DE19631794A1 - Verfahren zur Beseitigung von CO¶2¶ aus Abgasen einer Verbrennungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen Beseitigung von CO₂, das beim Betrieb einer Verbren­ nungskraftmaschine entsteht.

Beim Verbrennen organischer Energieträger wird CO₂ in erheblichen Mengen frei. Verbrennungsabgase üblicher Erdgasblockheizkraftwerke, die in Kraft-Wärmekopplung arbeiten, setzen sich beispielsweise aus ca. 80% Stick­ stoff, 7% Sauerstoff und 12% CO₂ zusammen. Gerade das CO₂ ist dabei in der Atmosphäre sehr unerwünscht, da es von dort aus praktisch nicht mehr zurück in feste Lager­ stätten in und auf der Erdkruste gelangt.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, das CO₂, das üblicherweise an die Umgebungsatmosphäre abge­ geben wird, in feste Form, bevorzugt zu Soda, zu über­ führen. Soda weist alle möglichen Vorzüge leichter La­ gerbarkeit, leichten Transports, chemischer Stabilität, gesundheitlicher Unbedenklichkeit auf, und es besteht Nachfrage nach Soda als Wirtschaftsgut.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Haupt­ anspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Vorteilhaft ist insbesondere, daß die bei Blockheiz­ kraftwerken anfallende elektrische Energie vor Ort di­ rekt zur Herstellung von Natronlauge genutzt wird, wel­ che ihrerseits zur Herstellung von Natriumbikarbonat bzw. Natriumkarbonat aus CO₂ notwendig ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, diese Natriumkarbonate als Kohlenstoffquelle für Algenkulturen zu verwenden, zwecks Bildung von Biomasse für Nahrungszwecke und für die Ge­ winnung von Biochemikalien aus den Algen.

Vorteilhaft ist dabei auch, Teile der Abwärme des Block­ heizkraftwerks zum Beheizen der Algenkulturen auf ihr Temperaturoptimum hin zu nutzen.

Durch die Umwandlung des CO₂ in die festen, anorgani­ schen Natriumkarbonate kann das CO₂ in kompakter Form gelagert werden und ggf. auch an biologische Prozesse weitergegeben werden. Außerdem sind Natriumbikarbonat und Natriumkarbonat begehrte Wirtschaftsprodukte.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß die im Blockheizkraftwerk mit hohen Temperaturen produzierte Wärmeenergie zur Umwandlung des produzierten Natriumbi­ karbonats in Natriumkarbonat (Soda) mittels Glühen (Kalzinieren) genutzt werden kann. Ggf. kann sich dann noch weitere Nutzung der Wärme (bei niedrigeren Tempera­ turen) anschließen.

Falls jedoch auf das Glühen des bei der Einleitung in die NaOH-Lösung anfallenden Natriumbikarbonats verzich­ tet wird, kann dieses direkt Algen zugeführt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfol­ gender Beschreibung eines detaillierten Vorgehens bei einem mit Erdgas betriebenen Blockheizkraftwerk, das mit Kraft-Wärmekopplung unter Zufuhr von Luft arbeitet.

Bei dem Verbrennungsprozeß wird Wärmeenergie frei (zu ca. 56% der über das Erdgas zugeführten Gesamtenergie), die für Heizzwecke eingesetzt wird und zu 31% mechani­ sche Energie, die in elektrische Energie umwandelbar ist und in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Die Energieverluste betragen daher ca. 13%.

Die Verbrennungsabgase werden zunächst auf ca. 50-60°C abgekühlt, wobei Wasserdampf in Form von Kondenswas­ ser entfernt wird, und der verbleibende CO₂-haltige An­ teil wird in 10-12%ige Natronlauge (NaOH) eingelei­ tet, die durch Elektrodialyse ebenfalls in der gleichen Anlage erzeugt wird. Die Elektrodialyse kann vor Ort durchgeführt werden, wobei der elektrische Gleichstrom zur Dialyse aus dem vom Blockheizkraftwerk erzeugten Strom abgezweigt wird.

