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Die Erfindung befasst sich mit Energieerzeuger mit Erdgas, bei welchen die erzeugte Energie in einem Abhitze Kessel, einem Dampfkessel und als Wärme und elektrische Energie ausgekoppelt wird, sowie mit der Verwendung von Sauerstoff O2 aus einem Elektrolyseur, um eine Verbindung der Elektrolyse mit dem Verbrauch von Elektro Energie mit einer Nutzung des Sauerstoff O2 in dem Energieerzeuger zu ermöglichen, eine Verwendung der Elektro Energie und eine Speicherung von CO2 und Klimaschutz durch CO2 Speicher zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Verwendung von Sauerstoff O2, welcher als chemisches Element O2 bei der Wasserstoff H2-Herstellung aus Wasser im Elektrolyseur in 8-facher Menge vorhanden ist, um mit dem Sauerstoff O2 eine Energie Erzeugung zu ermöglichen und überhitzten Dampf für die Bereitstellung der Reaktionsprodukte CO, H2O und CO2 sowie Heißdampf (H2O-Gas) in einem Speicher zu ermöglichen und Immissionen zu vermeiden.
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Weiter ist aus Terra X des ZDF über den Klimaschutz nach Harald Lesch bekannt, dass dieser Klimaschutz mit dem Klimaschutz-Dilemma von der heutigen Generation vergeigt wurde. Nachteilig ist bei dem Aufbau der Elektro Energie und der Unterversorgung, diese knappe Energie für wenige Personen zu verschwenden, ohne eine Prognose der Immissionen und der Verwendung für Heißdampf.
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Eine weitere Aufgabe befasst sich mit H2O als Gas und der Verwendung von H2O-Gas durch die chemische Verbindung von Sauerstoff O2 und Methan CH4 unter Bildung eines Gemisches aus 1/3 CO2 und 2/3 H2O und mit der Verwendung des H2O-Gas aus der thermischen Verbindung der Elemente O2 und H2 zu Wasser H2O.
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Weiter ist ein Dampf-unterstütztes Vakuumdesorptionsverfahren zur Abtrennung für Kohlenstoffdioxid von der
EP 3 166 708 B1 nach dem Merkmal des Hauptanspruches, mit 34 Worten aus 183 Zeichen bekannt, nach welchem für die Desorption des CO2, bei Climeworks für CO2 Abscheidung aus der Atmosphäre, ein Dampf in überhitzter Form in einem Volumenverhältnis bis 40 : 1 in Vakuum eingespritzt wird. Mit dem Einspritzen von Heißdampf in Vakuum wird die sensible fühlbare Energie des überhitzten Zustandes zu Erwärmung und Aufbereitung der Sorptionsflächen sowie für den Transport des CO2 aus dem Vakuum nachteilig genutzt. Nachteile sind,
- 1) keine CO2 Emissionsprognosen,
- 2) Nenn-Dampfmenge bis 16,3 kg Dampf pro Kilogramm CO2,
- 3) Kosten von 733 € / Mg CO2; Kostenansatz 45 € / t bei Heißdampf;
- 4) Einspritzen des Heißdampfes.
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Es ist nämlich so, dass Spritzen für das Verteilen von Flüssigkeiten genutz wird. Aber kondensat-freie Gase und H2O-Gas in turbulenter oder laminarer Strömung auf Sorptionsflächen einwirken.
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Wesentlicher Nachteil: s.u.
- • 3,7 Kilogramm CO2 als Zusatzimmission pro 1 kg CO2 Desorption, nach Emissionsprognosen der TA Luft 2.2;
- • 733 € Zusatzkosten für Heißdampf pro Mg CO2.
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Weiter ist eine Power-to-X-Anlage nach der
DE 10 2019 217 116 A1 bekannt, nach welcher eine optimierte Wasserstofftrocknung und Reinigung bei einem Elektrolyseur mit dem Molekül H2O beschrieben ist. Neben dieser Trocknung des Wasserstoffes ist eine Behandlung des elementaren Sauerstoffes von ½ O2, mit den Bildungswärmen der Atome, nachteilig nicht offenbart. Weitere Maßnahmen sind bei der Erzeugung von Energie aus dem Molekül Wasser H2O und bei dem Verbrauch der Elektro Energie notwendig.
