DE102022129877A1 - Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff; Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff; Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff und eine Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff vorgeschlagen, wobei in mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage (6) aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser gereinigtes Wasser gewonnen wird und aus einem Teil des gereinigten Wassers, aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser durch eine Elektrolyse Gase gewonnen werden, wobei die Gase mindestens Sauerstoff und Wasserstoff sind, und die mindestens eine submarine Umkehrosmoseanlage (6) auf einer Tiefe im Meer (5) versenkt ist, bei der ein Tiefendruck herrscht, der mindestens ausreichend hoch ist, um mindestens eine Umkehrosmosemembran der submarinen Umkehrosmoseanlage (6) zu betreiben, die Gase Wasserstoff und Sauerstoff je in mindestens einen separaten Gasbehälter (12), die dadurch an Auftrieb gewinnen, eingeleitet werden oder nur eines der Gase Wasserstoff und Sauerstoff in mindestens einen Gasbehälter (12), der dadurch an Auftrieb gewinnt, eingeleitet wird, gereinigtes Wasser in mindesten einen Behälter (3) geleitet wird und durch den Auftrieb, der bzw. des zumindest teilweise mit Gas befüllten Gasbehälters) (12), der mindestens eine Behälter (3) an die Meeresoberfläche (4) zurücktransportiert wird, wodurch große Mengen Energie eingespart werden können.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, nach der Gattung des Anspruchs 1, und einer Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, nach der Gattung des Anspruchs 9.
  • Die Umwandlung von Salzwasser in gereinigtes (Trink-)Wasser, insbesondere mittels Umkehrosmose, gehört seit langem zum Stand der Technik und auch die Kombination mit Energieumwandlungsprozessen ist seit langem bekannt. So beschreiben die WO 2014/100674 A1 und WO 2020/068775 A1 Wellenkraftwerke, die eine Umkehrosmoseanlage antreiben. Ebenso sind Kombinationen mit nachgeschalteten Energieumwandlungsprozessen bekannt, wie die Verwendung von gereinigtem Wasser aus einer Umkehrosmose zur elektrolytischen Wasserspaltung. Die Druckschrift DE 10 2013 017 914 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Anbindung von Offshore-Windparks, bei dem, nach einer vorgelagerten Entsalzung von Meerwasser mittels Umkehrosmose, durch Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser gewonnen wird, der dann wiederrum zum besseren Transport gegebenenfalls in Methan umgewandelt wird. Nachteilig an diesen Verfahren sind die hohen Energiekosten für die Umkehrosmose, die Elektrolyse und den Transport.
  • Ein vergleichbares Verfahren liegt auch grundsätzlich der Patentschrift DE 197 14 512 C2 zugrunde, die eine Maritime Kraftwerksanlage offenbart. Gegenüber der DE 10 2013 017 914 A1 hat die Maritime Kraftwerksanlage beispielsweise den Vorteil, dass sie sich für die Umkehrosmose den Tiefendruck im Meer zu Nutze macht. Nachteilig an dieser Anlage ist, dass immer noch ein hoher Energieaufwand notwendig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein die Nachteile des Standes der Technik überwindendes Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff und eine die Nachteile des Standes der Technik überwindende Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff bereitzustellen.