DE102013211685A1

DE102013211685A1 - Kombiniertes Verfahren zur Nutzung von Roh-Biogas enthaltend Kohlendioxid und ein Nutzgas

Info

Publication number: DE102013211685A1
Application number: DE201310211685
Authority: DE
Inventors: Oliver Menhorn; Karl Weinberger
Original assignee: Dennert Poraver GmbH
Current assignee: Dennert Poraver GmbH
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: DE102013211685B4

Abstract

Ein Zyklisches Verfahren zur alternierenden Nutzung von Roh-Biogas umfasst zwei Nutzungsarten, nämlich einer Nutzgasbereitstellung und einer Verstromung mit folgenden Verfahrensschritten: – in einer ersten Nutzungsart der Nutzgasbereitstellung: – 1a) Bereitstellen von Alkali-Carbonat, – 1b) Entfernen von Kohlendioxid aus dem Roh-Biogas durch Reaktion des Kohlendioxids mit dem Alkali-Carbonat zu Alkali-Hydrogencarbonat gemäß der Reaktionsbeziehung Nutzgas + Alkali2CO3 + H2O + CO2 → Nutzgas + AlkaliHCO3 sowie – 1c) Abtrennen des Alkali-Hydrogencarbonats und Bereitstellen des Nutzgases; sowie – in einer zweiten Nutzungsart der Verstromung: – 2a) Verbrennen des Roh-Biogases in einer Wärmekraftmaschine (6) unter Erzeugung von elektrischer Energie und von Abwärme, – 2b) Nutzung der Abwärme zur Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat gemäß der Reaktionsbeziehung 2 AlkaliHCO3 → Alkali2CO3 + H2O + CO2 und – 2c) Wiederverwendung des dabei entstehenden Alkali-Carbonats im Verfahrensschritt 1a).

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Verfahren zur Nutzung von Roh-Biogas enthaltend Kohlendioxid und ein Nutzgas, insbesondere Methan.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass hier mehrere, teilweise zuwiderlaufende Problemstellungen zugrunde liegen. So wird in Zusammenhang mit der vermehrten Nutzung regenerativer Energien die Biogas-Herstellung stark forciert. Ein Problem bei Biogas liegt darin, dass es einen relativ hohen Kohlendioxid-Anteil von circa 50 % aufweist, sodass es nicht direkt in ein Gasnetz, insbesondere Erdgasnetz, zur Energieversorgung eingespeist werden kann. Vor diesem Schritt ist das Roh-Biogas entsprechend aufzureinigen, indem der Kohlendioxid-Anteil deutlich herabgesetzt wird.
Ein weiterer Nachteil bei der herkömmlichen Biogas-Herstellung ist die Tatsache, dass vorhandene Biogasanlagen über kein optimiertes Wärmenutzungskonzept verfügen, sodass der Gesamt-Wirkungsgrad solcher Anlagen nach wie vor verbesserungsbedürftig ist.
Ein immer dringenderes Problem ist in Hinblick auf den zunehmenden Anteil regenerativer Energien, wie Solar- und Windenergie, an der Energieversorgung die Tatsache, dass diese Energiegewinnungsarten keine ausreichende Regelreserve zur Abdeckung von Energiebedarfspitzen aufweisen und damit nicht zur Netzstabilität der regionalen und überregionalen Übertragungsnetze beitragen können.
Aus dem Stand der Technik sind Lösungsansätze für die einzelnen Problemstellungen bekannt, die kurz wie folgt umrissen werden können. So werden für die Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz Kohlenstoff-Molekularfilter verwendet, um den Kohlendioxid-Anteil zu reduzieren. Nachteil dieser Filtertechnik ist ein hoher Eigenstrombedarf und ein relativ geringer Wirkungsgrad.
Bei Betrieb einer Biogasanlage unter einem Druck von mindestens 7 bar würde das bei den Reaktionen im Fermenter entstehende Kohlendioxid dort bzw. im Gärrest verbleiben. Nachteil dieser Lösung ist der höhere Aufwand für solche Anlagen, da diese entsprechende Druckbehälter mit den nötigen Sicherheitsreserven benötigen.
