DE102021130002A1 - Verwertung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwertung von in der Umgebungsluft enthaltenem Kohlendioxid. Es werden ein System und ein Verfahren vorgestellt, mit denen das Kohlendioxid abgetrennt und genutzt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwertung von in der Umgebungsluft enthaltenem Kohlendioxid. Es werden ein System und ein Verfahren vorgestellt, mit denen das Kohlendioxid abgetrennt und genutzt werden kann.
  • Direct Air Capture (DAC) ist ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstoffdioxid (CO2) direkt aus der Umgebungsluft. Grundprinzip ist, dass Umgebungsluft durch einen Filter strömt, der einen Teil des CO2 entzieht. Ergebnis des Verfahrens ist reines CO2, das anschließend für verschiedene Zwecke verwendet werden kann.
  • Nutzungsmöglichkeiten des CO2 sind die stoffliche Nutzung als Rohstoff, z.B. für die Chemieindustrie, die Herstellung CO2-neutraler Brennstoffe (EE-Gas und E-Fuels) sowie die geologische Speicherung des Kohlendioxids, wodurch sich negative Emissionen erzielen lassen. Letzteres wird als Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS) bezeichnet und soll dazu dienen, der Atmosphäre aktiv Kohlendioxid zu entziehen und dauerhaft per CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) zu speichern, um damit der globalen Erwärmung entgegenzuwirken.
  • Zur Gewinnung von CO2 sind große Ventilatoren erforderlich, welche die Umgebungsluft durch einen Filter drücken. Im Filter befindet sich ein Adsorbermaterial. Es werden diverse flüssige oder feste Adsorbermaterialien verschiedener chemischer Stoffklassen eingesetzt. Bei der Aminwäsche wird ein flüssiges Lösungsmittel aus organischen Aminen, bei anderen Verfahren wird als CO2-Absorber beispielsweise Natriumhydroxid verwendet, das mit CO2 zu Natriumcarbonat reagiert. Alternativ bindet das CO2 an ein festes Sorptionsmittel.
  • Die Technik umfasst zumeist zwei Schritte, einen Adsorptionsschritt und einen Desorptionsschritt. Im Adsorptionsschritt wird Luft über den Adsorber geführt, das CO2 aus der Luft wird an den Adsorber gebunden, die restlichen Luftbestandteile verlassen die Adsorberkartusche. Wenn der Adsorber mit CO2 gesättigt ist, wird der Desorptionsschritt durchgeführt. Dabei wird das CO2 entweder über Hitzeeintrag oder durch inertes Gas aus der Kartusche ausgetrieben; auch ein leichtes Vakuum kann vorteilhaft sein. Es wird reines CO2 erhalten, das nun diversen Nutzungswegen oder der finalen Speicherung zugeführt werden kann.
  • US 5 779 767 betrifft ein Verfahren zur Adsorption von mindestens Kohlendioxid, Wasser und Stickoxiden und Acetylen aus einem Gasstrom, bei dem das Gas mit einer Adsorptionsmittelmischung aus einem Zeolithen und einem Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird. Das Verfahren kann als Wechseladsorptionsverfahren betrieben werden, bei dem das Gas mit dem Adsorptionsmittel bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck in Kontakt gebracht wird, um mindestens Kohlendioxid, Wasser und Stickstoffoxide daraus zu adsorbieren, und das Adsorptionsmittel durch Verringern des Drucks und/oder Erhöhen der Temperatur periodisch regeneriert wird.
  • EP 0 862 938 A offenbart ein Druckwechseladsorptionsverfahren zur Entfernung von Stickoxiden, Kohlendioxid und Wasser aus Gasen. Der Gasstrom wird bei erhöhtem Druck durch ein Aluminiumoxid-Adsorptionsmittel und ein Zeolith-Adsorptionsmittel, vorzugsweise 13X-Zeolith, geleitet. Das Druckwechseladsorptionsverfahren umfasst die Schritte: (a) Adsorption von Wasser, Kohlendioxid und Stickoxiden bei erhöhtem Druck; (b) Druckentlastung im Gegenstrom; (c) Spülen im Gegenstrom mit an Stickstoffoxid abgereichertem Gas; und (d) erneute Druckbeaufschlagung mit an Stickstoffoxid abgereichertem Gas.
