DE102020004542A1 - Verfahren zur Bindung, Transport, Reaktionsaktivierung, Umsatz, Speicherung und Freisetzung von wasserlöslichen Gasen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur selektiven Bindung, Transport und Speicherung von Kohlendioxid in wässrigen Medien, das erfolgt durch a) Bereitstellung einer wässrigen Akzeptorlösung, b) Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung und c) Transport und/oder Lagerung der Akzeptorlösung, enthaltend gebundenes Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b).

Description

  • Gasförmige Elemente oder molekulare Verbindungen sind häufig begehrte Ausgangsstoffe für die chemische Synthese. Daher wird versucht diese Elemente oder Verbindungen in reiner Form zu gewinnen, wobei oft ein großer technischen Aufwand oder Energieeintrag erforderlich ist. Im Stand der Technik sind Verfahren zur Gewinnung technischer Gase durch eine Abtrennung mittels Separationsmembranen bekannt. Bei Luftgemischen liegen zumeist sehr niedrige Konzentrationen der abzutrennenden gasförmigen Elemente oder Verbindungen vor. Die Separationseffizienz ist zumeist nicht im gewünschten Bereich, insbesondere, wenn es sich um Elemente oder molekulare Verbindungen handelt, die sich hinsichtlich ihrer physiko-chemischen Eigenschaften nur wenig voneinander unterscheiden. Bei gasförmigen Elementen oder Verbindungen, die in einer Flüssigkeit aufgenommen werden können, kann eine Separation von gasförmigen Elementen oder Verbindungen, die nicht oder nur in geringem Umfang in der Flüssigkeit aufgenommen/gelöst werden, vorgenommen werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das gasförmige Element oder Verbindung in einem wässrigen Medium zu einer Dissoziation von Wassermolekülen führt und sich eine wasserlösliche Verbindung, z.B. eine Säureform, des gasförmigen Elements oder der gasförmigen Verbindung ausbildet. Dies ist beispielsweise bei gasförmigen Verbindungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff oder Schwefel und Sauerstoff der Fall, wie Kohlendioxid oder Schwefeldioxid, wobei beispielsweise Kohlensäure oder Schwefelsäure in geringen Konzentrationen in einem wässrigen Medium entstehen. Ionische oder ionisierbare Verbindungen lassen sich mit der Flüssigkeit oder aus der Flüssigkeit separieren. Zur Abtrennung aus einem wässrigen Medium sind Verfahren, wie eine Elektrodialyse mittels geeigneter Membranen, bekannt. Problematisch ist dabei, dass die Konzentration der in der Flüssigkeit gelösten Verbindungen wasserlöslicher Gase bzw. gasförmiger Verbindung nur gering ist, wodurch die elektrophoretische Separationsleistung begrenzt wird und es durch die gleichzeitig bei der Elektrodialyse stattfindende Elektrolyse der Wassermoleküle zu einem energetischen Verlust kommt. Ferner besteht zumeist das Problem, dass das Aufnahmemedium ebenfalls wasser-basierend sein muss, um eine elektrische Leitfähigkeit herzustellen und die separierte Verbindung, bzw. dessen Reaktionsprodukt mit Wasser, für eine Verwendung zunächst wieder in einen gasförmigen Zustand gebracht werden muss. Daher gibt es im Stand der Technik kein Verfahren, bei dem ein Gas oder gasförmige Verbindung zunächst in einem wässrigen Medium gelöst wird und dann selektiv in ein weiteres wässriges Medium transportiert wird, um es dann als Gasphase gewinnen zu können.
    Daher besteht ein großer Bedarf an einem Verfahren, bei dem zum einen ein gasförmiges Element oder gasförmige Verbindung in einer wässrigen Flüssigkeit gelöst und in einen ionisierten oder ionisierbaren Zustand gebracht wird und dann mittels eines diffusiven oder elektrophoretischen Prozessschritts durch eine Separationsmembran geleitet und in ein weiteres wässriges Medium überführt wird, wodurch ein Gas und/oder eine reaktive Verbindung der separierten Verbindung in dem wässrigen Medium vorliegt, die mit einem anderen Element oder Verbindung zur Reaktion gebracht wird oder als Gas von dem wässrigen Medium abgeschieden und separiert wird. Dabei sollte vorzugsweise die Löslichkeit und lonisierbarkeit des gasförmigen Elements oder der gasförmigen Verbindung derart gesteigert werden, dass ein energieeffizienter Transport der abzutrennenden Verbindung ermöglicht wird.
    Überraschenderweise wurde gefunden, dass dies möglich ist, durch wässrige Akzeptor-Medien, in denen organische Akzeptor-Verbindungen enthalten sind, die mindestens eine Amidino- und/oder Guanidino-Gruppe enthalten und gleichzeitig hydrophile Eigenschaften aufweisen. Es wurde gefunden, dass hierdurch ein(e) Lösung/Bindung/Transport/Reaktionsaktivierung/chemischer Umsatz sowie selektive Freisetzung einer in Wasser löslichen gasförmigen Verbindung ermöglicht werden kann. Wasserlöslich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die gasförmige Substanz/Verbindung bei Kontakt mit Wasser mit diesem chemisch reagiert, z. B. unter Ausbildung eines Säureanhydrids. Sie liegt dann in Wasser als organische oder anorganische Säure oder als Anion vor.
  • Beschreibung
  • Bei der in Kontaktbringung von gasförmigen Verbindungen mit Wasser können wasserlösliche Reaktionsprodukte entstehen. Im Fall von Kohlendioxid, kommt bei einer Reaktion mit Wasser zur Bildung von Hydrogencarbonat (HCO3-) und Carbonat (CO3-), die in der Folge auch als Kohlendioxid-Derivate bezeichnet werden. Im Stand der Technik ist bekannt, dass sich die Löslichkeit von gasförmigen Elementen oder Verbindungen, die mit Wasser zu wasserlöslichen Derivaten reagieren, in Wasser, durch die Verwendung von alkalischen Lösungen gesteigert werden kann.
  • Im Stand der Technik werden zur Herstellung von alkalischen Lösungen, Laugen von Alkali und Erdalkalimetallen eingesetzt. Der Einsatz von diesen Verbindungen zur Lösung und Aufnahme gasförmiger Verbindungen in einem wässrigen Medium führt bei Anwesenheit von Kohlendioxid dazu, dass Carbonate oder Hydrocarbonate entstehen und diese als Feststoff ausfallen. Dies ist unerwünscht, wenn die in die wässrige Lösung übergegangene gasförmige Verbindung in einem reinen und gasförmigen Zustand wieder zurückerhalten werden soll.
  • Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass Verbindungen, die tertiäre oder quartäre Stickstoffverbindungen enthalten und zur Bildung einer Basizität in einem wässrigen Medium geeignet sind, wie beispielsweise Ammoniak, ebenfalls die Löslichkeit von Gasen und gasförmigen Verbindungen in einem wässrigen Medium zu verbessern. Nachteilig dabei ist, dass die im Stand der Technik vorhandenen tertiären oder quartären Stickstoffverbindungen in wässriger Lösung im elektrischen Gleichspannungsfeld elektrokinetisch kathodenwärts transportiert werden. Daher sind sie für die Durchführung einer elektrophoretischen Trennaufgabe ungeeignet.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass es möglich ist, die Reaktion von Gasen/gasförmigen Verbindungen mit Wasser, die zur Ausbildung von wasserlöslichen Verbindungen des Gases/der gasförmigen Verbindung führt, zu steigern durch die Verwendung von basischen Aminosäuren, die in einem wässrigen Akzeptormedium gelöst vorliegen. Bei der Verwendung von wässrigen Lösungen von Aminosäuren, die mindestens eine Guanidino- oder Amidinogruppe tragen und die sich in einem wässrigen Medium leicht lösen und ein Proton aufnehmen oder aufnehmen können, welche in der wässrigen Lösung dissoziiert vorliegen sowie durch dessen Lösung in Wasser sich ein basischer pH einstellt, konnte dokumentiert werden, dass eine sehr rasche Aufnahme von gasförmigen Kohlendioxid in derartige Lösungen erfolgte, wenn ein Gas oder Gasgemisch mit einer solchen Akzeptor-Lösung in Kontakt gebracht wurde. Es wurde ferner gefunden, dass pro Guanidino- oder Amidinogruppe jeweils ein Hydrogencarbonat-Anion oder Carbonat-Anion gebunden wird. Überraschenderweise besteht bei einem pH der Lösung von > 8 nur eine sehr geringe Dissoziationsrate der gebundenen Hydrogencarbonat-Anionen oder Carbonat-Anionen, sodass zur Bindung von Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen keine Druckbeaufschlagung des wässrigen Akzeptor-Mediums mit einem Gas, bestehend aus oder enthaltend Kohlendioxid, notwendig ist, um eine rasche und vollständige Bindung der sich in der basischen Lösung ausbildenden Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen zu gewährleisten. Somit kann durch wasserlösliche Verbindungen, die eine oder mehrere freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe(n) tragen, zum einen eine sehr gute Lösung von Kohlendioxid in einem wässrigen Medium erreicht werden und gleichzeitig eine sehr stabile Bindung von Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen an freien Guanidino-/Amidinogruppen gewährleistet werden. Es konnte gezeigt werden, dass diese Eigenschaften der erfindungsgemäßen Akzeptor-Medien auch zur Lösung und Bindung von anderen organischen und anorganischen Gasen/gasförmigen Verbindungen, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff oder Chlorgas, verwandt werden können. Hierdurch kann die Aufnahmekapazität von Gasen/Gasgemischen, die in Wasser löslich sind und mit diesem zu wasserlöslichen Verbindungen reagieren, erheblich gesteigert werden. Insbesondere kann die Aufnahmekapazität für Kohlendioxid in Wasser durch die Anwesenheit von wasserlöslichen Verbindungen, die eine oder mehrere freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe(n) tragen, erheblich gesteigert werden. Dabei wird die Aufnahme in das wässrige Medium, die Reaktion mit Wasser sowie die Bindung von Kohlendioxid und dessen Derivaten in Wasser erhöht bzw. beschleunigt.
    Somit wurde gefunden, dass Verbindungen, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweisen, reaktionsfördernde und bindende Eigenschaften gegenüber Kohlendioxid aufweisen. Die physiko-chemische Interaktionen, die zwischen Kohlendioxid und Verbindungen, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten, entstehen, verleihen den Verbindungen, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten, Akzeptor-Eigenschaften, die sowohl eine Lösung, als auch Bindung sowie eine Reaktionsförderung und einen chemischen Umsatz, sowie auch ein Speicherung von Kohlendioxid ermöglichen. Verbindungen, die eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweisen, werden daher im Folgenden Akzeptor-Verbindungen genannt und ein Medium in dem mindestens eine Verbindung, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist, vorliegt wird im Folgenden Akzeptor-Medium genannt.
    Daher kann mit einer wässrigen Lösung, in der mindestens eine Verbindung, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist und die in gelöster Form vorliegt, eine Akzeptor-Lösung bereitgestellt werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Löslichkeit einer gasförmigen Verbindung in einem wässrigen Akzeptormedium erhöht wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem wässrigen Akzeptormedium anionisch an die Akzeptorverbindung gebunden werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine wässrigen Akzeptorlösung bereit gestellt wird, die mindestens eine Akzeptorverbindung, die mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist, enthält und mit einem Gas oder Gasgemisch in Kontakt gebracht wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein wässriges Akzeptor-Medium und ein Gas/Gasgemisch das mindestens einen gasförmigen Anteil enthält, der sich in Wasser unter Ausbildung einer Säure bzw. Anions löst, miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei die mindestens eine gasförmige Verbindung, die sich unter Ausbildung einer Säure und/oder eines Anions in Wasser löst, durch die mindestens eine Akzeptor-Verbindung, die in dem Akzeptor-Medium vorliegt, gebunden wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, zur Erhöhung der Löslichkeit und Bindung von Gasen, die in Wasser eine Säure/anionische Verbindung ausbilden und/oder in anionischer Form vorliegen, in einem wässrigen Akzeptor-Medium, bei dem mindestens eine Akzeptor-Verbindung vorliegt, die eine hydrophile organische Verbindung ist, die mindestens eine Amidino- und/oder Guanidino-Gruppe enthält.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mindestens eine hydrophile organische Verbindung, die mindestens eine Amidino- und/oder Guanidino-Gruppe enthält, in einem wässrigen Akzeptormedium vorliegt, um gasförmige Verbindungen, die bei Kontakt mit Wasser Säuren bilden oder hierin in anionischer Form vorliegen, zu lösen, neutralisieren und zu binden und/oder mit anderen Verbindungen in Kontakt zu bringen und umzusetzen oder die gebundene gasförmige Verbindung selektiv als Gas freizusetzen.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur Lösung von Kohlendioxid in einem wässrigen Medium unter Ausbildung von Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, bei dem gleichzeitig eine stabile physiko-chemische Bindung der entstehenden Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in dem wässrigen Medium erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Lösung von Kohlendioxid sowie die Bindung des hierdurch entstandenen Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anions durch/an freie Guanidino- und/oder Amidinogruppen in einem wässrigen Medium erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die wasserlöslichen Akzeptor-Verbindungen Verbindungen sind, die freie Guanidino- und/oder Amidinogruppen tragen, die bei Lösung in Wasser ein Proton aufnehmen oder aufnehmen können.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die wasserlöslichen Akzeptor-Verbindungen Aminosäuren sind, die mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe tragen und in wässriger Lösung ein Proton binden oder binden können.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die wasserlöslichen Akzeptor-Verbindungen zur Lösung von Kohlendioxid sowie zur Bindung und zum Transport von Kohlendioxid sowie der hierdurch entstandenen Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, Arginin und/oder Argininderivate sind.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass es möglich ist, Kohlendioxid, das in einem Gasgemisch enthalten ist, mit den erfindungsgemäßen Verfahren vollständig aus dem Gasgemisch zu entfernen.
    Vollständige Entfernung bedeutet dabei, dass nach Kontaktierung eines Gasgemisches, enthaltend Kohlendioxid, mit einer Akzeptor-Lösung, der Gehalt an Kohlendioxid in dem behandelten Gas/Gasgemisch < 1 ppm ist.
    Die in Kontaktbringung des Gases oder Gasgemisches mit dem wässrigen Akzeptor-Medium kann in verschiedenen Verfahrensausführungen, die im Stand der Technik bekannt sind, ausgeführt werden. So kann die Kontaktierung der beiden Phasen durch eine Einbringung der Gasphase in die Flüssigphase erfolgen oder die Gasphase wird über eine Oberfläche, die mit der Flüssigphase benetzt ist, geleitet. In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden Verfahren zur in Kontaktbringung von Gas- und Flüssigphasen verwandt, die eine sehr große Grenzfläche zwischen den Phasen bewirken. Dies sind Vorrichtungen, wie z. B. Homogenisatoren/dynamische Mischvorrichtungen, aber auch statische Mischvorrichtungen, sowie Füllkörper-Gaswaschvorrichtungen.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren bei dem ein Gas/Gasgemisch mit einem Akzeptormedium in Kontakt gebracht wird.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch die in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches mit einem Akzeptormedium der darin befindliche Anteil an Kohlendioxid sich vollständig in dem Akzeptormedium löst und hierin gebunden wird.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch die in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches mit einem Akzeptormedium der darin befindliche Anteil an Kohlendioxid und/oder die Reaktionsprodukte von Kohlendioxid mit Wasser vollständig durch eine Akzeptorverbindung gebunden wird/werden.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine große Grenzfläche zwischen dem wässrigen Akzeptor-Medium und der Gasphase, enthaltend Kohlendioxid, hergestellt wird.
  • Der enorme Vorteil, der sich aus der stabilen Verbindung zwischen den freien Guanidino- und/oder Amidinogruppen und den Carbonat-/Hydrogencabonat-Anionen ergibt, besteht insbesondere darin, dass es trotz einer hohen Konzentration von gelöstem Kohlendioxid in dem Akzeptormedium nicht zu einer Rückdissoziation in den gasförmigen Zustand kommt, sodass zur Aufrechterhaltung einer hohen Konzentration an gelöstem Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, keine Druckbeaufschlagung des Akzeptormediums erforderlich ist. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Lösen und Binden von Kohlendioxid sowie dessen Derivate ohne Druckbeaufschlagung der Akzeptorlösung erfolgt.
  • Aus diesem Aspekt der Erfindung ergeben sich weitere besonders vorteilhafte Effekte für weitere Verfahrensausführungen. So ist es möglich das in der Akzeptor-Lösung adsorbierte Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte mit Wasser, drucklos über einen Zeitraum von > 6 Monaten verlustfrei aufzubewahren. Somit lässt sich die nicht-korrosive Akzeptor-Lösung enthaltend gebundenes Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, gefahrlos lagern und transportieren.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Lösen und Binden von gasförmigem Kohlendioxid sowie dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, ohne Druckbeaufschlagung der Akzeptorlösung erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung drucklos erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Lagerung und/oder der Transport der Akzeptorlösung, enthaltend gelöstes und gebundenes Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte mit Wasser, drucklos erfolgt.
  • Gleichwohl kann durch eine Kontaktierung des Akzeptormediums mit dem Gas/Gasgemisch, enthaltend Kohlendioxid, die unter Druckbeaufschlagung des Gases/Gasgemisches erfolgt, die Menge an Kohlendioxid, die pro Zeiteinheit gelöst und gebunden wird, erhöht werden. Daher erfolgt in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Anreicherung oder Sättigung der wässrigen Akzeptorlösung enthaltend Guanidino- und/oder Amidinogruppen-tragende Verbindungen mit gelöstem Kohlendioxid in einer Anreicherungsvorrichtung, die eine Druckbeaufschlagung ermöglicht. Dies ermöglicht eine Beschleunigung der Anreicherung, bzw. das Erreichen des Zeitpunktes, an dem eine Sättigung erfolgt ist. Das Vorliegen einer Sättigung des Akzeptor-Mediums mit Kohlendioxid kann beispielsweise daran erkannt werden, dass die Konzentration von Kohlendioxid in dem Gasgemisch das durch die Anreicherungsvorrichtung geleitet wurde und austritt, ansteigt. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sofern ein Überschuss an freien Guanidino- und/oder Amidinogruppen der Akzeptorverbindungen, im Verhältnis zu Kohlendioxid-Molekülen in einem Gas/Gasgemisch, in dem wässrigen Akzeptor-Medium vorliegt, es bei einer ausreichend langen Kontaktierung der Gasphase mit dem Akzeptor-Medium zu einer vollständigen oder nahezu vollständigen Abreicherung von Kohlendioxid kommt. Nahezu vollständig bedeutet dabei eine Konzentration/Anteil von </= 100ppm. Insofern ist das Verfahren gerichtet auf eine vollständige oder nahezu vollständige Extraktion von Kohlendioxid aus einem Gas/Gasgemisch.
  • Bevorzugt ist eine Verfahren, bei dem ein Gas/Gasgemisch, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm kontaktiert wird.
  • Bevorzugt ist eine Verfahren, bei dem ein Gas/Gasgemisch, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm kontaktiert wird, wobei die Kontaktierung unter Druck erfolgt.
  • Bevorzugt ist eine Verfahren, bei dem ein Gas, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung, in der im Verhältnis zur in dem Gas/Gasgemisch vorliegenden Anzahl an Kohlendioxid-Molekülen ein Überschuss an freien Guanidino- und/oder Amidinogruppen der Akzeptorverbindungen vorliegt, kontaktiert wird, bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm.
  • Wie im Folgenden gezeigt, kann das Verfahren aber auch zum Umsatz des extrahierten und gebundenen Kohlendioxids sowie dessen Derivate genutzt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Konzentration/der Gehalt an Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate in Wasser so hoch wie möglich ist. Daher ist es bevorzugt, ein Akzeptor-Medium solange mit einem Gas/Gasgemisch, das Kohlendioxid enthält oder aus diesem besteht, in Kontakt zu bringen, bis keine weitere Aufnahme hierin erfolgt. Dies kann beispielsweise daran erkannt werden, dass in dem Gas/Gasgemisch, das mit dem Akzeptor-Medium in Kontakt gebracht worden ist, der Gehalt an Kohlendioxid auf > 100ppm ansteigt. Somit ist die Aufnahmekapazität des Akzeptor-Mediums erschöpft und das Akzeptor-Medium ist mit Kohlendioxid gesättigt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren zur Sättigung eines Akzeptor-Mediums mit Kohlendioxid und/oder Carbonat und/oder Hydrogencarbonat -Anionen, bei dem eine in Kontaktbringung des Akzeptor-Mediums mit einem Gas/Gasgemisch erfolgt, bis die Konzentration von Kohlendioxid in dem Gas/Gasgemisch, das mit dem Akzeptor-Medium in Kontakt gebracht worden ist, auf > 100ppm ansteigt.
    Bevorzugt ist ein mit Kohlendioxid gesättigtes Akzeptor-Medium.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt im Anschluss an eine Anreicherungsphase, bei der ein gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhter Druck für die Beaufschlagung des Gases/Gasgemisches mit einem Akzeptor-Medium verwandt wurde, eine Entspannungsphase, bei der es, unter atmosphärischen Druck oder unter nur leicht erhöhtem oder unter erniedrigtem Druck, zu einer Entgasung von gelösten gasförmigen Verbindungen kommt, die nicht separiert werden sollen oder störend bei einer im Verlauf erfolgenden Reaktionsbildung sein könnten, wie beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte mit Wasser, im Anschluss an eine Sättigung des wässrigen Akzeptor-Mediums mit Kohlendioxid, auch wenn diese unter erhöhtem Druck erfolgt ist, nicht desorbiert wird bzw. ausgast, auch nicht bei Anlage eines Unterdrucks von 100mbar. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach einer in Kontaktbringung des wässrigen Akzeptor-Mediums mit einem Gas/Gasgemisch, enthaltend Kohlendioxid, die bei Atmosphärendruck oder einem Überdruck erfolgt ist, eine Entfernung von gasförmigen Verbindungen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium, die nicht Kohlendioxid entsprechen, durch Entspannen auf atmosphärischen Druck und/oder Anlage eines Unterdrucks an des wässrige Akzeptor-Medium. In einer bevorzugten Ausführungsart werden durch eine Entspannung oder Anlage eines Unterdrucks Gase/Gasanteile, die nicht Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, entsprechen, aus dem wässrigen Akzeptor-Medium entfernt.