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, mit den Merkmalen des Anspruchs 9, haben demgegenüber den Vorteil, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff in mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser gereinigtes Wasser gewonnen wird und aus einem Teil des gereinigten Wassers, aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser durch eine Elektrolyse Gase gewonnen werden, wobei die Gase mindestens Sauerstoff und Wasserstoff sind, und die mindestens eine submarine Umkehrosmoseanlage auf einer Tiefe im Meer versenkt ist, bei der ein Tiefendruck herrscht, der mindestens ausreichend hoch ist, um mindestens eine Umkehrosmosemembran der submarinen Umkehrosmoseanlage zu betreiben, die Gase Wasserstoff und Sauerstoff je in mindestens einen separaten Gasbehälter, die dadurch an Auftrieb gewinnen, eingeleitet werden oder nur eines der Gase Wasserstoff und Sauerstoff in mindestens einen Gasbehälter, der dadurch an Auftrieb gewinnt, eingeleitet wird, gereinigtes Wasser in mindestens einen Behälter geleitet wird und durch den Auftrieb, der bzw. des zumindest teilweise mit Gas befüllten Gasbehälter(s), der mindestens eine Behälter an die Meeresoberfläche zurücktransportiert wird, wodurch große Mengen Energie eingespart werden können. Das produzierte Gas kann gleichzeitig für den Aufstieg des Behälters genutzt werden, in dem gereinigtes Wasser gespeichert ist. Zudem ist in entsprechender Tiefe die submarine Umkehrosmoseanlage in der Lage, mit dem Tiefendruck als anliegendem Druck die für die Umkehrosmose an der Membran erforderliche Druckdifferenz zu erzeugen, sofern auf der Gegenseite ein normaler Atmosphärendruck anliegt, wodurch die Energie für die Pumpen weitestgehend entfällt. Diesbezüglich ist es denkbar, dass der Tiefendruck mindestens genauso hoch ist wie der für die Funktion der Umkehrosmosemembran erforderliche Arbeitsdruck. Denkbar wäre es in diesem Zusammenhang, dass die Umkehrosmoseanlage auf einer Tiefe versenkt ist, bei der ein Tiefendruck (z.B. knapp 55 bar auf 550 m Tiefe) herrscht, der höher ist als der erforderliche Druck (z.B. 50 bar) für den Betrieb der Umkehrosmosemembran. Diesbezüglich denkbar wäre es, dass der Tiefendruck und/oder die gewählte Membran so aufeinander abgestimmt sind und damit eine dementsprechend ideale Druckdifferenz aufweisen, dass eine optimale Filtergeschwindigkeit der Umkehrosmosemembran erreicht wird. Ebenfalls denkbar wäre es, dass durch Pumpen oder dergleichen der Druck vor der Umkehrosmosemembran weiter erhöht wird. Im Gesamten ergibt sich ein Kreisprozess aus Vorreinigung, insbesondere am Strand oder in beliebiger Meerestiefe, Zuleitung von vorgereinigtem Wasser zur Umkehrosmoseanlage, durch einen Behälter und/oder ein Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem, umwandeln des Salzwassers oder vorgereinigten Wassers in gereinigtes Wasser, umwandeln eines Teils des gereinigten Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff, nutzen der Gase zur Beförderung eines Teils des gereinigten Wassers zur Meeresoberfläche. Abhängig von den Wirkungsgraden der verwendeten Elektrolyseure und der Umkehrosmoseanlagen können die Menge, die umgewandelt und transportiert, werden angepasst werden. Die aus der Tiefe aufsteigenden Gasbehälter beschleunigen beim Aufstieg immer weiter, da der ansteigende Auftrieb einer immer geringeren Wassersäule und damit Gewichtskraft gegenübersteht. Diesbezüglich wäre es denkbar, dass während des Aufstiegs über einen Tiefenmesser die Tiefe in Relation zur Zeit bestimmt und daraus die Aufstiegsgeschwindigkeit berechnet wird und zur Geschwindigkeitsregulation beim Aufstieg aus mindestens einem Gasbehälter Gas abgelassen wird, was wiederum den Aufstieg verlangsamt. In diesem Sinne wäre es bevorzugt denkbar, dass Sauerstoff abgelassen wird. In diesem Zusammenhang wäre es auch denkbar, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit durch zuschalten von Energiewandlern, die