DE202023001096U1 - Carbon fiber building materials made from CO2 from cement production - Google Patents

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Abstract

Carbonfasern, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Herstellung der Carbonfasern benötigte Kohlenstoff aus dem CO2 besteht, welches bei der Verbrennung von Methan, Ethan, Methanol, Ethanol oder einem höherwertigen Alkan oder Alkohol in Zementherstellungsöfen entsteht, wobei das CO2 dem Abgas des Verbrennungsofens entnommen wird.Carbon fibers, characterized in that the carbon required for the production of the carbon fibers consists of the CO 2 which is produced during the combustion of methane, ethane, methanol, ethanol or a higher value alkane or alcohol in cement production furnaces, the CO 2 being the exhaust gas of the combustion furnace is removed.

Description

Das Paris-Agreement vom Dezember 2015 stellt die Staatengemeinschaft vor die Herausforderung, die Erhöhung der mittleren Erdtemperatur bis 2100 und darüber hinaus idealerweise unter einem Wert von 1,5°C zu halten. Zu diesem Zweck sind Maßnahmen erforderlich, die durch eine verbesserte Prozesstechnik bewirken, dass die Effizienz der Umwandlung von CO2 in brauchbares regenerativ erzeugtes Material deutlich gesteigert wird. Dieses Material setzt sich im Wesentlichen aus zwei Kategorien von Materialien zusammen, welche die Weltwirtschaft treiben. Die eine Kategorie umfasst Materialien wie Treibstoffe, Schmieröle und andere flüssige oder gasförmige Brennstoffe für den Betrieb von Gasturbinen, Dieselkraftwerken, den Antrieb von Flugzeugen, Fahrzeugen und Schiffen, sowie die Heizung von Gebäuden oder auch den Betrieb von Kochherden. Diese Gasturbinen und Dieselkraftwerke können auch rein regenerativ betrieben werden.The Paris Agreement of December 2015 presents the international community with the challenge of keeping the increase in the earth's average temperature ideally below 1.5°C by 2100 and beyond. For this purpose, measures are required that use improved process technology to significantly increase the efficiency of converting CO 2 into usable regeneratively produced material. This material is essentially made up of two categories of materials that drive the global economy. One category includes materials such as fuels, lubricating oils and other liquid or gaseous fuels for the operation of gas turbines, diesel power plants, the propulsion of aircraft, vehicles and ships, as well as the heating of buildings or the operation of cooking stoves. These gas turbines and diesel power plants can also be operated purely from renewable sources.

Die zweite Kategorie umfasst die Erzeugung von Bau- und Konstruktionsmaterialien, die mittlerweile aus CO2 hergestellt werden können.The second category includes the production of building and construction materials that can now be made from CO 2 .