  • EP 1 101 521 A1 stellt ein Mehrkomponenten-Adsorptionsmittelgemisch bereit, das Wasser, Kohlendioxid und Stickoxide und/oder Kohlenwasserstoffe aus Luft entfernt. Das Gemisch enthält ein drittes Adsorptionsmittel, das selektiv ausgewählte Stickoxide, Kohlenwasserstoffe oder beides adsorbiert. Das wasserdampfselektive Adsorptionsmittel ist aktiviertes Aluminiumoxid. Das Kohlendioxid-selektive Adsorptionsmittel ist Zeolith 13X. Das dritte Adsorptionsmittel ist Zeolith 5A, der selektiv Distickstoffoxid, Ethylen und Propan adsorbiert.
  • Mittlerweile gibt es eine Anzahl von Materialien, die zur CO2 Aufnahme innerhalb einer DAC Anlage befähigt sind, allerdings nehmen die Materialien entweder relativ hohe CO2-Konzentrationen auf, dann ist die Desorption energieaufwendig, oder die selektive Bindung von CO2 an den Adsorber ist nicht sehr hoch, dann ist die Effizienz insgesamt niedrig und die Kosten für die CO2 Verringerung sind hoch.
  • Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und ein System zur Verringerung der Konzentration von Kohlendioxid in der Umgebungsluft und zur Nutzung des aus der Umgebungsluft entfernten Kohlendioxids zur Verfügung zu stellen, die effizient, robust und kostengünstig sind.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung von in der Umgebungsluft enthaltenem Kohlendioxid. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst als ersten Schritt die Adsorption von Kohlendioxid (CO2) aus der Umgebungsluft in einer stationären Adsorbereinheit. Hierzu wird ein Strom von Umgebungsluft durch eine stationäre Adsorbereinheit geleitet. In der Adsorbereinheit wird der Luftstrom zunächst getrocknet, d.h. im Luftstrom enthaltenes Wasser wird entfernt. In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Trocknung in einem zweistufigen Prozess. Dabei erfolgt zunächst eine Vortrocknung des Luftstroms über einen elektrisch betriebenen Vortrockner. In einer Ausführungsform ist der Vortrockner ein Kondensationstrockner. In einer anderen Ausführungsform ist der Vortrockner ein kontinuierlich arbeitender Adsorptionstrockner. In einer weiteren Ausführungsform ist der Vortrockner ein Rotationsentfeuchter. Der Vortrockner arbeitet druckunabhängig und entfernt ca. 30 bis 50% der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit. In einer Ausführungsform erfolgt die Vortrocknung bei einer Temperatur des Luftstroms von maximal 20°C.
  • In einer zweiten Stufe wird die vorgetrocknete Luft durch eine mit einem Trocknungsmittel befüllte Trocknungsvorrichtung geleitet, um Restfeuchte zu entfernen. Beispiele für geeignete Trocknungsmittel sind Kieselgel (Silicagel), Molsieb 3A, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, aktiviertes Aluminiumoxid und Zeolith A. In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die Restfeuchte des Luftstroms nach der Trocknung weniger als 1 g/m3.
  • Anschließend wird in dem getrockneten Luftstrom enthaltenes Kohlendioxid adsorbiert. Die Adsorbereinheit wird dadurch mit CO2 beaufschlagt. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird dieser Schritt solange durchgeführt, bis ein Abbruchkriterium erreicht wird, beispielsweise bis die Kapazitätsgrenze der Kohlendioxid-Aufnahme der Adsorbereinheit erreicht ist. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird dieser Schritt solange durchgeführt, bis eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist. Die aus der Adsorbereinheit herausströmende Luft ist an Kohlendioxid abgereichert.
  • Die Adsorbereinheit enthält ein Adsorbermaterial, das Kohlendioxid binden kann, und das Kohlendioxid wird von dem in der Adsorbereinheit angeordneten Adsorbermaterial adsorbiert. In einer Ausführungsform umfasst das Adsorbermaterial mindestens ein anorganisches Material aus der Klasse der Alumosilikate. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Adsorbermaterial um einen Zeolithen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Adsorbermaterial Zeolith 13X bzw. Molekularsieb 13X oder eine Modifikation davon.