Hierzu wird nur vergleichsweise wenig Strom mit ca. 2-3 Volt und 10 Ampere benötigt, um insbesondere aus in Wasser gelöstem Kochsalz (NaCl) die gewünschte Natron­ lauge zu erzeugen. Strom in dieser Spannung weist hohe Transportverluste aus, so daß die Erzeugung vor Ort ohne mehrfache Umspannung Vorteile besitzt.

Mit dem eingeleiteten CO₂ setzt sich das NaOH zu NaHCO₃ (Natriumbikarbonat) um, welches zunächst noch in Lösung bleibt und erst nach Überschreiten der Sättigungskonzen­ tration als weißer Niederschlag ausfällt, der zu ca. 98-99% aus NaHCO₃ besteht, mit geringen Anteilen (1-2 %) von Natriumkarbonat (Na₂CO₃; Soda).

Bei der Elektrodialyse entsteht zusätzlich noch ca. 8%ige Salzsäure als Nebenprodukt. Diese läßt sich eben­ falls wirtschaftlich verwerten, da Salzsäure ein er­ wünschtes Wirtschaftsgut ist.

Gegebenenfalls kann das Natriumbikarbonat noch in eine Algenmassenkultur unter Bewirkung einer starken Vermeh­ rung der Algen eingebracht werden, wobei es als wichtig­ ste Kohlenstoff-Quelle für die Algen und darüberhinaus wegen seiner alkalischen Eigenschaften als pH-Regulator wirkt. Insbesondere, wenn das pH-Optimum einer Algenkul­ tur, das zwischen 8,5 bis 10 liegt, nicht erreicht ist, ist dies zu empfehlen.

Gleichzeitig kann ein zu hoher pH-Wert in den Kulturen dadurch vermieden werden, daß ein Teil der CO₂-haltigen Abgase direkt in Algenkulturen eingeleitet wird.

Hauptprodukt des vorgeschlagenen Verfahrens jedoch ist Soda, das durch Glühen aus dem Natriumbikarbonat gewon­ nen werden kann. Die zum Glühen notwendige Wärmeenergie stellt ein Blockheizkraftwerk ebenfalls ohne weiteres zur Verfügung. Zudem kann mit Abwärme eine Algenkultur auf ihr Temperaturoptimum von ca. 27°C erwärmt werden.

Eine zwischengeschaltete separate Reinigung der Verbren­ nungsabgase wird nicht benötigt, falls es sich bei den Verbrennungsabgasen um solche aus einer Erdgasverbren­ nung handelt. Diese Abgase sind so rein, daß nur mit ge­ ringfügigen Stickstoff- oder Schwefelverunreinigungen zu rechnen ist. Diese werden aber bei der Einleitung in die NaOH-Lösung zu gut wasserlöslichen Salzen von stickstoff- und schwefelhaltigen Säuren (Nitrite, Sulfi­ te u. a.m.) umgesetzt, die in der NaOH gelöst bleiben.

Nur nach längeren Standzeiten der NaOH-Lösung müssen diese sich in der Lösung ansammelnden Natriumsalze dem Prozeß entnommen werden. Das Natriumbikarbonat fällt we­ gen seiner schlechteren Wasserlöslichkeit aus dieser Lö­ sung in hoher Reinheit (98-99%) aus, bevor diese an­ deren Verbindungen ausfallen.

Claims (4)

1. Verfahren zur vollständigen Beseitigung von CO₂ aus den Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, ge­ kennzeichnet durch

• - Nutzen der erzeugten elektrischen Arbeit zur Er­ zeugung von NaOH aus einer NaCl-Lösung durch Elek­ trodialyse,
• - Einleiten der Verbrennungsabgase der Verbrennungs­ kraftmaschine in die NaOH-Lösung unter Gewinnung von Natriumkarbonaten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Nutzung der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine zum Kalzinieren des beim Einleiten der CO₂-Abgase in die NaOH-Lösung entstehenden Natriumbikarbonats zu Soda.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Nutzung der Abwärme der Verbren­ nungskraftmaschine zum Beheizen von Algenkulturen auf ihre optimale Umgebungstemperatur von 270°C.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Erzeugung von Biomasse für wirtschaftliche Zwecke, gekennzeichnet durch Zuführen der Natriumkarbonate in Algenkulturen unter Bewirkung einer starken Vermehrung der Algen.