Der Zusammenhang zwischen Energie-Erzeugung und Materialherstellung ist bereits in den Anmeldungen PCT/ EP2009/008497 und PCT/ EP2017/001269 hergestellt, in denen empfohlen wird, dass Abgase aus der Zementherstellung die Quelle für das für die Erzeugung von Biomasse benötigte CO2 sein kann, aus dem im nächsten Schritt Bau- und Konstruktionsmaterialien hergestellt werden. In den beiden oben angegebenen Patentanmeldungen wird die Erzeugung von Algenölen als biogene CO2-Aufnahmemethode vorgeschlagen. In anderen Anmeldungen wie der DE 20 2019 001 192.7 wird weiterführend auch die Verarbeitung von Algenbiomasse oder anderer Biomasse mit Hilfe von Pilzkulturen, Bakterien und Hefen vorgeschlagen. Diese Hefen, Pilze und auch jegliche Art von Bakterien können nicht nur der Effizienzsteigerung dienen, sondern auch völlig neue Wege beschreiben, um CO2 für die Carbonfaserherstellung zu generieren, die dann sowohl der biogenen Route als Primärmaterial dienen können, wie auch artifiziellen Routen über zum Beispiel die Fischer-Tropsch-Synthese. Als zielführend wird in dieser neuen Erfindung neben der Vergärung von landbasierter Biomasse auch die Vergärung von Biomasse, die aus den Weltmeeren stammt, angesehen, nämlich insbesondere von Algenbiomasse in Form von Makroalgen, aber auch andere meeresbasierte Biomasse, die aus dem Meer entnommen werden kann, die dort künftig in skalierbaren Mengen vorkommen - insbesondere auch verursacht durch die Übersäuerung und Überdüngung der Meere - oder die auch gezielt gezüchtet werden kann und dabei dem Zweck dient, CO2 aus den Meeren zu entnehmen, welches die Biomasse bei ihrem Wachstum aufnimmt und metabolisiert. Die Biomasse kann anschließend mit Hilfe von Bakterien, Pilzen oder Hefen zu Methan gewandelt werden, welches in einem Zementwerk für das Brennen des Kalks und Klinkers verwendet wird, um anschließend den CO2-Anteil der Abgase, bestehend aus CO2, Wasser und ggfls. Stickstoff, in die Tanks von Mikroalgen zu leiten und die daraus gewonnenen Öle wiederum zu Carbonfasern zu verarbeiten, so wie zum Beispiel in der PCT/ EP2017/001269 beschrieben. Wenn in diesen Zementwerken anfänglich Erdgas, also weitgehend aus Methangasen bestehende Brennstoffe, Verwendung finden, dann kann diese Brückentechnologie als vorbereitendes Instrument und Investment auf eine skalierbare Nutzung von atmosphärischem CO2 aus landbasierter Biomasse und meeresbasierter Biomasse angesehen werden, deren Entnahme aus der Luft von Pflanzen in Feld, Wald und Wiese, insbesondere über den Weg von Speiseresten, und aus dem Wasser über den Weg der Fischung von Makroalgen geschieht.The connection between energy production and material production is already in the PCT/ EP2009/008497 and PCT/ EP2017/001269 in which it is recommended that exhaust gases from cement production can be the source of the CO 2 required for the production of biomass, from which building and construction materials are produced in the next step. In the two patent applications cited above, the production of algae oils is proposed as a biogenic CO 2 absorption method. In other applications like that DE 20 2019 001 192.7 The processing of algae biomass or other biomass with the help of fungal cultures, bacteria and yeasts is also suggested. These yeasts, fungi and all kinds of bacteria can not only serve to increase efficiency, but can also describe completely new ways to generate CO 2 for carbon fiber production, which can then serve as primary material for both the biogenic route and artificial routes via the Example the Fischer-Tropsch synthesis. In addition to the fermentation of land-based biomass, this new invention also sees the fermentation of biomass that comes from the world's oceans as expedient, namely in particular algae biomass in the form of macroalgae, but also other marine-based biomass that can be taken from the sea. which will occur there in scalable quantities in the future - in particular caused by the acidification and over-fertilization of the seas - or which can also be cultivated specifically and serve the purpose of extracting CO 2 from the seas, which the biomass absorbs and metabolizes as it grows. The biomass can then be converted into methane with the help of bacteria, fungi or yeast, which is used in a cement plant to burn the lime and clinker, and then the CO 2 portion of the exhaust gases, consisting of CO 2 , water and if necessary. Nitrogen is fed into the tanks of microalgae and the oils obtained from it are then processed into carbon fibers, for example in the PCT/ EP2017/001269 described. If natural gas, i.e. fuel consisting largely of methane gases, is initially used in these cement plants, then this bridging technology can be viewed as a preparatory instrument and investment for a scalable use of atmospheric CO 2 from land-based biomass and marine-based biomass, its extraction from the air of plants in fields, forests and meadows, especially through food waste, and from the water through the fishing of macroalgae.

Neben der Entnahme von landbasierter Biomasse geschieht dies über die Entnahme von Makroalgen aus dem Meer, die mit Hilfe von Bakterien, Pilzen oder Hefen in Alkane oder Alkohole transformiert werden, die als Brennstoff in Zementwerken dienen, die quasi reines Stickstoff, CO2 und Wasser emittieren. Der Aufwand CO2 zu gewinnen, also dessen Abtrennung (Sequestrierung) von anderen Gasen wie Wasserdampf und Stickstoff ist auf diesem Weg sehr effizient und billig. Wenn für die Verbrennung der Methan- und anderer Gase reiner Sauerstoff statt Luft zugeführt wird - dafür sind verschiedene Oxyfuel-Verfahren entwickelt worden - dann wird die Energiegewinnung für die Erzeugung von Strom und in dieser Schutzrechtsanmeldung insbesondere auch die Energie für die Produktion von Materialien wie Zement durch optimierte CO2 Abscheidung noch effizienter und billiger, weil große Mengen an Luft-Stickstoff nicht mit aufgeheizt werden müssen. In addition to the extraction of land-based biomass, this is done through the extraction of macroalgae from the sea, which are transformed with the help of bacteria, fungi or yeasts into alkanes or alcohols that serve as fuel in cement plants, which emit virtually pure nitrogen, CO 2 and water . The effort to obtain CO 2 , i.e. its separation (sequestration) from other gases such as water vapor and nitrogen, is very efficient and cheap in this way. If pure oxygen is supplied instead of air for the combustion of methane and other gases - various oxyfuel processes have been developed for this - then the energy is generated for the generation of electricity and, in this patent application, in particular the energy for the production of materials such as cement Even more efficient and cheaper thanks to optimized CO 2 capture, because large amounts of air nitrogen do not have to be heated up.