Im Zusammenhang mit dem Problem von Energiebedarfspitzen wurde vorgeschlagen, auf der Basis von kontinuierlich anfallendem Biogas durch Verstromung eine elektrische Grundlastleistung bereitzustellen. Schwankungen im Energiebedarf und der Leistung anderer regenerativer Energien können mittels Wasserstoff-Elektrolyse oder Methanisierung abgepuffert werden. Auch hier ist jedoch ein vergleichsweise geringer Wirkungsgrad in Verbindung mit einem hohen technischen Aufwand das Problem.
Im Zusammenhang mit der Biogas-Aufreinigung ist zum Stand der Technik auch das sogenannte GHERL-Projekt – siehe http://www.gherl.it/gherl/scientific-area/experimental-results – zu nennen, bei dem Deponiegas ähnlicher Zusammensetzung wie Biogas mittels Kaliumhydroxid-Lösung zu Kaliumcarbonat unter Absorption von Kohlendioxid umgewandelt wird. Nachteil dabei ist, dass Kaliumhydroxid unter Energieeinsatz hergestellt wird. Das bei der Gasreinigung entstehende Kaliumcarbonat soll als industrieller Rohstoff weiterverwendet werden. Eine andere Wiederverwendung ist nicht vorgesehen.
Aus der U-Boot-Technik oder für das regenerative Tauchen ist die Verwendung von Kaliumhyperoxidpatronen bekannt, die aus der sich verbrauchenden Atemluft Kohlendioxid absorbieren und Sauerstoff abspalten. Damit wäre an sich eine Aufreinigungstechnik zur Absorption von Kohlendioxid aus Biogas eröffnet, jedoch stellt der dabei entstehende Sauerstoff ein Problem dar, da dieser in Erdgasleitungssystemen unerwünscht ist.
Zur Biogasreinigung wäre schließlich auch eine Aminwäsche einsetzbar, die vor der Gaseinspeisung kontinuierlich ablaufen würde. Diese Variante ist allerdings ebenfalls mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.
Im Hinblick auf eine Flexibilisierung der Gas- und daraus abgeleiteten Stromerzeugung könnten an- und abschaltbare Biogasanlagen mit entsprechend großem Gasspeicher angedacht werden. Nachteil davon ist die Tatsache, dass für einen effizienten Einsatz unwirtschaftlich große Gasspeicher nötig wären. Auch ist das vorhandene Stromnetz in der Anbindung solcher Biogasanlagen in der Regel nicht entsprechend ausgebaut. Zudem wird auch bei dieser Variante der Wirkungsgrad verringert.
Schließlich bleibt der Hinweis, dass bei Biogasanlagen gemäß dem Stand der Technik in der Regel kein Effizienz verbesserndes Wärmenutzungskonzept vorhanden ist.
Ausgehend von den geschilderten Problemkreisen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nutzung von Roh-Biogas anzugeben, das mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und flexibel an externe Bedingungen, wie Energiebedarfsspitzen anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein kombiniertes Verfahren zur Nutzung von Roh-Biogas enthaltend Kohlendioxid und ein Nutzgas, insbesondere Methan gelöst, wobei zwei Nutzungsarten, nämlich eine Nutzgasbereitstellung und eine Verstromung des Roh-Biogases mit aufeinander abgestimmten Verfahrensschritten wie folgt eingesetzt werden:

– in einer ersten Nutzungsart der Nutzgasbereitstellung:
– 1a) Bereitstellen von Alkali-Carbonat,
– 1b) Entfernen von Kohlendioxid aus dem Roh-Biogas durch Reaktion des Kohlendioxids mit dem Alkali-Carbonat unter Anwesenheit von Wasser zu Alkali-Hydrogencarbonat gemäß der Reaktionsbeziehung Nutzgas + Alkali₂CO₃ + H₂O + CO₂ → Nutzgas + AlkaliHCO₃ sowie
– 1c) Abtrennen des Alkali-Hydrogencarbonats und Bereitstellen des Nutzgases; sowie
– in einer zweiten Nutzungsart der Verstromung:
– 2a) Verbrennen des Roh-Biogases in einer Wärmekraftmaschine unter Erzeugung von elektrischer Energie in einem von der Wärmekraftmaschine angetriebenen Generator und von Abwärme,
– 2b) Nutzung der Abwärme zur Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat gemäß der Reaktionsbeziehung 2 AlkaliHCO₃ → Alkali₂CO₃ + H₂O + CO₂ und
– 2c) Wiederverwendung des dabei entstehenden Alkali-Carbonats im Verfahrensschritt 1a).

