-
Verfahren und Einrichtung zur Nutzung der in einem Kernreaktor erzeugten
Energie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der in einem Kernreaktor
erzeugten Energie an einer von diesem Reaktor entfernten Stelle.
-
Nach dem gegenwärtigen Stand der Entwicklung läßt sich die in einem
Kernreaktor frei werdende Energie nur wirtschaftlich in Großanlagen und nur mittelbar
über einen Wärme-Kraft-Prozeß verwerten. Es ist bisher noch nicht gelungen, die
Kernenergie in kleinen Anlagen, beispielsweise zum Beheizen von Gebäuden oder zum
Antrieb von Straßenfahrzeugen, zu verwenden. Solche Energieverbraucher sind daher
.auf die Verwendung von Brennstoffen, insbesondere von flüssigen Brennstoffen, angewiesen.
Infolge des ständigen Verbrauches wird aber der Weltvorrat an solchen Brennstoffen
immer kleiner.
-
Es ist zwar schon die Möglichkeit in Betracht gezogen worden, in Kernreaktoren
anfallende Wärme für die Vergasung von Kohle zu verwenden und das erzeugte Gas an
entfernte Stellen zu leiten oder aus diesem flüssige Brennstoffe zu erzeugen. Bei
diesen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen stammt aber der hauptsächliche Teil
der Energie aus der Kohle, so daß auch bei dieser Art der Nutzung der in einem Kernreaktor
erzeugten Energie der Vorrat an Kohle geschmälert und schließlich erschöpft würde.
Die Erfindung vermeidet dagegen diesen Nachteil und befaßt sich mit der ausschließlichen
Nutzung der in einem Kernreaktor erzeugten Energie ohne die gleichzeitige @7erwendung
von Vorräten herkömmlicher Brennstoffe.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nun die Möglichkeit gegeben,
in zentralen Großanlagen aus Kernreaktoren frei werdende Energie an entfernten Stellen,
wie beispielsweise bei den eingangs erwähnten Wärme- oder Kraftverbrauchern, zu
verwenden. Gemäß der Erfindung wird dabei mit Hilfe der im Kernreaktor erzeugten
Energie und unter Verwendung einer in der Natur vorkommenden Kohlenstoffverbindung,
die selbst nicht als Brennstoff verwendbar ist, ein Brennstoff erzeugt, durch dessen
Verbrennung an der vom Reaktor entfernten Stelle Energie abgegeben werden kann.
Es kann dabei ein gasförmiger oder ein flüssiger Brennstoff erzeugt werden. Zur
Erzeugung des Brennstoffes wird vorzugsweise in der atmosphärischen Luft oder in
den Abgasen einer industriellen Anlage enthaltenes Kohlendioxyd oder aus einem Karbonat
durch Erhitzen ausgetriebenes Kohlendioxyd verwendet.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese weist eine im Kernreaktor anfallende Wärme in
elektrische Energie umsetzende Wärmekraftanlage auf sowie eine Anlage zur Erzeugung
eines Brennstoffes mit Hilfe dieser elektrischen Energie und unter Verwendung einer
in- der Natur vorkommenden Kohlenstoffverbindung, die selbst nicht als Brennstoff
verwendbar ist.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, an Hand welcher auch
das Verfahren beispielsweise erläutert wird.
-
Gemäß Fig. 1 wird in einem Kernreaktor 1 anfallende Wärme über einen
Zwischenwärmeträger, der beispielsweise flüssiges Metall sein kann, in einen Wärmeaustauscher
2 einer Wärmekraftanlage übergeführt, in welchem sie an das Arbeitsmittel dieser
Wärmekraftanlage abgegeben wird. Diese letzte ist eine offene Luftturbinenanlage,
bei welcher aus der Atmosphäre angesaugte Luft in einem Verdichter 3 auf höheren
Druck gebracht und nach Erhitzung im Wärmeaustauscher 2 durch die vom Kernreaktor
1 herkommende Wärme in einer Turbine 4 entspannt wird. Das die Turbine 4 verlassende
entspannte Arbeitsmittel gibt hernach noch in einem Wärmeaustauscher 5 an das verdichtete
Arbeitsmittel ab, bevor dieses in den Wärmeaustauscher 2 eintritt. Die Turbine 4
treibt den Verdichter 3 an und gibt außerdem Leistung an einen elektrischen Stromerzeuger
6 ab.