Der dafür benötigte Sauerstoff fällt als Nebenprodukt bei der sich nunmehr rasant entwickelnden Wasserstoffherstellung an. Solange bis genügend Mengen an Biogas zur Verfügung steht, werden die hier beschriebenen Prozesse jedoch mit fossilem Gas angetrieben, also die Verstromung von Erdgas bildet zu Beginn der hier beschriebenen Prozesse die Basis für die CO2-Gewinnung zur Herstellung von Carbonfasern, entweder über die biogene Route der Fütterung von Mikroalgen mit CO2 oder über die Wassergas-Shift-Reaktion und anschließender Fischer-Tropsch-Synthese für die Erzeugung von Methanol aus CO2 und H2, mit anschließender Mündung dieser Prozesse in der Herstellung von Polyacrylnitril für die Erzeugung von PAN-basierten Carbonfasern.The oxygen required for this is produced as a by-product of the rapidly developing hydrogen production. However, until sufficient quantities of biogas are available, the processes described here are powered by fossil gas, i.e. the generation of electricity from natural gas forms the basis for CO 2 production at the beginning of the processes described here for the production of carbon fibers, either via biogenic means Route of feeding microalgae with CO 2 or via the water gas shift reaction and subsequent Fischer-Tropsch synthesis for the production of methanol from CO 2 and H 2 , with subsequent culmination of these processes in the production of Polyacrylonitrile for the production of PAN-based carbon fibers.

Für die spätere Mündung in eine nachhaltige Produktion von CO2 für die Carbonfaserherstellung wird eine biogene Route deshalb vorgeschlagen, weil ohnehin sehr viel CO2 von den Weltmeeren aufgenommen wird, weshalb die meeresbasierte Form der CO2-Entnahme effizienter und kostengünstiger erscheint als die Entnahme aus der Luft. Die Algenteppiche entstehen schon heute und werden von manchen Forschern bereits als CO2-Senke erkannt, die man auf den Meeresboden verfrachten will, was keinen wirtschaftlichen Mehrwert bringt, sondern so wie CCS nur Kosten verursacht. Das soll diese Erfindung vermeiden, diese Algen sind als einer der Schlüssel anzusehen, um grünes Methangas skalierbar zu nutzen. In Kombination mit der Erzeugung von Sauerstoff bei der Elektrolyse mit überschüssigem Windstrom entsteht ein dreifacher Synergieeffekt von regenerativen Energieerzeugungs-Technologien wie Windenergie und PV zusammen mit der effizienten Produktion von kohlenstoffhaltigen Materialien für die effiziente und nachhaltige Kohlenstoffspeicherung, sowie der skalierbaren Entnahme von CO2 über die großen Kapazitäten der Weltmeere, was ein bisher ungelöstes Problem darstellt.A biogenic route is proposed for the subsequent sustainable production of CO 2 for carbon fiber production because a lot of CO 2 is absorbed by the world's oceans anyway, which is why the ocean-based form of CO 2 extraction appears more efficient and cost-effective than extraction the air. The algae carpets are already emerging today and are already recognized by some researchers as a CO 2 sink that they want to transport to the seabed, which does not bring any economic added value but, like CCS, only causes costs. This invention is intended to avoid this; these algae are seen as one of the keys to using green methane gas in a scalable manner. In combination with the production of oxygen during electrolysis with excess wind power, a triple synergy effect is created by renewable energy generation technologies such as wind energy and PV together with the efficient production of carbon-containing materials for efficient and sustainable carbon storage, as well as the scalable extraction of CO 2 via the large capacities of the world's oceans, which represents a problem that has not yet been solved.

Um dies zu erreichen werden verschiedene Maßnahmen diskutiert. Es sollen durch die Einführung von regenerativen Energiequellen wie Wind-, Wasser- und Sonnenkraft fossile Brennstoffe für die Energieerzeugung ersetzt werden. Die Erfahrung mit der Einführung der Windkraft- und Photovoltaikanlagen zum Beispiel in Deutschland hat zu der Erkenntnis geführt, dass diese Maßnahmen zwar zielführend sind, jedoch nicht schnell genug umgesetzt wurden und werden und flankiert werden müssen durch eine Änderung des gesamten Stromdesigns mit entsprechenden Speichermöglichkeiten. Bis zu dieser Umsetzung werden Brückentechnogien benötigt, die einerseits der Versorgungssicherheit kurzfristig, nachhaltig und kosteneffizient dienen sollten und andererseits grundsätzlich benötigte Klimaschutzmechanismen einführen. Atomstrom wird von weiten Teilen der Wissenschaft als nicht nachhaltige Energiequelle beurteilt, sondern allenfalls als Brückentechnologie. Kernfusion bleibt noch lange eine Zukunftsvision und ist nicht kurzfristig verfügbar. Um die Technik schnell auf einen Stand zu bringen, der eine kurzfristige, kostengünstige und als nachhaltig zu wertende Lösung schaffen kann, ist die Verbrennung von zum Beispiel biogenem Methangas in Zementwerken für das Treoben der für die Zementherstellung benötigten Prozesse eine zielführende Technologie, welche die oben genannten entscheidenden Merkmale aufweist:

  1. 1. Eine Art der Nutzung von aus dem System Natur entnommenem CO2, über die Transformation landbasierter Biomasse oder von Algenbiomasse aus dem Meer in Methangas durch Bakterien, Pilze oder Hefen, wobei der Absorptionsmechanismus der Entnahme von atmosphärischem CO2 durch den Abscheider Meerwasser-Oberfläche eine quasi unbegrenzte Skalierbarkeit hat und als natürlichem Carbon-Capture-Mechanismus in dieser Prozesskette wegen der großen Meeresoberfläche eine effiziente, preiswerte und skalierende CO2-Entnahme aus der Luft sicherstellt und das aus der Luft in das Meer diffundierende CO2 in Form von Kohlenwasserstoffen der Makroalgen oder jeglicher anderen Biomasse, landbasiert oder meerbasiert, bindet.
  2. 2. Die Verbrennung von zum Beispiel Methan oder Methanol für die Beheizung von Kalkbrennöfen für die Zementherstellung und anderer Stoffe, die hocherhitzt werden müssen, vorzugsweise mit Hilfe von reinem Sauerstoff, liefert nicht nur maximale Effizienz der Energieausbeute, sondern auch fast reines CO2 als Abgas für die „Fütterung“ der im Nachgang produzierten Mikroalgen. Zusätzlich kann das CO2 für die Fütterung der Microalgen verwendet werden, welches direkt aus dem hocherhitzten Kalk entweicht. Auch dieses CO2 kann relativ einfach sequestriert werden.
  3. 3. Eine Materialerzeugung aus CO2, mit Hilfe der Erzeugung des Öls aus den Mikroalgen - ggfls. in Kombination mit Pilzen, Hefe und Bakterien für die Effizienzsteigerung der Algenölausbeute - welche die künftig benötigten Mengen an Kohlenstoff, der aus dem Erdsystem entfernt werden muss, mit Hilfe von kohlefaserbasierten Werkstoffen bindet, die in Kombination mit mineralischen Materialien wie Stein und Beton eine dauerhafte Kohlenstoffsenke darstellen, wie im IPCC SR1.5 in Kapitel 4.3.4.2 beschrieben. Diese ersetzen dabei gleichzeitig die CO2-intensiven Baustoffe wie Stahl und langfristig ggfls. auch Beton, haben also einen doppelten Nutzen.
To achieve this, various measures are being discussed. The aim is to replace fossil fuels for energy production through the introduction of renewable energy sources such as wind, water and solar power. The experience with the introduction of wind power and photovoltaic systems in Germany, for example, has led to the realization that although these measures are effective, they have not been and are not being implemented quickly enough and must be accompanied by a change in the entire electricity design with appropriate storage options. Until this is implemented, bridging technologies are needed that, on the one hand, should serve to ensure security of supply in the short term, sustainably and cost-effectively and, on the other hand, introduce fundamentally necessary climate protection mechanisms. Nuclear power is viewed by large parts of science as an unsustainable energy source, but at best as a bridging technology. Nuclear fusion remains a vision of the future for a long time and is not available in the short term. In order to quickly bring the technology to a level that can create a short-term, cost-effective solution that can be viewed as sustainable, the combustion of, for example, biogenic methane gas in cement plants to power the processes required for cement production is a targeted technology that meets the above criteria has the crucial characteristics mentioned above:
  1. 1. A type of use of CO 2 extracted from the natural system, via the transformation of land-based biomass or algae biomass from the sea into methane gas by bacteria, fungi or yeast, where the absorption mechanism is the extraction of atmospheric CO 2 through the seawater surface separator has a virtually unlimited scalability and, as a natural carbon capture mechanism in this process chain, ensures efficient, inexpensive and scalable CO 2 removal from the air due to the large sea surface and the CO 2 diffusing from the air into the sea in the form of hydrocarbons Macroalgae or any other biomass, land-based or sea-based, binds.
  2. 2. The combustion of, for example, methane or methanol for heating lime kilns for cement production and other materials that need to be heated to high temperatures, preferably with the help of pure oxygen, not only provides maximum efficiency in energy yield, but also almost pure CO 2 as exhaust gas for “feeding” the microalgae produced afterwards. In addition, the CO 2 that escapes directly from the highly heated lime can be used to feed the microalgae. This CO 2 can also be sequestered relatively easily.
  3. 3. A material production from CO 2 , with the help of the production of oil from the microalgae - if necessary. in combination with fungi, yeast and bacteria to increase the efficiency of algae oil yield - which binds the future required amounts of carbon that must be removed from the earth system with the help of carbon fiber-based materials, which, in combination with mineral materials such as stone and concrete, create a permanent carbon sink as described in IPCC SR1.5 in Chapter 4.3.4.2. These simultaneously replace CO 2 -intensive building materials such as steel and, in the long term, if necessary. also concrete, so they have a double benefit.