    Bei dieser Ausführungsform erfolgt die selektive Separation von Kohlendioxid vorzugsweise im Anschluss an die Entspannungsphase.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches mit einem wässrigen Akzeptor-Medium unter Atmosphärendruck oder erhöhtem Druck erfolgt und bei dem anschließend in einer Entspannungsphase, die unter atmosphärischen Druck oder Unterdruck erfolgt, Gase/Gasanteile, die nicht Kohlendioxid entsprechen, entweichen oder extrahiert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsart erfolgt im Anschluss an die in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptor-Lösung eine Freisetzung des in dem wässrigen Akzeptor-Medium gelösten Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, als Gasphase.
    Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch eine Anlage einer Gleichspannung an ein
    wässriges Akzeptor-Medium das mit Kohlendioxid beaufschlagt wurde, es an beiden Elektroden zu einer Freisetzung von Kohlendioxid in Form von Gasblasen kommt. Es wurde gefunden, dass sich hierdurch der gesamte Gehalt an Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, aus dem wässrigen Akzeptor-Medium entfernen lässt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein wässriges Akzeptor-Medium mit Kohlendioxid in Kontakt gebracht und beladen wird und anschließend das in dem Akzeptor-Medium gelöste/gebundene Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte mit Wasser, als Kohlendioxid-Gas freigesetzt wird, indem an das Akzeptor-Medium eine Gleichspannung angelegt wird.
  • Erwartungsgemäß werden neben Kohlendioxid auch Sauerstoff an der Anode und Wasserstoff an der Kathode freigesetzt.
    Überraschenderweise wurde dann gefunden, dass Kohlendioxid als hoch-reine Gasphase dadurch erhältlich gemacht werden kann, indem mittels eines elektrophoretischen Verfahrens die in der Akzeptor-Lösung befindlichen Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen von diesem räumlich separiert werden und anschließend durch Wasserabscheidung Kohlendioxid freigesetzt wird.
    Es wurde gefunden, dass sich eine elektrophoretische Separation des in dem wässrigen Akzeptor-Medium gelösten und gebundenem Kohlendioxid, bzw. der Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen, mittels Elektrodialyse-Vorrichtungen, die im Stand der Technik vorhanden sind, bewerkstelligen lässt. Es wurde ferner gefunden, dass offenporige Membranen geeignet sind, um eine elektrophoretische Durchleitung von Kohlendioxid, bzw. Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen, zu ermöglichen. Dabei erfolgt der elektrophoretische Transport von Kohlendioxid, bzw. Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen anodenwärts. Es wurde gefunden, dass eine Versuchsanordnung, bei der eine Elektrodialyse-Einheit verwandt wird, die aus der folgenden Anordnung besteht: Kathodenkammer/ Kammer für die Aufnahme der Akzeptorlösung (im Folgenden Akzeptorkammer genannt)/ Kammer in der die Freisetzung von Kohlendioxid in Form einer Gasphase erfolgt (im Folgenden Aufnahme- und Freisetzungskammer genannt) / Anodenkammer, besonders geeignet ist, für die Gewinnung von gasförmigem Kohlendioxid in reinster Form.
    Zur Ausführung einer elektrophoretischen Separation von Kohlendioxid und dessen Derivaten aus der Akzeptorlösung, ist anodenseitig die Akzeptor-Kammer durch ein elektrisch leitendes Medium mit der Aufnahme- und Freisetzungskammer zu verbinden, in der vorzugsweise die transportierten Verbindungen aufgenommen werden und/oder hier eine Freisetzung oder Umsetzung dieser erfolgen kann. Das in der Aufnahme- und Freisetzungskammer vorliegende Medium ist vorzugsweise eine wässrige Lösung und wird in der Folge Aufnahme- und/oder Freisetzungs-Medium genannt.
    Wenn bei einer solchen Anordnung in der Aufnahme- und Freisetzungskammer Leitungswasser als Aufnahme- und Freisetzungs-Medium verwandt wird, kommt es in der Aufnahme- und Freisetzungskammer an der Membran, die diese Kammer von der Akzeptorkammer trennt, zur Ausbildung von Gasblasen, die aus Kohlendioxid bestehen. Die Ausbildung von Gasblasen, die flächig die Membran zwischen der Akzeptorkammer und der Aufnahme- und Freisetzungskammer belegen, hat sich als sehr nachteilig dargestellt, da in diesen Bereichen durch die Gasschicht eine elektrische Isolation erfolgt und dadurch die Effizienz des Verfahrens erheblich eingeschränkt wird. Ferner ist die Verwendung eines wässrigen Mediums, das Elektrolyte enthält nachteilig, da es zur Ausbildung von Feststoffen, z.B. in Form von Natrium- und/oder Calciumcarbonat kommen kann. Gleichwohl ist es für die Ausführung eines elektrophoretischen Verfahrens erforderlich, dass das Aufnahme- und Freisetzungs-Medium eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Ferner sollte die Verbindung, die in dem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium die elektrische Leitfähigkeit herstellt, im angelegten elektrischen Gleichspannungsfeld nicht elektrophoretisch transportiert werden. Überraschenderweise wurde gefunden, dass organische und anorganische Säuren geeignet sind, um die vorgenannten Anforderungen zu gewährleisten.
    Überraschenderweise wurde gefunden, dass wasserlösliche organische Verbindungen, die eine oder mehrere Säuregruppen tragen, besonders geeignet sind, um gelöste(s) Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, welches/welche durch eine Separationsmembran in die Kammer, enthaltend das Aufnahme- und/oder Freisetzungs-Medium, eintreten, in einen gasförmigen Zustand zu überführen, bzw. zu entmischen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese organische Verbindung im elektrischen Feld nicht transportiert wird und/oder aufgrund ihrer Molekulargröße die Kammer enthaltend das Aufnahme- und/oder Freisetzungs-Medium nicht durch die Separationsmembran verlassen kann. Es wurde gefunden, dass säuregruppen-tragende Aminosäuren diese Bedingung besonders gut erfüllen und daher besonders bevorzugt sind. Vorzugsweise stellt sich der pH des Aufnahme- und/oder Freisetzungs-Mediums durch die Dissoziation der gelösten Aminosäuren selbst ein. Aminosäuren weisen am isoelektrischen Punkt keine elektrophoretische Mobilität auf. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn in dem Akzeptormedium und dem Aufnahme- und/oder Freisetzungs-Medium jeweils wässrig gelöste Aminosäuren an ihrem isoelektrischen Punkt vorliegen. Hieraus ergibt sich der besonders vorteilhafte Effekt, dass die Verbindungen, die für die Lösung, den Transport einerseits und für die Entmischung/Entgasung von Kohlendioxid/Hydrogencarbonat-Anionen andererseits verantwortlich sind, bzw. bewirken, sich nicht durchmischen oder verbraucht werden, da sie in den jeweiligen Lösungen verbleiben. Es konnte gezeigt werden, dass die elektrophoretische Separation von Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen sowie ein diffusions- bedingter Transport von Kohlendioxid durch eine offenporige mesoporöse Membran, z.B. in Form einer keramischen Filterplatte, möglich sind. Dabei verändert sich der pH der Akzeptlösung und des Aufnahme- und Freisetzungs-Mediums auch nicht während einer Elektrophorese und es findet eine Freisetzung von Kohlendioxid in der Aufnahme- und Freisetzungs-Kammer statt, wobei es während der Elektrophorese zu keinem Spannungsabfall durch eine Gasblasenbildung und Anhaftung an der Trennmembranen kam. Insofern erfüllt das erfindungsgemäße Aufnahme-Medium die Bedingung, dass in dem Medium eine Aufnahme und Bindung von Kohlendioxid bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen erfolgt und das aufgenommene/gebundene Kohlendioxid bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen von dem Separationsmedium entfernt und transportiert werden kann, sodass die Freisetzung von Kohlendioxid räumlich entfernt zum Separationsmedium bzw. der Aufnahme- und Freisetzungskammer erfolgen kann.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Lösung, der elektrophoretische Transport sowie die Entmischung/Entgasung von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen dadurch erfolgt, indem in einem wässrigen Akzeptormedium basische Aminosäuren und in einem wässrigen Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium säuregruppen-tragende Aminosäuren an ihrem isoelektrischen Punkt vorliegen.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Gas oder gasförmige Verbindungen sowie deren Derivate in einem wässrigen Akzeptormedium gebunden werden und mittels eines elektrophoretischen Verfahrens das Gas/die gasförmige Verbindung oder deren Derivate in Wasser durch ein Trennmedium transportiert werden und hierdurch in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium gelangen.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Gas oder gasförmige Verbindungen sowie deren Derivate in einem wässrigen Akzeptormedium gebunden werden und mittels eines elektrophoretischen Verfahrens das Gas/gasförmige Verbindung oder deren Derivate in Wasser durch ein Trennmedium transportiert werden und hierdurch in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium gelangen, worin sie als Gasphase freigesetzt und/oder chemisch umgesetzt werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in der Aufnahme- und Freisetzungskammer eine Freisetzung des/der durch das Trennmedium transportierten Kohlendioxids/Kohlendioxid-Derivate in Form eines reinen Kohlendioxid-Gases erfolgt.
  • Die bevorzugten basischen Aminosäuren sind Arginin und Lysin. Die bevorzugten säuregruppentragenden Aminosäuren sind Asparaginsäure und Glutaminsäure. Es wurde gefunden, dass wenn eine Säure als Aufnahme- und Freisetzungs-Medium verwandt wurde, die einen pKs von > 3 aufwies, das/die elektrophoretisch hierein transportierte(n) Kohlendioxid, bzw. die Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen nicht oder nur zu einem geringen Anteil bereits an der Membran oder innerhalb der Aufnahme- Freisetzungs-Kammer als gasförmiges Kohlendioxid freigesetzt wurde(n). Es wurde gefunden, dass in diesem Fall eine sehr vollständige Freisetzung des in dem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium gelösten/gebundenen Kohlendioxid, bzw. der Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, außerhalb der Aufnahme und Freisetzungskammer erreicht werden kann, indem in einen Auffanggefäß das Aufnahme und Freisetzungs-Medium über vorzugsweise hydrophobe Oberflächen geleitet wurde. Es wurde gefunden, dass durch eine Vorrichtungsanordnung, bei der in der Aufnahme- und Freisetzungskammer eine hohe Überströmungsrate des Trennmediums mit dem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium, insbesondere durch Verwendung von wabenartigen Spacern, die einen turbulenten Fluss in der Aufnahme- und Freisetzungskammer bedingen, eingerichtet wird und dieses in eine Freisetzungsvorrichtung geleitet wird, in der das Aufnahme- und Freisetzungs-Medium in Kontakt gebracht wird mit Oberflächen, an denen eine Entmischung von Kohlendioxid erfolgt oder in der eine Entmischung von Kohlendioxid durch eine Anlage eines Unterdruck bewerkstelligt wird, die Freisetzung von Kohlendioxid als Gas praktisch ausschließlich in der Freisetzungsvorrichtung und nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil in der Aufnahme- und Freisetzungskammer erfolgt. Daher erfolgt in einer bevorzugten Verfahrensausführung die Freisetzung von Kohlendioxid als Gas aus dem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium in einer Freisetzungsvorrichtung, in die das Aufnahme- und Freisetzungs-Medium aus einer Aufnahme-und Freisetzungs-Kammer eingeleitet wird (vgl. ). Bevorzugt ist die Bereitstellung von Grenzflächen in einer Freisetzungsvorrichtung zur Abscheidung von Kohlendioxid. Bevorzugt sind hydrophobe Grenzflächen.
    Geeignete Vorrichtungen zur Erhöhung von Grenzflächen sich beispielsweise Füllkörper.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem, nach Aufnahme von
    Kohlendioxid/Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen in ein Aufnahme- und Freisetzungs-Medium in einer Aufnahme- und Freisetzungs-Kammer, dieses in eine Freisetzungsvorrichtung eingeleitet wird und hierin Kohlendioxid als Gas freigesetzt wird.
  • Es wurde weiterhin gefunden, dass das in der Freisetzungskammer/Freisetzungsvorrichtung bzw. aus dem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium freigesetzte Gas ausschließlich oder fast ausschließlich aus Kohlendioxid besteht. Es konnte dokumentiert werden, dass es bei der erfindungsgemäßen Verfahrensausführung mit einer Freisetzung von Kohlendioxid als Gasphase in einer Freisetzungsvorrichtung zu keiner Erhöhung des elektrischen Widerstands während des elektrophoretischen Transports von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen innerhalb der Elektrodialyse-Vorrichtung durch eine Gasabscheidung an der Separationsmembran oder eine Gasblasenbildung innerhalb der Aufnahme- und Freisetzungskammer kommt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren zur Gewinnung und Erhalt eines Kohlendioxid-Reingases.
    Ein Reingas hat einen Gehalt an Verunreinigungen durch andere Verbindungen von < 0,5Vol%.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens werden ionische Flüssigkeiten als Freisetzungsmedium verwandt. Ionische Flüssigkeiten sind insbesondere deshalb vorteilhaft, da sie in der Regel nicht wasserlöslich sind und kein elektronenoptischer Transport der anionischen und kationischen Verbindungen, aus denen sich die Ionischen Flüssigkeit zusammensetzt, erfolgt. Daher ist eine Anwendung von ionischen Flüssigkeiten als Freisetzungsmedium in Verbindung mit einer offenporigen Membran, die die Akzeptor-Kammer von der Aufnahme- und Freisetzungskammer trennt, eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Gas oder gasförmige Verbindungen sowie deren Derivate in einem wässrigen Akzeptormedium gebunden werden und mittels eines elektrophoretischen Verfahrens das Gas/die gasförmige Verbindung oder deren Derivate in Wasser durch ein Trennmedium transportiert werden und hierdurch in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium gelangen, wobei das Aufnahme- und Freisetzungs-Medium eine Ionische Flüssigkeit ist.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Gas oder gasförmige Verbindungen sowie deren Derivate in einem wässrigen Akzeptormedium gebunden werden und mittels eines elektrophoretischen Verfahrens das Gas/gasförmige Verbindung oder deren Derivate in Wasser durch ein Trennmedium transportiert werden und hierdurch in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium das eine Ionische Flüssigkeit ist gelangen, worin sie chemisch umgesetzt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Separation von Kohlendioxid aus einem Gas/Gasgemisch semikontinuierlich oder kontinuierlich. Bevorzugt ist hierzu eine Vorrichtung, bei der eine Lösung/Dissoziation von Kohlendioxid in einer der erfindungsgemäßen wässrigen Akzeptorlösung erfolgt und gleichzeitig eine Separation des gelösten Kohlendioxids bzw. der Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen aus der Akzeptorlösung stattfindet. Die selektive Separation des/der gebundenen Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen erfolgt vorzugsweise durch einen Transport durch ein Trennmedium. Dabei ist die Verwendung von Membranen als Trennmedium zur Separation von gelöstem Kohlendioxid bzw. Carbonat-Hydrogencarbonat-Anionen bevorzugt. Eine elektrophoretische Separation ist bevorzugt. Zu diesem Zweck ist die Verwendung einer Elektro-Dialyseeinheit besonders bevorzugt. In einer Ausführungsform erfolgt in den Kammern, enthaltend die Akzeptorlösung, eine Begasung mit einem kohlendioxid-haltigen Gas/Gasgemisch. Das aus dieser Kammer austretende kohlendioxidreduzierte Gas/Gasgemisch wird sodann in die nächste Kammer enthaltend die Akzeptorlösung geleitet. Diese Anordnung kann beliebig oft hintereinander ausgeführt werden. Dabei kann die Begasung sowohl in den Kammern, enthaltend die Akzeptorlösung der jeweiligen Dialysezelle, stattfinden, als auch in einen Behältnis außerhalb hiervon erfolgen, wobei eine Zirkulation zwischen dem Behältnis und der jeweiligen Kammer der Dialyseeinheit eingerichtet wird. Bevorzugt ist eine möglichst feine Verteilung des Gases/Gasgemisches in dem Akzeptormedium. Hierzu können Techniken aus dem Stand der Technik verwandt werden. Mit einer solchen Verfahrensanordnung kann eine Gas-Waschkolonne eingerichtet werden, sodass der Kohlendioxid-enthaltende Gasstrom mehrfach sequentiell mit dem Akzeptor-Medium in Kontakt gebracht wird.
    Es konnte dokumentiert werden, dass nach einer Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen aus einem mit Kohlendioxid gesättigten Akzeptor-Medium, dieses erneut verwandt werden kann, um Kohlendioxid zu Lösen, Binden und zu transportieren. In besonders vorteilhafter Weise kann hierdurch eine Kreislaufführung des Akzeptor-Mediums ermöglicht werden, mit dem kontinuierlich oder semikontinuierlich eine Aufnahme, Transport und Separation von Kohlendioxid verlustfrei erfolgt und das Akzeptormedium beliebig oft für eine erneute Verfahrensdurchführung zur Verfügung steht.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine verlustfreie Wiederverwendung eines Akzeptor-Mediums, im Anschluss an eine Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen aus diesem Medium, erfolgt, um hierin erneut Kohlendioxid zu lösen und zu binden.
  • Es konnte gezeigt werden, dass sich gasförmiges Kohlendioxid vollständig in wässrigen Lösungen von Guanidino-/Amidinogruppen tragenden Verbindungen einbringen und hierin binden lässt, sofern nicht protonierte freie Guanidino-/Amidinogruppen der gelösten Akzeptorverbindung vorliegen. Dabei ist es unerheblich in welchem Verhältnis das Kohlendioxid zu anderen gasförmigen Verbindungen/Elementen vorliegt oder ob es sich um einen reinen Kohlendioxid-Gasstrom handelt. Unter dieser Bedingung erfolgt in Abhängigkeit von der Kontaktzeit und der erreichten Grenzfläche zwischen dem wässrigen Akzeptormedium und dem Gas/Gasgemisch eine vollständige (< 1ppm) oder fast vollständig (</= 100ppm) Entfernung von Kohlendioxid aus dem Gas/Gasgemisch. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Gas oder Gasgemischen.
  • Somit kann erstmalig ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem eine vollständige oder fast vollständige Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gas oder Gasgemisch durch eine in Kontaktbringung mit einem wässrigen Akzeptor-Medium bei einem atmosphärischen Druck ermöglicht wird und bei dem subsequent selektiv gasförmiges Kohlendioxid in reinster oder reiner Form wieder erhältlich gemacht werden kann. Reinst bedeutet in diesem Zusammenhang ein Kohlendioxid-Gehalt von >99,5Vol% und rein einen Kohlendioxid-Gehalt von > 98Vol%. Insofern ist das Verfahren auch gerichtet auf die selektive Separation und Gewinnung sowie Herstellung von reinem Kohlendioxid. Bevorzugt ist ein Verfahren zur selektiven Separation, Gewinnung und Herstellung von Kohlendioxid das rein oder reinst ist.
  • Es wurde festgestellt, dass wenn in einem Gas/Gasgemisch mehrere gasförmige Verbindungen enthalten sind, die eine Säure in Wasser bilden, diese in dem Akzeptor-Medium aufgenommen werden und somit die Separationseffizienz beeinflussen können, wenn nur eine der gasförmigen Verbindungen gewonnen werden soll. Dies kann insbesondere bei Gasen, die bei einer Fermentierung von organischem Material entstehen oder sogenanntem „Sauren Erdgasen“ sowie bei Rauch- oder Faulgasen der Fall sein. Ferner können Rauchgase Feststoffe enthalten, die zu einer Versottung der Akzeptorlösung führen können. In einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens wird vor der in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches mit dem Akzeptor-Medium eine Abtrennung von sämtlichen Feststoffpartikeln/Flüssigkeiten sowie gasförmigen Verbindungen, die in einem wässrigen Medium löslich sind oder hierin wasserlösliche Reaktionsprodukte bilden, vorgenommen. Dies ist mit Verfahren aus dem Stand der Technik möglich.
    Daher ist eine Vorreinigung eines Gasstroms, bei dem Kohlendioxid gebunden oder gebunden und gewonnen werden soll, bevorzugt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem vor einer in Kontaktbringung des Gases/Gasgemischs, enthaltend Kohlendioxid mit einem Akzeptor-Medium, eine Separation/Adsorption von flüssigen
    und soliden Bestandteilen sowie von Gasanteilen, die nicht Kohlendioxid entsprechen und die sich in Wasser lösen oder bei Kontakt mit Wasser wasserlösliche Reaktionsprodukte ausbilden, erfolgt.
  • Somit kann ein Verfahren zur Adsorption, Transport sowie selektiven Freisetzung von Kohlendioxid bereitgestellt werden, bei dem keine korrosiven oder gesundheitsgefährdenden Verbindungen
    eingesetzt werden und bei dem das wässrige Akzeptor-Medium nach der Separation des hierin gebundenen Kohlendioxid vollständig rezirkuliert und zur erneuten Adsorption von Kohlendioxid eingesetzt werden kann.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein wässriges Akzeptor-Medium zur Adsorption, Transport sowie selektiven Freisetzung von Kohlendioxid bereitgestellt werden, bei dem keine korrosiven oder gesundheitsgefährdenden Verbindungen eingesetzt werden und bei dem das wässrige Akzeptor-Medium nach der Separation des hierin gebundenen Kohlendioxid vollständig rezirkuliert und zur erneuten Adsorption von Kohlendioxid eingesetzt werden kann.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, zur reversiblen Bindung von gasförmigen Verbindungen an eine in Wasser gelöste Akzeptorverbindung in einem wässrigen Akzeptor-Medium.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die reversible Bindung zwischen einer gasförmigen Verbindung und einer wasserlöslichen Akzeptorverbindung, die in einem wässrigen Akzeptor-Medium vorliegt, über ein Reaktionsprodukt der gasförmigen Verbindung mit Wasser erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Reaktionsprodukt einer gasförmigen Verbindung mit der Wasserphase eines wässrigen Akzeptor-Mediums durch eine gelöste Akzeptor-Verbindung reversibel gebunden wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem wässrigen Akzeptor-Medium durch eine Akzeptorverbindung gebunden werden und bei dem die gebundenen gasförmigen Verbindungen wieder als Gas freigesetzt werden kann durch, eine Änderung des pH der Akzeptorlösung, eine Verdrängung der gasförmigen Verbindung durch einen Zusatz von anionischen Verbindungen oder durch eine elektrophoretische Separation.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem wässrigen Akzeptor-Medium gebunden werden und in der Folge die gasförmige Verbindung wieder freigesetzt wird, wobei die Akzeptorverbindung regeneriert wird und anschließend das Akzeptor-Medium für die erneute Bindung einer gasförmigen Verbindung bereit gestellt wird.