mechanische in elektrische Energie umwandeln (wie beipielsweise Dynamos oder Wasserpropeller), verringert wird. Des Weiteren sinkt der Außendruck immer weiter und steigt die Wassertemperatur, während die Gasbehälter aus der größeren Meerestiefe aufsteigen, sodass die Gase sich tendenziell ausdehnen könnten. Diesbezüglich denkbar wäre es, dass die Gasbehälter dehnbar und/oder aus einem Material gefertigt sind, wodurch es möglich ist einem höheren Innendruck im Verhältnis zum Außendruck zu widerstehen. Ebenfalls denkbar wäre es, dass die Gasbehälter fix mit dem Behälter verbunden sind, in den zumindest teilweise das gereinigte Wasser eingeleitet wird, und diese dann beim Absenken des Behälters von der Meeresoberfläche wieder mit hinab genommen werden. Es wäre denkbar, dass das Herabsinken des Behälters durch zusätzliche abkoppelbare Gewichte, wie Sandsäcke, beschleunigt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Elektrolyse und die Umkehrosmose auf unterschiedlichen Meerestiefen durchgeführt.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gereinigte Wasser aus mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage mit einem Behälter zwischen dieser submarinen Umkehrosmoseanlage und mindestens einem Elektrolyseur transportiert.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird entlang mindestens einer Führung mindestens ein Behälter, der mit vorgereinigtem Wasser und/oder Luft an der Meeresoberfläche gefüllt wurde, zu mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage transportiert und/oder mindestens ein Behälter, der mit gereinigtem Wasser befüllt wurde, zu mindestens einem Elektrolyseur zur Durchführung der Elektrolyse transportiert. Denkbar wäre es ebenso, dass der Behälter zumindest teilweise durch sein Gewicht zur submarinen Umkehrosmoseanlage hinab absinkt. Denkbar wäre es auch, dass die Führung ein Seil, ein Rohr, ein Schlauch, ein Kabel oder dergleichen ist. Ferner denkbar wäre es, dass mindestens eine Führung an einem Strand, einer im Meer schwimmenden Plattform oder mindestens einem Schiff befestigt ist. Diesbezüglich denkbar wäre es, dass die Führung vom Elektrolyseur wieder zur Meeresoberfläche zurück führt wo sie entweder an einem Strand, einer im Meer schwimmenden Plattform oder mindestens einem Schiff befestigt ist oder von einem Strand, einer im Meer schwimmenden Plattform oder mindestens einem Schiff zur Umkehrosmoseanlage führt.
  • Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an mindestens einem Behälter mindestens ein Energiewandler angebracht, der relativ gesehen an der mindestens einen Führung entlanggleiten kann und die durch das Entlanggleiten an der mindestens einen Führung erzeugte, mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. In diesem Sinne denkbar wäre es, dass der Energiewandler ein Dynamo oder ein anderer elektrischer Generator ist, der Induktionseffekte ausnutzt.
  • Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erzeugte elektrische Energie für die Elektrolyse eingesetzt. Ferner denkbar wäre es auch, dass elektrische Energie aus einer anderen Quelle, wie beispielsweise einem Osmose- oder Wellenkraftwerk oder einer regenerativen Quelle, wie Sonnenlicht oder Windkraft, für die Elektrolyse genutzt wird.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet mindestens eine Führung eine stromleitende Komponente, die durch mindestens einen Energiewandler erzeugte elektrische Energie an mindestens einen Elektrolyseur weiterleitet. Denkbar wäre es, dass die Energie aus einer Quelle, wie beispielsweise einem Osmose- oder Wellenkraftwerk oder einer regenerativen Quelle, wie Sonnenlicht oder Windkraft, stammt.