Durch die beiden aufeinander abgestimmten Nutzungsarten mit einer zyklischen Verflechtung der Kohlendioxid-Entfernung aus dem Roh-Biogas mittels Alkali-Carbonat und die Regeneration des dabei entstehenden Alkali-Hydrogencarbonats mit der bei der zweiten Nutzungsart der Verstromung entstehenden Abwärme können an sich sich widersprechende Problemkreise gelöst werden. So können durch die Nutzungsart der Verstromung des Biogases Energiebedarfspitzen im Stromnetz abgepuffert werden. Gleichzeitig wird bei dieser Nutzungsart das bei der Nutzungsart der Nutzgasbereitstellung entstehende Alkali-Hydrogencarbonat wieder zu Alkali-Carbonat regeneriert, das bei der letztgenannten Nutzungsart für die Entfernung des Kohlendioxids eingesetzt wird. Damit kann mit minimalem Ressourceneinsatz aus dem Roh-Biogas Nutzgas, wie beispielsweise Biomethan, hergestellt und in das Gasnetz eingespeist werden. Damit wird ebenfalls im Sinne einer Abpufferung elektrischer Energiebedarfspitzen, auch ohne das Stromnetz zu belasten, chemische Energie bereitgestellt, die an anderer Stelle bei Energiebedarfspitzen beispielsweise durch Gasturbinen verstromt werden kann.
Insgesamt kann durch eine entsprechende Verteilung von Biogas-Anlagen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, ein Ausgleich unterschiedlichen Energieangebots und -bedarfs in unterschiedlichen Regionen stattfinden. So würde dies beispielsweise helfen, die Kapazitätsanforderungen an überregionale Netze zur Leitung von in Norddeutschland erzeugten Stromes aus Windenergieanlagen nach Süddeutschland zu verringern und damit dieses Problem abzumildern.
Die abhängigen Ansprüche kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
So können die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) der ersten Nutzungsart und die Verfahrensschritte 2a) bis 2c) der zweiten Nutzungsart alternierend in zwei zyklisch gekoppelten, zeitlich getrennten Ablaufprozessen durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass über eine bestimmte Periode das Roh-Biogas in der ersten Nutzungsart und anschließend über eine bestimmte Periode in der zweiten Nutzungsart verwertet wird, wobei die Zyklizität über die Verknüpfung beider Nutzungsarten durch die Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat bei der zweiten Nutzungsart und dessen Wiederverwendung in der ersten Nutzungsart gegeben ist.
Auch eine synchrone Verwertung des Roh-Biogases in beiden Nutzungsarten ist denkbar. Dazu sind die beiden Prozessabläufe anlagentechnisch entkoppelt und die Zyklizität wird durch eine Überführung des in einer Anlage zur Durchführung der ersten Nutzungsart anfallenden Alkali-Hydrogencarbonats in eine Anlage zur Durchführung der zweiten Nutzungsart gewährleistet, wo dann zeitgleich die Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat stattfindet. Letzteres wird dann kontinuierlich wieder in die Anlage für die erste Nutzungsart zurückgeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausprägung der Erfindung kann als Alkalimetall Natrium verwendet werden. Bevorzugt ist allerdings Kalium, sodass Kaliumcarbonat und Kalium-Hydrogencarbonat in einem Kreislauf verwendet werden.
Die Effizienz des Verfahrens kann optimiert werden, wenn bei der Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats eine konzentrierte Alkali-Carbonatlösung hergestellt und für die Kohlendioxid-Entfernung bereitgestellt wird.
Die bei der Verstromung des Roh-Biogases entstehende Abwärme genügt, zur Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat die entsprechenden Temperaturen zu erzeugen, das heißt circa 200°C bei Kalium oder 300°C bei Natrium als Alkalimetall.
In anlagentechnischer Umsetzung bevorzugter Verfahrensschritte kann vorgesehen sein, die entsprechenden Verfahrensschritte beider Nutzungsarten in einem Drehrohrofen oder Mischer, wie beispielsweise einem Pflugscharmischer durchzuführen. Auch der Einsatz eines Wirbelschichtreaktors ist von Vorteil für das erfindungsgemäße Verfahren.