  • Es wurde gefunden, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Adsorption, Transport sowie selektiven Freisetzung von Kohlendioxid weitere Verfahrens-Ausführungsarten verwirklichen lassen.
  • Es wurde gefunden, dass bei dem Vorgang der Lösung von Kohlendioxid in einem wässrigen Akzeptor-Medium Wasserstoff freigesetzt wird. Dabei kann zwischen 0,5 und 2 Mol Wasserstoff pro Mol Kohlendioxid, das in dem Akzeptor-Medium gebunden wird, entstehen. Der Wasserstoff gelangt dabei als Gas in das Gas/Gasgemisch, das nach der in Kontaktbringung mit dem Akzeptor-Medium entweicht. Wasserstoff ist ein begehrter Rohstoff, daher erfolgt in einer bevorzugten Verfahrensausführung eine Gewinnung der im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahrensausführungen erhältlichen Wasserstoffmengen. In einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens erfolgt eine Adsorption von Wasserstoff, der während der Verfahrensausführung entsteht. Verfahren und Vorrichtungen zur Adsorption und Separation von Wasserstoff sind im Stand der Technik bekannt. So kann beispielsweise das Gas/Gasgemisch, das nach der in Kontaktbringung mit dem Akzeptor-Medium aufgefangen wird durch eine Medium geleitet, das geeignet ist, um Wasserstoff hierin zu binden und/oder abzuscheiden und direkt oder in einem Sekundärkreislauf gewinnen und/oder umsetzen zu können. Insofern ist das Verfahren auch gerichtet auf die Herstellung und Gewinnung von Wasserstoff. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch eine in Kontaktbringung eine Gases/Gasgemisches, enthaltend Kohlendioxid, mit einem Akzeptor-Medium Wasserstoff entsteht und der entstandene Wasserstoff adsorbiert und/oder separiert und gewonnen wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung und Gewinnung von Wasserstoff, bei dem ein Gas/Gasgemisch mit einem Akzeptor-Medium in Kontakt gebracht wird.
  • Bevorzugt sind Akzeptor-Medien zur Herstellung und Gewinnung von Wasserstoff.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch Anwesenheit oder durch die Zugabe von kationischen Verbindungen in/zu einem erfindungsgemäßen wässrigen Akzeptor-Medium, in welchem Kohlendioxid aufgenommen wird oder in dem Kohlendioxid bereits gebunden vorliegt, es spontan zur Ausbildung von Carbonaten kommt. So wurde gefunden, dass bei Anwesenheit von Natrium- oder Calciumionen in dem wässrigen Akzeptor-Medium, es bei der in Kontaktbringung mit einem Gas welches wasserlösliche gasförmige Verbindungen enthält, zur Ausbildung von Feststoffen kommt. Es wurde gefunden, dass, wenn es sich bei der wasserlöslichen gasförmigen Verbindung um Kohlendioxid handelt, Natrium- bzw. Calciumcarbonat entsteht. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem Akzeptor-Medium gebunden werden und hierin mit einer oder mehreren Verbindungen in Kontakt gebracht werden, wobei eine physiko-chemische oder chemische Reaktion zwischen der an die Akzeptorverbindung gebundenen gasförmigen Verbindung oder der anionischen Form der gasförmigen Verbindung und der mindestens einen weiteren Verbindung erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem Akzeptor-Medium durch eine Akzeptorverbindung gebunden werden, die eine Reaktion zwischen der gebundenen gasförmigen Verbindung bzw. der anionischen Form der gasförmigen Verbindung mit einer oder mehreren anderen Verbindungen ermöglicht und/oder katalysiert.
  • Es wurde dann gefunden, dass sich Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen sehr leicht in einem erfindungsgemäßen wässrigen Akzeptor-Medium lösen lassen. Überraschenderweise kam es dabei zu keiner oder einer, im Vergleich zu einem Lösungsvorgang in Wasser, sehr geringen exothermen Reaktion. Dies trifft insbesondere aus das Lösen von Calcium-, Eisen- und Aluminium Salzen, wie Calcium-, Eisen- oder Aluminiumchlorid zu. Überraschenderweise ergeben sich hieraus weitere besonders vorteilhafte Möglichkeiten bei der Herstellung von Carbonaten und Hydrogencarbonaten.
    Bei der Einleitung einer erfindungsgemäßen Akzeptor-Lösung, in der beispielsweise Aluminium- oder Eisenchlorid gelöst war, in eine Akzeptor-Lösung die gesättigt war mit Kohlendioxid, kam es zur Entstehung von feinsten weißen bzw. hellbraunen Feststoffpartikeln, die unter Agitation als Suspension vorlagen und nach Beendigung der Agitation sedimentierten. Es konnte dokumentiert werden, dass es sich bei den Feststoffen um Aluminium- bzw. Eisencarbonat handelte. Überraschenderweise kam es bei einem Einmischen der Akzeptor-Lösung, enthaltend das gelöste Salz, in eine Akzeptor-Lösung, die mit Kohlendioxid gesättigt war, zu keiner oder nur einer minimalen Freisetzung von Kohlendioxid in gasförmiger Form unter atmosphärischen Bedingungen. Somit kann ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem ein praktisch vollständiger oder vollständiger chemischer Umsatz von in einem Akzeptor-Medium gebundenem Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen unter Normaldruckbedingungen sowie Raumtemperatur ermöglicht wird.
    Somit kann in sehr vorteilhafter Weise eine Verbindung (Reaktionsverbindung) mit der ein chemischer Umsatz mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen erfolgen soll, in einem Akzeptor-Medium, enthaltend mindestens eine Akzeptor-Verbindung, einfach, schnell und ohne eine exotherme Reaktion in dem wässrigen Medium zu verursachen, vollständig gelöst und mit Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in Kontakt gebracht werden, ohne eine Freisetzung von Kohlendioxid. Es wurde gefunden, dass sich diese vorteilhaften Effekte auch ergeben, wenn eine Reaktionsverbindung in gleicher Art in einem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium oder einem Reaktionsmedium zum chemischen Umsatz bereitgestellt wird.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mindestens eine Reaktionsverbindung mit einer Akzeptorverbindung zusammen in Lösung gebracht wird und die hierin gelöste oder gelösten Reaktionsverbindung(en) mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in Kontakt gebracht wird/werden, um sie mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen chemisch umzusetzen.
  • Es wurde weiterhin gefunden, dass wenn eine Akzeptor-Lösung in der bereits Kationen/kationische Verbindungen, die Carbonate und/oder Hydrocarbonate bilden können in gelöster Form vorliegen, mit einem Gas/Gasgemisch in Kontakt gebracht werden welches Kohlendioxid enthält, im Verlauf der Begasung Carbonate und/oder Hydrogencarbonate entstehen und ausfallen. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gasförmige Verbindungen in einem wässrigen Akzeptor-Medium chemisch dadurch umgesetzt werden können, indem sie in Form des Reaktionsproduktes mit Wasser an eine gelöste Akzeptor-Verbindung gebunden werden und in dieser Form mit anderen Verbindungen in Kontakt gebracht werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem durch die in dem wässrigen Akzeptor-Medium gelöste Akzeptor-Verbindung mindestens eine wasserlösliche anorganische oder organische Verbindung gelöst wird oder eine Lösungsvermittlung erreicht wird, sodass die mindestens eine Verbindung in dem Akzeptor-Medium teilweise oder vollständig gelöst vorliegt und das Akzeptor-Medium gleichzeitig oder anschließend an die Lösung der mindestens einen Verbindung mit mindestens einer gasförmigen Verbindung in Kontakt gebracht wird, wobei es zu einer physiko-chemischen oder chemischen Reaktion zwischen der mindestens einen gasförmigen und der mindestens einen in dem Akzeptor-Medium gelösten Verbindung kommt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens erfolgt die Einbringung von Kationen/kationischen Verbindungen, die Carbonate bzw. Hydrogencarbonate bilden können, indem diese mittels eines elektrophoretischen Verfahrens selektiv in die Akzeptor-Lösung eingebracht werden. Dies erfolgt vorzugsweise in einer Verfahrensanordnung in der eine Elektrolytlösung, in der das oder die zur Carbonat-, bzw. Hydrogencarbonatherstellung geeigneten Kationen/kationischen Verbindungen gelöst vorliegen, in einer Elektrodialyse-Vorrichtung in eine Elektrolyt-Kammer eingebracht werden, die anstatt einer Aufnahme- und Freisetzungskammer mit einer der Akzeptor-Kammer, enthaltend die Akzeptor-Lösung, verbunden wird, wobei sich zwischen der Elektrolyt-Kammer und der Akzeptor-Kammer eine kationenselektive Membran befindet, durch die die Kammern miteinander elektrisch gekoppelt sind. Durch die Anlage einer Gleichspannung zwischen der Anoden- und Kathodenkammer erfolgt ein elektrophoretischer Transport von Kationen/kationischen Verbindungen aus der Elektrolyt-Kammer in die Akzeptorkammer. Wahlweise kann in der Akzeptorkammer eine Akzeptorlösung vorliegen, die bereits mit Kohlendioxid gesättigt ist oder während des Dialyseprozesses mit Kohlendioxid kontinuierlich beaufschlagt wird. Wie im Folgenden mehr detailliert offenbart, ist ein chemischer Umsatz von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat auch mit anderen Verbindungen möglich. Verbindungen, die mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat reagieren oder umgesetzt werden können, indem sie sich in einem Akzeptor-Medium befinden oder in diese transportiert werden oder der Umsatz außerhalb des Akzeptor-Mediums mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen, das/die mittels eines Akzeptor-Mediums gelöst und transportiert wurde(n), werden im Folgenden als Reaktionsverbindungen bezeichnet. Somit konnte ein Umsatzverfahren dargestellt werden, mit dem es möglich ist, Reaktionsverbindungen mit Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen in Kontakt zu bringen und diese miteinander chemisch umzusetzen. Wie im Folgenden weiter beschrieben, lässt sich das Umsatzverfahren in verschiedenen Ausführungsformen gestalten und mit verschiedenen Reaktionsverbindungen durchführen.
  • Es wurde weiter gefunden, dass aufgrund der verbesserten Löslichkeit durch die Basizität des Akzeptor-Mediums, Lösungen mit deutlich höheren Konzentrationen dieser Salze hergestellt werden können, als dies in reinem Wasser möglich ist. Bei Versuchen zur Begasung einer Akzeptor-Lösung enthaltend gelöste Natrium, Calcium- oder Aluminiumsalze mit einem reinen Gas bestehend aus Kohlendioxid oder einem Gasgemisch enthaltend Kohlendioxid, wurde gefunden, dass sich sehr rasch eine milchige Suspension bildet. Der entstandene Feststoff sedimentiert spontan, sodass eine vollständige Phasentrennung durch eine agitationsfreie Absetzphase oder Absetzstrecke erreicht werden kann. Eine Phasentrennung kann aber auch mittels eines zentrifugalen oder filtrativen Separationsverfahrens erreicht werden. Derartig hergestellte Carbonate bzw. Hydrogencarbonate sind chemisch rein und liegen unmittelbar in Form kleinster Partikel von < 1µm vor oder können mit geringem Energieaufwand zu kleinsten Partikeln verteilt werden.
  • Als nachteilig stellte sich dabei das Verbleiben der Anionen des gelösten Salzes in der Akzeptorlösung heraus, wie beispielsweise von Chloridionen. Es wurde gefunden, dass es mit verschiedenen Verfahren aus dem Stand der Technik möglich ist, die in die Akzeptorlösung eingetragenen Anionen der hierin gelösten Salze zu binden oder zu separieren. In einer Ausführungsform erfolgt eine Separation der Anionen eines Salzes durch eine Elektrodialyse, die im Anschluss an eine Einbringung eine Salzes oder einer Lösung des Salzes in das wässrige Akzeptor-Medium erfolgt oder im Anschluss an die in Kontaktbringung des wässrigen Akzeptor-Mediums mit einem Gas/Gasgemisch enthaltend Kohlendioxid. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die in einem Akzeptor-Medium vorliegende Akzeptorverbindung im Anschluss an die Bindung einer gasförmigen Verbindung bzw. der anionischen Form der gasförmigen Verbindung, wieder regeneriert wird, indem das Akzeptor-Medium mittels einer Elektrodialyse, einer Kontaktierung mit lonenaustauschverbindungen oder Adsorptionsmitteln, von anionischen Verbindungen, bis auf Hydroxylanionen, bereinigt wird.
  • Daher ist das Verfahren auch gerichtet auf die Herstellung von chemisch reinen Carbonaten sowie Hydrogencarbonaten, die in Pulver-Form erhältlich werden, gerichtet. Vorzugsweise liegen die Carbonate und Hydrogencarbonate dabei in amorpher Form vor. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Carbonate und/oder Hydrogencarbonate in chemisch reiner Form erhältlich werden, indem mittels eines wässrigen Akzeptor-Mediums, enthaltend gelöste Guanidino- und/oder Amidinogruppen-tragende Verbindungen, Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen gelöst sowie hierin gebunden werden und mit gelöst vorliegenden Kationen/kationischen Verbindungen, die Carbonate oder Hydrogencarbonate bilden können, in Kontakt gebracht werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Carbonate sowie Hydrogencarbonate in chemisch reiner Form erhältlich werden, indem mittels eines wässrigen Akzeptor-Mediums, enthaltend gelöste Guanidino- und/oder Amidinogruppen-tragende Verbindungen, Kationen/kationischen Verbindungen, die Carbonate oder Hydrogencarbonate bilden können, gelöst werden und mit Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in Kontakt gebracht werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von Carbonaten sowie Hydrogencarbonaten.
  • Es wurde gefunden, dass sich derartige Carbonate sowie Hydrogencarbonate herstellen lassen durch eine erfindungsgemäße Adsorption und Lösung von Kohlendioxid welches aus einer regenerativen Rohstoffquelle freigesetzt wird, wie beispielsweise bei einer Fermentation zu einem Biogas oder der Verbrennung von Holz. Sofern regenerative Kationen/kationische Verbindungen, die z.B. durch eines der Verfahren zur Regeneration von organischen und anorganischen Verbindungen erhältlich werden, sowie eine regenerative Energie für die Verfahrensdurchführung eingesetzt werden, wird es nunmehr möglich, regenerative Carbonate sowie Hydrogencarbonate herzustellen.
    Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von regenerativen Carbonaten sowie Hydrogencarbonaten.
    Bevorzugt sind regenerative Carbonate und Hydrogencarbonate.
  • Somit ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung das Verfahren auch darauf gerichtet, Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in einer hohen Konzentration in einem wässrigen Akzeptor-Medium bereitzustellen und hierin mit anderen Verbindungen chemisch umzusetzen. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in einer hohen Konzentration in einem wässrigen Akzeptor-Medium bereit gestellt und hierin mit anderen Verbindungen chemisch umzusetzen wird/werden.
  • Somit ist das Verfahren auch gerichtet auf ein Umsatzverfahren, mit dem Reaktionsprodukte aus einem Umsatz von organischen und/oder anorganischen Verbindungen mit gelösten oder gelösten und transportierten Gasen/gasförmigen Verbindungen und/oder deren Derivate erhältlich werden. Bevorzugt ist ein Umsatzverfahren, bei dem organische und/oder anorganische Verbindungen mit einem gelösten oder gelösten und transportierten Gasen/gasförmigen Verbindungen und/oder deren Derivate in Kontakt gebracht und umgesetzt werden.
  • Bevorzugt sind Reaktionsprodukte, erhältlich durch einem Umsatz von organische und/oder anorganische Verbindungen mit einem gelösten oder gelösten und transportierten Gasen/gasförmigen Verbindungen und/oder deren Derivate.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur selektiven Bindung, Transport, Reaktionsaktivierung, Umsatz und/oder Freisetzung von Kohlendioxid.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, bei dem Kohlendioxid in einem wässrigen Medium, enthaltend gelöste Guanidino- und/oder Amidinogruppen-tragende Verbindungen, gelöst und mit und/oder in diesem gespeichert und /oder transportiert und/oder umgesetzt und/oder freigesetzt wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Löslichkeit von Kohlendioxid in einem wässrigen Medium, durch hierin gelöste Verbindungen, die freie Guanidino- und/oder Amidinogruppen enthalten, gegenüber reinem Wasser erheblich erhöht wird und in der wässrigen Lösung gebunden bleibt. Ferner überraschend war die Beobachtung, dass sich mit zunehmender Menge an gebundenem Kohlendioxid die Löslichkeit von guanidino-und/oder amidinogruppentragenden Verbindungen erhöht werden kann. So konnte beispielsweise für Arginin, dessen Löslichkeitsgrenze in Wasser bei 0,6 mol/l bei 20°C liegt, gefunden werden, dass mehr als 3mol/l gelöst werden können, bzw. in Lösung gehen, bei gleichzeitiger Einleitung von Kohlendioxid. Dabei bleibt das wässrigen Medium klar und hat einen pH zwischen 10 und 12,5. Es wurde gefunden, dass das Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte in Wasser, wie Carbonat- und Hydrogencarbonat-Anionen, in einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste guanidino-und/oder amidinogruppentragenden Verbindungen, drucklos gelöst und hierin gebunden werden, in eine molaren Verhältnis von >/= 1:1. Somit lassen sich durch in einem wässrigen Medium mit hierin gelösten Verbindungen die freie Guanidino- und/oder Amidinogruppen enthalten, drucklos Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in einer Konzentration von bevorzugt > 0,5 mol/l, weiter bevorzugt von > 1,0 mol/l, weiter bevorzugt von > 1,5 mol/l, weiter bevorzugt von > 2,0 mol/l, weiter bevorzugt von > 2,5 mol/l, weiter bevorzugt von > 3 mol/l und noch weiter bevorzugt von >3,5 mol/l binden. In einer bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Bereitstellung der wässrigen Lösung zur Aufnahme, Transport, Umsatz, Freisetzung und/oder Speicherung von Kohlendioxid in Form einer Akzeptorlösung. Die Akzeptorlösung wird vorzugsweise in einer Akzeptorkammer oder Akzeptorvorrichtung bereitgestellt. Die Akzeptorvorrichtung enthält eine Vorrichtung, die geeignet ist eine möglichst große Austauschfläche zwischen einem Gas/Gasgemisch und dem Akzeptormedium herzustellen und/oder ein Gas/Gasgemisch mit dem Akzeptormedium in Kontakt zu bringen. Hierzu sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Form stellt dabei eine Gaswaschvorrichtung (siehe auch ) oder Gaswaschkolonne dar. Im Falle eines Gasgemisches welches nicht gasförmige Bestandteile enthält, ist es bevorzugt, das Gasgemisch zunächst von den nicht gasförmigen Anteilen zu befreien, z.B. durch eine Filtration oder eine Waschung des Gases mit einer anderen Flüssigkeit. Bevorzugt ist weiterhin ein Gasgemisch zunächst einer Wäsche mittels einer säurehaltigen Lösung vorzunehmen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Kohlendioxidkonzentration eines Gases/Gasgemischs bei einer anschließenden in Kontaktbringung mit einer Akzeptorlösung deutlich schneller reduzieren lässt, als ohne eine vorherige Aktivierung der Gasgemisches durch eine in Kontaktbringung mit einer säurehaltigen Lösung. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Aktivierung eines Gasgemisches mittels einer in Kontaktbringung mit einer säurehaltigen Lösung erfolgt, wodurch sich die Löslichkeit von Kohlendioxid in einem Akzeptormedium verbessert.
  • Prinzipiell kann hierfür jede Säure oder säurebildende Verbindung verwandt werden. Die bevorzugten Säuren sind HCl, Schwefelsäure oder Phosphorsäure.
  • Die Akzeptorlösung enthält mindestens eine in Wasser leicht lösliche Akzeptorverbindung. Diese Akzeptorverbindung kann vollständig oder unvollständig gelöst vorliegen. Vorzugsweise erfolgt eine Aufnahme und Durchmischung der Akzeptorlösung von/mit Kohlendioxid während der Durchleitung/in Kontaktbringung eines Gases/Gasgemisches mit der Akzeptorlösung.
    Die mindestens eine gelöste/lösliche Verbindung der Akzeptorlösung bedingt vorzugsweise einen basischen pH der Lösung. Der pH der Akzeptorlösung beträgt vorzugsweise zwischen 7 und 14, mehr bevorzugt zwischen 8 und 13 und weiter bevorzugt zwischen 9 und 12,5. Die bevorzugten wasserlöslichen Akzeptorverbindungen weisen mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe auf. Besonders bevorzugt sind wasserlösliche Verbindungen, die freie Guanidinogruppen tragen.
    Die bevorzugte guanidinogruppentragende Verbindung ist die Aminosäure Arginin. Die bevorzugte Konzentration beträgt zwischen 10 µmol und 10 mol/l, mehr bevorzugt zwischen 10 mmol/ und 5 mol/l und weiter bevorzugt zwischen 0,1 mol/ und 3mol/l. Die bevorzugte Temperatur bei der die in Kontaktbringung des Gases/Gasgemisches mit der Akzeptorlösung erfolgt, beträgt zwischen 1 und 60°C, mehr bevorzugt zwischen 10 und 35°C und weiter bevorzugt zwischen 15 und 30°C. Überraschenderweise ist die Akzeptorlösung besonders geeignet, um drucklos eine Speicherung von gelöstem Kohlendioxid vorzunehmen. Es konnte gezeigt werden, dass Akzeptorlösungen enthaltend gelöstes und gebundenes Kohlendioxid auch über den Verlauf von 12 Monaten stabil bleiben, insbesondere kommt es weder zu einer Entmischung von Kohlendioxid noch zu einer mikrobiellen Besiedelung des Mediums.