  • Denkbar wäre es, dass die Bewegung mindestens eines Behälters in Richtung des Meeresbodens durch zusätzliche Gewichte und/oder einen Antrieb beschleunigt wird und/oder die Bewegung mindestens eines Behälters in Richtung der Meeresoberfläche durch einen Antrieb beschleunigt wird. Denkbar wäre es in diesem Sinne, dass der Antrieb von einem Motor, insbesondere ein Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor, angetrieben wird. Ebenfalls denkbar wäre es, dass zusätzliche Gewichte wie Sandsäcke bei der Bewegung in Richtung des Meeresbodens verwendet werden, um ein schnelleres Absinken zu erreichen. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, dass Druckluftflaschen mitgeführt werden, die zur Erzeugung eines zusätzlichen Auftriebs in einen separaten Gasbehälter eingeleitet werden können.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über ein druckstabiles Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem vorgereinigtes Wasser von der Meeresoberfläche zu mindestens einer Umkehrosmoseanlage transportiert und/oder gereinigtes Wasser von mindestens einer Umkehrosmoseanlage zu mindestens einem Elektrolyseur transportiert. Denkbar wäre es auch, dass Wasserstoff und/oder Sauerstoff über ein Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem in Richtung der Meeresoberfläche transportiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, dass die Vorrichtung aus mindestens einer Umkehrosmoseanlage und mindestens einem Elektrolyseur besteht und mindestens eine Umkehrosmoseanlage und mindestens ein Elektrolyseur so direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, dass ein Teil des gereinigten Wassers, welches von mindestens einer Umkehrosmoseanlage aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser produziert wird, in mindestens einen Elektrolyseur transportiert werden kann, welcher daraus Wasserstoff und Sauerstoff produziert, und an mindestens einem Elektrolyseur reversibel Gasbehälter angeschlossen sind, die so mit diesem verbunden sind, dass der produzierte Wasserstoff und der produzierte Sauerstoff separat in die Gasbehälter geleitet werden können oder der produzierte Wasserstoff oder der produzierte Sauerstoff in einen Gasbehälter geleitet werden kann, wodurch die Gase gesammelt werden können, um diese dann für den Transport des Behälters zu nutzen. Denkbar wäre es, dass die Gasbehälter fest mit dem Behälter, der mit vorgereinigtem Wasser oder Salzwasser gefüllt werden kann, fest verbunden ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mindestens eine Umkehrosmoseanlage und mindestens ein Elektrolyseur über eine Führung und/oder ein druckfestes Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem miteinander verbunden.
  • Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, eingerichtet.
    Denkbar wäre es, dass die erzeugten Produkte Wasserstoff und Sauerstoff zur Energiegewinnung an Land verwendet werden. Denkbar wäre es auch, dass das gereinigte Wasser als Trinkwasser eingesetzt wird.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
  • Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf zwei Meerestiefen,
    • 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Meerestiefe und
    • 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf zwei Meerestiefen mit Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf zwei Meerestiefen. Am Strand 1 wird zunächst in einer Vorreinigungsstation 2 Meerwasser bzw. Salzwasser vorgereinigt und somit vorgereinigtes Wasser gewonnen, welches von Schwebstoffen befreit ist und bereits einen geringeren Salzgehalt aufweist als das ursprüngliche Salzwasser. Dieses vorgereinigte Wasser wird in einen druckfesten Behälter 3 eingefüllt. Der Behälter 3 sinkt im Anschluss von der Meeresoberfläche 4 ins Meer 5 hinab zu einer Umkehrosmoseanlage 6, an welcher er ankoppelt. Beim Herabgleiten wird der Behälter 3 entlang einer Führung 7 geführt, an der er über Befestigungsmittel 8 angebracht ist. Die Befestigungsmittel 8 erlauben es dem Behälter 3 an der Führung 7 entlangzugleiten. Dabei kommen Energiewandler 9, hier Dynamos, mit der Führung 7 in Kontakt und erzeugen aus der kinetischen Bewegungsenergie elektrische Energie, die über die Führung 7, die eine stromleitende Komponente in Form eines eingebauten Kabels aufweist, an die Umkehrosmoseanlage 6 und weiter an einen Elektrolyseur 10 geleitet wird. Das vorgereinigte Wasser kann durch den Tiefendruck im Behälter 3, der beispielsweise eine