Eine weitere Alternative für die Durchführung der verschiedenen Verfahrungsschritte beider Nutzungsarten unter Einsatz einer Alkali-Carbonat und -Hydrogen-Carbonatlösung ist der Ablauf in einem Reaktionsgefäß. Dabei kann das durch die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Roh-Biogas entstehende und ausgefällte Alkali-Hydrogencarbonat durch eine Fördereinrichtung, wie beispielsweise eine Förderschnecke aus dem Reaktionsgefäß ausgetragen, einem Wärmetauscher zu seiner Regeneration zu Alkali-Carbonat zugeführt und dieses wiederum in regenerierter Form über die Fördereinrichtung dem Reaktionsgefäß zugeführt werden.
Schließlich ist von Vorteil, das bei der Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats entstehende Kohlendioxid zu speichern oder einer Weiterverwendung, vorzugsweise zur gesonderten Erzeugung von Methangas oder als Pflanzen-, insbesondere Algen-Nährstoff bei der Mikroalgenzucht zuzuführen. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren zur alternierenden Nutzung von Roh-Biogas sogar als Kohlendioxid-Senke fungieren.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm des Teilverfahrens zur Nutzgasbereitstellung aus einem Roh-Biogas,
2 ein Blockdiagramm des Teilverfahrens zur Verstromung von Roh-Biogas,
3 ein Blockdiagramm eines aus den beiden Teilverfahren gemäß 1 und 2 zusammengesetzten Verfahrens zur synchronen Nutzung von Roh-Biogas,
4 und 5 eine Schemadarstellung eines Drehrohrofens in den unterschiedlichen Nutzungsarten,
6 und 7 eine Schemadarstellung eines Wirbelschichtreaktors in den unterschiedlichen Nutzungsarten, und
8 und 9 eine Schemadarstellung eines Reaktionsgefäßes mit Fördereinrichtung und Wärmetauscher in den unterschiedlichen Nutzungsarten.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist ein üblicher Biogasreaktor 1 über eine Biogas-Ableitung 2 zum einen mit einem Kohlendioxid-(CO₂-)Absorber 3 verbunden, in dem aus dem vom Biogasreaktor 1 bereitgestellten Roh-Biogas ein hoher Anteil von Kohlendioxid entfernt werden soll. Dazu wird in dem CO₂-Absorber 3 Kaliumkarbonat K₂CO₃ bereitgestellt. Unter Anwesenheit von Wasser wird dann aus dem Roh-Biogas, im Wesentlichen eine Mischung aus CO₂ und CH₄, das Kohlendioxid nach der Reaktionsgleichung K₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2 KHCO₃ aus dem Roh-Biogas abgetrennt, sodass das Nutzgas CH₄ zur Einspeisung in ein schematisch mit 4 angedeutetes Gasnetz verwendet wird. Die dem Nutzgas innewohnende chemische Energie ist damit zeitlich und örtlich unabhängig als Energie zur Stromerzeugung mittels einer Gasturbine abrufbar.
Wie aus 2 hervorgeht, ist der Biogasreaktor 1 zum anderen über eine Ableitung 5 mit einer Wärmekraftmaschine beispielsweise in Form eines Gasmotors 6 oder auch einer Gasturbine verbunden, welcher Gasmotor 6 mit einem Generator 7 zur Stromerzeugung vor Ort gekoppelt ist. In der Nutzungsart der Verstromung des aus Kohlendioxid und Nutzgas Methan bestehenden Roh-Biogases wird also der Gasmotor 6 betrieben und der vom Generator 7 damit erzeugte Strom entweder in ein als Ganzes mit 8 bezeichnetes Stromnetz eingespeist oder für den Bedarf der Biogasanlage selbst benutzt.
Wie aus 2 ferner hervorgeht, wird die beim Betrieb des Gasmotors 6 anfallende Abwärme Q dazu eingesetzt, das im CO₂-Absorber 3 entstandene Kaliumhydrogencarbonat gemäß der folgenden Reaktionsbeziehung zu regenerieren: 2 KHCO₃ → CO₂ + H₂O + K₂CO₃ Bei dieser Regenerierung des Kaliumhydrogencarbonats KHCO₃ wird ein Temperaturniveau von 200° Celsius mit Hilfe der Abwärme Q am CO₂-Absorber 3 eingestellt.
Das entstehende Kaliumcarbonat K₂CO₃ steht damit wieder für den in 1 dargestellten Nutzungsfall der Nutzgasbereitstellung zur Verfügung. Insgesamt ergibt sich also durch die alternierende Nutzung des Roh-Biogases aus dem Biogasreaktor 1 in zwei unterschiedlichen Nutzungsarten der Nutzgasbereitstellung und Verstromung ein zyklisches Verfahren, bei dem die einzelnen Nutzungsarten flexibel und bedarfsgerecht eingesetzt werden können.