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Weiter ist eine Vorrichtung zum Betrieb von Verkehrsmittel nach der
DE 10 2029 216 764 bekannt, nach welcher eine Verbrennungskraftmaschine mit der Zuführung eines Oxidationsmittels als O2 und Kohlenwasserstoffen beschrieben ist. Bei diesem Betrieb mit dem Oxidationsmittel O2 sind nachteilig aus den Bildungswärmen von O2 hohe Betriebstemperaturen gegeben. Weitere Maßnahmen sind bei der Ansaugung, der Verdichtung und hohen Betriebstemperaturen des Heißdampfes, ohne Luft notwendig.
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Es ist nämlich bei dem Prüfstand der Ariane VI bekannt, dass beim Erreichen eines höheren Transportgewichtes der Heißdampf und Abgase aus H2 und O2 in einem Wärmeaustauscher/Abhitze Kessel von > 3000 °C zur Kondensation unter 100 °C bei null Immission abgekühlt wurden. Demgemäß bestehen mit den Bildungswärmen von 97.000 kcal/CO2 hohe Verbrennungstemperaturen nach 97.000/(cp x 44 kg) unter Anwendung einer mittleren spez. Wärme cp. Demgemäß sind beim Betrieb von Verkehrsmitteln nach der
DE 10 2019 216 764 A1 mit elementarem Sauerstoff O2 bei der Heißdampfbehandlung, weitere Maßnahmen notwendig.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Klimaneutralität bei der Nutzung von Erdgas in Energieerzeugern mit Dampf zum Erreichen von Null Immission, um nach der Trennung von H2O und CO2, die Speicherung von CO2 zu ermöglichen, für eine CO2 freie Dampferzeugung.
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Weiter beschäftigt sich die Erfindung in der Anwendungstechnik mit Ammoniumstickstoff im Klärschlamm TS der Stadt Lindau, der als Anteil von 1,45 %, nach DIN 38604-5, in der Trockensubstanz als (NH4-N) in Lindau (B) bestätigt ist, und mit der thermischen Verwertung des Klärschlamms durch Fa. Emter, und mit der Gesamtzusatzbelastung im Aufpunkt für N2O in 114 Jahren, bei Immissionsprognosen von 28.760.000 Mg/a CO2-n im Jahr 2136. Zur Vermeidung der Schäden durch GHG N2O im Aufpunkt, sowie zur Umsetzung der Energiewende sind bei der Verwertung der Biomasse mit den Flüchtigen (H2 + C) weitere Maßnahmen notwendig. Näheres: TA Luft 2.2 > Immissionen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Power-to-X-Anlage bereitzustellen, nach welcher die Atome H2 und ½ O2 aus dem Molekül Wasser H2O mit ihren Bildungswärmen bei Oxidation genutzt werden, um die Unterversorgung mit Energie zu verbessern. Eine weitere Aufgabe besteht in einer Zusammenführung des Energieträgers O2 aus einem Elektrolyseur mit den Brennstoffen in Biomassen und Klärschlamm, um die Erzeugung von Dampf ohne CO2 Immission und die Gewinnung von H2O-Gas mit sauberer Energie zu verbessern.
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Die Erfindung löst dies mit Energieerzeugern mit Erdgas, mit Brenner für Erdgas und einem Elektrolyseur zur Gewinnung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2, mit Aufgabemittel für Sauerstoff O2 in die Brenner und insbesondere mit einer Entnahmeleitung für Wasserstoff H2.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen 2-9 genannten Maßnahmen möglich.
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Die mit der Erfindung von Energieerzeugern mit Gasbrennern erzielten Vorteile bestehen in Gasbrennern und dem Elektrolyseur mit der Gewinnung der chemischen Elemente Sauerstoff O2 und Wasserstoff H2 und Zuführmittel für O2 in den Brenner, um Null Immission durch CO2 Gasspeicher bei der Erzeugung von Dampf zu ermöglichen.
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Weitere Vorteile der Energieerzeuger mit Sauerstoff O2 sind,
- • rasche, (1.) Umsetzung mit Gas, CH4,
- • erhöhte Effizienz aus Strom mit den Bildungswärmen mit H2 und Sauerstoff O2,
- • Kombination von Elektrolyseur und Energieerzeuger zur Lieferung von H2O-Gas und Strom sowie zur Trennung des Molekül H2O,
- • CO2 Speicher, nachgeschaltet dem Quench Kühler, Kondensator von H2O-Gas,
- • Erzeugung des H2O-Gas und Beseitigung im Quench Kühler.