  • In einer Ausführungsform wird das Adsorbermaterial in granularer Form eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform besteht das Adsorbermaterial aus Partikeln mit einer Korngröße, d.h. einem Äquivalentdurchmesser, im Bereich von 1 bis 5 mm. In einer Ausführungsform liegt das Adsorbermaterial in einem Filtermodul der Adsorbereinheit als Schüttung vor. In einer weiteren Ausführungsform ist ein für den Luftstrom durchlässiger Behälter in einem Filtermodul der Adsorbereinheit mit dem Adsorbermaterial gefüllt.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Adsorption des Kohlendioxids bei einer Temperatur im Bereich von -45°C bis 45°C, beispielsweise von 0°C bis 40°C, oder von 20°C bis 35°C. Die Trocknung des Luftstroms verläuft bei Temperaturen von weniger als 20°C besonders effizient. Auch die Adsorption des Kohlendioxids wird durch niedrige Temperaturen begünstigt, da der Vorgang exotherm ist.
  • Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Normaldruck durchgeführt, es erfolgt also keine Kompression des eingeleiteten Umgebungsluftstroms.
  • Nach Beendigung des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise nach Erreichen der Kapazitätsgrenze der Adsorbereinheit oder nach dem Ende einer vorgegebenen Zeitdauer, wird der Luftstrom durch die mit Kohlendioxid beladene Adsorbereinheit unterbrochen und das in der Adsorbereinheit gebundene adsorbierte Kohlendioxid wird anschließend desorbiert. In einer Ausführungsform beträgt die vorgegebene Zeitdauer von 2 h bis 5 h, beispielsweise 4 h.
  • In einer Ausführungsform erfolgt die Desorption des Kohlendioxids aus der Adsorbereinheit durch Erhitzen des Adsorbermaterials in der Adsorbereinheit und Verringerung des Drucks. Dadurch wird das adsorbierte CO2 in die Gasphase überführt und das Filtermodul wird regeneriert. Das aus der Adsorbereinheit abgetrennte CO2 wird einer weiteren Verwendung zugeführt. In einer Ausführungsform beträgt die Dauer der Desorptionsphase von 1 h bis 3 h, beispielsweise 2 h.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Desorption das beladene Adsorptionsmaterial auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 300°C, beispielsweise 200°C bis 300°C, oder 250°C bis 300°C, erhitzt und es wird in der Adsorbereinheit ein Unterdruck im Bereich von 10 bis 50 mbar (1000 bis 950 mbar absolut) erzeugt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zur Desorption das beladene Adsorptionsmaterial auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 150°C erhitzt und es wird ein Hilfsgas durch die Adsorbereinheit geleitet. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Hilfsgas Umgebungsluft. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Adsorbereinheit mit dem Hilfsgas befüllt, anschließend wird in der Adsorbereinheit ein Unterdruck im Bereich von 10 bis 50 mbar (1000 bis 950 mbar absolut) erzeugt, um das freigesetzte CO2 und das Hilfsgas abzusaugen. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Befüllen und Absaugen mehrfach wiederholt, beispielsweise zwei oder drei Mal.