-
Die Einrichtung weist ferner eine Anlage auf, die in bekannter Weise
zur Gewinnung von Kohlendioxyd aus atmospärischer Luft dient. Diese Anlage ist in
den Strömungsweg der verdichteten Treibluft der Wärmekraftanlage vor deren Erhitzung
im Wärmeaustauscher
5 geschaltet. Es handelt sich hierbei um einen
Auswaschturm 7, durch welchen das vom Verdichter 3 verdichtete Arbeitsmittel nach
Kühlung in einem Kühler 8 geleitet wird. Der Auswaschturm wird mit Wasser beschickt,
welches durch eine Pumpe 9 aus einem Behälter 10 angesaugt und auf den Druck der
durch den Verdichter 3 verdichteten Treibluft gebracht wird. Im Auswaschturm 7 nimmt
das Wasser mindestens einen Teil des in der Treibluft enthaltenen Kohlendioxyds
auf. Es wird hernach in einer Turbine 11 wieder auf den Druck im Behälter 10 entspannt.
Die Turbine 11 gibt einen Teil der für die Pumpe 9 erforderlichen Antriebsleistung
ab, während der restliche Teil von einem Elektromotor 12 geliefert wird.
-
Bei der Entspannung gibt das Wasser das im Auswaschturm 7 aufgenommene
Kohlendioxyd wieder ab. Dieses Kohlendioxyd, also eine in der \Tatur vorkommende
Kohlenstoffverbindung, welche selbst nicht als Brennstoff ver-,vendbar ist, wird
nun durch eine Leitung 13 aus dem Behälter 10 abgeleitet und zur Erzeugung eines
Brennstoffes verwendet.
-
Die Anlage zur Erzeugung des Brennstoffes umfaßt eine Anlage 14, die
in bekannter Weise zur Elektrolyse von Wasser mit Hilfe der in der Wärmekraftanlage
erzeugten, vom Stromerzeuger 6 bezogenen elektrischen Energie dient. Durch eine
Leitung 15 eintretendes Wasser wird dabei in seine Bestandteile Wasserstoff und
Sauerstoff zerlegt. Der Sauerstoff wird durch eine Leitung 16 abgeleitet. Ein Teil
des erzeugten Wasserstoffes gelangt über eine Leitung 17 in einen Wärmeaustauscher
18, welcher durch Vermittlung eines Zwischenwärmeträgers durch im Kernreaktor 1
anfallende Wärme beheizt wird. Der so erhitzte Wasserstoff wird hernach über eine
Leitung 19 einer Kontaktkammer 20 zugeführt.
-
Das durch die Leitung 13 vom Behälter 10 abgeführte Kohlendioxyd wird
durch ein von einem Elektromotor 21 angetriebenes Umwälzgebläse 22 einem weiteren
Wärmeaustauscher 23 zugeführt, der ebenfalls über einen Zwischenwärmeträger durch
im Kernreaktor 1 anfallende Wärme beheizt wird. Das so erhitzte Kohlendioxyd wird
sodann über eine Leitung 24 gleichfalls in die Kontaktkammer 20 geleitet. Der durch
die Elektrolyse des Wassers erhaltene, in die Kontaktkammer 20 geleitete Wasserstoff
dient nun in dieser Kammer als Reduktionsmittel für das Kohlerrdioxvd, wobei dieses
in bekannter Weise zum Teil in Kohlenmonoxyd übergeführt wird. Durch eine von der
Kontaktkammer 20 abgehende Leitung 25 strörnt dann ein Gemisch von Wasserstoff,
Kohlendioxyd, Wasserdampf und Kohlenmonoxyd. Das Gasgemisch wird in einem Kühler
26 gekühlt und hernach über eine Leitung 27 einem weiteren Auswaschturm 28 zugeleitet,
in welchem das Kohlendioxyd in Wasser gelöst wird, das von einer Pumpe 29 aus einem
Behälter 30 angesaugt und dem Auswaschturm 28 zugeführt wird. Nach dem Austritt
aus dem Auswaschturm 28 wird das Wasser wieder in einer Turbine 31 auf den Druck
im Behälter 30 entspannt. Das so frei werdende Kohlendioxyd wird sodann über eine
Leitung 32 wieder in die Leitung 13 zurückgeführt und dem dem Behälter 10 entströmenden
Kohlendioxyd beigemengt. Die Turbine 31 treibt zusammen mit einem Elektromotor 33
die Pumpe 29 an. Dem Auswaschturm 28 entströmt durch eine Leitung 34 ein gasförmiger
Brennstoff, welcher aus einem Gemisch von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht.