Der Stand der Technik beschreibt Verfahren, mit denen entweder über die Erzeugung von Biomasse wie zum Beispiel durch Algenwachstum mit sequestriertem oder natürlichem CO2 Treibstoffe wie Biodiesel oder Kerosin und carbonfaserbasierte Baustoffe gewonnen werden, oder auch mit Hilfe der Fischer-Tropsch-Synthese diese industrierelevanten Stoffe aus sequestriertem CO2 und Wasserstoff gewonnen werden können. Beide Verfahren sind technisch möglich, haben jedoch unterschiedliche Wirkungsgrade und damit verbunden unterschiedliche Kosten. Beide Verfahren liefern jedoch noch keine zufriedenstellende Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre, die jedoch wie im IPCC SR1.5 beschrieben zwingend gefordert wird, um das 1,5°C Ziel einzuhalten. Alle heute verfügbaren Entnahme-Methoden sind zu energieintensiv, um kurzfristig ernsthaft in Betracht gezogen werden zu können.The state of the art describes processes with which fuels such as biodiesel or kerosene and carbon fiber-based building materials are obtained either through the production of biomass, for example through algae growth with sequestered or natural CO 2 , or these industrially relevant substances using Fischer-Tropsch synthesis can be obtained from sequestered CO 2 and hydrogen. Both processes are technically possible, but have different efficiencies and therefore different costs. However, both methods do not yet provide a satisfactory removal of CO 2 from the atmosphere, which is, however, mandatory as described in IPCC SR1.5 in order to meet the 1.5°C target. All extraction options available today Methods are too energy intensive to be seriously considered in the short term.

An dieser Stelle wird eine Brückentechnologie nötig, die zunächst auf der Nutzung fossiler Gasverbrennung basiert, die aber gleichzeitig kostengünstig in eine nachhaltige Nutzung dieser gasbefeuerten Öfen überführt werden kann. Dies wird insbesondere wichtig für die Herstellung des Massenwerkstoffs Zement.At this point, a bridge technology is necessary that is initially based on the use of fossil gas combustion, but at the same time can be converted cost-effectively into the sustainable use of these gas-fired ovens. This is particularly important for the production of the bulk material cement.

Eine zielführende Möglichkeit der Begrenzung der Erderwärmung ist die Wandlung von CO2, welches aus natürlichen Quellen stammt, in Werkstoffe und Baumaterialien, so wie in der PCT/ EP2009/008497 beschrieben, wenn das Problem der Entnahme von CO2 aus dem Erdsystem der Atmosphäre und/oder dem Meer gelöst wird. Bisherige CO2-Sequestrierungsmaßnahmen sind auch zu Beginn einer solchen neuen Materialerzeugungs-Prozesskette nicht sinnvoll, nicht nur, weil dafür derzeit die Energiekosten zu hoch sind, sondern weil insbesondere die Investition in solche Technologie Mittel bindet, die zu Beginn einer solchen Transformation dringend für einfachere und zielführendere Lösungen benötigt werden.One effective way to limit global warming is to convert CO 2 , which comes from natural sources, into materials and building materials, as in the PCT/ EP2009/008497 described when the problem of removing CO 2 from the earth system of the atmosphere and/or the ocean is solved. Previous CO 2 sequestration measures do not make sense even at the beginning of such a new material production process chain, not only because the energy costs are currently too high, but because the investment in such technology in particular ties up funds that are urgently needed for simpler ones at the beginning of such a transformation and more targeted solutions are needed.

Deshalb ist davon auszugehen, dass eine sinnvolle Nutzung von Methangas oder Alkanen, sowie Alkoholen generell bereits am Anfang die später benötigten Prozesse vorbereiten, ohne dass die Kosten für diese Energieerzeugungsanlagen mehrfach getätigt werden müssen, was auch für die gesamte dafür benötigte Infrastruktur gilt. Da einerseits Elektrolyseure, die zur Erzeugung von Wasserstoff als Energiespeicher für Wind- und PV-Strom genauso als Brückentechnologie gebraucht werden wie Kalkbrennöfen und andererseits skalierbare Lösungen für die Speicherung von elektrischer Energie fast vollständig fehlen, liegt es nahe, dass die Investition in algenbasierte Technologie ein Ausweg sind, der in Form einer Vorratsspeicherung für Energie für die Zementherstellung funktionieren kann, wenn existierende Fischfangflotten umgerüstet werden, die auf den Weltmeeren schwimmende Makroalgenteppiche aufsammeln, diese an Land verfrachten, wo mit Hilfe dieser Biomasse durch Bakterien, Pilze oder Hefen Biogas hergestellt wird, welches der Erzeugung von Heizenergie und der Herstellung von Carbonfasern dient, und evtl. zusätzlich am Anfang eine gewisse Menge an noch benötigtem Biodiesel und Biokerosin für die Schifffahrt und die Luftfahrt. Das gleiche kann an Land passieren, mit ungenutzter Biomasse aus Wäldern, auf Feldern, Wiesen und privaten Gartenanlagen, die nicht der Nahrungsmittelerzeugung dienen, sowie alle derzeit entsorgten und nicht verbrauchten Nahrungsmittel. Die oben beschriebenen Maßnahmen sind dann keine sinnlosen Investitionen, wenn sie am Anfang als Brückentechnologie mit fossilem Erdgas betrieben werden, die immerhin zunächst die deutlich CO2-intensiveren bisherigen Zementherstellungsöfen ersetzen und durch die Carbonfaserherstellung sicherstellen, dass auch dieser fossile Kohlenstoff nicht und nie wieder in die Atmosphäre gelangt. Diese Prozesskette wird dank der Hilfe der billigen und skalierbaren Entnahme von CO2 aus dem Meer über die Makroalge mit der Zeit so preiswert, dass sich erstmalig die CO2-Entnahme kostenmäßig rechnet, dabei Erdgas ersetzt werden kann und die Zementproduktion sich von Anfang an zur wirklich grünen und nachhaltigen Technologie entwickeln kann.It can therefore be assumed that a sensible use of methane gas or alkanes, as well as alcohols, generally prepares the processes required later at the beginning, without having to incur the costs for these energy production systems several times, which also applies to the entire infrastructure required for them. Since, on the one hand, electrolysers, which are needed as a bridge technology to produce hydrogen as energy storage for wind and PV electricity, as well as lime kilns, and, on the other hand, scalable solutions for storing electrical energy are almost completely missing, it is obvious that investment in algae-based technology There is a solution that can work in the form of energy storage for cement production if existing fishing fleets are converted, which collect macroalgae carpets floating on the world's oceans, transport them to land, where biogas is produced with the help of this biomass using bacteria, fungi or yeasts, which is used to generate heating energy and the production of carbon fibers, and possibly initially a certain amount of biodiesel and biokerosene that are still required for shipping and aviation. The same can happen on land, with unused biomass from forests, in fields, meadows and private gardens not used for food production, as well as all currently discarded and unused food. The measures described above are not pointless investments if they are initially operated as a bridge technology with fossil natural gas, which initially replaces the significantly more CO 2 -intensive cement production kilns used to date and, through carbon fiber production, ensures that this fossil carbon is not used again and never again the atmosphere reaches. Thanks to the cheap and scalable extraction of CO 2 from the sea via macroalgae, this process chain will become so inexpensive over time that CO 2 extraction will be cost-effective for the first time, natural gas can be replaced and cement production will be reduced from the start can develop truly green and sustainable technology.

