WO2001098710A1

WO2001098710A1 - Verfahren zur energieerzeugung

Info

Publication number: WO2001098710A1
Application number: PCT/DE2001/002231
Authority: WO
Inventors: Norbert Auner
Original assignee: Kunkel, Klaus
Priority date: 2000-06-17
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2001-12-27
Also published as: AU2002215490A1; US20040020414A1; DE10192546D2; DE10029912A1; EP1295066A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Energieerzeugung durch Verbrennung von Siliciumverbindungen, die die Bindungen Si-C, Si-O, Si-Si und/oder Si-H aufweisen, beschrieben. Derartige Verbindungen stellen geeignete Energieträger als Alternative zu Kohlenwasserstoffen dar.

Description

Verfahren zur Energieerzeugung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieerzeugung .

Das aktuelle Konzept zur Energieerzeugung basiert im wesentlichen auf Kohlenstoff (Erdöl, Erdgas) als Rohstoffquelle. Nicht nur die in der Vergangenheit erlebten Zeiten der "Ölkrisen" belegen, daß dieser Rohstoff zukünftig nur noch in zunehmend reduziertem Maß zur Verfügung stehen wird, auch wissenschaftliche Berechnungen zeigen, daß sich unsere natürlichen Kohlenstoff-Ressourcen zumehmend erschöpfen. Berücksichtigt man auch die mahnend geführten Diskussionen einer dringend erforderlichen C0₂-Reduzierung in der Erdatmosphäre, so wird deutlich, daß die Suche und Erforschung alternativer Energiequellen zwingend notwendig werden.

Keines der weltweit diskutierten Konzepte alternativer Energieformen und -erzeugung geht dabei von "Quarzsand" aus, einem ungiftigen Naturstoff, der in unbegrenztem Maße zur Verfügung steht. Rund 75 % der zugänglichen Erdkruste, einschließlich der verschiedenen Arten von "Biomasse" in Form von Pflanzen, Steinen, Diatomeen (im Meerwasser) und vielem mehr, bestehen aus Siliciumdioxid (Si0₂(Si: 26,3 %, 0₂: 48,9 %)) . Das Si ist damit so häufig wie alle anderen Elemente zusammen, oder vier von fünf Atomen der Erdkruste sind Si bzw. 0. Siliciumdioxid wird durch Reduktion (mit Kohle, im elektrischen Lichtbogenverfahren) in kristallines Silicium überführt, das (i) nach Nachbehandlung zum Reinst- silicium bestimmten hochtechnischen Verwendungen, wie z.B. Halbleitern, die speziell in Transistoren und integrierten Schaltkreisen Anwendung finden, und (ii) der "Direkten Synthese" (Müller-Rochow-Synthese) zugeführt wird. Bei dieser Synthese wird elementares Silicium mit Methylchlorid am Kupferkatalysator (T = 280-320 °C, Wirbelschicht- oder Fließbettreaktor) zum Dimethyldichlorsilan (ca. 95 %, Me₂SiCl₂, Siedepunkt 70 °C) umgesetzt. Dieses dient als Ausgangsprodukt zur Erzeugung der Silikone, Kunststoffe auf Si-0-Basis, die heute weltweit im Megatonnenmaßstab produ- ziert und vielfältig genutzt werden. Nebenprodukte der "Direkten Synthese" sind neben verschiedenen Chlor- und H-hal- tigen Silanen auch Tetramethylsilan (Si (CH₃) ₄ (TMS) ) und Di- und Trisilane, Verbindungen mit Si-Si-Bindung. Die "Direkte Synthese" hat in der heute durchgeführten Technologie drei erhebliche Nachteile: Sie ist (a) relativ kostenintensiv, da die Reduktion des Si0₂ zum Si erheblicher Energiemengen bedarf,- und (b) es wird bei der Methylierung wieder Energie frei, die bisher nur unzureichend genutzt wird. Ferner (c) reduzieren die Nebenprodukte die Effizienz, da diese syn- thetisch aufwendig in Chlorsilane überführt oder zu pyroge- ner Kieselsäure verbrannt werden. Di- und Trisilane müssen darüber hinaus kostenintensiv entsorgt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Energieerzeugung anzugeben, das sich einfach und wirtschaftlich durchführen läßt und bei dem keine KohlenwasserstoffVerbindungen verbrannt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Energieerzeugung durch Verbrennung von Siliciu verbindun-