  • Bei den erfindungsgemäßen wässrigen Akzeptorlösungen handelt es sich vorzugsweise um Lösungen aus einer, zwei oder mehreren Aminosäure(n) und/oder Peptid(en), die in der Einzel- und/oder Gesamtkonzentration in einem Bereich von 10mmol/l bis 15mol/l, mehr bevorzugt zwischen 100mmol/l und 10mol/l und weiter bevorzugt zwischen 0,1 mol/ und 5 mol/l vorliegen. Es kann sich dabei um L- oder D-Formen oder Racemate der Verbindungen handeln. Bevorzugt ist die Aminosäuren Arginin, ferner bevorzugt sind ihre Derivate. Besonders bevorzugt sind basische Aminosäuren und Peptide mit kationischen Gruppen. Bei den erfindungsgemäß einsetzbaren Peptiden kann es sich um Di-, Tri- und/oder Polypeptide handeln. Die erfindungsgemäßen Peptide haben mindestens eine funktionelle Gruppe, die ein Proton bindet oder binden kann. Das bevorzugte Molekulargewicht liegt dabei unter 500kDa, mehr bevorzugt < 250kDa weiter bevorzugt < 100kDa und insbesondere bevorzugt < 1000Da. Die bevorzugten funktionellen Gruppen sind dabei insbesondere eine Gunanidin-, Amidin-, Amin-, Amid-, hydrazino-, hydrazono-, hydroxyimino- oder nitro-Gruppe. Die Aminosäuren können dabei eine einzige funktionelle Gruppe aufweisen oder mehrere der gleichen Verbindungsklasse oder ein oder mehrere funktionelle Gruppe(n) unterschiedlicher Verbindungsklassen enthalten. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Aminosäuren und Peptide mindestens eine positive Ladungsgruppe auf, bzw. haben eine positive Gesamtladung. Besonders bevorzugte Peptide enthalten mindestens eine der Aminosäuren Arginin, Lysin, Histidin in einer beliebigen Anzahl und sequentiellen Folge. Besonders bevorzugt sind Aminosäuren und/oder Derivate dieser, die mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten. Weiter bevorzugt sind aber auch andere Akzeptorverbindungen, die mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten. Als Guanidinogruppe wird der chemische Rest H2N-C(NH)-NH- sowie dessen cyclische Formen bezeichnet und als Amidinogruppe der chemische Rest H2N-C(NH)- sowie dessen cyclische Formen. Diese Guanidinoverbindungen und Amidinoverbindungen haben vorzugsweise einen Verteilungskoeffizienten Kow zwischen n-Octanol und Wasser von keiner als 6,3 (Kow < 6,3). Insbesondere bevorzugt sind Argininderivate. Argininderivate sind definiert als Verbindungen, welche eine Guanidinogruppe und eine Carboxylatgruppe oder eine Amidinogruppe und eine Carboxylatgruppe aufweisen, wobei Guanidinogruppe und Carboxylatgruppe oder Amidinogruppe und Carboxylatgruppe durch mindestens ein Kohlenstoffatom voneinander entfernt sind, d.h. sich zumindest eine der folgenden Gruppen zwischen der Guanidinogruppe oder der Amidinogruppe und der Carboxylatgruppe befindet: -CH2-, -CHR-, -CRR'-, worin R und R' unabhängig voneinander beliebige chemische Reste darstellen. Natürlich kann der Abstand zwischen der Guanidinogruppe und der Carboxylatgruppe oder der Amidinogruppe und der Carboxylatgruppe auch mehr als ein Kohlenstoffatom betragen, beispielsweise bei folgenden Gruppen -(CH2)n-, - (CHR)n-, -(CRR')n-, mit n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, wie es z.B. bei Amidinopropionsäure, Amidinobuttersäure, Guanidinopropionsäure oder Guanidinobuttersäure der Fall ist. Verbindungen mit mehr als einer Guanidinogruppe und mehr als einer Carboxylatgruppe sind beispielsweise Oligoarginin und Polyarginin. Weitere Beispiele von Verbindungen, die unter diese Definition fallen, sind Guanidinoessigsäure, Kreatin, Glycocyamin. Bevorzugte Verbindungen weisen dabei als gemeinsames Merkmal die allgemeinen Formel (I) oder (II)
    Figure DE102020004542A1_0001
    Wobei
    R, R', R'', R''' und R'''' unabhängig voneinander -H, -CH=CH2, -CH2-CH=CH2, -C(CH3)=CH2, -CH=CH-CH3, -C2H4-CH=CH2, -CH3, -C2H5, -C3H7, -CH(CH3)2, -C4H9, -CH2-CH(CH3)2, -CH(CH3)-C2H5, -C(CH3)3, -C5H11, -CH(CH3)-C3H7, -CH2-CH(CH3)-C2H5, -CH(CH3)-CH(CH3)2, -C(CH3)2-C2H5, -CH2-C(CH3)3, -CH(C2H5)2, -C2H4-CH(CH3)2, -C6H13, -C7H15, Cyclo-C3H5, cyclo-C4H7, cyclo-C5H9, Cyclo-C6H11,-C≡CH, -C≡C-CH3, -CH2-C≡CH, -C2H4-C=CH, -CH2-C≡C-CH3 repräsentieren,
    oder R' und R'' bilden zusammen den Rest -CH2-CH2-, -CO-CH2-, -CH2-CO-, -CH=CH-, - CO-CH=CH-, -CH=CH-CO-, -CO-CH2-CH2-, -CH2-CH2-CO-, -CH2-CO-CH2- oder -CH2-CH2-CH2-;
    X repräsentiert -NH-, -NR''''-, oder -CH2- oder ein substituiertes Kohlenstoffatom; und
    L repräsentiert eine C1 bis C8 lineare oder verzweigte und gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette mit mindestens einem Substituent ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus
    -NH2, -OH, -PO3H2, -PO3H , -PO3 2-, -OPO3H2, -OPO3H-, -OPO3 2-, -COOH, -COO-, -CO-NH2, - NH3 +, -NH-CO-NH2, -N(CH3)3 +, -N(C2H5)3 +, -N(C3H7)3 +, -NH(CH3)2 +, -NH(C2H5)2 +, -NH(C3H7)2 +,
    -NHCH3, -NHC2H5, -NHC3H7, -NH2CH3 +, -NH2C2H5 +, -NH2C3H7 +, -SO3H, -SO3-, -SO2NH2, - C(NH)-NH2, -NH-C(NH)-NH2, -NH-COOH, oder
    Figure DE102020004542A1_0002
  • Es ist bevorzugt, dass die Kohlenstoffkette L im Bereich von C1 bis C7 ist, bevorzugter im Bereich von C1 bis C6, weiterhin bevorzugt im Bereich von C1 bis C5, und am bevorzugtesten im Bereich von C1 bis C4.
    Vorzugsweise repräsentiert L -CH(NH2)-COOH, -CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, oder -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH.
    Bevorzugt sind auch Verbindungen der allgemeinen Formel (III) wie unten gezeigt:
    Figure DE102020004542A1_0003
    wobei die Reste X und L die Bedeutungen haben, wie hierin offenbart.
  • Die erfindungsgemäßen Akzeptorlösungen können weitere Verbindungen enthalten, die keine Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweisen und sich vorteilhaft auf die Verfahrensausführung auswirken. Dies können beispielsweise basenbildende Verbindungen seien, wie Lysin und Histidin. Ferner kann die Akzeptor-Lösung Verbindungen enthalten, die beispielsweise eine antimikrobielle Wirkung haben oder die Oberflächenspannung des Mediums verändern.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Akzeptorverbindung eine Aminosäure ist und der pH der Akzeptorlösung in einem Bereich zwischen 8 und 13 liegt. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mittels einer wässrigen Akzeptorlösung Kohlendioxid über den Verlauf von mehr als 12 Monaten drucklos gebunden werden kann.
  • Es wurde gefunden, dass diese Eigenschaft auch dazu führt, dass sich Kohlendioxid in der wässrigen Akzeptorlösung drucklos transportieren lässt. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mittels einer wässrigen Akzeptorlösung Kohlendioxid drucklos transportiert werden kann.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Transport und/oder Lagerung der Akzeptorlösung, mit hierin gebundenem Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten, erfolgt.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur selektiven Bindung, Transport und Speicherung von Kohlendioxid in wässrigen Medien das charakterisiert ist durch die Schritte:
    1. a) Bereitstellung einer wässrigen Akzeptorlösung, enthaltend mindestens eine Akzeptorverbindung, die eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist,
    2. b) Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung aus Schritt a) bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm,
    3. c) Transport und/oder Lagerung der Akzeptorlösung, enthaltend gebundenes Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b).
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Akzeptorverbindung eine Aminosäure ist und der pH der Akzeptorlösung in einem Bereich zwischen 8 und 13 liegt.
  • Die Akzeptor-Lösungen werden vorzugsweise mit einem deionisierten Wasser (VE-Wasser) hergestellt. Die eine oder mehrere Akzeptorverbindung(en) wird/werden vorzugsweise in dem Wasser vollständig gelöst. Dabei kann die Lösung erhitzt werden, um die Löslichkeit der einen oder mehreren Verbindung(en) zu erhöhen. Da überraschenderweise gefunden wurde, dass sich die Löslichkeit der Akzeptor-Verbindungen erheblich erhöhen lässt, indem während oder im Anschluss an einen wärmeinduzierten Lösungsvorgang eines Teils der Akzeptor-Verbindung eine in Kontaktbringung mit Kohlendioxid erfolgt, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Lösungsvorgang von Akzeptorverbindungen unter Einleitung von Kohlendioxid durchgeführt. Hierdurch können ungelöste Akzeptor-Verbindungen gelöst/in Lösung gebracht werden, bzw. es ist eine weitere Erhöhung der Konzentration der Akzeptorverbindung(en) möglich. Am Beispiel von Arginin konnte gezeigt werden, dass sich Konzentrationen von 5mol/l und mehr erreichen lassen. Darüber hinaus bleiben diese Lösungen stabil, d.h. es kommt zu keiner Kristallisation der Akzeptor-Verbindung(en). Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Löslichkeit einer Akzeptor-Verbindung dadurch erhöht wird, indem das Akzeptor-Medium, in dem sich die Akzeptor-Verbindung in gelöster und/oder ungelöster Form vorliegt, mit einem Gas/Gasgemisch, bestehend aus oder enthaltend Kohlendioxid, mit dem Akzeptor-Medium in Kontakt gebracht wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Kontaktieren des Akzeptor-Mediums mit einem Gas/Gasgemisch, enthaltend mindestens eine gasförmige Verbindung, die bei Kontakt mit Wasser eine wasserlösliche Verbindung ausbildet, stattfindet und bei dem die wasserlöslichen Verbindungen in ionischer oder ionisierbarer Form im Akzeptor-Medium vorliegen, unter Ausbildung einer reversiblen Bindung der gelösten Verbindung mit der gelösten Akzeptorverbindung.
  • Vorzugsweise erflogt die in Kontaktbringung der Gasphase mit dem Akzeptor-Medium bis der Gehalt des Gases/der gasförmigen Verbindung das/die in dem Akzeptor-Medium gelöst wird < 100ppm beträgt.
  • Es konnte gezeigt werden, dass eine erfindungsgemäße Extraktion von Kohlendioxid bei verschiedensten Gasen/Gasgemischen möglich ist und sich hierdurch sehr vorteilhafte Effekte ergeben. So konnte für Verbrennungsgase von Diesel- und Benzinmotoren sowie von Kohlehochöfen, gezeigt werden, dass der hierin enthaltene Kohlendioxid-Anteil, der zwischen 10 und 25Gew% betrug, auf < 0,01 Vol% reduziert werden kann, z.B. durch eine in Kontaktbringung des Gases mit einer Akzeptor-Lösung, die mittels eines statischen Mischers erfolgte. Eine Entfernung des Kohlendioxid-Anteils, der in einer Menge von 52Vol% in einem Gasgemisch aus einer Biogasherstellung vorlag, war möglich, wodurch ein Biomethan erhalten wurde mit einer Reinheit von > 98,5 Vol%. Es wurde gefunden, dass Gase oder gasförmige Verbindungen, die bei Kontakt mit Wasser keine Säureform ausbilden, nicht an die erfindungsgemäße Akzeptor-Verbindung(en) gebunden werden und es somit weder zu einem Austrag aus dem Gas/Gasgemisch das mit einer Akzeptlösung in Kontakt gebracht wird kommt, noch dieses in der Akzeptlösung in einer höheren Konzentration vorliegt, als dies bei dem gegebenen Partialdruck, der sich bei in Kontaktbringen das Gasphase und dem Akzeptor-Medium einstellt, der Fall ist. So findet beispielsweise keine Anreicherung in der Akzeptorlösung statt für Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Edelgase oder Kohlenwasserstoffe, wie Methan oder Butan.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Methan-Rein-Gases Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bio-Methan-Rein-Gases
  • Es wurde gefunden, dass durch die erfindungsgemäßen Akzeptorlösungen Gase/gasförmige Verbindungen, die bei Kontakt mit Wasser eine Säureform ausbilden, sich in einer wässrigen Akzeptorlösung binden lassen. Sofern eine selektive Extraktion und/oder Gewinnung von Kohlendioxid gewünscht ist, ist es vorteilhaft, anderer Gase/gasförmigen Verbindungen, die ebenfalls eine Säureform in Wasser ausbilden und damit in Konkurrenz zur Adsorption von Kohlendioxid stehen können, aus einem Gas/Gasgemisch zu entfernen, bevor dieses mit einer der erfindungsgemäßen Akzeptorverbindung in Kontakt gebracht wird. Vorzugsweise erfolgt bei derartigen Gasen/Gasgemischen eine Entfernung oder Reduktion derartiger Verbindungen, wie beispielsweise SO2, H2S, NO, NO2, oder andere Stickoxide, sowie CI2 oder HCL. Dies kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen, wie beispielsweise Katalysatoren, Adsorptionsmitteln oder einer wässrigen Gaswäsche. Das Gas/Gasgemisch, das mit der Akzeptlösung in Kontakt gebracht werden soll, hat vorzugsweise eine Temperatur zwischen 0 und 100°C, mehr bevorzugt zwischen 10 und 85°C und weiter bevorzugt zwischen 15 und 70°C. Prinzipiell kann die Akzeptlösung auch zur Kühlung eines Gases/Gasgemisches verwandt werden, sodass auch höhere Temperaturen eines Gases/Gasgemisches möglich sind. Um eine Verdampfung des wässrigen Akzeptor-Mediums zu vermeiden, ist in diesem Fall vorzugsweise eine Kühlung der Lösung vorzusehen. Das Gas/Gasgemisch, das nach einer in Kontaktbringung mit einem wässrigen Akzeptor-Medium erhältlich wird, kann je nach Temperatur, Zusammensetzung, dem Volumenstrom oder der Art der in Kontaktbringung Wasserdampf sowie Wasser in Tropfenform aufweisen. Es ist möglich, dass hierdurch Akzeptlösung und damit Akzeptor-Verbindungen verloren gehen. Daher sollte vorzugsweise eine möglichst vollständige Entfernung von Wasseranteilen aus dem behandelten Gas/Gasgemisch vorgenommen werden. Dies kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen, wie beispielsweise einer Vorrichtung zur Kondensatabscheidung. Die abgeschiedene Wasserphase wird sodann der Akzeptlösung wieder zugeführt. Die erfindungsgemäßen Akzeptor-Verbindungen werden bei der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung nicht verbraucht und unterliegen keinem autokatalytischen Prozess. Daher ist das Verfahren gerichtet auf eine ökonomische Prozessführung, bei der die Akzeptorverbindung verlustfrei in einer Kreislaufführung wieder verwandt wird.
  • Bevorzugt ist ein prozess-ökonomisches Verfahren, bei dem eine verlustfreie Wiederverwendung der Akzeptorverbindung erfolgt.
  • Gasförmiges Kohlendioxid wird an der Grenzfläche zu einem Akzeptor-Medium sehr rasch und vollständig aufgenommen, solange hierin noch Akzeptor-Verbindungen vorliegen, die nicht an einer Bindung von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen beteiligt sind. Eine mit Kohlendioxid gesättigte Akzeptorlösung, in der Kohlendioxid vollständig gelöst vorliegt, ist klar und es findet keine spontane Entgasung statt.
    Vollständig gelöst bedeutet dabei, dass sich in einem geschlossenen Gefäß enthaltend das/die gelöste(n) Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen bei 20°C kein Dampfdruck von mehr als 2kPa durch Kohlendioxid entwickelt.
    Es wurde gefunden, dass eine Entgasung vorgenommen werden kann, beispielsweise durch eine Absenkung des pH des Akzeptormediums. Dies kann beispielsweise durch Zusatz einer Säure erfolgen.
    In der Analyse des Gasstroms, der durch eine Entgasung der wässrigen Akzeptorlösung, enthalten guanidino- und/oder amidinogruppentragende Verbindungen und hierin in gesättigter Form gelösten Kohlendioxid, durch eine Säure (z.B. HCl) erhalten wurde, konnte keine andere Verbindung als Kohlendioxid festgestellt werden.
    Bei einer Verfahrensausführung, bei der Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen durch einen elektrophoretischen Transport in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium eingebracht worden waren, konnte nur Kohlendioxid in dem aus dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium freigesetzten Gas detektiert werden. Somit ist es möglich, ohne Aufwendung eines Druckes, Kohlendioxid selektiv aus einem Gasgemisch zu entfernen und in einem Auffanggefäß isoliert freizusetzen.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm, oder einem Transport und/oder Lagerung der Akzeptorlösung, enthaltend gebundenes Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivate der Verfahrensschritt erfolgt: Freisetzung des im Akzeptormedium gebundenen Kohlendioxid als Gasphase.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich aus der Akzeptorlösung das gelöste Kohlendioxid/ Carbonat-/Hydrogencarbonat -Anionen sehr leicht mittels eines Membranverfahrens separieren lässt/lassen. Hierzu ist keine Veränderung des pH der Akzeptorlösung erforderlich. So wurde gefunden, dass Membranen, die für gasförmige Verbindungen und/oder Anionen durchlässig sind, für einen selektiven Transport von Kohlendioxid/ Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen geeignet sind. Es wurde gefunden, dass aber auch offenporige Membranen/Trennmedien geeignet sind, die einen nicht-selektiven Durchgang von Kohlendioxid/ Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen zu ermöglichen.

    Überraschenderweise sind offenporige Membranen für die Separation von gelösten Kohlendioxid/Hydrogencarbonat-Anionen aus den erfindungsgemäßen wässrigen Medien besonders geeignet. Bevorzugt sind mikro- oder mesoporöse Membranen. Aber auch makroporöse und nanoporöse Membranen können verwandt werden. Die äußeren und innen Membranoberflächen können hydrophil oder hydrophob sein. Bevorzugt sind hydrophobe Membranoberflächen. Es konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zu
    Anionenaustauschmembranen oder bipolaren Membranen, die aus einem geschlossenen Polymerfilm bestehen, ein erheblich größerer Massen-/Volumenstrom des/der elektrophoretisch transportierten Kohlendioxids/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen möglich ist.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Separation von gelösten Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen mittels offenporiger Membranen erfolgt. Die offenporigen Membranen sind vorzugsweise mikro- und/oder mesoporös und haben hydrophobe Oberflächeneigenschaften.
  • Die bevorzugten Transportformen für Kohlendioxid/ Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen basieren auf einem diffusiven Prozess, einem Konzentrationsgradienten oder einem thermischen oder elektrischen Gradienten sowie Kombinationen dieser. Bevorzugte sind offenporige Membranen, d.h. ein solides oder semisolides Trennmedium, das geeignet ist, ein wässriges Medium drucklos zurückzuhalten und offene Poren aufweist, die beide Seiten der Membran miteinander verbinden und für ein Gas und/oder Anionen durchlässig sind. Vorzugsweise weisen die offenen Poren im Mittel einen Durchmesser zwischen 10 nm und 1mm auf, weiter bevorzugt zwischen 100nm und 500Mikrometern und weiter bevorzugt zwischen 1 Mikrometer uns 200 Mikrometern auf. Die bevorzugten Membranen weisen an ihren inneren und/oder äußeren Oberflächen hydrophile oder hydrophobe elektrostatische Eigenschaften auf.
  • Durch die erfindungsgemäße Sättigung des Akzeptor-Mediums ist Kohlendioxid vollständig gebunden, sodass es nicht zu einer Entmischung und somit zu einem Druckaufbau in einer Akzeptor-Kammer kommt. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da hierdurch ein Separationsverfahren zur Abtrennung von gelöstem Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, mit einer offenporigen Separationsmembran erfolgen kann, ohne Notwendigkeit eines Druckausgleichs zwischen dem Behältnissen, enthaltend das Akzeptormedium und ein Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium. Hierdurch kann die Aufnahmevorrichtung für das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium offen gegen dem Atmosphärendruck sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Aufnahmevorrichtungen (Kammern) für das Akzeptormedium, als auch für das Aufnahme-und/oder Freisetzungsmedium, offen gegen den Atmosphärendruck.
    Überraschenderweise bildeten sich sehr rasch konfluierende Gasblasen auf beiden Seiten einer solchen Trennmembran, wenn in der Kammereinheit, die an die Akzeptorkammer angrenzt, eine wässrige Lösung enthaltend eine Säure vorgelegt wurde. Somit kommt es durch einen diffusiven Prozess durch das Trennmedium zu einer Entgasung von Kohlendioxid, welches dann in der an die Akzeptorkammer angrenzenden Kammer freigesetzt wird. In der Folge wird diese Kammereinheit als Aufnahme- und Freisetzungskammer bezeichnet. Das in einer Aufnahme-und Freisetzungskammer befindliche Medium wird folglich Aufnahme- und Freisetzungsmedium genannt.
    Wie im Folgenden dargelegt, ist es möglich, dass auch andere Trennmedien verwandt werden, die einen Transport von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium ermöglichen.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium durch ein Trennmedium erfolgt und hierdurch in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium aufgenommen und /oder freigesetzt wird/werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium durch ein Trennmedium erfolgt, die auf einem diffusiven, osmotischen und/oder elektrophoretischen Prozess basiert. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Trennmedium zur Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium ein solides oder semisolides Trennmedium ist, das ein wässriges Medium drucklos zurückhält und offene Poren aufweist, die beide Seiten der Membran miteinander verbinden und für ein Gas und/oder Anionen durchlässig sind.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das solide oder semisolide Trennmedium zur Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen eine Trennmembran ist.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Trennmembran zur Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen eine anionenselektive oder bipolare Polymermembran ist.