Benötigt werden Biomassetanks, in denen die im Meer eingesammelten wuchernden Makroalgenteppiche vergären, da das benötigte CO2 aus diesen Quellen wesentlich kostengünstiger zu gewinnen bzw. zu sequestrieren ist als direkt aus der Luft, die nur eine vergleichsweise niedrige CO2-Konzentration hat und der Atmosphäre nur mit einem hohen Aufwand an Energie zu entnehmen ist. Das bei der Vergärung ebenfalls entstehende CO2 kann ebenfalls gesammelt und der Produktion der Mikroalgen für die Carbonfaserherstellung zugeführt werden. CO2 wird auf diese Weise zu einem Grundstoff, der in allen Prozessketten genutzt werden kann und muss.Biomass tanks are needed in which the overgrown macroalgae carpets collected from the sea ferment, since the required CO 2 can be obtained or sequestered from these sources much more cost-effectively than directly from the air, which only has a comparatively low CO 2 concentration, and the atmosphere can only be extracted with a high expenditure of energy. The CO 2 that is also produced during fermentation can also be collected and fed into the production of microalgae for carbon fiber production. In this way, CO 2 becomes a raw material that can and must be used in all process chains.

Auf diese Weise wird der ehemals im CO2 gebundene Kohlenstoff aus dem System Atmosphäre und Meeresoberfläche in dem Baustoff aus Carbonfasern dauerhaft entfernt und gebunden, da Carbonfasern inert sind und sich das Material in einem Endlager speichern lässt. Auf diese Art kann ein netto negativer Kohlenstoff-Fluss etabliert werden, um als CO2-Senke zu dienen, ohne die existierenden Geschäftsmodelle der Zementproduktion, Chemieindustrie, Bauindustrie und Energiewirtschaft zu zerstören. Ebenso eröffnet sich ein Geschäftsfeld für die Fischerei-Industrie, die zunehmend weniger vom Fischfang leben und sich auf den Fang und die Vergärung von Meeresalgen umrüsten kann.In this way, the carbon formerly bound in CO 2 from the atmosphere and sea surface system is permanently removed and bound in the building material made of carbon fibers, since carbon fibers are inert and the material can be stored in a final storage facility. In this way, a net negative carbon flow can be established to serve as a CO 2 sink without destroying the existing business models of cement production, chemical industry, construction industry and energy industry. This also opens up a business area for the fishing industry, which is increasingly making less of its living from fishing and can switch to catching and fermenting seaweed.

Die Carbonfasern werden wie in den oben zitierten Patenten zusammen mit Beton und/oder Naturstein mit Hilfe von Harzen oder anderen Bindemitteln zu hochfesten Baustoffen transformiert. Diese bilden deshalb eine hocheffiziente Kohlenstoffsenke, da die Carbonfaser zu fast 96% aus reinem Kohlenstoff besteht.As in the patents cited above, the carbon fibers are transformed into high-strength building materials together with concrete and/or natural stone using resins or other binders. These therefore form a highly efficient carbon sink because the carbon fiber consists of almost 96% pure carbon.