arretierbare Druckplatte aufweist, die nach Ausdrücken des vorgereinigten Wassers wieder zurückgeführt werden kann, aus dem Behälter in die Umkehrosmoseanlage gedrückt werden, wobei es gleichzeitig komprimiert, auf beispielsweise knapp 50 bar bei einer Meerestiefe von - 500 m, wird. Denkbar wäre auch dass durch Pumpen oder mechanisch das zu reinigende Wasser herausgedrückt wird. In der Umkehrosmoseanlage 6 wird das vorgereinigte Wasser anschließend durch die Filtermembran gedrückt, hinter der ein Druck von ungefähr 1 bar anliegt. Die aufkonzentrierte Sole wird ins Meer 5 ausgespült und das gereinigte Wasser zurück in den Behälter 3 und/oder einen weiteren vergleichbaren Behälter gefüllt. Durch ein Rückschlagventil am Ausgang für die aufkonzentrierte Sole kann verhindert werden, dass das einströmende zu reinigende Wasser gegen den Tiefendruck arbeiten muss. Während des Filtervorgangs strömt die aufkonzentrierte Sole und das gereinigte Wasser aus der Umkehrosmoseanlage 6 aus, sodass der Druck in dieser abnimmt und durch nachströmendes zu reinigendes Wasser wieder aufgebaut wird. Der mit gereinigtem Wasser gefüllte sinkt, wiederrum an einer Führung 11, hinab zum Elektrolyseur 10. An diesem dockt der Behälter 3 an und leitet einen Teil des gereinigten Wassers in den Elektrolyseur 10, in welchem aus dem gereinigten Wasser die Gase Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen werden. Grundsätzlich denkbar wäre es auch, dass der Elektrolyseur 10 mit Salzwasser betrieben wird. Die Gase Sauerstoff und Wasserstoff werden in separaten Gasbehältern 12 aufgefangen. Diese dehnen sich aus und erzeugen einen zusätzlichen Auftrieb, der es erlaubt, den Behälter 3 wieder zur Meeresoberfläche 4 hinauf zu bewegen. An einem Entnahmepunkt 13 werden sowohl das gereinigte Wasser aus dem Behälter 3, als auch die Gase Wasserstoff und Sauerstoff aus den Gasbehältern 12 entnommen. Grundsätzlich denkbar wäre es natürlich auch, dass die Vorreinigung entfällt und der Behälter 3 mit Luft gefüllt zur Umkehrosmoseanlage 6 herabsinkt und Meerwasser für die Umkehrosmose verwendet wird. Denkbar wäre es auch, dass unterschiedliche Behältnisse 3 für die unterschiedlichen Transportschritte verwendet werden.
  • Denkbar wäre es, dass an dem Behälter 3 ein zweiter Behälter angebracht ist, der Luft, die im Behälter 3 vorlag und durch das Befüllen mit gereinigtem Wasser herausgedrückt wird, aufnimmt. Diesbezüglich denkbar wäre es, dass der Behälter ein dehnbarer Gasbehälter ist, der ebenfalls beim Aufstieg Auftrieb erzeugt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Meerestiefe bei dem der Elektrolyseur 10 direkt an die Umkehrosmoseanlage 6 angeschlossen ist.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf zwei Meerestiefen mit Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem als alternative Ausführungsform. Demnach wäre es denkbar, dass ein Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem 14 vorgereinigtes Wasser vom Strand 1 zur Umkehrosmose 6 transportiert, wobei das vorgereinigte Wasser durch den Tiefendruck komprimiert werden könnte, sodass dieses mit dem erforderlichen Druck zum Betrieb der Umkehrosmoseanlage 6, beispielsweise 50 bar, dort ankommt. Der Behälter 3 würde in diesem Fall mit Luft gefüllt zur Umkehrosmoseanlage 6 absinken und dort mit gereinigtem Wasser befüllt werden.
  • Diesbezüglich wäre es denkbar, dass ein Teil des gereinigten Wassers über ein Rohr- und oder Schlauchleitungssystem 14 an die Meeresoberfläche 4 zurück transportiert wird.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein schweres, bis ca. 55 bar Druck-verformungsstabiles Behältnis 3 (kosten-günstiger als Kugel), z.B. Stahltonnenkörper, - selbst oberflächenluftgefüllt - auf eine Osmosemembran-Leistungstiefe von über -550 m abgesenkt (der Druck gesäuberten Meerwassers hier betrage ca. 55 bar) bzw. sinkt auf diese Tiefe ab und koppelt an die Umkehrosmoseanlage 6 an. Hier füllt sich sein Luftinnenvolumen mit durch die Osmosemembran gereinigten Wasser. Dieses Behältnis 3 sinkt danach an der fast senkrecht nach unten weiterverlaufenden Führung 11 entlang weiter bis zum tiefst möglichen Grund (geeignete Standortwahl). Dabei wird die Schwerkraft zu möglichst viel Produktion von elektrischem Strom durch Energiewandler 9 genutzt. Der elektrische Strom wird zur Produktion von Wasserstoff und Sauerstoff genutzt, die je in getrennten Gasbehälter 12 (elastischen, bis zu vorgebauter Maximalgröße) eingeleitet werden.