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sich eine Verbindung mit definiertem Siedepunkt oder -bereich einsetzen. So hat beispielsweise Tetramethylsilan einen Siedepunkt von 25-30 °C und entspricht damit demjenigen von Flüssiggas unter Druck. Als Folge resultiert eine - bei Bedarf - leichte Verdampfbarkeit und damit gezielte Dosierungsmöglichkeit (beispielsweise in Einspritzdüsen oder Einspritzpumpen) .

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Herstellung von Silikonen in der vorgeschalteten

Mül1er-Rochow-Synthese anfallende Nebenprodukte verbrannt. Bei dieser Variante werden somit die bisher kostenintensiv zu weiteren Produkten umgesetzten oder kostenintensiv entsorgten Nebenprodukte eines Verfahrens gezielt zur Energie- erzeugung durch Verbrennung eingesetzt . Dabei umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Variante, bei der bei der Herstellung von Silikonen in der vorgeschalteten Müller-Rochow-Synthese anfallende Nebenprodukte zu geeigneten Siliciumverbindungen mit den Bindungen Si-C, Si-O, Si-Si und/oder Si-H weiterverarbeitet werden, die als Energieträger dienen.

Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Silane, insbesondere Carbosilane, verbrannt. Geeignete Silane sind beispiels- weise die folgenden Verbindungen, wobei R einen Organo- rest darstellt: SiR₄, (R₂Si)_n, (H₂Si)_n, [R(H)Si]_n, H₃Si (SiR₂)_nSiH2 und R₃Si (SiH₂) _nSiR₃. Durch geeignete Auswahl läßt sich das durch die Verbrennung erzielte C0₂/Si0₂- Verhältnis beliebig variieren.

Was die Carbosilane anbetrifft, so läßt sich allgemein folgendes sagen: Je größer die CH-Kette am Si-Zentru ist, um so mehr nähert man sich den Energieinhalten entsprechender Kohlenwasserstoffe. Je länger die Si-Kette (in Polysilanen (R₂Si)_n) ist, desto mehr nähert man sich dem 75%-Wert (Ver- brennungswär e) des reinen Polysilans.

Die Verwendung von Silanen, insbesondere Carbosilanen, als Energiequelle ist somit für einen Antriebsmotor genauso möglich wie für ein Heizsystem, kurzum für alles, was mit Kohlenwasserstoffen erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Das bei der "Direkten Synthese" (Müller-Rochow-Synthese) angefallene Tetramethylsilan (Si(CH₃)₄) wurde verbrannt. Die entstandene Verbrennungswärme wurde gemessen, wobei ein Wert ermittelt wurde, der 95 % der Energiedichte von Decan

entsprach. Das verwendete Carbosilan hatte somit eine mit Kohlenwasserstoffen vergleichbare Energiedichte.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Energieerzeugung durch Verbrennung von Siliciumverbindungen, die die Bindungen Si-C, Si-O, Si-Si und/oder Si-H aufweisen.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Silikonen in einer vorgeschalteten Müller-Rochow-Synthese anfallende Nebenprodukte verbrannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Silikonen in einer vorgeschalteten Müller-Rochow-Synthese anfallende Nebenprodukte zu geeigneten Siliciumverbindungen mit den Bindungen Si-C, Si-O, Si-Si und/oder Si-H weiterverarbeitet werden.

4. Verfahren nach einemd er vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Silane, insbesondere Carbo- silane, verbrannt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tetramethylsilan verbrannt wird.