  • Nach Beendigung der Desorption lässt man die Adsorbereinheit auf Raumtemperatur abkühlen oder kühlt das Adsorbermaterial aktiv ab. In einer Ausführungsform wird nach Beendigung der Desorption direkt eine neue Phase der Adsorption gestartet, d.h. es wird bereits während des Abkühlens wieder Umgebungsluft durch die Adsorbereinheit geleitet. Sobald das Adsorbermaterial ausreichend abgekühlt ist, bindet es wieder CO2 aus dem Umgebungsluftstrom. In einer Ausführungsform dauert es ca. 1 Stunde, bis die ersten CO2 Moleküle wieder haften.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Regeneration des Trocknungsmittels in der Trocknungsvorrichtung das beladene Trocknungsmittel auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 150°C, beispielsweise 100°C bis 120°C, erhitzt und es wird in der Trocknungsvorrichtung ein Unterdruck im Bereich von 10 bis 50 mbar (1000 bis 950 mbar absolut) erzeugt. In einer Ausführungsform dauert die Regeneration von 45 min bis 90 min, beispielsweise 1 h.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird dieses kontinuierlich durchgeführt, d.h. Adsorptionsschritt und Desorptionsschritt erfolgen im Wechsel hintereinander.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere kann es einen Beitrag zur Verringerung von Umweltbelastung und Energieverbrauch leisten. Das Kohlendioxid wird so der Atmosphäre bzw. der Umgebungsluft der Adsorbereinheit entzogen. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich der Umgebungsluft in belasteten Zonen, z.B. an stark befahrenen Straßen oder in Tunneln, signifikante Mengen an Kohlendioxid entziehen. In Tunneln lässt sich der Kohlendioxidgehalt der Luft signifikant reduzieren.
  • Das in der Umgebungsluft enthaltene Kohlendioxid, das z.B. aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren stammt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren industriell nutzbar gemacht, da es nach der Desorption in konzentrierter Form zur Verfügung steht und nicht mehr durch die anderen Luftbestandteile verdünnt ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein System zur Verwertung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft. Das System umfasst eine stationäre Adsorbereinheit, die zur Adsorption von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft eingerichtet ist, und ein Desorptionsmodul, das dazu eingerichtet ist, in der Adsorbereinheit adsorbiertes Kohlendioxid aus dieser zu desorbieren. Das System ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
  • In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße System eine Einströmöffnung auf, welche strömungstechnisch mit einer Austrittsöffnung verbunden ist, die ein Gebläse oder einen Ventilator aufweist, so dass ein Luftkanal gebildet ist und Luft aus der Umgebung angesaugt und durch eine Entfeuchtungseinheit und eine Adsorbereinheit geführt wird. Die Entfeuchtungseinheit ist dafür eingerichtet, einen dem System zugeführten Umgebungsluftstrom zu trocknen. Die Adsorbereinheit ist dafür eingerichtet, Kohlendioxid aus dem getrockneten Umgebungsluftstrom während einer Adsorptionsphase zu binden und gebundenes Kohlendioxid während einer Desorptionsphase freizusetzen. Das System umfasst ein Desorptionsmodul, das dazu eingerichtet ist, in der Adsorbereinheit adsorbiertes Kohlendioxid aus dieser zu desorbieren, und umfasst Heizmittel, um während der Desorptionsphase einen Wärmeeintrag in die Adsorbereinheit einzubringen, und Unterdruckmittel, um während der Desorptionsphase einen Unterdruck in der Adsorbereinheit zu erzeugen.
  • Das System umfasst eine Adsorbereinheit, die zur Adsorption von Kohlendioxid (CO2) aus der Umgebungsluft eingerichtet ist. In einer Ausführungsform umfasst die Adsorbereinheit ein Gehäuse mit wenigstens einer Ein- und Ausströmöffnung in der Gehäusewandung, ein Filtermodul im Inneren des Gehäuses, welches strömungstechnisch mit der Ein- und Austrittsöffnung verbunden ist, so dass ein Luftkanal gebildet ist, und eine Luftansaug-Vorrichtung, um Luft aus der Umgebung anzusaugen und durch das Filtermodul zu führen. In einer Ausführungsform ist die Luftansaug-Vorrichtung ein Gebläse. In einer anderen Ausführungsform ist die Luftansaug-Vorrichtung ein Ventilator. In einer Ausführungsform ist die Luftansaug-Vorrichtung für einen nominalen Luftstrom von 1.000 bis 15.000 m3/h ausgelegt. Hierfür ist eine Gebläseleistung bzw. Ventilatorleistung im Bereich von 1 bis 15 kW erforderlich.