Bei der getrennten, zeitlich aufeinanderfolgenden Durchführung der Prozesse gemäß 1 und 2 findet also eine alternierende Nutzung des Roh-Biogases statt. Abweichend davon können beide Nutzungsarten auch synchron und zyklisch gekoppelt ablaufen, wie dies in 3 dargestellt ist. Dabei wird das aus dem Biogasreaktor 1 stammende Roh-Biogas zu einer Nutzung entsprechend 1, zum anderen über eine Verzweigung 17 zu einer Nutzung entsprechend 2 geführt. Die jeweils stattfindenden Abläufe entsprechen den oben jeweils zu 1 und 2 erläuterten Prozessen, so dass eine nochmalige Erklärung nicht notwendig ist. Das bei der Nutzgasbereitstellung anfallende Kaliumhydrogencarbonat wird über eine Transportleitung 18 in den parallelen, gemäß 2 ablaufenden Prozess übergeführt, wo es – wie beschrieben – bei der Verstromung des Roh-Biogases zu Kaliumcarbonat regeneriert wird. Dieses kann wiederum über die Rückführungsleitung 19 in den ersten Prozess der Nutzgasbereitstellung eingebracht werden.
Wie aus 4 und 5 deutlich wird, können die anhand von 1 und 2 dargestellten Nutzungsarten in einem Drehrohrofen 9 stattfinden. So wird für die Nutzgasbereitstellung gemäß 4 Kaliumcarbonat beispielsweise in Pulverform im Drehrohrofen eingesetzt und das Roh-Biogas und ggf. Wasser eingebracht. Es findet die oben anhand von 1 beschriebene Abtrennung von Kohlendioxid unter Bildung von Kaliumhydrogencarbonat im Drehrohrofen 9 statt. Ausgangsseitig steht am Drehrohrofen 9 dann das Nutzgas CH₄ zur Verfügung.
Zur Regeneration des im Drehrohrofen 9 befindlichen Kaliumhydrogencarbonats wird – wie in 5 angedeutet ist – dem Drehrohrofen 9 die Abwärme beispielsweise in Form auch des Abgases des Gasmotors 6 zugeführt, sodass im Drehrohrofen 9 die Regeneration des Kaliumhydrogencarbonats zu Kaliumcarbonat – wie anhand von 2 beschrieben – unter Abgabe des Kohlendioxids stattfindet.
Eine Alternative zu dem Drehrohrofen 9 ist in den 6 und 7 dargestellt. Hier findet als Reaktionsort ein Wirbelschichtreaktor 10 Anwendung, bei dem wiederum – wie 6 zeigt – in den einzelnen Wirbelschichtbetten 11 des Wirbelschichtreaktors 10 Kaliumcarbonat geschichtet ist und Roh-Biogas von unten eingeblasen wird. Unter Zugabe von Wasser findet wiederum die anhand von 1 erläuterte Reaktionsbeziehung unter Bildung von Kaliumhydrogencarbonat statt und Nutzgas CH₄ wird abgegeben.
Analog 5 wird zur Regeneration des im Wirbelschichtreaktors 10 gebildeten Kaliumhydrogencarbonats im Verstromungsfall die Abwärme Q des Gasmotors 6 beispielsweise in Form dessen Abgase von unten in den Wirbelschichtreaktor 10 eingeblasen. Es findet wieder die anhand von 2 dargelegte Reaktion zur Regeneration von Kaliumhydrogencarbonat zu Kaliumcarbonat unter Abscheidung von Wasser und Kohlendioxid statt.