Dieser Brennstoff ist nun geeignet, an einer vom Reaktor 1 entfernten Stelle verwendet
zu werden, so daß nun die im Kernreaktor 1 erzeugte Energie an dieser entfernten
Stelle ausnutzbar ist.
-
Es kann aber auch ein flüssiger Brennstoff erzeugt werden. Zu diesem
Zweck ist die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung durch eine weitere Anlage 35 ergänzt,
welche der synthetischen Erzeugung eines flüssigen Brennstoffes aus dem durch Reduktion
des Kohlendioxyds erhaltenen Kohlenmonoxyd und dem durch die Elektrolyse erhaltenen
Wasserstoff dient. Von der Leitung 17, durch welche der Wasserstoff der Elektrolvseanlage
14 entströmt, zweigt eine Leitung 36 ab, welche zu der Anlage 35 führt. In diese
Leitung 36 mündet auch die Leitung 34, so daß nun ein Teil des in der Elektrolyseanlage
14 erzeugten Wasserstoffe gemeinsam mit dem dem Auswaschturm 28 entströrnenden Gemisch
von Waserstoff und Kohlenmono_xv(i in die Anlage 35 gelangt. In dieser kann die
bekannte 2vIethanolsynthese durchgeführt werden, wobei der flüssige Brennstoff Methanol
der Anlage 35 über eine Leitung 37 entnommen wird und hernach an beliebigen, vom
Reaktor entfernten Stellen verwendet werden kann.
-
Bei der Anlage nach Fig. 2 wird die in einem Kernreaktor 38 anfallende
Wärme in einem Dampfprozeß ausgenutzt. Unmittelbar im Kernreaktor oder durch Vermittlung
eines Zwischenwärmeträgers erzeugter Dampf wird einer Turbine 39 zugeleitet und
nach Entspannung in dieser Turbine in einem Kondensator 40 kondensiert. Der Kreislauf
wird durch Rückführung des anfallenden Kondensates in den Kernreaktor geschlossen.
Die Turbine 39 treibt einen elektrischen Stromerzeuger 41 an.
-
Bei dieser Einrichtung wird wieder Kohlendioxyd als in der Natur vorkommende
Kohlenstoffverbindung zur Erzeugung des Brennstoffes verwendet. Es ist wieder eine
Anlage zur Gewinnung von Kohlendioxyd vorhanden, welche zur Abtrennung des Kohlendioxyds
aus einem Kohlendioxyd enthaltenden Gasgemisch dient. Im Gegensatz zur Einrichtung
nach Fig. 1 handelt es sich aber hier nicht um das Gasgemisch Luft, sondern es wird
in bekannter Weise in den Abgasen einer industriellen Anlage enthaltenes Kohlendioxyd
verwendet. Diese industrielle Anlage betrifft z. B. einen Ofen 42 zum Brennen von
Kalziumkarbonat. Das Kalziumkarbonat wird an einer Stelle 43 in den Ofen eingeführt
und der entstehende gebrannte Kalk an einer Stelle 44 dem Ofen entnommen. An einer
Stelle 45 wird Brennstoff eingeleitet. Die durch eine Leitung 46 dem Ofen 42 entströmendem
Abgase enthalten im wesentlichen Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoff. Sie werden
in einem Kühler 47 gekühlt und hernach einem Auswaschturrn 48 zugeleitet. Dieser
wird wiederum mit Wasser beschickt, welches durch eine Pumpe 49 einem Behälter 50
entnommen wird. Nach Aufnahme von Kohlendioxyd im Auswaschturm 48 wird das Wasser
in einer Turbine 51 wieder auf den Druck im Behälter 50 entspannt. Das im Auswaschturm
48 nicht vom Wasser aufgenommene Gas wird durch eine Leitung 52 abgeleitet. Die
Turbine 51 treibt zusammen mit einem Elektromotor 53 die Pumpe 49 an. Das bei der
Entspannung des Wassers in der Turbine 51 frei werdende Kohlendi-axyd wird vom Behälter
50 durch eine Leitung 54 in eine Kontaktkammer 55 übergeführt.