Die Carbonfaser wird in Form von Geweben oder Gelegen auf Steinplatten aufgebracht oder in Form von Carbon-Stein-Lamellen in Betonplatten eingebracht, die nach der Nutzung ohne Problem wieder von den Steinplatten abgeschält werden und dann in Kohlenstoff-Endlager geschafft werden können. So entsteht eine langfristige Senke für CO2, beziehungsweise den Kohlenstoff, der einmal CO2 gebildet hatte, so wie die Natur das über Millionen Jahre mit Kohle, Erdöl und Erdgas auch gemacht hat. Bei der Herstellung und insbesondere beim Schneiden der Steinplatten aus zum Beispiel Basalt oder Gabbro entstehen erhebliche Mengen an Steinschlamm, der verwittert werden kann. Bei dieser Verwitterung (Enhanced Weathering of Stone, EWS) wird sehr viel zusätzliches CO2 gebunden, welches zusammen mit dem Kohlenstoff der Carbonfaser als CO2-Senke in die Gesamtbilanz mit eingerechnet werden kann, um das CO2-Absorptionspotenzial zu ermitteln. Dieses verwitterte Steinmaterial kann dann entweder als Düngemittel auf Feldern, Wiesen und Wäldern in das Erdsystem eingebracht werden, oder als Zusatz für Beton und Sandersatz dienen und auf diese Weise durch die Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre einen doppelten Nutzen liefern ohne zusätzliche Kosten zu verursachen. Die Art des Gesteins entscheidet dabei über die passende Nutzung, da nicht alle Hartgesteine sich für die Düngung eignen, sondern besser als Zuschlagsstoff für Beton dienen können.The carbon fiber is applied to stone slabs in the form of fabrics or fabrics or is introduced into concrete slabs in the form of carbon stone lamellas, which are easily peeled off the stone slabs after use and can then be transported to carbon final storage facilities. This creates a long-term sink for CO 2 , or the carbon that once was CO 2 just as nature did over millions of years with coal, oil and natural gas. During the production and especially when cutting the stone slabs from basalt or gabbro, for example, considerable amounts of stone sludge are created, which can be weathered. During this weathering (Enhanced Weathering of Stone, EWS), a lot of additional CO 2 is bound, which, together with the carbon of the carbon fiber, can be included in the overall balance as a CO 2 sink in order to determine the CO 2 absorption potential. This weathered stone material can then be introduced into the earth system either as fertilizer in fields, meadows and forests, or as an additive for concrete and sand replacement, thus providing a double benefit by removing CO 2 from the atmosphere without incurring additional costs . The type of rock determines the appropriate use, as not all hard rocks are suitable for fertilization, but can serve better as an additive for concrete.

Dieser Beton kann zudem so armiert werden, dass Carbonfaser-Stein Schichten oder Lamellen den bisher verwendeten Stahl ersetzen, indem die Steinschichten die mechanische Brücke zwischen Carbonfaser und Beton herstellen, so wie in der EP18830382 beschrieben, indem der Naturstein als Zwischenschicht zwischen Carbon und Beton angeordnet die nötige Flexibilität und das am besten passende Temperaturausdehnungsverhalten als Vermittler zwischen den völlig verschiedenartigen Materialien Carbonfaser und Beton liefert.This concrete can also be reinforced in such a way that carbon fiber stone layers or slats replace the steel previously used, with the stone layers creating the mechanical bridge between carbon fiber and concrete, as in the EP18830382 described in that the natural stone, arranged as an intermediate layer between carbon and concrete, provides the necessary flexibility and the most suitable temperature expansion behavior as an intermediary between the completely different materials carbon fiber and concrete.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2009008497 [0003, 0010]EP 2009008497 [0003, 0010]
  • EP 2017001269 [0003]EP 2017001269 [0003]
  • DE 2020190011927 [0003]DE 2020190011927 [0003]
  • EP 18830382 [0016]EP 18830382 [0016]

Claims (15)