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Ein vorteilhaftes Merkmal der Energieerzeuger besteht in einem Elektrolyseur und der Elektrolyse von 2 Energieträgern H2 und O2 aus dem Molekül Wasser.
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Weiterer Vorteile:
- • Verbindung zu Jule Verne 1875: „Wasser ist die Kohle der Zukunft“.
- • Heißdampf (Gas) bis 4.500 °C, Heat of formation (Bildungswärme) von H2O.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht es, eine Entnahmeleitung für Wasserstoff H2 vorzusehen. Hierdurch ist es mit einem Energieerzeuger möglich, Erdgas, CH4, CxHy als Energie für die Erzeugung von Wasserstoff H2 zu verwenden.
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Wesentlicher Vorteil: Schneller (1.) Energieerzeuger mit Erdgas CH4.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht es, Gasspeicher für CO2, hinter einem Kondensator und einem Abhitze Kessel vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, CO2 in einem Gasspeicher zu speichern, nachdem eine Kondensation des Wasser H2O in einem Kondensator vorgesehen ist. Wesentlicher Vorteil: Stofftrennung von H2O-flüssig und CO2-gasförmig.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht es, einen Dampfkessel vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, Energie in Form von Dampf zu erzeugen. Erreichter Vorteil: CO2 freier Dampf zur Desorption von CO2 bei Climeworks: CO2 Abscheidung aus der Atmosphäre.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht es, eine Zuleitung für Elektro Energie in den Elektrolyseur vorzusehen. Mit der Zuleitung von Elektro Energie ist es möglich, Energie aus Wind und Solar einzusparen. Vorteil: Verwendung von Erdgas zur Erzeugung von Wasserstoff H2 wenigstens in der Zeit mit Energie Mangel.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht es, Wasserstoff H2 als Speicher von Energie vorzusehen. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, überschüssige Energie in Form von Wasserstoff H2 zu speichern.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 7 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 7 ermöglicht es, Abhitze Kessel zur Auskopplung von elektrischer Energie und Dampf vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, verteilt über einen Tag unterschiedliche Energie, Dampf oder Elektro nach Bedarf zu erzeugen. Wesentlicher Vorteil: die Variationsbreite der genutzten Ist-Energie.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 ermöglicht es, eine Zuleitung für Kraftstoffe CxHy aus Biomassen und Klärschlamm vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, über die Zuleitung Kraftstoffe CxHy aus Biomassen und Flüchtige von Klärschlamm vorzusehen. Wesentlicher Vorteil: Entsorgung von Klärschlamm, CO2- frei, sowie Energie Entnahme als Wasserstoff H2 und H2O-Dampf/-Gas.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 9 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 9 ermöglicht es, eine Abzugsleitung für Wasser H2O vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, Wasser H2O aus Erdgas und Sauerstoff O2 in der Abzugsleitung zu entnehmen. Wesentlicher Vorteil: Einsparung von Frischwasser im Elektrolyseur.
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Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in der Apparate Technik für die Gase H2 und O2, erzeugt aus dem molekularen H2O-flüssig. Vorteile werden mit der Verwendung in dem Energieerzeuger und am Beispiel von Erdgas im Folgenden aufgezeigt. Es zeigen:
- 1 Einen Energieerzeuger mit Erdgas
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Energieerzeuger mit Erdgas sind in 1 mit einem Elektrolyseur und der Nutzung von Sauerstoff O2, eingebunden in einem Schema, dargestellt, das aus einer Zuführleitung 1 von Sauerstoff O2, einer Zuführleitung 2 von Erdgas, einem Brenner 3 für O2 und Erdgas, einem Abhitze Kessel 4, einer Dampfturbine 5, einem Generator 6, einer Stromeinspeisung 7, einer Stromschiene 8 eines Stromnetzes, einem Stromwandler 9 für Gleichstrom, einem Elektrolyseur 10, Speiseleitungen 20 mit Gleichstrom, einer Wasservorlage 11, einer Membran 12 zur Unterteilung eines Freiraumes 13 für eine Durchleitung des Wasserstoffes H2 und Trennung von H2 und Sauerstoff O2 in dem Elektrolyseur 10, mit einer Abzugsleitung 1 für Sauerstoff O2 und Entnahmeleitung 14 für Wasserstoff H2 und für Rauchgase aus CH4 und O2 mit einer Abzugsleitung 15, einem Quench Kühler 16 zur Trennung des Wasserdampfes H2O, einer Abzugsleitung 19 für H2O und einem Speicher 17 für die Restmenge an CO2 und einer Zuleitung 18 optional für CxHy aus Biomassen so aufgebaut ist, dass
- • die Dekarbonisierung über die Einführung der H2.Technologie unter Verwendung von Erdgas, CH4 und Sauerstoff O2 mit Elektro Energie vorgesehen ist,
- • optional nachfolgend, Gase CxHy von Biomassen* vorgesehen sind,
- • ein Gaskessel 17 als CO2 Speicher vorgesehen ist,
- • Elektro Energie 7 vorgesehen ist, um atomare Gase H2 und ½ O2 aus dem Elektrolyseur als Energieträger aufzubereiten.