  • Die Energiewandler 9, hier Dynamos, nutzen somit bei Ab- und Aufstieg die Schwerkraft bzw. den Auftrieb zu bewegungsbedingter elektrischer Stromproduktion. Anschließend erfolgt eine Elektrolyse, um dem Stromerzeugungsgrund der Anlagenkonzeption weiter Genüge zu tun.
  • Die beiden am Grund mittels Elektrolyse produzierten Gase Wasserstoff und Sauerstoff genutzt ziehen dann - in separate Gasbehälter 12 gefüllt - das mit gereinigtem Wasser gefüllte Behältnis 3 zur Entleerung an den Strand bzw. an ein Schiff bzw. an eine Plattform hoch.
  • Zur Rundlauf-Produktion kann eine Führung 3 bestehend aus zwei krümmbaren Innenröhren zur Gas- und/oder Wassertransformation am Strand 1 oder von hier mit einem Boot oder zwischen Booten in U-Form mit (von der Modulspezifikation abhängenden) Tiefe mit ihrer Spitze auf z.B. - 550 m gehängt sein.
  • Am Strand 1 bzw. auf einem Schiff bzw. auf einer Plattform erfolgt zugangsbedingt zunächst eine Vorreinigung des zu entsalzenden Salzwassers. Nach der Vorreinigung wird das vorgereinigte Wasser durch mindestens eine Leitung zur Umkehrosmoseanlage 6 geleitet.
  • Die Gasbehälter 12 bestehen beispielsweise aus einem flexiblen durch Metall(folien)form begrenzbaren (überdruckspeicherndes, „wasserausdrückendes“) Volumen. Dieses vergrößert sich bei Gasfüllung aufstiegsbedingt ja gemäß des Außendruckes im Verhältnis zum Innendruck.
  • Da der Behälter 3 schon mit Luftfüllung dichter, also schwerer als das umgebende Meerwasser ist, sinkt er mit gereinigtem Wasser gefüllt weiter verdichtet und beschwert weiter ab. Hierbei können wieder Dynamos bzw. Energiewandler 9 zugeschaltet werden, die die Sinkkraft/Bewegung des Körpers nutzen, um daraus elektrischen Strom zu produzieren.
  • Weiterhin denkbar wäre es, dass die Umkehrosmoseanlage derart ausgestaltet ist, dass der Einlass für zu reinigendes Wasser mit dem Auslass für die konzentrierte Sole getauscht werden kann, wodurch es möglich ist durch einen Wechsel der Flussrichtung die Umkehrosmosemembran und gegebenenfalls vorhandenen Vorfilter frei zu spülen.
  • Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
  • Bezugszahlenliste
  • 1
    Strand
    2
    Vorreinigungsstation
    3
    Behälter
    4
    Meeresoberfläche
    5
    Meer
    6
    Umkehrosmoseanlage
    7
    Führung
    8
    Befestigungsmittel
    9
    Energiewandler
    10
    Elektrolyseur
    11
    Führung
    12
    Gasbehälter
    13
    Entnahmepunkt
    14
    Schlauch- und/oder Rohrleitungssystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/100674 A1 [0002]
    • WO 2020/068775 A1 [0002]
    • DE 102013017914 A1 [0002, 0003]
    • DE 19714512 C2 [0003]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, bei dem in mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage (6) aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser gereinigtes Wasser gewonnen wird und aus einem Teil des gereinigten Wassers, aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser durch eine Elektrolyse Gase gewonnen werden, wobei die Gase mindestens Sauerstoff und Wasserstoff sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine submarine Umkehrosmoseanlage (6) auf einer Tiefe im Meer (5) versenkt ist, bei der ein Tiefendruck herrscht, der mindestens ausreichend hoch ist, um mindestens eine Umkehrosmosemembran der submarinen Umkehrosmoseanlage (6) zu betreiben, die Gase Wasserstoff und Sauerstoff je in mindestens einen separaten Gasbehälter (12), die dadurch an Auftrieb gewinnen, eingeleitet werden oder nur eines der Gase Wasserstoff und Sauerstoff in mindestens einen Gasbehälter (12), der dadurch an Auftrieb gewinnt, eingeleitet wird, gereinigtes Wasser in mindestens einen Behälter (3) geleitet wird und durch den Auftrieb, der bzw. des zumindest teilweise mit Gas befüllten Gasbehälter(s) (12), der mindestens eine Behälter (3) an die Meeresoberfläche (4) zurücktransportiert wird.