  • Überraschenderweise kann gelöstes Kohlendioxid, bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen sehr effizient aus der erfindungsgemäßen Akzeptorlösung mittels elektrophoretischer Verfahren separiert werden.
    Bevorzugt ist die Durchführung einer Elektrodialyse zur Separation von gelösten Kohlendioxid/Hydrogencarbonat-Anionen. Die Elektrodialyse kann dabei mit Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik erfolgen.
    Es wurde gefunden, dass das /die elektrophoretisch transportierte(n) Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen sich in dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium enthaltend anionische Aminosäuren entmischt/entmischen und als gasförmiges Kohlendioxid entweicht.
  • In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen aus einem wässrigen Akzeptor-Medium, indem das Akzeptor-Medium, enthaltend Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrocarbonat-Anionen, in eine Akzeptor-Kammer gefüllt wird, welche durch ein Trennmedium von einer hieran angrenzenden Aufnahme- und Freisetzungskammer getrennt ist. In der Aufnahme- und Freisetzungskammer befindet sich vorzugsweise ein Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium. Dieses ist vorzugsweise ein wässriges Medium. Vorzugsweise weist dieses einen pH im Bereich zwischen 1 und 7 auf, weiter bevorzugt zwischen 2 und 6 und weiter bevorzugt zwischen 3 und 5. In einer besonders bevorzugten Ausführungsart sind in dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium säuregruppen-tragende Verbindungen gelöst. Besonders bevorzugt sind Verbindungen, die mindestens eine Säuregruppe tragen und einen isoelektrischen Punkt im Bereich zwischen 3 und 5 oder weiter bevorzugt zwischen 3,5 und 4,5 haben. Besonders bevorzugt sind säuregruppen-tragende Aminosäuren, insbesondere Asparaginsäure und Glutaminsäure. Die bevorzugte Konzentration liegt in einem Bereich zwischen 1 mmol/I und 3mol/l. Ferner bevorzugt sind organische Säuren, die mehr als eine Säuregruppe tragen und eine gute Wasserlöslichkeit aufweisen, wie beispielsweise Zitronensäure oder Ascorbinsäure. Prinzipiell sind auch anorganische Säuren geeignet, wie beispielsweise Schwefelsäure oder Diphosphorsäure. Bei Verwendung von anorganischen Säuren sind wässrige Lösungen dieser Säuren mit einer Konzentration zwischen 1 und 50Gew% bevorzugt. Der Temperaturbereich in dem das Aufnahme- und Freisetzungsmedium eingesetzt wird, kann prinzipiell frei zwischen 1 und 99°C gewählt werden. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich zwischen 30 und 80°C, weiter bevorzugt zwischen 40 und 75°C und noch weiter bevorzugt zwischen 50 und 70°C.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in der Aufnahme- und Freisetzungskammer sich ein Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium befindet, in dem sich mindestens eine Verbindung befindet, die mindestens eine Säuregruppe trägt und einen isoelektrischen Punkt im Bereich zwischen 3 und 5 hat.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium eine wässrige Lösung einer organischen und/oder anorganischen Säure ist.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Verfahrensausführung dazu geeignet ist, einen selektiven Transport von Kohlendioxid bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in die Aufnahme- und Freisetzungskammer bzw. das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium zu ermöglichen, wobei sich aus dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium das Kohlendioxid entmischt und unter Wasserabspaltung aus den Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen gasförmiges Kohlendioxid entsteht, sodass sich eine Gasphase ausbildet, in der ausschließlich Kohlendioxid enthalten ist. Somit ist es möglich, Kohlendioxid selektiv zu binden, zu transportieren und an einem beliebigen Ort selektiv freizusetzen. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Durchströmung der Aufnahme- und Freisetzungskammer mit dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium, wobei vorzugsweise eine hohe Überströmungsgeschwindigkeit an der Oberfläche des Trennmediums erfolgt, wodurch eine Ausgasung an der Oberfläche des Trennmediums vollständig oder fast vollständig verhindert werden kann und eine Aufnahme in das Aufnahme- und Freisetzungsmedium erfolgt, mit dem es vorzugsweise in ein separates Behältnis eingeleitet wird, in dem dann die Ausgasung vollzogen wird. Es wurde gefunden, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn in diesem separaten Freisetzungsbehälter eine möglichst vollständige Entgasung von Kohlendioxid erfolgt und das Aufnahme- und Freisetzungsmedium sodann wieder der Aufnahme- und Freisetzungskammer zugeleitet wird, wodurch die Transportleistung sowohl durch das Trennmedium, als auch in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium, deutlich gesteigert werden kann (siehe ). Eine effiziente Entgasung des Aufnahme- und Freisetzungsmediums kann beispielsweise durch die Überströmung von Oberflächen erfolgen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um hydrophobe Oberflächen aus Materialien wie PTFE oder Graphit. Ferner kann die Entgasung mit bekannten Techniken, wie beispielsweise der Anlage eines Unterdrucks, erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Separation von Kohlendioxid/Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen aus dem wässrigen Akzeptor-Medium durch ein Elektrodialyseverfahren. Dabei wird die Akzeptorlösung, in der Kohlendioxid, bzw. dessen Reaktionsprodukte mit Wasser, gelöst vorliegen, einer Akzeptorkammer einer Elektrodialyse-Einheit zugeführt. Die Elektrodialyse-Einheit besteht im einfachsten Fall aus einer Akzeptorkammer und einer Aufnahme- und Freisetzungskammer, die durch ein Trennmedium voneinander getrennt sind. Die Elektroden können sich dabei direkt in den Prozessmedien befinden, d.h. die Anode kann sich dabei in dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium und die Kathode kann sich in der Akzeptorlösung befinden. Mehr bevorzugt sind Elektrodialyse-Vorrichtungen, bei denen die Elektroden in einer Anoden- bzw. Kathodenkammer (Elektrodenkammern) befindlich sind und bei denen die Akzeptorkammer bzw. Aufnahme- und Freisetzungskammer durch eine ionenselektive Membran von den Elektrodenkammern getrennt sind, wobei die Anoden- und Kathodenkammer mit einem zum Elektronentransport geeigneten Medium, z.B. einer Elektrolytlösung, gefüllt sind (siehe ). In einer weiter bevorzugten Ausführungsart werden multiple Kammereinheiten, bestehend aus Akzeptorkammern und Aufnahme- und Freisetzungskammern in wiederholter Anordnung zusammengefügt, wobei die Kammerstapel an beiden Enden durch die Anoden- bzw. Kathodenkammer abgeschlossen und hiermit elektrisch leitfähig verbunden werden. In einer bevorzugten Verfahrensanordnung grenzt die erste Akzeptorkammer an die Kathodenkammer und die letzte Aufnahme- und Freisetzungskammer an die Anodenkammer an. In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung sind die Akzeptorkammern von den Aufnahme- und Freisetzungskammern jeweils durch eine bipolare Membran getrennt.
  • Vorzugsweise erfolgt der Transport von Kohlendioxid bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen durch die Anlage einer elektrischen Gleichspannung zwischen der Kathode und Anode. Die Spannung und Stromstärke, bei denen eine erfindungsgemäße Elektrodialyse erfolgt, ist abhängig von spezifischen Prozessparametern, wie dem Abstand zwischen den Elektroden, der Anzahl der Kammereinheiten, dem Widerstand der Membranen und der Prozesslösungen sowie der Querschnittsfläche und sind somit individuell zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsart wird in der Aufnahme- und Freisetzungskammer, enthaltend das Aufnahme-/Freisetzungsmedium, das durch das Trennmedium transportierte Kohlendioxid als Gas freigesetzt. In einer weiter bevorzugten Ausführungsart wird das durch das Trennmedium transportierte Kohlendioxid bzw. der Kohlendioxid-Derivate in dem Aufnahme-/Freisetzungsmedium aufgenommen und in einer Freisetzungsvorrichtung als Gas freigesetzt. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt b) oder c) der Schritt c1) oder d1) erfolgt: Freisetzung des im Akzeptormedium gebundenen Kohlendioxid als Gasphase.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Akzeptormedium aus Schritt b) sich in einer Akzeptorkammer einer Elektrodialyse-Vorrichtung befindet oder hierein eingeleitet wird und der Transport von Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten gemäß Schritt c) mittels eines elektrischen Gradienten, der zwischen der Akzeptorkammer und einer Aufnahme- und Freisetzungskammer hergestellt wird, erfolgt, wobei die Akzeptorkammer(n) und die Aufnahme- und Freisetzungskammer(n) durch ein Trennmedium voneinander separiert werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivate durch ein Trennmedium transportiert wird/werden, wobei das Trennmedium eine Membran ist, die durchlässig ist für Ionen und/oder Gasmoleküle.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, zur Elektrodialyse eines Akzeptormediums und Transport von Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten gemäß Schritt c) mittels eines elektrischen Gradienten, der zwischen der Akzeptorkammer und einer Aufnahme- und Freisetzungskammer hergestellt wird, bei dem das Trennmedium eine Membran ist, die durchlässig ist für Ionen und/oder Gasmoleküle. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in der Aufnahme- und Freisetzungs-Kammer eine Freisetzung des/der durch des Trennmedium transportierten Kohlendioxids/Kohlendioxid-Derivate in Form eines reinen Kohlendioxid-Gases erfolgt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in der Aufnahme- und Freisetzungs-Kammer das/die durch das Trennmedium transportierte Kohlendioxid/Carbonat/Hydrocarbonat-Anionen in Form eines reinen Kohlendioxid-Gases freigesetzt wird.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt b) oder c) der Schritt b2) oder c2) erfolgt: Separation von Kohlendioxid/Carbonat/Hydrocarbonat-Anionen aus dem Akzeptormedium durch ein Trennmedium mittels eines diffusiven, osmotischen oder elektrophoretischen Verfahrens und Transport in ein Aufnahme-/Freisetzungsmedium, wobei in dem Aufnahme-/Freisetzungsmedium eine Freisetzung von Kohlendioxid als reine Gasphase erfolgt.
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt b) oder c) der Schritt b3) oder c3) erfolgt: Separation von Kohlendioxid/Carbonat/Hydrocarbonat-Anionen aus dem Akzeptormedium durch ein Trennmedium mittels eines diffusiven, osmotischen oder elektrophoretischen Verfahrens und Transport in ein Aufnahme-/Freisetzungsmedium, wobei die Freisetzung von Kohlendioxid als reine Gasphase aus dem Aufnahme-/Freisetzungsmedium in einer Freisetzungsvorrichtung erfolgt. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Akzeptormedium aus Schritt b) sich in einer Kathodenkammer einer Elektrodialyse-Vorrichtung befindet oder hierein eingeleitet wird und der Transport von Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten gemäß Schritt c) mittels eines elektrischen Gradienten, der zwischen der Kathodenkammer und einer Anodenkammer hergestellt wird, erfolgt, wobei die Kathodenkammer(n) und die Anodenkammer(n) durch ein ionen- oder gaspermeables Trennmedium voneinander separiert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsart sind die Kammern, in denen Kohlendioxid freigesetzt wird oder werden kann, mit einer Auffangvorrichtung für ein Gas ausgestattet, die es vorzugsweise ermöglicht, dass es zu keinem Druckaufbau in dieser Kammer kommt.
    In einer bevorzugten Ausführungsart wird das Kohlendioxid, das nach einem der Verfahren im Anschluss an eine Bindung in einem Akzeptor-Medium wieder freigesetzt und in einer Gasauffangvorrichtung aufgefangen und von dort einer weiteren Verwendung zugeführt wird (siehe ).
    Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Kohlendioxid im Anschluss an eine Bindung/Transport oder Speicherung in einem Akzeptor-Medium wieder als Gasphase freigesetzt und einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart befinden sich in dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium eine oder mehrere Verbindungen, die mit dem aus der Akzeptorlösung transportierten Kohlendioxid, bzw. Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen reagieren und oder dieses/diese binden. Diese Verbindungen, im Folgenden Reaktionsverbindungen genannt, können einen flüssigen, festen oder gasförmigen Zustand haben. Ferner können sich in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium reaktionsfördernde Verbindungen, wie z.B. Katalysatoren, befinden. Das Aufnahme- und Freisetzungsmedium kann dabei eine andere Temperatur aufweisen, als das Akzeptormedium. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt eine Reaktion und/oder Bindung von in dem Akzeptormedium gelösten Kohlendioxid/Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen mit/an geeigneten Verbindungen, die hierin vorliegen. Bevorzugt ist die Verwendung von Reaktionsverbindungen zur Reaktion und/oder Bindung von Kohlendioxid und/oder Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen welche in der Akzeptorlösung und/oder dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium vorliegen. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine oder mehrere Reaktionsverbindungen zur Reaktion und/oder Bindung von Kohlendioxid und/oder Carbonat/Hydrogencarbonat -Anionen in der Akzeptorlösung und/oder dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium vorliegt/vorliegen.
  • Überraschenderweise sind die Reaktionsbedingungen, die in einer Akzeptorlösung in der Kohlendioxid bzw. Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen in hoher Konzentration vorliegt/vorliegen, für die Synthese von Kohlenstoffverbindungen, besonders geeignet. So lassen sich beispielsweise Synthesen von Carbonsäuren bewerkstelligen. Beispiele hierfür sind eine Umsetzung mit dem Grignard-Reagenz oder eine Telomerisation mit einem Palladium-Kathalysator. Es konnte gezeigt werden, dass durch die mit dem Verfahren mögliche Anreicherung von Kohlendioxid und dessen wasserlöslichen Derivaten chemische Synthesen organischer Verbindungen unter Normaldruckbedingungen ermöglicht werden können. Ferner konnte gezeigt werden, dass Carbonsäuren, die in einem wässrigen Akzeptormedium synthetisiert werden, mittels Elektrodialyse kontinuierlich separiert werden können. Die elektrophoretisch separierten Carbonsäuren werden dabei vorzugsweise in einem wässrigen Medium aufgenommen und aus diesem wieder freigesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass wiederum eine Lösung enthaltend gelöstes Arginin hervorragend geeignet ist, um bei dieser Verfahrensausführung als Aufnahme-und/oder Freisetzungsmedium für die transportierten Carbonsäuren eingesetzt zu werden.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren bei dem eine oder mehrere Reaktionsverbindungen zur Reaktion und/oder Bindung von Kohlendioxid und/oder Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen in der Akzeptorlösung und/oder dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium vorliegt/vorliegen. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt b) das in der Akzeptorlösung gebundene Kohlendioxid mittels einer Reaktionsverbindung zu einer Kohlenstoffverbindung umgesetzt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Verfahrensausführung wird für den selektiven elektrophoretischen Transport von kurzkettigen Carbonsäuren eine Anionenaustauschmembran verwandt, die permeabel für Anionen mit einem Molekulargewicht bis 400 Da ist. Es wurde gefunden, dass diese geschlossenen und wasserundurchlässigen Polymermembranen weitgehend undurchlässig sind für Kohlendioxid und dessen Derivate, die in der Akzeptorlösung vorliegen. Hierdurch verbleiben die Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen auch während einer Elektrodialyse in der Akzeptorlösung. Es konnte gezeigt werden, dass der gesamte Kohlendioxid-Anteil eines Rauchgases separiert, transportiert und chemisch umsetzt werden kann mittels eines der hierin beschriebenen Verfahren. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt b) das in der Akzeptorlösung gebundene Kohlendioxid mittels einer Reaktionsverbindung zu einer Kohlenstoffverbindung umgesetzt wird. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem nach Schritt c) das in dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium gebundene oder das transportierte und freigesetzte Kohlendioxid mittels einer Reaktionsverbindung zu einer Kohlenstoffverbindung umgesetzt wird.
  • Somit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Gehalt/die Konzentration von Kohlendioxid und von Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen in dem wässrigen Akzeptor-Medium unter Normaldruckbedingungen derart zu erhöhen und gleichzeitig optimale Reaktionsbedingungen herzustellen, sodass ein unmittelbarer chemischer Umsatz durch immobilisierte reaktionsfördernde Verbindungen in der Akzeptorlösung erfolgen kann. Ferner konnte gezeigt werden, dass es durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verfahrensanordnung möglich ist, die aus dem chemisch Umsatz einstehenden Edukte, wie z.B. Carbonsäuren, gleichzeitig kontinuierlich zu entfernen, was beispielsweise mit einer Anionenaustauschmembran erfolgen kann. Ferner konnte gezeigt werden, dass in einer solchen Verfahrensausführung wiederum eine Lösung enthaltend guanidino- oder amidino-gruppentragende Verbindungen, die in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium gelöst vorliegen, geeignet sind zur Aufnahme und Transport von Carbonsäuren, die aus dem zuvorigen Umsatz entstanden sind und mittels Elektrodialyse transportiert worden sind. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffverbindungen aus Kohlendioxid.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt ein chemischer Umsatz des in dem wässrigen Akzeptor-Medium in Form von Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen gebundenem Kohlendioxid zu Carbonaten. Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die erfindungsgemäße Adsorption von Kohlendioxid, sowie von dessen Reaktionsprodukten mit Wasser, sich ein chemischer Umsatz mit verschiedenen Verfahrensanordnungen ausführen lässt. Beispielhaft sollen hier 3 mögliche Umsatzverfahrensarten aufgeführt werden.
  • Umsatzverfahren 1:
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich das in dem wässrigen Akzeptor-Medium gelöste Kohlendioxid sowie die Carbonat- und Hydrogencarbonat-Anionen unmittelbar in der Akzeptlösung oder mit dieser zu Carbonaten umsetzen lassen. Hierzu wird der mit Kohlendioxid gesättigten Akzeptorlösung vorzugsweise eine wässrige Lösung, enthaltend gelöste kationische Verbindungen, die zu Herstellung von Carbonaten geeignet sind, hinzugegeben.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsart dieses Umsatzverfahrens erfolgt die Carbonatherstellung während der in Kontaktbringung der Akzeptor-Lösung, in der das Salz des zur Carbonat-/Hydrogencarbonatherstellung verwendeten Kations/ kationischen Verbindung bereits gelöst vorliegt, mit Kohlendioxid.
  • In einer anderen Verfahrensausführung wird die Akzeptlösung, in der bereits Kohlendioxid gelöst/gebunden vorliegen, einer Lösung zugeführt, in der Kationen/ kationische Verbindungen, die zur Herstellung von Carbonaten geeignet sind, in gelöster (ionisierter) Form vorliegen. Der chemische Umsatz erfolgt dabei beim Eintrag der gesättigten Akzeptorlösung.
  • Bei allen Verfahrensvarianten entwickelt sich rasch eine milchige Suspension, aus der sich spontan Feststoff sedimentativ separiert. Die Phasenseparation kann aber auch durch filtrative oder zentrifugale Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen.
  • Umsatzverfahren 2:
  • In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt der Eintrag von Kationen/ kationischen Verbindungen, die zur Herstellung von Carbonaten/Hydrogencarbonaten geeignet sind, in die Akzeptorlösung während der in Kontaktbringung mit Kohlendioxid oder im Anschluss hieran mittels eines elektrophoretischen Verfahrens. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine Elektrodialyse. Vorzugsweise erfolgt dies in einer Verfahrensanordnung, bei der die Akzeptor-Kammer anodenwärts an eine Elektrolyt-Kammer grenzt und von dieser durch eine kationen-selektive Membran getrennt wird. In der Elektrolyt-Kammer liegen Kationen/ kationische Verbindungen in gelöster (ionisierter) Form vor, die für die Herstellung von Carbonaten/Hydrogencarbonaten geeignet sind. Durch Anlage einer Gleichspannung erfolgt ein elektrophoretischer Transport von Kationen/ kationischen Verbindungen durch die kationen-selektive Membran in die Akzeptor-Lösung, wo diese dann zu dem entsprechenden Carbonat spontan umgesetzt werden. Dabei kann die Akzeptor-Lösung bereits mit Kohlendioxid gesättigt sein oder wird während der Elektrodialyse mit Kohlendioxid in Kontakt gebracht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens liegt in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium ein Kation/ kationische Verbindung, das/die zur Herstellung von Carbonaten/Hydrogencarbonaten geeignet ist, in ionischer Form von Es erfolgt ein Transport von Kohlendioxid/ Carbonat/Hydrogencarbonat-Anionen durch ein anionenselektives Trennmedium aus der Akzeptorkammer in das Aufnahme- und Freisetzungsmedium. In diesem kommt es dann zur Ausbildung der entsprechenden Carbonate. Es wurde gefunden, dass diese Reaktion größtenteils unmittelbar an dem Trennmedium stattfindet. Überraschenderweise verlief diese Reaktion schneller und homogen in dem wässrigen Aufnahme- und Freisetzungsmedium ab, wenn hierin eine der erfindungsgemäßen Akzeptorverbindungen gelöst vorlag. Bei dieser Verfahrensausführung ist es vorteilhaft, wenn in dem Aufnahme-und Freisetzungs-Medium keine anorganischen Säuren und nur eine geringer Gehalt an organischen Säuren vorliegen.
  • Umsatzverfahren 3
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens erfolgt ein chemischer Umsatz von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium, wobei zum einen Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen aus einer Akzeptorkammer durch ein Trennmedium in die Aufnahme-und Freisetzungskammer transportiert wird/werden und zum andern Kationen/ kationische Verbindungen, die zur Herstellung von Carbonaten/Hydrogencarbonaten geeignet sind, aus einer Elektrolytkammer, in der mindestens ein Kation/ kationische Verbindung in ionischer oder ionisierbarer Form vorliegt, in die Aufnahme- und Freisetzungskammer transportiert wird. Dabei grenzt die Aufnahme-und Freisetzungskammer kathodenseitig an die Akzeptorkammer und anodenseitig an eine Elektrolytkammer an. Vorzugsweise erfolgt der Stofftransport elektrophoretisch, wobei als Trennmedium zwischen der Akzeptor-Kammer und der Aufnahme-und Freisetzungskammer eine bipolare oder anionen-selektive Membran und zwischen der Aufnahme-und Freisetzungskammer und der Elektrolytkammer eine kationen-selektive Membran eingesetzt sind. Bei dieser Verfahrensausführung ist es vorteilhaft und bevorzugt, dass in dem Aufnahme-und Freisetzungs-Medium mindestens eine Akzeptor-Verbindung gelöster Form vorliegt. Dabei ist es bevorzugt, dass in dem Aufnahme-und Freisetzungs-Medium keine anorganischen Säuren und nur eine geringer Gehalt an organischen Säuren vorliegen.