  • Im Luftkanal der Adsorbereinheit ist eine Trocknungsvorrichtung bzw. Entfeuchtungsvorrichtung vorgesehen, die Wasser aus dem Luftstrom entfernt, bevor er in das Filtermodul eintritt. Durch die Trocknung des Luftstroms wird verhindert, dass die Adsorptionskapazität des Adsorbermaterials für Kohlendioxid durch Wasserbeladung geschmälert wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Trocknungsvorrichtung einen kontinuierlich arbeitenden elektrisch betriebenen Vortrockner. In einer Ausführungsform ist der Vortrockner ein Kondensationstrockner. In einer anderen Ausführungsform ist der Vortrockner ein kontinuierlich arbeitender Adsorptionstrockner. In einer weiteren Ausführungsform ist der Vortrockner ein Rotationsentfeuchter. In einer Ausführungsform weist der Vortrockner eine Leistungsaufnahme im Bereich von 9 kW bis 15 kW auf.
  • Die Trocknungsvorrichtung umfasst stromabwärts des Vortrockners eine Einheit mit einem Trocknungsmittel, das Wasser aus dem Luftstrom entfernt. Beispiele für geeignete Trocknungsmittel sind Silicagel, Molsieb 3A, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, aktiviertes Aluminiumoxid und Zeolith A.
  • Die Adsorbereinheit enthält ein Adsorbermaterial, welches dazu eingerichtet ist, Kohlendioxid (CO2) adsorptiv zu binden. In einer Ausführungsform enthält die Adsorbereinheit ein CO2 bindendes Mittel auf der Basis von Aluminiumsilikat, das eine Adsorptionskapazität für vorgetrocknetes CO2 von bis zu 20 Gew.-% aufweist. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das Adsorbermaterial Alumosilikate, beispielsweise amorphes Aluminiumsilikat. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Adsorbermaterial um einen Zeolithen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Adsorbermaterial Zeolith 13X bzw. Molekularsieb 13X oder eine Modifikation davon.
  • In einer Ausführungsform wird das Adsorbermaterial in granularer Form eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform besteht das Adsorbermaterial aus Partikeln mit einer Korngröße, d.h. einem Äquivalentdurchmesser, im Bereich von 1 bis 5 mm. In einer Ausführungsform liegt das Adsorbermaterial in einem Filtermodul der Adsorbereinheit als Schüttung vor. In einer weiteren Ausführungsform ist ein für den Luftstrom durchlässiger Behälter in einem Filtermodul der Adsorbereinheit mit dem Adsorbermaterial gefüllt.
  • In einer Ausführungsform ist am Ausgang der Adsorbereinheit ein CO2-Sensor angeordnet, der den CO2-Gehalt des austretenden Gasstroms misst. Während der Adsorptionsphase ist der CO2-Gehalt des austretenden Gasstroms sehr gering. Nach dem Erreichen der Kapazitätsgrenze des Adsorbermaterials steigt der CO2-Gehalt des austretenden Gasstroms schnell an („Durchbruch“). Der CO2-Sensor ermöglicht daher, es schnell und zuverlässig zu erkennen, wenn die Kapazitätsgrenze des Adsorbermaterials erreicht ist.
  • In einer Ausführungsform ist die Adsorbereinheit eine stationäre Anlage, die an Orten eingesetzt wird, an denen hohe Kohlendioxidkonzentrationen in der Luft auftreten, z.B. in Ballungsgebieten, an stark befahrenen Straßen oder in Tunneln. In einer Ausführungsform ist die Adsorbereinheit in einem Tunnel montiert, z.B. an der Tunneldecke. Es können in einem Tunnel auch mehrere Adsorbereinheiten vorhanden sein. In einer anderen Ausführungsform ist die stationäre Adsorbereinheit außerhalb des Tunnels angeordnet und über geeignete Vorrichtungen wird ein Luftstrom aus dem Tunnelinneren abgesaugt, durch die Adsorbereinheit geleitet und anschließend wieder in den Tunnel zurückgeführt.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Adsorbereinheit für einen nominalen Luftstrom von 1.000 bis 15.000 m3/h ausgelegt. Hierfür ist eine Ventilatorleistung im Bereich von 1 bis 15 kW erforderlich.