  2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse und die Umkehrosmose auf unterschiedlichen Meerestiefen durchgeführt werden.
  3. Verfahren, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Wasser aus mindestens einer Umkehrosmoseanlage (6) mit einem Behälter (3) zwischen dieser submarinen Umkehrosmoseanlage und mindestens einem Elektrolyseur transportiert wird.
  4. Verfahren, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang mindestens einer Führung (7) mindestens ein Behälter (3), der mit vorgereinigtem Wasser und/oder Luft an der Meeresoberfläche gefüllt wurde, zu mindestens einer submarinen Umkehrosmoseanlage transportiert wird und/oder mit mindestens einer Führung (11) mindestens ein Behälter (3), das mit gereinigtem Wasser befüllt wurde, zu mindestens einem Elektrolyseur zur Durchführung der Elektrolyse transportiert wird.
  5. Verfahren, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Behälter (3) mindestens ein Energiewandler (9) angebracht ist, der an der mindestens einen Führung (7, 11) entlanggleiten kann und die durch das Entlanggleiten an der mindestens einen Führung (7, 11) erzeugte, mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  6. Verfahren, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte elektrische Energie für die Elektrolyse eingesetzt wird.
  7. Verfahren, nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Führung (7, 11) eine stromleitende Komponente beinhaltet, die durch mindestens einen Energiewandler (9) erzeugte elektrische Energie an mindestens einen Elektrolyseur (10) weiterleitet.
  8. Verfahren, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über ein druckstabiles Rohr- und/oder Schlauchleitungssystem (14) vorgereinigtes Wasser von der Meeresoberfläche (4) zu mindestens einer Umkehrosmoseanlage (6) transportiert wird und/oder gereinigtes Wasser von mindestens einer Umkehrosmoseanlage (6) zu mindestens einem Elektrolyseur (10) transportiert wird.
  9. Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, wobei die Vorrichtung mindestens eine Umkehrosmoseanlage (6) und mindestens einen Elektrolyseur (10) aufweist und mindestens eine Umkehrosmoseanlage (6) und mindestens ein Elektrolyseur (10) so direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, dass ein Teil des gereinigten Wassers, welches von mindestens einer Umkehrosmoseanlage (6) aus Salzwasser und/oder vorgereinigtem Wasser produziert wird, in mindestens einen Elektrolyseur (10) transportiert werden kann, wobei mindestens ein Elektrolyseur (10) daraus Wasserstoff und Sauerstoff produziert, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Elektrolyseur (10) reversibel Gasbehälter (12) angeschlossen sind, die so mit diesem verbunden sind, dass der produzierte Wasserstoff und/oder der produzierte Sauerstoff separat in die Gasbehälter (12) geleitet werden können.
  10. Vorrichtung, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umkehrosmoseanlage (6) und mindestens ein Elektrolyseur (10) über eine Führung (11) und/oder ein druckfestes Rohr- und/oder Schlauchleitungssystem (14) miteinander verbunden sind.
  11. Vorrichtung, nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
DE102022129877.9A 2022-06-21 2022-11-11 Verfahren zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff; Vorrichtung zur Erzeugung von gereinigtem Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff Pending DE102022129877A1 (de)

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