*) Verteilung C 35%, H 5% im Klärschlamm, bei einem Heizwert von 4.000 kcal/kg TS, Bestimmung bei 600 °C, Quelle: Kyoto /Escher Wyss.
- • dass Mengen der Produkte H2, O2, H2O, H2O-Gas offenbart sind.
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Erreichter Vorteil:
- • Wasser als Energie Speicher der Zukunft, nach Jule Verne 1875;
- • Trennung von H2O in elementare Energie Träger H2 und ½ O2,
- • Sauerstoff O2 als Energieträger mit einem Speicher für CO2, nämlich 509 Nm3 CO2 pro Mg CO2.
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Neben der Darstellung der Energieerzeuger mit Erdgas sind andere Darstellungen mit einer Zufuhr von anderen Gasen CxHy aus Biomassen, Klärschlamm und H2 Wasserstoff aus einem Elektrolyseur möglich, die im Einzelnen nicht aufgeführt sind. Wichtig ist, dass diese Gase in einer Fusionsreaktion mit Sauerstoff O2, wie mit Erdgas beschrieben, mit dem Sauerstoff O2, verwertet werden, um die Vorteile der Erfindung, eine Klimawende und die Gewinnung von CO2 und CO2 freien Gasen und H2O-Gas mit Sauerstoff O2 aus einem Elektrolyseur zu ermöglichen.
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Wesentlicher Vorteil:
- • CO2 Trennung mit H2O-Gas, s. (Climeworks)
- • Verarbeitung der Biomassen in den Gemeinden, Beheizung mit Gasen CxHy von Biomasse,
- • Aufgabe, Input: CH4, CxHy - Endprodukt: H2, H2O, O2, H2O-Gas.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind rechnerisch mit einzelnen Beispielen aufgezeigt:
- Vakuumdesorptionsverfahren von Climeworks, bekannt als CO2 direct-air-capture, und Druckschrift EP 3 166 708 B1 mit Einspritzung von Dampf:
Abzug von Dampf und CO2 im Volumenverhältnis (40 :1), pro kg CO2: | Abzug von Dampf (40 x 18) | 720 kg |
| Abzug CO2 | 44 kg |
| Dampfzufuhr, überhitzt (720 : 44) | 16,36 kg Dampf |
| Kosten für Dampf (16,36 t × 45 €/t) | 736 € / Mg CO2 |
Immissionsprognose nach TA Luft 2.2: | Wirkungsgrad, Dampferzeugers | 60 % |
| Dampf Wärmeinhalt, bei 170 °C Nach E. Schmidt | 672,5 kcal/kg |
| Nenn-Energie (16,3 × 672,5) | 10.961 kcal/kg |
| Energie-Bedarf 10.961/0,6 | 18.269 kcal/kg CO2 |
| Wärmeträger CH4 | 212.400 kcal/CH4 |
| Bzw. 12 kg C und 44 kg CO2 | |
| Immissionsprognose CO2 | |
| 44 kg CO2 / 212.400 × 18.269 | 3,78 kg CO2 / kg CO2 Desorption |
Ergebnis | Nenn-Nutzwärme bei 170 °C | 16,3 kg Dampf |
| Q-nutz 16,3 × 0,47 × 70 °C | 536 kcal / kg CO2 Desorption |
| Nenn-Effizienz 536 × 100/10.961 | 4,89 % der CO2 Desorption |
| Zusatzemission für Heißdampf | 3,78 kg CO2 pro kg desorbiert; |
| Nenn-Effizienz der Energie | 4,89 % |
Elektrolyseur und Nutzung des Sauerstoff O2: | Nenn-Energiebedarf | 536 kcal / kg CO2 Desorption |
| cp von H2O, spez. Wärme ca. bei 3.000 °C, E. Schmidt | 13,46 kcal/ °C kmol |
| Bildungs-wärme (heat of formation) | 57.750 kcal/ H2O (kmol) |
| H2O-Gas Temperatur | (theoretisch) |
| 57.750 / 13,46 : 1 kmol | 4.290 °C |