  • Das erfindungsgemäße System umfasst ein Desorptionsmodul, das dazu eingerichtet ist, in dem Adsorbermaterial adsorbierte Kohlendioxid aus diesem zu desorbieren. In dem Desorptionsmodul wird aus dem mit CO2 gesättigten Adsorbermaterial durch die Kombination von Wärme und leichten Unterdruck das CO2 vom Adsorbermaterial gelöst. Etwaige Verunreinigungen verbleiben auf dem Adsorbermaterial. Das reine CO2 wird abgesaugt und verlässt nahezu drucklos das Desorptionsmodul. Es kann dann direkt weiterverwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist das Desorptionsmodul dazu eingerichtet, den Druck in einem mit einem Adsorbermaterial gefüllten Filtermodul zu verringern und das Adsorbermaterial zu erhitzen und dadurch Kohlendioxid aus dem Filtermodul zu desorbieren und aus dem Filtermodul abzusaugen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist das Desorptionsmodul dazu eingerichtet, ein Hilfsgas in ein mit einem Adsorbermaterial gefüllten Filtermodul zu einzuleiten und das Adsorbermaterial zu erhitzen und dadurch Kohlendioxid aus dem Filtermodul zu desorbieren und aus dem Filtermodul auszuleiten.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels illustriert und wird unter Bezugnahme auf das Beispiel und die zugehörige Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt.
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Verwertung von Kohlendioxid.
  • 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 zur Verwertung von Kohlendioxid. Ein Kohlendioxid enthaltender Luftstrom wird in den Lufteintritt 11 einer Entfeuchtungseinheit 12 geleitet, die zur Entfernung von Wasser aus dem Luftstrom eingerichtet ist und beispielsweise einen ein Trocknungsmittel enthält. In einer Ausführungsform ist der Entfeuchtungseinheit ein elektrisch betriebener Vortrockner vorgeschaltet. Der getrocknete Luftstrom wird in eine Adsorbereinheit 13 geleitet, die zur Adsorption von Kohlendioxid (CO2) aus dem getrockneten Luftstrom eingerichtet ist und ein Adsorbermaterial für Kohlendioxid enthält. Der an Kohlendioxid abgereicherte Luftstrom verlässt die Adsorbereinheit 13 durch einen mit einem Ventilator oder Gebläse ausgestatteten Luftaustritt 14. Während des Betriebs erfolgt eine Adsorption von CO2 in der Adsorbereinheit 13. Die Adsorbereinheit 13 wird dadurch mit CO2 beaufschlagt und kann bis zur Aufnahmegrenze der Adsorbereinheit CO2 aufnehmen.
  • Ein Desorptionsmodul 15 ist dafür eingerichtet, in der Adsorbereinheit 13 einen Unterdruck zu erzeugen und das in der Adsorbereinheit 13 enthaltene Adsorbermaterial zu erhitzen. Dadurch wird das adsorbierte Kohlendioxid desorbiert und abgesaugt. Das CO2 geht in die Gasphase über, das Adsorbermaterial wird regeneriert. In der dargestellten Ausführungsform ist das Desorptionsmodul 15 auch dafür eingerichtet, in der Entfeuchtungseinheit 12 einen Unterdruck zu erzeugen und das in der Entfeuchtungseinheit 12 enthaltene Trocknungsmittel zu erhitzen, um das Trocknungsmittel zu regenerieren.
  • Mit einer prototypischen Demonstrationsanlage wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. In die Entfeuchtungseinheit 12 wurde 1 Tonne Kieselgel mit einer Oberfläche von >300 m2/g und einer Schüttdichte von 690-785 kg/m3 gefüllt und in die Adsorbereinheit 13 wurde 1 Tonne Zeolithpartikel mit einem nominalen Porendurchmesse von 0,8 nm, einem mittleren Partikeldurchmesser von 2 mm und einer Schüttdichte von 660 kg/m3 gefüllt. Nach Inbetriebnahme der Anlage wurde am Ausgang 14 ein sofortiger rascher Abfall der CO2-Konzentration von 440 ppm auf 163 ppm und dann weiter auf 29 ppm gemessen. Entscheidend für eine effiziente CO2 Aufnahme in der Adsorbereinheit 13 ist die Kontrolle von Taupunkt/Feuchte in der Entfeuchtungseinheit 12, die im Experiment bei 0,5 g/m3 lag.
