhalle aufgestellt werden, wobei die vorliegende Erfindung neben ihrer Luftreinigungsfunktion noch die Räumlichkeit verschönert.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