| CO2 Desorption: 57.750 × 0,98 / 539 | 105 kg CO2 / kmol |
| Nenn-Menge pro CO2 kmol: | H2O-Gas |
| 18 kg × 44 / 105 | 7,54 kg H2O / CO2 |
| Vol. % H2O-Gas | (7,54 / 18) | 0,42 kmol H2O |
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Erreichte Vorteil des Vakuumdesorptionsverfahren mit H2O-Gas :
| • | Verhältnis von Dampf zu CO2 | > 0,42 : 1 CO2 |
| • | Betriebsmittel Einsparung | > 700 € / t CO2 |
| • | CO2 Einsparung | 3,7 t CO2/ t CO2 |
| • | Einsparung bei Kühltürmen und Schwaden: |
| | von 40 auf 0,42 (0,42/40) | auf 1 % |
| Technische Daten des Elektrolyseur | 1.000 kWh |
| Nenn-Menge H2 | 10 H2 / MW |
| O2 Erzeugung aus (H2 + ½ O2) | 5 Mol O2 |
| Wasserbedarf | 280 Lit./h |
| Wasserstoff H2 -atomar | 20 kg H2 |
| Bei 8.000h/a | 160 Mg/a |
| Sauerstoff | 90 kg / h |
| Bei 8.000 h - atomar | 720 Mg/a |
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Nutzung der Energie der Stadt Lindau
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Aus Biomasse Heizwert 2.200 kcal /kg im Klärschlamm, bei einem Entsorgungsverbot mangels der gesetzlichen Immission-Ermittlung:
| TA Luft 2.2 bei 1,45 % NH4-N: DIN 38604-5 |
| Heizwert / kg TS Biomasse | 2.200 kcal/kg |
| Energie pro EW bei 0,058 kg/d | 127,6 kcal/d |
| Bei 35.000 EW: 35.000 × 127,6/860 | 5.139 kWh/d |
| Leistung der Biomasse, stündlich | 216 kW therm. |
Erreichter Vorteil für Lindau
| Nenn-Energie zu Verbrennung mit O2 | 216 kWh therm. |
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Der erreichte Vorteil ist in Abstimmung mit dem Immissionsnachweis nach der TA Luft 2.2 und der Unterversorgung mit Energie aufgezeigt für die Stadt Lindau:
- • der Einsatz von CH4 und CxHy, (Feed)
- • die Erzeugung von H2, O2, H2O - CO2 gespeichert, (Output)
- • die Beschreibung als Zahlenbespiel und zeichnerisch in 1,
- • die Speicherung von H2 und CO2 bei null Immission,
- • mit der Vermeidung der Kosten, Folgekosten und den Klima Folgeschäden über die kommenden 114 Jahre durch die Stadt Lindau, und
- • der Immissionsprognose von 28.760.000 Mg/a CO2-n (nitrous) im Jahr 2136.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Aufgabemittel, Zuführleitung für O2, Abzugsleitung für
- 2
- Zuführleitung für Erdgas
- 3
- Brenner für Erdgas, Gase aus Biomassen
- 4
- Abhitze Kessel
- 5
- Dampfturbine
- 6
- Generator
- 7
- Stromeinspeisung, Zuleitung für
- 8
- Stromschiene, -netz
- 9
- Stromwandler, Gleichstrom
- 10
- Elektrolyseur
- 11
- Wasservorlage
- 12
- Membran für H2
- 13
- Freiraum
- 14
- Abzugsleitung für H2, Entnahme-
- 15
- Abzugsleitung für Rauchgase H2
- 16
- Quench Kühler, Kondensator
- 17
- Gas Speicher für CO2
- 18
- Zuleitung von CxHy von Biomasse
- 19
- Abzugsleitung für H2O
- 20
- Speiseleitungen mit Gleichstrom.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3166708 B1 [0005, 0034]
- DE 102019217116 A1 [0008]
- DE 102029216764 [0009]
- DE 102019216764 A1 [0010]