  • Die Adsorption von Feuchtigkeit in der Entfeuchtungseinheit 12 und von CO2 in der Adsorbereinheit 13 bewirkte einen Temperaturanstieg von ca. 28°C auf 33°C, da beide Adsorptionsvorgänge exotherm verlaufen.
  • Auch unter ungünstigen Bedingungen (25°C, 12 g/m3 Feuchte) wurden bei Durchleiten von 2.000 m3/h Luft mit einem Kohlendioxidgehalt von 440 ppm 94 Prozent des im Luftstrom enthaltenen Kohlendioxids entfernt und es wurde innerhalb von 20 Minuten ca. 1 kg CO2 abgeschieden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    System
    11
    Lufteinlass
    12
    Entfeuchtungseinheit
    13
    Adsorbereinheit
    14
    Luftauslass
    15
    Desorptionsmodul
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5779767 [0006]
    • EP 0862938 A [0007]
    • EP 1101521 A1 [0008]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verwertung von in der Umgebungsluft enthaltenem Kohlendioxid, umfassend die Trocknung eines Umgebungsluftstroms in einer Entfeuchtungseinheit (12) und anschließend die Adsorption von Kohlendioxid aus dem getrockneten Luftstrom in einer Adsorbereinheit (13), welche ein Adsorbermaterial für CO2 enthält, und anschließend die Desorption von adsorbiertem Kohlendioxid aus der Adsorbereinheit (13), wobei ein Wärmeeintrag in die Adsorbereinheit (13) eingebracht wird und/oder ein Unterdruck in der Adsorbereinheit (13) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorption von Kohlendioxid so lange durchgeführt wird, bis ein Abbruchkriterium erreicht ist, und dann die Desorption von Kohlendioxid erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abbruchkriterium das Erreichen der Kapazitätsgrenze des Adsorbermaterials für die Adsorption von CO2 ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abbruchkriterium der Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Trocknung des Umgebungsluftstroms in einem zweistufigen Prozess erfolgt, der eine Vortrocknung des Luftstroms in einem kontinuierlich arbeitenden elektrisch betriebenen Vortrockner und ein anschließendes Durchleiten des vorgetrockneten Luftstroms durch eine mit einem Trocknungsmittel befüllte Trocknungsvorrichtung umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vortrockner ein Kondensationstrockner ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vortrockner ein Rotationsentfeuchter ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Trocknungsmittel Kieselgel, Molsieb 3A, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, aktiviertes Aluminiumoxid oder Zeolith A umfasst.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Restfeuchte des Luftstroms nach der Trocknung weniger als 1 g/m3 beträgt.
  9. System (10) zur Verwertung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft, welches eine Einströmöffnung (11) aufweist, welche strömungstechnisch mit einer Austrittsöffnung (14) verbunden ist, die ein Gebläse oder einen Ventilator aufweist, so dass ein Luftkanal gebildet ist und Luft aus der Umgebung angesaugt und durch eine Entfeuchtungseinheit (12) und eine Adsorbereinheit (13) geführt wird, wobei die Entfeuchtungseinheit (12) dafür eingerichtet ist, einen dem System (10) zugeführten Umgebungsluftstrom zu trocknen, und wobei die Adsorbereinheit (13), dafür eingerichtet ist, Kohlendioxid aus dem getrockneten Umgebungsluftstrom während einer Adsorptionsphase zu binden und gebundenes Kohlendioxid während einer Desorptionsphase freizusetzen, und wobei das System (10) ein Desorptionsmodul (15) umfasst, das dazu eingerichtet ist, in der Adsorbereinheit (13) adsorbiertes Kohlendioxid aus dieser zu desorbieren, und Heizmittel umfasst, um während der Desorptionsphase einen Wärmeeintrag in die Adsorbereinheit (13) einzubringen, und Unterdruckmittel umfasst, um während der Desorptionsphase einen Unterdruck in der Adsorbereinheit (13) zu erzeugen.
  10. System (10) nach Anspruch 9, worin die Entfeuchtungseinheit (12) einen kontinuierlich arbeitenden elektrisch betriebenen Vortrockner und eine diesem nachgeschaltete Trocknungsvorrichtung umfasst, die mit einem Trocknungsmittel befüllt ist.
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