-
Im weiteren ist ,nieder eine Anlage 56 zur Elektrolyse von Wasser
durch vorn Stromerzeuger 51 bezogene elektrische Energie vorgesehen. Das Wasser
wird dieser Anlage durch eine Leitung 57 zugeführt. Der Sauerstoff entweicht durch
eine Leitung 58. Zur Ableitung des Wasserstoffes dient eine Leitung 59.
Diese
führt in einen Wärmeaustauscher 60 und von dort in die Kontaktkammer 55. In der
Kontaktkammer wird Kohlendioxyd durch den Wasserstoff reduziert, so daß der Kontaktkammer
über eine Leitung 61 ein Gemisch von Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und
Wasserdampf entströmt. Dieses wird im Wärmeaustauscher 60 mit dem durch die Leitung
59 der Kontaktkammer 55 zuströmenden Gas in Wärmeaustausch gebracht und hernach
einem Auswaschturm 62 zugeführt. Dieser Auswaschturm wird mit Wasser beschickt,
welches von einer Pumpe 63 einem Behälter 64 entnommen wird. Nach Aufnahme des Kohlendioxyds
aus dem durch die Leitung 61 zugeführten Gasgemisch wird das Wasser in einer Turbine
65, welche zusammen mit einem Elektromotor 66 die Pumpe 63 antreibt, entspannt.
Das bei der Entspannung wieder frei werdende Kohlendioxyd wird durch eine Leitung
67 vom Behälter 64 abgeführt und dem durch die Leitung 59 dem Wärmeaustauscher und
danach der Kontaktkammer 55 zuströmenden Wasserstoff beigemengt. Dem Auswaschturm
62 entströmt dann durch eine Leitung 68 ein Gemisch von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.
Dieses kann wieder unmittelbar als gasförmiger Brennstoff zur Ausnutzung der im
Kernreaktor 38 erzeugten Energie an einer von diesem Reaktor entfernten Stelle verwendet
werden. Es kann aber auch weiter zu einem flüssigen Brennstoff verarbeitet werden,
wie in Fig. 1 dargestellt wurde. Statt der Methanolsynthese kann aber beispielsweise
die bekannte Fischer-Tropsch-Synthese verwendet werden. Eine diesbezügliche Anlage
ist in Fig. 2 mit 69 bezeichnet. Ihr wird durch eine von der Leitung 59 abzweigende
Leitung 70 durch die Elektrolyse in der Anlage 56 erhaltener Wasserstoff zusammen
mit dem aus dem Auswaschturm 62 austretenden Gemisch von Kohlenmonoxvd und Wasserstoff
zugeleitet. Als Endprodukt wird hierbei Benzin gewonnen und durch eine Leitung 71
abgeführt. Dieses Benzin stellt dabei einen flüssigen Brennstoff dar, durch dessen
Verbrennung an einer vom Kernreaktor entfernten Stelle, beispielsweise in einem
Fahrzeug, Energie abgegeben werden kann.
-
Statt Kohlendioxyd wird also primär bei der Einrichtung gemäß Fig.
2 eine andere in der Natur vorkommende Kohlenstoffverbindung, nämlich Kalziumkarbonat,
das selbst nicht als Brennstoff verwendbar ist, für die Erzeugung des Brennstoffes
benutzt. An seiner Stelle kann aber beispielsweise auch Magnesiumkarbonat als Ausgangsstoff
verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Kohlendioxyd aus den Abgasen einer gewöhnlichen,
brennstoffgefeuerten Anlage zu gewinnen und für die Erzeugung des Brennstoffes zu
verwenden.