  • Bei allen Ausführungsarten der Umsatzverfahren ist es vorteilhaft, die wässrige Lösung, in der der chemische Umsatz erfolgt, zu agitieren, um lokale Entmischungsprozesse zu verhindern. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensausführung wird während des chemischen Umsatzes kein oder praktisch kein Kohlendioxid als Gasphase freigesetzt. Eine Freisetzung kann durch eine Aufkonzentration der Gegenionen der zur Carbonatherstellung eingesetzten Verbindungen bewirkt werden. Daher ist eine Entfernung der Gegenionen aus der Prozesslösung, in der der chemische Umsatz von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen erfolgt, vorteilhaft. Vorzugsweise erfolgt während oder im Anschluss an die Durchführung eines der Umsatzverfahren eine Entfernung von Gegenionen (Anionen) der eingesetzten Verbindungen, die zur Bereitstellung von Kationen/ kationischen Verbindungen für die Herstellung von Carbonaten eingesetzt werden. Diese sind beispielsweise Cl- oder SO4 2-. Hierzu wird in einer bevorzugten Verfahrensausführung die Kammereinheit, in der das Gegenion akkumuliert, anodenseitig mittels einer anionen-selektiven Membran entweder mit der Anodenkammer oder einer Spülkammer verbunden. In der Spülkammer befindet sich ein wässriges elektrisch leitendes Medium, das die Gegenionen aufnimmt und hierin entweder adsorbiert oder die Spülflüssigkeit wird durch die Anodenkammer rezirkuliert. In einer bevorzugten Ausführungsart entsteht hierdurch in der Anodenkammer eine Säure, wie z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure, die ggf. weiter aufkonzentriert und für die Herstellung einer Lösung, enthaltend Kationen/ kationischen Verbindungen, die zur Carbonatherstellung geeignet sind, verwendet wird. Beispielsweise kann hierdurch Aluminiumchlorid oder Eisen(II)-sulfat aus metallischem Aluminium oder Eisen hergestellt werden, das dann für eine weitere Carbonat-/Hydrogencarbonatherstellung eingesetzt werden kann.
  • Die Durchführung der Umsatzverfahren 2 und 3 sind dabei besonders vorteilhaft, da in dem Akzeptor-Medium keine Feststoffaggregate entstehen und keine weiteren Anionen eingetragen werden, die mit der Aufnahme von Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen konkurrieren können. Damit kann eine Kreisführung der Akzeptorlösung zur Aufnahme und Abgabe von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen erfolgen, die in einem Sekundärkreislaufverfahren chemisch umgesetzt werden. Bei dem Umsatzverfahren 1, kann eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Separation von Anionen, die nicht Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen entsprechen, durch adsorptive Verfahren oder ein Elektrodialyseverfahren erfolgen. Somit kann auch bei dem Umsatzverfahren 1 eine Kreislaufführung der Akzeptorlösung gewährleistet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Umsatzverfahren werden vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 70°C, mehr bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 15 und 50°C durchgeführt. Der pH der wässrigen Lösung, in der die Carbonat-/Hydrogencarbonatherstellung erfolgt liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 und 13, mehr bevorzugt zwischen 6 und 12,5 und weiter bevorzugt zwischen 7 und 12. Die Carbonat-/Hydrogencarbonatherstellung erfolgt vorzugsweise unter Normaldruckbedingungen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt ein chemischer Umsatz, nach einem der Umsatzverfahren, indem der Umsatz bei einem erhöhten Druck und/oder erhöhter Temperatur und/oder Anwesenheit eines Katalysators erfolgt.
  • Die Umsatzverfahren sind aber auch geeignet, um andere Verbindungen mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in Kontakt zu bringen und sie chemisch miteinander umzusetzen. Daher wird/werden in einer bevorzugten Verfahrensausführung eine oder mehrere Verbindungen, die im Folgenden auch Reaktionsverbindungen genannt werden, dem wässrigen Akzeptor-Medium hinzugegeben, um sie mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen vor und/oder während und/oder im Anschluss an eine Adsorption von Kohlendioxid in der Akzeptlösung mit der einen oder den mehreren Reaktionsverbindung(en) in Kontakt zu bringen und miteinander umzusetzen. In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt ein chemischer Umsatz von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in einem parallel zum erfindungsgemäß erfolgenden Adsorptions-Verfahren für Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen oder im Anschluss hieran über einen Transport von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in ein Aufnahme- und Freisetzungs-Medium in dem die eine oder mehrere Reaktionsverbindung(en) enthalten sind oder in dieses transportiert werden. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in einem wässrigen Akzeptor-Medium mindestens eine Reaktionsverbindung vorliegt und ein Umsatz mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen während und/oder nach der Adsorption von Kohlendioxid in der Akzeptorlösung erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mittels eines wässrigen Akzeptor-Medium eine Adsorption von Kohlendioxid in der Akzeptorlösung erfolgt und das wässrige Adsorptions-Medium, enthaltend Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen mit mindestens einer Reaktionsverbindung in Kontakt gebracht wird und ein Umsatz mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen mit der mindestens einen Reaktionsverbindung erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium für Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen mindestens eine Reaktionsverbindung vorliegt und ein Umsatz mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen hierin erfolgt, welches/welche durch ein Trennmedium zwischen der Akzeptorkammer und der Aufnahme- und Freisetzungskammer transportiert wurde(n).
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium mindestens eine Reaktionsverbindung und mindestens eine Akzeptorverbindung vorliegen und ein chemischer Umsatz mit Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen erfolgt, das/die durch ein Trennmedium zwischen der Akzeptorkammer und der Aufnahme- und Freisetzungskammer transportiert wurde, in dem Aufnahme- und Freisetzungsmedium erfolgt.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mittels eines wässrigen Akzeptor-Mediums eine Adsorption von Kohlendioxid in der Akzeptorlösung erfolgt und bei dem das/die adsorbierte(n) Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen durch ein Trennmedium in eine Reaktionskammer enthaltend mindestens eine gelöste Reaktionsverbindung transportiert und hierin mit der Reaktionsverbindung umgesetzt wird.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem mittels eines wässrigen Akzeptor-Mediums eine Adsorption von Kohlendioxid in einer Akzeptorlösung erfolgt und bei dem das/die adsorbierte(n) Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen durch ein Trennmedium in eine Reaktionskammer transportiert wird/werden und bei dem, vor und/oder während und/oder nach dem Transport von Kohlendioxid und/oder Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen in die Reaktionskammer, mindestens eine Reaktionsverbindung aus einer Elektrolyt-Kammer, in der mindestens eine Reaktionsverbindung in gelöster Form vorliegt, in die Reaktionskammer transportiert wird, wobei der Transport der Verbindungen elektrophoretisch erfolgt.
  • Die in dem durch Phasenseparation erhältlichen Feststoff enthaltenen Restmengen an Akzeptor- Verbindungen und/oder Anionen der eingesetzten Reaktionsverbindungen, können beispielsweise durch einen Auswaschvorgang vollständig entfernt werden.
    Es wurde gefunden, dass sich der erhältliche Feststoff sehr leicht trocknen lässt. Dies kann beispielsweise auf einer porösen Keramikmembran erreicht werden, wobei das Wasser sehr rasch von der Membran ausgenommen und transportiert wird. Die so getrockneten Carbonate oder Hydrogencarbonate liegen anschließend unmittelbar als feines Pulver vor oder lassen sich zu einem solchen sehr leicht durch einen Mahlvorgang herstellen. Die so erhältlichen Carbonate oder Hydrogencarbonate liegen unmittelbar in chemisch reiner und amorpher Form vor. Rein bedeutet dabei, dass die Carbonate oder Hydrogencarbonate in einer Reinheit von > 95Gew%, mehr bevorzugt von > 98Gew% und weiter bevorzugt von > 99,5Gew% vorliegen. Überraschenderweise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Carbonate mit Metallionen, wie Eisen-, Aluminium und Kupferionen herstellen.
    Überraschenderweise konnte mit den aufgeführten Umsatzverfahren Aluminiumcarbonat hergestellt werden. Dies war beispielsweise möglich, indem Aluminiumchlorid in einer Lösung, enthaltend Arginin in einer Konzentration von 0,3 mol/l gelöst wurde, zum Erhalt einer 10%igen wässrigen Lösung des Aluminiumchlorids. Diese Lösung wurde unter Agitation einer Akzeptorlösung (Arginin-Lösung 2mol/l), die mit Kohlendioxid gesättigt worden war, in einem Verhältnis von 1:4 langsam hinzugegeben, wobei eine weißliche Trübung entstand. Nach Beendigung der Hinzugabe und Agitation der Suspension, sedimentierte weißlicher Feststoff, der mittels Zentrifugation separiert und anschließend 2 mal mit VE-Wasser gespült wurde. Das pastöse Material wurde konvektiv getrocknet und anschließend mechanisch zerkleinert, wodurch ein weißliches Pulver erhältlich wurde. Das Pulver konnte durch konzentrierte Salzsäure vollständig zersetzt werden, unter Entstehung von Kohlendioxid und einer Lösung aus Aluminiumchlorid. Überraschenderweise kam es weder während der Lösung des Aluminiumchlorid-Salzes in der Akzeptor-Lösung, noch während der in Kontaktbringung der Lösungen zu keiner Gasbildung oder Erwärmung.
    Somit lassen sich prinzipiell Carbonate und Hydrogencarbonate aus Kohlendioxid bzw. dessen Derivaten, die in einer Akzeptorlösung in reaktiver Form vorliegen bzw. durch Akzeptorverbindungen in eine reaktive Form gebracht werden, bzw. an einer solchen in reaktiver Form gebunden vorliegen, herstellen, indem diese in Kontakt gebracht werden mit Elementen oder Verbindungen, die als Kation/kationische Verbindung, d.h. in ionischer Form, vorliegen, wobei ein chemischer Umsatz erfolgt. Hiermit ist es möglich Carbonate (Hydrogencarbonate) zu gewinnen und in reiner und nicht-kristalliner Form herzustellen, wie z.B. Natriumcarbonat, Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Lithiumcarbonat, Cobaltcarbonat, Eisencarbonat, Kupfercarbonat, Aluminiumcarbonat, Siliciumcarbonat, Zinkcarbonat, Silbercarbonat, Bleicarbonat sowie Ammoniumcarbonat, sowie die entsprechenden Hydrogencarbonate.
    Bevorzugt ist ein Verfahren zur niederenergetischen Herstellung von Carbonaten und/oder Hydrogencarbonaten.
    Bevorzugt ist ein Verfahren zur niederenergetischen Herstellung von Carbonaten und/oder Hydrogencarbonaten aus erneuerbaren Rohstoffen.
    Bevorzugt sich regenerative Carbonate und Hydrogencarbonate, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
    Bevorzugt ist Aluminiumcarbonat, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Der pH der Akzeptor-Lösung, der für die Herstellung von Carbonaten oder Hydrogencarbonaten nach einem der erfindungsgemäßen Ausführungsarten bevorzugt ist, liegt im Bereich zwischen 7 und 13,5, weiter bevorzugt zwischen 8 und 12,5 und weiter bevorzugt zwischen 8,5 und 12. Vorzugsweise werden wässrige Lösungen von Salzen der für die Carbonat-/Hydrogencarbonatherstellung zu verwendenden Kationen/kationische Verbindungen hergestellt und zu einer Akzeptor-Lösung, die mit Kohlendioxid gesättigt ist, hinzugegeben. Die Konzentration der Salzlösung kann prinzipiell frei gewählt werden. Bei der Hinzugabe der Salzlösung sollte vorzugsweise der pH der Akzeptor-Lösung durch die Hinzugabe der Salzlösung nicht unter 4 abgesenkt werden, da sonst eine Freisetzung von gebundenem Kohlendioxid erfolgt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Einbringung der Lösung mit dem gelösten Salz unter Druck. Um lokale Absenkungen des pH zu vermeiden sollte vorzugsweise die Einbringung der Salzlösung unter Agitation erfolgen. Das Anion des Salzes kann prinzipiell frei gewählt werden. Vorzugsweise sollte eine möglichst niedermolekulare Verbindung verwandt werden. Bevorzugte Anionen sind Chlorid-, Hydroxyl-, Sulfat- und Citrationen. Durch die Einbringung des Salzes in die Akzeptor-Lösung akkumulieren die verwandten Anionen, welche elektrostatisch an eine Guanidino- oder Amidinogruppe der Akzeptor-Verbindung gebunden werden. Daher erfolgt vorteilhafterweise eine Entfernung der Anionen aus der Akzeptor-Lösung mit Verfahren aus dem Stand der Technik. Dies kann kontinuierlich z.B. mittels einer Elektrodialyse oder diskontinuierlich, z.B. mit einer Anionenaustauschverbindung, oder einem Adsorptions-/Komplexierungsmittel, erfolgen.
  • Somit ist das Verfahren auch gerichtet auf die Gewinnung und Herstellung von Carbonaten und Hydrogencarbonaten. Daher ist ein Verfahren bevorzugt, das charakterisiert ist durch die folgenden Schritte:
    1. a) Bereitstellung einer wässrigen Akzeptorlösung, enthaltend mindestens eine Akzeptorverbindung, die eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist,
    2. b) Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung aus Schritt a) bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm,
    3. c) Umsatz des in der Akzeptorlösung, enthaltenen und gebundenen Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b), der dadurch erreicht wird, indem
      • - der Akzeptorlösung aus Schritt b) mindestens eine kationische Verbindung hinzugegeben und hierin gelöst und gemischt wird, oder indem
      • - das/die in der Akzeptorlösung enthaltene(n) und gebundene(n) Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate elektrophoretisch in eine Aufnahme- und Freisetzungskammer oder eine Reaktionskammer transportiert wird/werden und hierin mit mindestens einer kationischen Verbindung in Kontakt gebracht und gemischt wird/werden,
    4. d) Erhalt des Umsatzproduktes mit dem Kohlendioxid und/oder den Kohlendioxid-Derivaten aus Schritt c) das in der Kammer, in der der Umsatz erfolgt ist erhältlich wird, und nachdem das Umsatzprodukt mittels eines Separationsverfahren separiert und getrocknet wird.
  • Dabei sind die hierin beschriebenen Verfahrensausführungen in weiteren Verfahrensarten weiter bevorzugt anwendbar, insbesondere:
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem es sich bei dem Umsatz in Schritt c) um einen chemischen Umsatz mit einer Reaktionsverbindung handelt;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Reaktionsverbindung in einer wässrigen Lösung, enthaltend eine Akzeptor-Verbindung und/oder eine Aufnahme- und Freisetzungsverbindung, zur Herstellung einer Reaktionslösung gelöst wird;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Umsatz in Schritt c) in der Akzeptlösung erhältlich aus Schritt b) und/oder in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium und/oder in einem Reaktionsmedium erfolgt;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Reaktionsmedium mindestens eine Akzeptor-Verbindung enthält;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Umsatz in Schritt c), der in der Akzeptorlösung, erhältlich aus Schritt b) oder in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium nach Transport von Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate aus dem Akzeptor-Medium gemäß Schritt b) in das Aufnahme-und Freisetzungsmedium, durch eine Zusammenbringung mit gelösten oder ungelösten Reaktionsverbindungen erfolgt;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Umsatz in Schritt c), der in einem Aufnahme- und Freisetzungsmedium und/oder in einem Reaktionsmedium erfolgt, während oder im Anschluss an einen Transport von Kohlendioxid und/oder den Kohlendioxid-Derivaten aus der Akzeptlösung, erhältlich aus Schritt b), in das jeweilige Medium erfolgt;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Transport von Kohlendioxid und/oder den Kohlendioxid-Derivaten aus der Akzeptlösung, erhältlich aus Schritt b) in ein Aufnahme- und Freisetzungsmedium und/oder in ein Reaktionsmedium, durch einen elektrophoretischen Prozess erfolgt;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der chemische Umsatz in Schritt c) mit einem Kation/ einer kationischen Verbindung erfolgt, welche(s) die Bildung eine Carbonats oder von Hydrogencarbonat ermöglicht;
    • bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in Schritt d) chemisch reine Carbonate und/oder Hydrogenkarbonate in amorpher Form erhalten werden.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Lösen und Transportieren von Kohlendioxid, in Verbindung mit einem der hierin offenbarten Umsatzverfahren, Kohlendioxid und oder dessen Derivate zu Methan sowie zu weiteren Kohlenwasserstoff-Verbindungen umsetzen lässt/lassen.
    In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird hierzu das Umsatzverfahren 3 verwandt. In einer Ausführungsart erfolgt dies in einer Elektrodialyse-Vorrichtung, bei der zwischen einer Kathoden- und einer Anodenkammer eine oder multiple Kammersequenzen hintereinander gestapelt sind, mit der Anordnung: Akzeptor-Kammer / Reaktions-Kammer / Elektrolyt-Kammer. Dabei wird die Elektrolyt-Kammer vorzugsweise von der Elektrolyt-Lösung durchflossen, die durch die Anodenkammer zirkuliert wird. Vorzugsweise liegt in der Elektrolytlösung mindestens eine Verbindung vor, die eine Elektrolyse erleichtert oder katalysiert. In der Reaktionskammer liegt vorzugsweise ein Medium vor, das geeignet ist Anionen und Kationen aufzunehmen und reversibel zu binden. In einer Ausführungsart werden hierzu Ionische Flüssigkeiten verwandt. Bevorzugt sind Ionische Flüssigkeiten, bei denen die Salzverbindungen Wasserstoffionen (Protonen) in einem molaren Verhältnis von >/= 1 binden können. Dies kann beispielsweise durch eine oder mehrere tertiäre oder quartäre Stickstoffverbindungen erfolgen. In einer weiteren Ausführungsart sind in der lonischen Flüssigkeit Verbindungen gelöst, die Wasserstoff-Ionen (Proton) binden können. In einer weiteren Ausführungsart sind in der lonischen Flüssigkeit Verbindungen enthalten, die eine katalytische oder reaktionsfördernde Eigenschaft aufweisen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt eine Zirkulation der Elektrolytlösung zwischen den Elektrolyt-Kammern und der Kathodenkammer. Vorzugsweise befinden sich zwischen der Akzeptor-Kammer und der Reaktionskammer eine offenporige oder eine biolare Membran und zwischen der Elektrolytkammer und der Reaktions-Kammer eine kationen-selektive Membran. Es konnte gezeigt werden, dass bei einer derartigen Anordnung es während einer Gleichspannungsanlage zwischen Anode und Kathode zur Bildung von Methan in der Reaktionskammer kommt, das aus der dieses spontan entweicht.
    Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung der im Rahmen der Elektrodialyse entstehende Wasserstoff, während oder im Anschluss an eine erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung, für eine der hierin offenbarten Reaktionen der Umsatzverfahren unmittelbar zur Verfügung gestellt und in dem Prozess umgesetzt werden.
  • Somit ist das Verfahren auch gerichtet auf die Gewinnung und Herstellung von KohlenstoffVerbindungen. Daher ist ein Verfahren bevorzugt, das charakterisiert ist durch die folgenden Schritte:
    1. a) Bereitstellung einer wässrigen Akzeptorlösung, enthaltend mindestens eine Akzeptorverbindung, die eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist,
    2. b) Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung aus Schritt a) bis zum Erreichen einer Sättigung des Akzeptor-Mediums mit Kohlendioxid,
    3. c) Umsatz des in der Akzeptorlösung, enthaltenen und gebundenen Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b) oder Transport des in der Akzeptorlösung, enthaltenen und gebundenen Kohlendioxid und/oder der Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b) und Umsatz in einem Aufnahme- und Freisetzungs-Medium oder einem Reaktionsmedium,
    4. d) Erhalt des Umsatzproduktes mit dem Kohlendioxid und/oder den Kohlendioxid-Derivaten aus Schritt c), durch Phasentrennung oder eine elektrophoretische Stofftrennung.
  • Somit lassen sich überaus vorteilhafte Effekte durch Verwendung einer Akzeptorlösung, enthaltend mindestens eine gelöste Akzeptor-Verbindung, enthaltend mindestens eine Guanidino- oder Amidinogruppe, erzielen. Insbesondere kann eine hoch effektive und selektive Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gas/Gasgemisch bei Normaldruck und Raumtemperatur erfolgen. Im Akzeptormedium gebundenes Kohlendioxid sowie Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen verbleiben hierin drucklos über einen Zeitraum von mindestens 6 Monaten und lassen sich in dieser Form transportieren. Ferner kann mit einem Akzeptor-Medium, in dem Kohlendioxid und Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen gelöst vorliegen, eine Reaktionslösung bereitgestellt werden, in der unmittelbar eine chemische Umsetzung des Kohlendioxids und von Carbonat- und/oder Hydrogencarbonat-Anionen erfolgen kann. Zudem eignet sich das Akzeptor-Medium zur Lösung und Transport von Carbonsäuren, die aus einem Umsatz von Kohlendioxid entstehen. Ferner kann die Akzeptorlösung beliebig oft mit Kohlendioxid gesättigt werden und anschließend diese wieder entfernt werden ohne einen Verbrauch oder Verlust der Akzeptor-Verbindung.
  • Definitionen
  • Akzeptorlösung
  • Unter einer Akzeptorlösung wird hierin verstanden ein wässriges Medium, in dem mindestens eine gelöste Verbindung vorliegt, die zur Bindung von Kohlendioxid, Kohlendioxid-Derivaten in der Lage ist. Diese Verbindung wird hierin auch als „Akzeptorverbindung“ bezeichnet. Die Akzeptorverbindung weist mindestens eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe auf. Die Akzeptorlösung kann dabei Reaktionsverbindungen und auch andere Verbindungen enthalten.
  • Kohlendioxid-Derivate
  • Unter dem Begriff „Kohlendioxid-Derivate“ werden hierin alle Verbindungen bezeichnet, die durch einen Lösungsvorgang von Kohlendioxid in Wasser entstehen oder entstehen können. Insbesondere gehören hierzu H2CO3, HCO3-, CO3 2-
  • Reaktionsverbindungen
  • Unter dem Begriff Reaktionsverbindungen werden solche Verbindungen verstanden, die eine Reaktion mit Kohlendioxid und/oder Kohlendioxid-Derivaten vollziehen oder bewirken. Dabei wird Kohlendioxid und/oder die Kohlendioxid-Derivate chemisch umgesetzt und/oder gebunden.
  • Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium
  • Unter dem Begriff Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium ist ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff gemeint, das/die/der Kohlendioxid und oder Kohlendioxid-Derivate apsorbiert, absorbiert bzw. bindet oder welches/welche in dem diese umsetzt und/oder freigesetzt werden. Vorzugsweise sind in diesem Medium Verbindungen enthalten, die eine oder mehrere der vorgenannten Eigenschaften bewirken. Das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium kann dabei Reaktionsverbindungen und auch andere Verbindungen enthalten.
  • Anwendungen
  • Das Verfahren eignet sich insbesondere zur selektiven Entfernung eines Kohlendioxid-Anteils aus einem Gas oder Gasgemisch. Bevorzugt sind dabei Gase/Gasgemische mit einem hohen Kohlendioxid-Anteil, wie beispielsweise Rauch-/Verbrennungsgase. Ferner Gasgemische, die bei technischen Prozessen/Synthesen entstehen oder durch einen fermentativen Prozess, wie der Biogasherstellung. Hierzu gehören auch sogenannte Faulgase, die beispielsweise bei der Zersetzung von Klärrückständen entstehen. Ferner ist das Verfahren geeignet zur Aufreinigung mineralischer oder technisch hergestellter Gase. Daher eignet sich das Verfahren zur Aufreinigung von Gasen/Gasgemischen in denen wasserlösliche Gaskomponenten enthalten sind. Die mit dem Verfahren erreichbare Extraktion der wasserlöslichen Komponenten eines Gases/Gasgemischs kann ferner dazu verwendet werden, anaerobe Gasphasen, wie beispielsweise Faul- oder Biogas, von wasserlöslichen Gasanteilen zu bereinigen, um ein technisch reines oder reinstes Gas zu gewinnen, z.B. als Methan oder Bio-Methan. Insofern können mit dem Verfahren technische Gase/Gasgemische hergestellt werden.
  • Dabei eignet sich das Verfahren auch zur Herstellung und Gewinnung sowie zum Umsatz von Wasserstoff.
    Das Verfahren ist ferner geeignet um Gaskomponenten aus Gasen/Gasgemischen zu extrahieren, transportieren, lagern und erhältlich zu machen. Insbesondere kann mit dem Verfahren reines gasförmiges Kohlendioxid gewonnen werden, das in einer Vielzahl von Industriebereichen eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann das gewonnene Kohlendioxid verwandt werden als technisches Gas, als Treibmittel (z.B. für Zapfanlagen), zur Anreicherung von Kohlensäure (z.B. in Lebensmitteln oder Beton) oder zur Trockeneisherstellung. Daher eignet sich das Verfahren zur Herstellung von reinem und hochreinem Kohlendioxid.
    Insbesondere wird es mit dem Verfahren möglich, regeneratives Kohlendioxid zu erhalten, womit/wodurch regenerative Produkte hergestellt werden können. Beispiele für Anwendungen sind die Pflanzenzucht oder die Herstellung einer regenerativen Kohlenstoffkreislaufwirtschaft, wobei Kreislaufkomponenten hergestellt werden können, wie beispielsweise synthetische Kraftstoffverbindungen oder synthetische Kohlenstoffverbindungen. Daher eignet sich das Verfahren zur Herstellung von regenerativem Kohlendioxid.
    Das Verfahren ist ferner geeignet das gebundene Kohlendioxid über lange Zeiträume zu lagern oder es zu transportieren.
    Weiterhin ermöglicht das Verfahren, das gebundene Kohlendioxid unmittelbar und ohne weiteren energetischen Eintrag chemisch umzusetzen, wodurch sich wichtige Ausgangsstoffe für die Organosynthese (Herstellung von Kohlenstoffverbindungen) unmittelbar herstellen und mit einfachen Mitteln separieren lassen. Somit eignet sich das Verfahren zur Herstellung von organischen Verbindungen.
    Ferner lassen sich mit geringem technischem Aufwand Carbonate und Hydrocarbonate in reiner Form erhalten. Somit eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Carbonaten und Hydrocarbonaten. Carbonate und Hydrogencarbonate sind wichtige Grundstoffe beispielweise als Füllstoffe bei Baustoffen oder in der Papierindustrie, aber auch Nahrungsergänzungsmittel für Mensch und Tier, sowie Inhaltsstoffe von Tabletten oder Zahnputzmitteln.
    Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Verfahrensausführungen geeignet, um regenerative und nachhaltige Produkte herzustellen.
  • Figurenliste
    • : Schema einer Vorrichtung zur Adsorption, Transport und Freisetzung von wasserlöslichen Gasen.
  • Hierin ist: 1) ein beliebiges Gas/Gasgemisch das ein wasserlösliches Gas oder gasförmige Komponente enthält, 1a) repräsentiert die Einlassvorrichtung für das aufzureinigende Gas/Gasgemisch 1); 2) stellt eine Gaswaschvorrichtung dar, in der das Gas 1) mit der Akzeptorlösung in Kontakt gebracht wird; durch den Auslass 3) entweicht das Gas 1) nach der Extraktion der wasserlöslichen Gaskomponente; 4) stellt die Auffangvorrichtung für die Akzeptorlösung dar, die mit dem Gas 1) in der Gaswaschvorrichtung 2) in Kontakt gebracht wurde; 5) stellt einen Zirkulationskreislauf des Akzeptormediums dar, der zwischen der Gaswaschvorrichtung und der Akzeptorkammer 7) der Elektrodialysevorrichtung besteht, wobei aus 4) die mit dem löslichen Gas gesättigte Akzeptorlösung der Akzeptorkammer 7) über einen Einlass zugeführt wird, und wobei die Akzeptorlösung, der das gelöste Gas entzogen wurde und aus einem Auslass der Akzeptorkammer austritt und durch eine Leitung in die Gaswaschvorrichtung 2 eingeleitet wird; die Elektrodialysevorrichtung ist aus den Einzelkomponenten 6) der Kathodenkammer, 7) der Akzeptorkammer, 8) der Aufnahme- und Freisetzungskammer, 9) der Anodenkammer sowie 10) dem Trennmedium zusammengesetzt (nicht dargestellt sind die ionenselektiven Trennmembranen, die die Elektrodenkammern abschließen); 11) stellt eine Zirkulation des Aufnahme- und Freisetzungsmediums dar, bei der das Aufnahme- und Freisetzungsmedium nach Aufnahme des elektrophoretisch transportierten Gases aus der Akzeptorkammer durch einen Auslass in die Freisetzungsvorrichtung 12) befördert wird, in der eine Entgasung des Aufnahme- und Freisetzungsmediums und Freisetzung des transportierten Gases erfolgt, und bei der das entgaste Aufnahme- und Freisetzungsmedium dann wieder über einen Einlass in die Kammer 8) eingeleitet wird; das in 12) freigesetzte Gas wird in der Gasauffangvorrichtung 13) aufgefangen und kann hierin gelagert werden.
  • Beispiele
  • Alle Untersuchungen wurden mit entionisiertem Wasser (VE-Wasser) bei Normaldruckbedingungen (101,3kPa) und Raumtemperatur (20C°) durchgeführt, sofern nicht anders angegeben.
  • Beispiel 1
  • Es wird eine 0,5molare Arginin-Lösung mit einem entionisierten Wasser hergestellt und in eine Gaswaschvorrichtung eingefüllt. Die Vorrichtung wird über 10 Stunden mit einem konstanten Kohlendioxid-Gasstrom durchströmt, wobei der pH der Lösung kontinuierlich ermittelt wird. Bei Unterschreiten des pH der Lösung von 9 wurde der Flüssigkeit Arginin in gepulverter Form hinzugegeben und mittels einer in die Vorrichtung eingebrachten Mischeinheit in Lösung gebracht. Dies erfolge wiederholt, bis insgesamt eine molare Konzentration des Arginins von 3mol/l in der Lösung vorlag. Bei Erreichen eines pH von 8, bei gleichzeitigem Vorliegen einer klaren Flüssigkeit ohne Feststoffe, wurde die Gaseinleitung beendet. Ein Teil der Lösung wurde für Langzeitversuche entnommen und in eine Vorrichtung zur geschlossenen Aufnahme eines Gases unter Umgebungsdruckbedingungen (101,3kPa) bei einer Temperatur von 20°C gelagert. Hierbei wurde das Volumen des aus den Lösungen, die über einen Zeitraum von 3 und 6 Monaten gelagert worden waren, ausgetretenen Gases ermittelt. Nach Beendigung der Langzeitversuche sowie bei der Probe, die nach Versuchsende vorlag, wurden diese in eine Gasauffangvorrichtung gefüllt und HCl hinzugegeben und eingemischt, bis zum Erreichen eines pH von 1. Aus dem ermittelten Volumen des ausgetretenen Gases und der Konzentration des hierin vorliegenden Kohlendioxids wurde die molare Masse ermittelt und die Relation zur molaren Konzentration des in der Lösung vorliegenden Arginins berechnet. Die Versuche wurden 3-mal wiederholt. Anschließend wurden die Lösungen in einer Elektrodialyse-Einheit von den hierin befindlichen Chlorid- und Wasserstoff-Ionen bereinigt, bis ein pH der Lösung von 12,5 vorlag. Diese Lösungen wurden für weitere Wiederholungsversuche eingesetzt, wobei eine Beladung der Akzeptorlösung mit Kohlendioxid erfolgte, bis zu Erreichen eines pH der Lösung von 8. Anschließend erfolgt an 3 Proben die Bestimmung der Kohlendioxid-Gasmenge, die in der Lösung gebunden war, mit dem zuvor beschriebenen Verfahren.
  • Ergebnisse:
    • Das molare Verhältnis, das bei einem pH der Lösung von 8 zwischen in der Lösung gebundenen Kohlendioxid und Arginin vorlag, betrug zwischen 0,96 und 1,01. Im Verlauf von 3 und 6 Monaten entwich ein Kohlendioxid-Anteil zwischen 0,1 und 0,3 vol%. Die Lösungen blieben im Verlauf klar.
    • Bei erneuter Versuchsdurchführung mit den Arginin-Lösungen, die mittels einer Elektrodialyse regeneriert worden waren, waren die Anteile des gebundenen Kohlendioxids nicht unterschiedlich zur ersten Versuchsdurchführung.
  • Beispiel 2
  • Rauchgase aus einer Zementherstellung und von einem Holzhackschnitzel-BHKW mit einem Anteil an Kohlendioxid von 11,2 und 16,9 wurden durch eine Gaswaschkolonne geleitet. Vor Eintritt in die Waschkolonne wurden die Rauchgase durch einen Rußfilter geleitet. Der erste Abschnitt der Waschkolonne enthielt als Waschmedium einen 50%ige Ammoniumnitratlösung, die mit Salpetersäure auf einen pH von 5 angesäuert wurde. Anschließend Durchleitung des Gasstroms durch einen Aerosolfilter. Der 2. Abschnitt der Gaswaschkolonne verfügte über eine Gaseinlassvorrichtung, die mit einer Argininlösung befüllt war und wobei der Gasaustritt in die Akzeptorflüssigkeit durch eine nanoporöse gerippte Keramikmembran (Kerafol, Deutschland) mit einer Gesamtoberfläche von 60m2 erfolgte die am Boden der Kammern angeordnet war und durch die die Einleitung der Rauchgase erfolgte, wobei die mittlere Größe der austretenden Gasblasen im Bereich von 1 bis 20µm lag. Dieser Kolonnenabschnitt bestand aus 10 konsekutiv angeordneten Kammersegmenten, in denen jeweils die Gasphase, die sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels sammelte, über eine Rohrleitung dem Einlass der Gaseinlassvorrichtung des nächsten Kammersegments zugeleitet wurde. Die in der Waschkolonne befindliche Akzeptorlösung wurde im Gegenstromverfahren durch die Segmente geleitet. Das gereinigte Gasgemisch wurde aufgefangen und die Konzentration von Kohlendioxid bestimmt. Die Versuchsdurchführung erfolgte mit unterschiedlichen Konzentrationen von Arginin zwischen 0,1 und 0,5mol/l sowie Volumenströmen von 100ml bis 1.000ml/Min. Ferner wurde der Volumenstrom des aufzureinigenden Rauchgases zwischen 200cm3 und 1m3/Minute variiert. Es wurde die Kontaktzeit berechnet, innerhalb der eine Abreicherung des Kohlendioxids auf einen Konzentrationsbereich von < 0,01% (100ppm) erreicht wurde. Die Kontaktzeit wurde dabei berechnet für eine mittlere Gasblasengröße von 10µm.
  • Ergebnisse:
    • Bei beiden Rauchgasgemischen konnte eine Entfernung des Kohlendioxid-Gehaltes auf < 100ppm erreicht werden. Dies war unter allen Versuchsbedingungen möglich, bei einer mittleren Kontaktzeit zwischen der Akzeptorlösung und dem zu reinigenden Gasgemisch, die abhängig war von der gewählten Argininkonzentration und zwischen 1 Sekunde und 33 Sekunden lag.
  • Beispiel 3
  • Es wurde eine kontinuierliche Separation von Kohlendioxid aus Gasgemischen vorgenommen, die durch eine Verfahrensanordnung erfolgte, bestehend aus einer Separationseinheit für Kohlendioxid und einer Freisetzungseinheit für Kohlendioxid. Hierzu wurden ein Rauchgas, ein Gasgemisch einer Biogasherstellung sowie technische Gase mit Kohlendioxid-Konzentrationen zwischen 3,5 und 65% verwandt. Diese wurden mit einem Volumenstrom zwischen 500ccm3 und 1,5m3 durch die im Beispiel 2 beschriebene Waschkolonne geleitet. Das durchgeleitete Gas wurde aufgefangen und die Konzentration von Kohlendioxid bestimmt. In der Akzeptorlösung lag Arginin in einer Konzentrationen von 0,5mol/l gelöst vor (Zur Lösung wurde entionisiertes Wasser verwandt). Die in der Waschkolonne mit Kohlendioxid angereicherte Akzeptorlösung wurde in eine Elektrodialyseeinheit geleitet, die aus 12 konsekutiven Dialysekammereinheiten, bestehend aus je einer Akzeptorkammer und einer Aufnahme- und Freisetzungskammer, zusammengesetzt war. Die Einleitung erfolgte in die Kathodenkammer, in der die Kathode befindlich war. Die Akzeptorflüssigkeit wurde konsekutiv durch die sich anschließende Akzeptorkammer geleitet. Die anodenseitig ausgeleitete Akzeptorflüssigkeit wurde der Gaswaschkolonne zum Einlass der Akzetorflüssigkeit wieder zugeführt. Somit wurde eine Zirkulation zwischen der Gaswaschkolonne und der Elektrodialyse-Einheit eingerichtet, mit einem Volumenstrom zwischen 500ml und 1,51/min. Die Aufnahme- und Freisetzungskammern der Elektrodialyse-Einheit waren miteinander verbunden, sodass eine gleichbleibende Befüllung der Kammern mit dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium gewährleistet werden konnte. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Aufnahme- und/oder Freisetzungsmediums bestand ein Reservoir für entweichendes Gas, das in ein großvolumiges externes Gasreservoir abgeleitet wurde. Zwischen der Kathodenkammer und der Akzeptorkammer sowie zwischen der Aufnahme- und/oder Freisetzungskammer befanden sich mesoporöse keramische Separationsmembranen, die hydrophob oberflächenbeschichtet waren (Wasserkontaktwinkel > 120°). Die hieran anschließende Dialysekammereinheit war durch eine elektronenleitfähige Membran (bipolare Membran), die jeweils zwischen der Akzeptorkammer der Aufnahme- und Freisetzungskammer eingespannt war, druckstabil getrennt. Die übrigen Kammereinheiten waren entsprechend angeordnet. In dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium lag a) Glutaminsäure (10g/l) oder b) Zitronensäure (100g/g) gelöst vor. Der pH des Aufnahme- und/oder Freisetzungsmediums wurde während der Elektrodialyse monitoriert. Es wurde zwischen der Kathode und der Anode eine Gleichspannung von 20V angelegt. Es wurde das Volumen des in den Aufnahme- und Freisetzungskammern freigesetzten Gases bestimmt und eine Analyse der hierin enthaltenen gasförmigen Verbindungen durchgeführt. Ferner wurde die Kohlendioxid-Konzentration, die in dem Gasgemisch vorlag das die Gasauffangvorrichtung durchströmt hatte, bestimmt. Es wurde die Kontaktzeiten berechnet, die erforderlich waren, um bei den jeweiligen Versuchsanordnungen eine Reduktion der Kohlendioxid-Konzentration auf < 100ppm in dem Gasgemisch, das durch die Gaswaschkolonne durchgeleiteten worden war, zu erreichen. Die Versuchsdurchführungen erfolgten bei 20°C und unter Normaldruckbedingungen. Ergebnisse:
    • Bei allen untersuchten Gasgemischen, die mittels der Vorrichtungsanordnung behandelt worden waren, konnte die Kohlendioxid-Konzentration auf < 100ppm reduziert werden. Die hierfür erforderliche Kontaktzeit betrug zwischen 0,5 Sekunden und 2 Minuten und war im Wesentlichen abhängig von der Kohlendioxid-Konzentration des Ausgangsgasgemischs und der Durchflussrate der Akzeptorflüssigkeit durch die Elektrodialyse-Einheit. Das in den Aufnahme- und
    • Freisetzungskammern der Elektrodialyse-Einheit freigesetzte Gas hatte einen Kohlendioxid-Anteil von > 99vol%. Die berechnete Masse an Kohlendioxid, die sich in dem separierten Gasvolumen befand, entsprach der kalkulierten Masse an Kohlendioxid, die aus den Ausgangsgasgemischen entfernt worden war.
  • Beispiel 4
  • Es wurde die chemische Umsetzbarkeit von Kohlendioxid bzw. Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, die in einem Akzeptormedium gelöst bzw. gebunden vorlagen, untersucht. Hierzu wurden wässrige Lösungen enthaltend die Akzeptor-Verbindungen Arginin sowie Lysin oder Histidin in einer Konzentration von 0,1 bis 0,5mol/l als Akzeptorlösungen verwandt, wobei die Lösung mit VE-Wasser erfolgte. Die Einbringung von Kohlendioxid erfolgte mittels einer Gaswaschkolonne gemäß Beispiel 2, wobei ein Rauchgas mit einem Kohlendioxid-Anteil von 22Vol% zur Extraktion von Kohlendioxid verwandt wurde. Abweichend von der Versuchsdurchführung in Beispiel 2, erfolgte gemäß Beispiel 1 bei kontinuierlicher Registrierung des pH die Zugabe der eingesetzten Akzeptor-Verbindungen in solider (Pulver) Form sofern der pH der Akzeptorlösung gegenüber dem Ausgang um mehr als 1 durch die Aufnahme von Kohlendioxid abgesunken war. Die Zugabe wurde beendet wenn insgesamt 3mol/l der jeweiligen Akzeptor-Verbindung vollständig gelöst waren und eine klare Lösung vorlag. Ein Katalysator (Ruthenium-Komplex immobilisiert auf MCM-41) wurde auf PU-Netzen mittels eines Klebstoffs fixiert. Diese Netze wurden in die Akzeptorkammern der Elektrodialyse-Einheiten gemäß Beispiel 3 eingespannt, sodass sie von dem die Akzeptorkammern durchströmenden Akzeptormedium umspült wurden. Abweichend von Beispiel 3 wurde als Trennmembran jeweils zwischen der Akzeptorkammer und der Aufnahme- und Freisetzungskammer eine Anionenaustausch-Membran mit eine cut-off von 400Da eingesetzt. Als Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium wurde bei dieser Versuchsdurchführung eine Arginin-Lösung verwandt in einer Konzentration von 0,3mol/l. Ferner erfolgte abweichend von Beispiel 3 eine Zirkulation des Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium in einem Sekundärkreislauf, bei dem das Medium eine Abscheidevorrichtung durchlief, bei der der Lösung Calciumcarbonat hinzugefügt wurde und dann in einen Absetzbehälter geleitet wurde, in dem sich Komplexe aus der in das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium transportierten Carbonsäure und Calciumkomplexen absetzten. Nach Durchleitung durch eine Säule mit einem Kationenaustauschharz wurde die Lösung wieder den Anodenkammern zugeführt. Es erfolgte eine diskontinuierliche Entfernung der abgesetzten Feststoffe aus dem Absetzbehälter der Abscheidevorrichtung, die durch Zentrifugation entwässert wurden. Die Darstellung der in dem Zentrifugat (weißer Feststoff) gebundenen organischen Säuren erfolgt durch eine Extraktion mit Ethanol und anschließender Methylierung, gefolgt von einer gaschromatographischen Analyse. Während der Durchleitung der Akzeptorlösungen, enthaltend Kohlendioxid und Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen, durch die Akzeptorkammern, erfolgte eine Elektrodialyse mit 20V Gleichspannung, die zwischen der Anode und Kathode angelegt wurde.
  • Ergebnisse:
    • Das Rauchgas konnte von dem enthaltenen Kohlendioxid-Anteil auf einen Anteil von < 100ppm bereinigt werden. Dabei erfolgte die Aufnahme und der Transport mittels Akzeptorlösungen, in denen basische Aminosäuren gelöst vorlagen, deren Konzentration in der Lösung durch die Aufnahme von Kohlendioxid in die Lösungen deutlich über die jeweilige Löslichkeitsgrenze der eingesetzten Aminosäuren in neutralem Wasser gesteigert werden konnte. Hierdurch ließen sich hohe Konzentrationen an Kohlendioxid und Carbonat-/Hydrogencarbonat-Anionen in den wässrigen Akzeptorlösungen herstellen.
  • Mittels einer alkoholischen Extraktion aus den abgeschiedenen Calciumkomplexen des Sekundärkreislaufs ließ sich Ameisensäure nachweisen, die in hoher Konzentration vorlag. Somit konnte gezeigt werden, dass zu einem ein chemischer Umsatz des in der Akzeptorlösung vorliegenden Kohlendioxids sowie dessen Derivate erfolgt ist und zum anderen die hierbei entstandenen Carbonsäuren mittels Elektrodialyse in das Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium transportiert worden sind.