Carbonfasern, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Herstellung der Carbonfasern benötigte Kohlenstoff aus dem CO2 besteht, welches bei der Verbrennung von Methan, Ethan, Methanol, Ethanol oder einem höherwertigen Alkan oder Alkohol in Zementherstellungsöfen entsteht, wobei das CO2 dem Abgas des Verbrennungsofens entnommen wird.Carbon fibers, characterized in that the carbon required for the production of the carbon fibers consists of the CO 2 which is produced during the combustion of methane, ethane, methanol, ethanol or a higher value alkane or alcohol in cement production furnaces, the CO 2 being the exhaust gas of the combustion furnace is removed. Carbonfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Herstellung der Carbonfasern benötigte Kohlenstoff aus dem CO2 besteht, welches aus dem gebrannten Kalk der bei der Zementherstellung stammt.carbon fibers Claim 1 , characterized in that the carbon required for the production of the carbon fibers consists of CO 2 , which comes from the quicklime used in cement production. Carbonfasern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Verbrennung von Methan, Ethan, Methanol, Ethanol oder einem höherwertigen Alkan oder Alkohol benötigte Sauerstoff aus der Elektrolyse mit Hilfe von nichtregenerativen oder regenerativen Stromquellen entnommen ist.carbon fibers Claim 1 and 2 , characterized in that the oxygen required for the combustion of methane, ethane, methanol, ethanol or a higher-value alkane or alcohol is taken from the electrolysis with the help of non-regenerative or regenerative power sources. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder der im Zementbrennofen verbrannte Alkan oder Alkohol aus landbasierter Biomasse oder meeresbasierte Biomasse gewonnen wird, die mit Hilfe von Bakterien, Pilzen oder Hefen vergoren wurden.carbon fibers Claim 1 until 3 , characterized in that the alkane or alcohol burned in the cement kiln is obtained from land-based biomass or marine-based biomass that has been fermented with the help of bacteria, fungi or yeast. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die meeresbasierte Biomasse aus Makroalgen besteht.carbon fibers Claim 1 until 4 , characterized in that the marine biomass consists of macroalgae. Carbonfaser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Verbrennung nach Anpruch 2 ausgestoßene CO2 der Herstellung von Mikroalgen dient.Carbon fiber after Claim 1 until 5 , characterized in that the CO 2 emitted during combustion according to claim 2 is used to produce microalgae. Carbonfaser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Vergärung der Biomasse ausgestoßene CO2 der Herstellung von Mikroalgen dient.Carbon fiber after Claim 1 until 5 , characterized in that the CO 2 emitted during the fermentation of the biomass is used to produce microalgae. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 7, durch gekennzeichnet, dass aus dem Öl der Mikroalgen Polyacrylnitril für die Carbonfaserproduktion hergestellt wird.carbon fibers Claim 1 until 7 , characterized in that polyacrylonitrile for carbon fiber production is produced from the oil of the microalgae. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 8, durch gekennzeichnet, dass aus dem Öl, welches bei der Vergärung der Makroalgen mit Hilfe von Bakterien, Pilzen oder Hefen entsteht, Polyacrylnitril für die Carbonfaserproduktion hergestellt wird.carbon fibers Claim 1 until 8th , characterized in that polyacrylonitrile for carbon fiber production is produced from the oil that is produced during the fermentation of macroalgae with the help of bacteria, fungi or yeast. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 9, durch gekennzeichnet, dass das Polyacrylnitril für die Carbonfaserherstellung aus dem CO2 aus dem Gaskraftwerk bzw. der Brennstoffzelle zusammen mit dem Wasserstoff aus der Elektrolyse aus überschüssigem Windstrom mit Hilfe der Fischer-Tropsch-Synthese gewonnen wird, nach zuvor erfolgter Wassergas-Shift-Reaktion, um CO aus dem CO2 für die Herstellung von Methanol zu gewinnen, welches über Propylen und Acrylnitril zu Polacrylnitril und schließlich zu Carbonfaser weiterverarbeitet wird.carbon fibers Claim 1 until 9 , characterized in that the polyacrylonitrile for carbon fiber production is obtained from the CO 2 from the gas power plant or the fuel cell together with the hydrogen from the electrolysis of excess wind power using the Fischer-Tropsch synthesis, after a water gas shift reaction has previously taken place to extract CO from the CO 2 for the production of methanol, which is further processed via propylene and acrylonitrile to polyacrylonitrile and finally to carbon fiber. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 10, durch gekennzeichnet, dass die mit der Carbonfaser verbundenen Mineralien aus Naturstein oder Beton oder einer Kombination von Beton und Naturstein bestehen, insbesondere in einer den Beton nachhaltig armierenden Formation von Stein-Carbonfaser-Stein-Schichten.carbon fibers Claim 1 until 10 , characterized in that the minerals associated with the carbon fiber consist of natural stone or concrete or a combination of concrete and natural stone, in particular in a formation of stone-carbon fiber-stone layers that sustainably reinforces the concrete. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 11, durch gekennzeichnet, dass die mit der Faser verbundenen Mineralien aus Basalt- oder Gabbro-Gestein bestehen.carbon fibers Claim 1 until 11 , characterized in that the minerals associated with the fiber consist of basalt or gabbro rock. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 12, durch gekennzeichnet, dass der mit der Carbonfaser verbundene Beton zum Teil aus verwittertem Hartgestein, Basalt- oder Gabbro-Gestein besteht.carbon fibers Claim 1 until 12 , characterized in that the concrete connected to the carbon fiber consists partly of weathered hard rock, basalt or gabbro rock. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 13, durch gekennzeichnet, dass die Carbonfasern mit Hilfe von hochtemperaturfesten Bindemitteln aus Wasserglas, Silikonharzen oder Silikatharzen mit den Mineralien verbunden bzw. verklebt werden.carbon fibers Claim 1 until 13 , characterized in that the carbon fibers are connected or glued to the minerals using high-temperature-resistant binders made of water glass, silicone resins or silicate resins. Carbonfasern nach Anspruch 1 bis 14, durch gekennzeichnet, dass die Carbonfasern nach Gebrauch durch Schälen von den mineralischen Materialien getrennt und endgelagert werden.carbon fibers Claim 1 until 14 , characterized in that the carbon fibers are separated from the mineral materials by peeling after use and finally stored.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202019001927U1 (en) 2019-05-03 2019-11-18 Scooter Center Gmbh Muffler device for scooters with two-stroke engine from Innocenti type Lambretta®

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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