In den 8 und 9 schließlich ist eine weitere anlagentechnische Alternative für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Hier findet ein Reaktionsgefäß mit einer Kaliumcarbonat-Lösung 13 Verwendung, in die wieder das Roh-Biogas eingeleitet wird. Durch die anhand von 1 erläuterte Reaktion wird Kohlendioxid aus dem Roh-Biogas entfernt, das sich bildende Kaliumhydrogencarbonat wird aufgrund dessen geringerer Löslichkeit ausgefällt. Der dadurch im Reaktionsgefäß 12 gebildete Bodensatz 14 wird über eine daran angedockte Förderschnecke 15 zu einem Wärmetauscher 16 befördert, in dem die anhand von 2 in der Nutzungsart „Verstromung“ stattfindende Regeneration des Kaliumhydrogencarbonats erfolgen kann. Dies ist in 9 schematisch angedeutet. Das vom Gasmotor 6 durch den Wärmetauscher 16 geleitete Abgas mit seiner Abwärme Q führt zu der anhand von 2 dargelegten Regenerationsreaktion von Kaliumhydrogencarbonat zu Kaliumcarbonat, das wieder über die Förderschnecke 15 zurück in das Reaktionsgefäß 12 geleitet wird. Damit steht dort wieder die für die Abtrennung des Kohlendioxids benötigte Kaliumcarbonat-Lösung bereit, die vorteilhafterweise konzentriert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.gherl.it/gherl/scientific-area/experimental-results [0008]

Claims

Kombiniertes Verfahren zur Nutzung von Roh-Biogas enthaltend Kohlendioxid und ein Nutzgas, insbesondere Methan, mit zwei Nutzungsarten, nämlich einer Nutzgasbereitstellung und einer Verstromung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – in einer ersten Nutzungsart der Nutzgasbereitstellung: – 1a) Bereitstellen von Alkali-Carbonat, – 1b) Entfernen von Kohlendioxid aus dem Roh-Biogas durch Reaktion des Kohlendioxids mit dem Alkali-Carbonat unter Anwesenheit von Wasser zu Alkali-Hydrogencarbonat gemäß der Reaktionsbeziehung Nutzgas + Alkali₂CO₃ + H₂O + CO₂ → Nutzgas + AlkaliHCO₃ sowie – 1c) Abtrennen des Alkali-Hydrogencarbonats und Bereitstellen des Nutzgases; sowie – in einer zweiten Nutzungsart der Verstromung: – 2a) Verbrennen des Roh-Biogases in einer Wärmekraftmaschine (6) unter Erzeugung von elektrischer Energie in einem von der Wärmekraftmaschine (6) angetriebenen Generator (7) und von Abwärme, – 2b) Nutzung der Abwärme zur Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat gemäß der Reaktionsbeziehung 2 AlkaliHCO₃ → Alkali₂CO₃ + H₂O + CO₂ und – 2c) Wiederverwendung des dabei entstehenden Alkali-Carbonats im Verfahrensschritt 1a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) der ersten Nutzungsart und die Verfahrensschritte 2a) bis 2c) der zweiten Nutzungsart alternierend in zwei zyklisch gekoppelten, zeitlich getrennten Ablaufprozessen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) der ersten Nutzungsart und die Verfahrensschritte 2a) bis 2c) der zweiten Nutzungsart synchron in zwei zyklisch gekoppelten, parallelen Ablaufprozessen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalimetall Natrium oder vorzugsweise Kalium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Reaktionsschritt 2b) konzentrierte Alkali-Carbonatlösung hergestellt und im Reaktionsschritt 1a) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regeneration des Alkali-Hydrogencarbonats zu Alkali-Carbonat gemäß der Reaktionsbeziehung 2b) eine Temperatur von 200°C bei Kalium oder von 300°C bei Natrium als Alkalimetall von der Abwärme bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) und 2a) bis 2c) beider Nutzungsarten in einem Drehrohrofen (9) oder Mischer, vorzugsweise einem Pflugscharmischer durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) und 2a) bis 2c) beider Nutzungsarten in einem Wirbelschichtreaktor (10) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte 1a) bis 1c) und 2a) bis 2c) beider Nutzungsarten unter Einsatz einer Alkali-Carbonat- und -Hydrogen-carbonatlösung in einem Reaktionsgefäß (12) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt 1c) ausgefälltes Alkali-Hydrogencarbonat durch eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Förderschnecke (15) aus dem Reaktionsgefäß (12) ausgetragen, einem Wärmetauscher (16) zur Durchführung des Verfahrensschrittes 2b) zugeführt und als regeneriertes Alkali-Carbonat über die Fördereinrichtung (15) wieder dem Reaktionsgefäß (12) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Reaktionsschritt 2b) entstehende Kohlendioxid gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende oder gespeicherte Kohlendioxid einer Weiterverwendung, vorzugsweise zur gesonderten Erzeugung von Methangas oder als Pflanzen-, insbesondere Algen-Nährstoff bei der Mikroalgenzucht, zugeführt wird.