  • Beispiel 5
  • Untersuchung zur Umsetzung von Kohlendioxid zu Carbonaten
  • Es werden jeweils 1 Liter einer 2 molare Argininlösung mit VE-Wasser hergestellt und dieser jeweils 200g Natriumchlorid (A) bzw. Calciumchlorid (B) hinzugegeben und gelöst. Die Lösungen werden in einer Begasungsvorrichtung gemäß Beispiel 2 mit Kohlendioxid beaufschlagt. Der pH der Lösung wird dabei monitoriert. Die Begasung wird nach 30 Minuten beendet und die Lösung wird für 24 Stunden stehen gelassen. Anschließend wurde der Überstand vollständig dekantiert und der entstandene Feststoff mit 100ml VE-Wasser suspendiert. Anschließend wurde die Suspension zentrifugiert. Der Waschschritt wurde noch 2-mal wiederholt. Die erhaltenen Zentrifugate werden auf keramische Filterplatten ausgestrichen und bei Raumtemperatur getrocknet. Die getrockneten Feststoffe werden eine Festkörper-NMR-Analyse unterzogen. Zusätzlich erfolgte zum Nachweis des Vorliegens von Carbonaten eine chemische Zersetzung mittels einer konzentrierten HCI-Lösung, die zu dem jeweiligen Pulver (3g) in einen mit Stickstoff begasten Glaskolben gegeben wurde. Das entstehende Gas wurde durch ein CO2 -Messgerät geleitet. Die dekantierten Überstände wurden mittels Elektrodialyse behandelt unter Verwendung einer anionenselektiven Membran.
  • Ergebnisse:
    • Die Lösungen waren zum Ausgang transparent. Nach einer Begasungsdauer von 2 Minuten zeigte sich eine milchige Trübung der Akzeptorlösung, die sich in ihrer Intensität rasch fortsetzte.
    • Der pH sank während der Begasung von 12,4 (A) bzw. 11,8 (B) auf 8,6 (A) bzw. 8,3 (B). Nach 24 Stunden war in beiden Reaktionsgefäßen eine weiße Feststoffschicht sedimentiert, der Überstand war jeweils klar. Die erhaltenen Feststoffe lagen nach Trocknung als feine weiße Pulver vor. Bei der säure-katalytischen Zersetzung wurde Kohlendioxid freigesetzt. In der NMR-Analyse wurden Natriumcarbonat (A) sowie Calciumcarbonat (B) gefunden, andere Elemente oder Verbindungen waren nicht enthalten. Durch die Elektrodialyse der Überstände erfolgte eine Entfernung der hierin enthaltenen Choridionen unter Freisetzung von Chlor an der Anode. Der pH der jeweiligen Überstandslösungen stieg dabei auf das Niveau der jeweiligen Ausgangslösung an.
  • Beispiel 6
  • Untersuchung zur Umsetzung von Kohlendioxid zu Carbonaten. Es wurde jeweils 1 Liter einer 2 molaren Arginin-Lösung hergestellt. Diese wurden jeweils für 1 Stunde mit Kohlendioxid gemäß Beispiel 2 begast. Ferner wurde jeweils 1 Liter einer 1 molaren Arginin-Lösung hergestellt und hierin (A) Aluminiumchlorid bzw. (B) Eisenchlorid gelöst bis der pH der Lösung bei 8 lag. Die Lösungen wurden jeweils einer der mit Kohlendioxid gesättigten Arginin-Lösungen unter Rühren zudosiert. Anschließend erfolgte eine Zentrifugation. Anschließend wurde der Überstand vollständig dekantiert und der entstandene Feststoff mit 100ml VE-Wasser suspendiert. Anschließend wurde die Suspension zentrifugiert. Der Waschschritt wurde noch 2 mal wiederholt. Die erhaltenen Zentrifugate werden auf keramischen Filterplatten ausgestrichen und bei Raumtemperatur getrocknet. Es erfolgte eine chemische Zersetzung von jeweils 2g der Pulver gemäß Beispiel 5. Die getrockneten Feststoffe wurden bei 900°C zersetzt und die Rückstände einer Elementaranalyse unterzogen.
  • Ergebnisse:
    • Beim Einschmischen der Lösungen, enthaltend Aluminium bzw. Eisenionen in eine mit Kohlendioxid gesättigte Akzeptorlösung, entstanden weiße bzw. rostfarbene Feststoffe. Diese ließen sich durch Zentrifugation vollständig separieren, der Überstand war klar. Nach dem Auswaschen löslicher Verbindungen und Trocknung wurden getrocknete Feststoffaggregate erhalten, die sich im Mörser zu einem feinen Pulver zerkleinern ließen. Bei der säure-katalytischen Zersetzung wurde Kohlendioxid freigesetzt. Durch thermische Zersetzung wurde das gebundene Kohlendioxid freigesetzt. In der Elementaranalyse konnten nur Aluminium (A) bzw. Eisen (B) nachgewiesen werden.
  • Beispiel 7
  • Untersuchung zur Gewinnung von Reingasen
  • Für die Adsorption und Extraktion von Kohlendioxid wurde eine Gaswaschvorrichtung enthaltend Füllkörper, die mit einer Akzeptorlösung kontinuierlich besprüht wurden, verwandt ( : 2)). Es wurde ein Teilstrom eines Biogases mit einem Volumenstrom von 100m3/h durchgeleitet ( : 2)). Die Füllkörper wurden mit einem Volumenstrom der Akzeptor-Lösung von 100l/min beaufschlagt. Hierzu wurde die Akzeptor-Lösung aus einem Vorlagetank 1 verwandt : 4)). Die zur Gaswäsche gebrauchte Akzeptor-Lösung wurde aus der Gaswaschvorrichtung einer Elektrodialyseinheit zur Desorption des in der Akzeptor-Lösung gebundenen Kohlendioxid zugeführt ( : 5). Diese bestand aus einer Katholyt- ( : 6)) und einer Anolytkammer ( : 9)) sowie einer alternierender Anordnung einer Kammer zur Aufnahme der Akzeptor-Lösung ( : 7)) und einer Kammer zur Aufnahme das Aufnahme- und des Freisetzungsmediums ( : 8)). Letztere wurden durch eine bipolare Membran voneinander getrennt ( : 10)), während die Anodenkammer mit einer anionenselektiven und die Kathodenkammer mit einer kationenselektiven Membran an die erste Akzeptor-Kammer bzw. an die letzte Aufnahme- und Freisetzungs-Kammer anschlossen. Die Gesamtfläche der bipolaren Membranen betrug 1m2.
    Als Akzeptorlösung wurde eine Arginin-Lösung mit einer Konzentration von 2mol/l gewählt.
    Die Akzeptor-Lösung erwärmte sich während des Adsorptionsprozesses auf eine Temperatur zwischen 34 und 56°C. Als Aufnahme- und Freisetzungsmedium wurde eine 10Gew%ige Zitronensäurelösung verwandt. Das Volumenverhältnis zwischen dem Akzeptormedium und dem Freisetzungsmedium, welche die Dialyseeinheit durchströmten, betrug 2:1. Es wurde eine Gleichspannung von 20V zwischen Anode und Kathode angelegt.
    Die Kammervorrichtungen für die Aufnahme des Aufnahme- und Freisetzungsmediums waren mit einem Auslas für Gase versehen, die mit einer initial evakuierten Gasauffangvorrichtung verbunden waren. Auch das Vorratsgefäß für das Aufnahme- und Freisetzungsmedium war mit dieser Auffangvorrichtung verbunden, sodass ein entstehender Gasstrom drucklos hierin aufgenommen werden konnte. Es erfolgte eine kontinuierliche Bestimmung des CO2-Gehalts des Gasstroms das den Gaswäscher passiert hatte, sowie des Gases, das in der Gasauffangvorrichtung aufgefangen wurde.
  • Ergebnisse
  • Das behandelte Biogas hatte einen CO2-Gehalt von 48 Vol%. Das Gas das den Gaswäscher passiert hatte, wies einen CO2-Gehalt von 0,002Vol% und eine Methangehalt von 99,1 Vol% auf. Während der kontinuierlichen Gaswäsche und Durchleitung des Akzeptormediums durch die Elektrodialyseeinheit kam es zur Freisetzung von CO2 sowohl in den Aufnahme- und Freisetzungskammern als auch im Vorratsgefäß für das Aufnahme- und Freisetzungsmedium. Der C02-Gehalt des freigesetzten und aufgefangenen Gases betrug > 98,5 Vol%, Methan wurde hierin nicht nachgewiesen. Der kontinuierliche Betrieb war für mehr als 8 Stunden störungsfrei möglich. Eine relevante Erwärmung der Prozessmedien erfolgte nicht.
  • Beispiel 8
  • Untersuchung zur Herstellung von Carbonaten
  • Es wurden 5 Liter einer 2 molaren Argininlösung mit VE-Wasser hergestellt. Hierin wurden 500g EisenlllChlorid vollständig gelöst. Die rotbraune klare Lösung wurde mit einem CO2-Gas gemäß Beispiel 2 durchströmt. Dabei wurde der pH von 9,2 auf 8,5 reduziert. Die Lösung war anschließend klar und enthielt keinen Feststoff. Anschließend wurde der Lösung VE-Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:1 zugesetzt und durchmischt. Es entstand sofort ein flockiger hellbrauner Feststoff der langsam sedimentierte. Der Überstand wurde dekantiert. Er war transparent und hatte eine leichte rötliche Färbung. Die Sedimentphase wurde zentrifugiert, der Überstand wurde mit dem zuvor dekantierten Überstand vereinigt (WP 1). Das Zentrifugat wurde in jeweils 3 Litern VE-Wasser suspendiert und für eine Stunde gerührt. Es erfolgte jeweils eine Phasentrennung mittels Zentrifugation. Die braun-rötliche Masse wurde auf keramischen Filterplatten mit einer Porengröße von im Mittel 200µm ausgestrichen. Die Filterplatten wurden auf einem saugfähigen Material gelagert, bis das Aufgabematerial vollständig getrocknet war. Das krümelige braune Material wurde in einem Mörser zerstoßen. Es wurden 480g eines braunen Pulvers erhalten. Es wurde eine Probe in Wasser suspendiert und hierin agitiert. Anschließend Sedimentation des Pulvers. Der Überstand war anschließend klar und farblos, der pH betrug unverändert zum Ausgang 6,8. Einer weiteren Probe des Pulvers wurde eine 10%ige HCL-Lösung hinzugefügt. Es kam zu einem Aufschäumen, unter Freisetzung von CO2. Die Lösung war anschließend rot-bräunlich. In der Analyse dieser Zersetzungslösung konnte kein Stickstoff nachgewiesen werden. Somit entsprach das erhaltene Pulver Eisencarbonat. Die WP1 wurde durch eine Elektrodialyse-Einheit geleitet. Der anodenseitige Abschluss der Donorkammern erfolgte mit einer anionenselektiven Membran, der kathodenseitige Abschluss mit einer kationenselektiven Membran. Es wurde eine Gleichspannung von 10V angelegt. Es konnte gezeigt werden, dass in der Anodenkammer Chlorgas und in der Kathodenkammer Wasserstoff freigesetzt wurden. Im Anschluss an die Elektrodialyse wurde die Lösung mit CO2 begast. Im Anschluss an die Begasung konnte das in der Lösung gebundene CO2 durch pH-Änderung mittels einer Säure (HCL) wieder freigesetzt werden.
  • Beispiel 9
  • Herstellung von Carbonaten in einem Sekundärkreislaufverfahren
  • Ein Teilstrom (10m3/h) des Gases eines Bioreaktors einer kommunalen Kläranlage wurde mittels einer Wasserstrahlpumpvorrichtung angesaugt und mit dem wässrigen Akzeptormedium in Kontakt gebracht. Das Wasser-/Gasgemisch wurde in einer Rohrleitung zu einem statischen Mischer geleitet und passierte diesen. Das Gemisch gelangte dann in einen Auffangtank aus dem das Gas in die Atmosphäre frei entweichen konnte. Das wässrige Akzeptormedium lag als 2 molare Arginin-Lösung von Aus dem Auffangtank wurde kontinuierlich das mit Kohlendioxid beladene Akzeptor-Medium in einen Sekundärkreislauf eingepumpt. Der Sekundärkreislauf bestand aus einer Elektrodialyse-Vorrichtung bestehend aus einer Anodenkammer, einer Kathodenkammer und 10 konsekutiven Kammer-Einheiten in der Anordnung:
    • Akzeptorkammer/Reaktionskammer/Elektrolytkammer. Die Akzeptorkammern wurden konsekutiv von dem Akzeptor-Medium durchströmt und anschließend der Wasserstrahlpumvorrichtung zugeführt. Das Reaktionsmedium sowie die Elektrolytlösung wurden jeweils aus einem Vorratsbehälter entnommen und durch die Reaktionskammern bzw. die Elektrolytkammern geleitet.
    • Die Akzeptorkammern waren anodenwärts von den Reaktionskammern durch eine anionenselektive Membran getrennt. Kathodenwärts waren diese durch eine bipolare Membran von den Elektrolytkammern getrennt. Die Reaktionskammern und die Elektrolytkammern wurden durch eine kationenselektive Membran getrennt. Die Kammereinheiten für das Reaktionsmedium grenzten anodenseitig an die Elektrolytkammern an. Es wurden verschiedene Reaktionsmedien untersucht. Hierzu wurde aus einer 1 molaren Arginin-Lösung jeweils die folgenden Reaktionslösungen hergestellt: a) 30%ige Magnesiumchlorid-Lösung, b) 20%ige Kupferchlorid-Lösung, c) 15%ige Aluminiumchlorid-Lösung. Das Reaktionsmedium wurde kontinuierlich aus einem Absetztank durch die Reaktionskammern rezirkuliert. Die Reaktionskammern waren so konstruiert, dass das Reaktionsmedium die Kammer vertikal durchströmte und durch einen konischen Bodenauslass in den Auffangtank geleitet wurden, wodurch entstandener Feststoff mit ausgetragen wurde. Nach jedem Versuchsdurchlauf, der für jeweils 5 Stunden erfolgte, wurde keine weitere Agitation des Reaktionsmediums für 12 Stunden durchgeführt. Anschließend wurde der wässrige Überstand durch einen über der Feststoffphase angebrachten Auslass abgelassen, anschließend wurde der Feststoff entnommen und 2 mal mit VE-Wasser gespült und anschließend auf einem Kontaktbandtrockner getrocknet.
  • Die Elektrolytlösung wurde in einem Tertiärkreislauf einer weiteren Elektrodialyse-Einheit zugeführt, in der eine Separation von Chloridionen erfolgte.
  • Der Nachweis der jeweiligen Carbonate, die als Feststoffe gewonnen wurden, erfolgte gemäß der Verfahren in Beispiel 6.
  • Ergebnisse:
    • Der Temperaturbereich des Akzeptormediums lag im Bereichen zwischen 45 und 75°C. Das Klärgas hatte einen Kohlendioxid-Gehalt von 26vol%. Durch die in Kontaktbringung des Klärgases mit dem Akzeptormedium wurde der Kohlendioxid-Gehalt auf < 0,01 Vol% reduziert. Nach Beginn der Durchleitung des Akzeptormediums durch die Elektrodialyseeinheit, wurden die Reaktionslösungen rasch milchig und es kam jeweils zu einem kontinuierlichem Ausfall von Feststoff. Die Analyse der gespülten und getrocknete Feststoffe zeigte sich, dass es sich um die Carbonate der jeweils eingesetzten Kationen des Elektrolyts handelte. Somit wurden Magnesiumcarbonat, Kupfercarbonat und Aluminiumcarbonat hergestellt.
  • Beispiel 10
  • Untersuchung zur stofflichen Verwertung von Reststoffen organischen und anorganischen Ursprungs durch Umsatz mit Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten in einem regenerativen Kreislaufverfahren zum Erhalt von regenerativen Rohstofffraktionen.
    Gebrauchte Aluminium-Dosen (100g) werden in zerkleinerter Form in 200ml konzentrierter Schwefelsäure vollständig zersetzt, indem portionsweise VE-Wasser hinzugefügt wurde in der Menge, in der Wasserstoff und Wasserdampf entwich. Das Dampf-/Gasgemisch wurde aufgefangen und der darin erhältliche Wasserstoff separiert. Die erhaltene Lösung war graubräunlich und stark trüb. Die Lösung wird mittels einer Glasfritte filtriert und mit 600ml einer 1 molaren Argininlösung gemischt. Dieses Gemisch wird in eine 3 molare Arginin-Lösung, die mit Kohlendioxid aus dem Gasgemisch einer Biogasanlage gesättigt war, portionsweise eingerührt. Nach dem Einmischvorgang wurde die Suspension zentrifugiert und das Zentrifugat 2-mal mit VE-Wasser gespült und nach Zentrifugation getrocknet.
    Es wurden 200g gereinigte Schalen von Hühnereiern in 500ml einer 60Gew%igen Salzsäurelösung zersetzt. Das dabei entweichende Kohlendioxid wurde aufgefangen und adsorbiert in einer 2 molaren Arginin-Lösung mit einer Vorrichtung gemäß Beispiel 2. In der resultierenden trüben Lösung lag organisches Material, wie z.B. Eihäute vor. Dieses wurde abfiltriert und die Lösung wurde durch die Elektrolytkammer einer Elektrodialyse-Vorrichtung gemäß Beispiel 9 befördert. Die Akzeptorkammer und die Reaktionskammer wurden mit den Akzeptor- bzw. Reaktionsmedien gemäß Beispiel 9 befüllt, bzw. von diesen durchströmt. Dabei war die Akzeptorlösung mit dem Kohlendoxid gesättigt worden, das aus der Zersetzung der Eierschalen erhalten worden war. Der sich in der Reaktionskammer ausbildende Feststoff wurde separiert und 2-mal mit VE-Wasser gespült und nach Zentrifugation konvektiv getrocknet. Die Elektrolytlösung der Anodenkammer, die zum Ende der Untersuchung vorlag, wurde mittels einer Membrandestillation aufkonzentriert und für eine weitere Versuchsdurchführung verwandt. Auch die Akzeptorlösung wurde im Anschluss an die Untersuchung zur Aufnahme von Kohlendioxid bei der Zersetzung von Knochen verwandt. Die energetische Versorgung erfolgte bei den Untersuchungen mit Solarstrom.
    Die Analyse der erhaltenen Feststoffe erfolgte gemäß Beispiel 6.
  • Ergebnisse:
    • Die in den beiden Verfahrensausführungen erhältlichen Feststofffraktionen waren Aluminiumcarbonat und Calciumcarbonat. Diese lagen in chemisch reiner Pulverform vor. Die zur Zersetzung der Ausgangsstoffe eingesetzten Verbindungen (Säuren) konnten in einem Sekundärkreislauf wieder regeneriert und für eine erneute Versuchsdurchführung eingesetzt werden. Auch die Akzeptorlösung konnte regeneriert und wieder eingesetzt werden. Somit konnte ein Recycling von anorganischen Reststoffen, unter Verwendung von regenerativem Kohlendioxid und regenerativer Energie, vorgenommen werden, wobei eine nachhaltige Kreislaufführung der eingesetzten Verbindungen ermöglicht wird.

Claims (11)

  1. Verfahren zur selektiven Bindung, Transport und Speicherung von Kohlendioxid in wässrigen Medien, charakterisiert durch die Schritte: a) Bereitstellung einer wässrigen Akzeptorlösung, enthaltend mindestens eine Akzeptorverbindung, die eine freie Guanidino- und/oder Amidinogruppe aufweist, b) Kontaktieren eines Gases, enthaltend Kohlendioxid, mit der Akzeptorlösung aus Schritt a) bis zum Erreichen einer Kohlendioxid-Konzentration des Gases von < 100ppm, c) Transport und/oder Lagerung der Akzeptorlösung, enthaltend gebundenes Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivate nach Schritt b).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Akzeptorverbindung eine Aminosäure ist und der pH der Akzeptorlösung in einem Bereich zwischen 8 und 13 liegt.
  3. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2, bei dem das Lösen und Binden von Kohlendioxid sowie dessen Derivate ohne Druckbeaufschlagung der Akzeptorlösung erfolgt.
  4. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 3, bei dem nach Schritt b) oder c) der Schritt c1) oder d1) erfolgt: Freisetzung des im Akzeptromedium gebundenen Kohlendioxid als Gasphase.
  5. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Akzeptormedium aus Schritt b) sich in einer Alzeptorkammer einer Elektrodialyse-Vorrichtung befindet oder hierein eingeleitet wird und der Transport von Kohlendioxid/Kohlendioxid-Derivaten gemäß Schritt c) mittels eines elektrischen Gradienten, der zwischen der Akzeptorkammer und einer Aufnahme- und Freisetzungskammer hergestellt wird, erfolgt, wobei die Akzeptorkammer(n) und die Aufnahme- und Freisetzungskammer(n) durch ein Trennmedium voneinander separiert werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Trennmedium eine Membran ist, die durchlässig ist für Ionen und/oder Gasmoleküle.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei in der Aufnahme- und Freisetzungkammer eine Freisetzung der durch des Trennmedium transportierten Kohlendioxids/Kohlendioxid-Derivate in Form eines reinen Kohlendioxid-Gases erfolgt.
  8. Verfahren gemäß der Ansprüche 5 bis 7, bei dem in der Aufnahme- und Freisetzungkammer sich ein Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium befindet, in dem sich mindestens eine Verbindung befindet, die mindestens eine Säuregruppe trägt und einen isoelektrischen Punkt im Bereich zwischen 3 und 5 hat.
  9. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine oder mehrere Reaktionsverbindungen zur Reaktion und/oder Bindung von Kohlendioxid und/oder Carbonat/Hydrogencarbonat -Anionen in der Akzetorlösung und/oder dem Aufnahme- und/oder Freisetzungsmedium vorliegt/vorliegen.
  10. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 bei dem nach Schritt b) das in der Akzeptorlösung gebundene Kohlendioxid mittels einer Reaktionsverbindung zu einer Kohlenstoffverbindung umgesetzt wird.
  11. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 bei dem nach Schritt c) das in dem Aufnahme-und/oder Freisetzungsmedium gebundene oder das transportierte und freigesetzte Kohlendioxid mittels einer Reaktionsverbindung zu einer Kohlenstoffverbindung umgesetzt wird.
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