Beschreibung description
Brennstoffe und Rauchgemische zur Klimakühlung und Vorrichtungen zur Herstellung eines solchen RauchgemischesFuels and smoke mixtures for air conditioning cooling and devices for producing such a smoke mixture
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoff, mit dessen massenhafter Verbrennung und dem dadurch entstehenden Rauch ein Beitrag zur Klimakühlung geleistet werden soll.The invention relates to a fuel whose massive combustion and the resulting smoke to contribute to the air conditioning cooling is to be made.
Es ist bekannt, dass in ausreichendem Maße in die Troposphäre eingebrachter Rauch eine kühlende Klimawirkung aufweist, da durch den Rauch sowohl der Albedo erhöht als auch Methan abgebaut wird. Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, diese Wirkungen zu erhöhen.It is well-known that sufficiently exhausted smoke into the troposphere has a cooling effect on the climate, because the smoke increases both the albedo and methane. The invention is based on the task of increasing these effects.
Es konnte ermittelt werden, dass sich die genannten Wirkungen nicht nur addieren, sondern auf ein Vielfaches steigern lassen, wenn die beiden Elemente Eisen und Schwefel in geeignetem Anteil im Rauch enthalten sind.It could be determined that the mentioned effects not only add up, but can be increased many times, if the two elements iron and sulfur are contained in a suitable proportion in the smoke.
Ein solcher klimawirksamer Rauch wird z. B. durch eine Verbrennung eines erfindungsgemäßen Brennstoffes gemäß Anspruch 1 erzielt, der einen Schwefelgehalt von mindestens 10 mg/kg und einen Eisengehalt von mindestens 0,5 mg/kg aufweist. Überraschend ist, dass dieser überproportional wirksame Kühleffekt bereits bei diesen Werten einsetzt. Besonders massiv macht sich dann der Kühleffekt bei Eisengehalten in dem erfindungsgemäßen Brennstoff von 5 mg/kg Eisen und darüber sowie 10 mg/kg Schwefel und darüber bemerkbar und nimmt dann mit weiter zunehmenden Eisen- und auch Schwefelgehalten des Brennstoffs fortlaufend noch weiter zu.Such a climate-effective smoke is z. B. achieved by combustion of a fuel according to the invention according to claim 1, which has a sulfur content of at least 10 mg / kg and an iron content of at least 0.5 mg / kg. It is surprising that this disproportionately effective cooling effect already starts at these values. Particularly massive then makes the cooling effect at iron levels in the fuel of the invention of 5 mg / kg iron and above and 10 mg / kg of sulfur and noticeable above and then increases further with increasing iron and sulfur contents of the fuel continuously.
Unter einem Brennstoff sollen sowohl reine Brennstoffe, die lediglich zur Erzeugung von Rauch verbrannt werden,
aber auch Treibstoffe verstanden werden, die in Verbrennungsmotoren und Turbinen zum Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden. Solche Treibstoffe können systematisch in Flugzeugen verwendet werden, um so vielbeflogene Gebiete (z. B. Transatlantikflugverkehrsrouten) mit einer klimagünstigen Rauchschicht zu überdecken.A fuel should be both pure fuel burned to produce smoke but also fuels are understood that are used in internal combustion engines and turbines to drive vehicles. Such propellants can be systematically used in airplanes to cover high traffic areas (eg, transatlantic air traffic routes) with a low-emission smoke layer.
Brennstoffe, die einen Rauch erzeugen, der das Eisen überwiegend in wasserunlöslicher Form enthält, gehören dabei nicht zu den bevorzugten Brennstoffen, weil bekannt geworden ist, dass bei der Inhalation fester, wasserunlöslicher, eisenhaltiger Partikel Beeinträchtigungen der Lungenfunktion eintreten können. Dies ist in der Regel dann nicht der Fall, wenn der Eisengehalt den Schwefelgehalt im Brennstoff nicht um mehr als das Doppelte überschreitet. Überall dort, wo die von den erfindungsgemäßen Brennstoffen erzeugten Rauchimmissionen auf kurzem Weg zwischen Emissions- und Immissionsort auf urbane Bereiche einwirken können, wird daher gemäß Anspruch 2 vorgezogen, dass der erfindungsgemäße Brennstoff bzw. das erfindungsgemäße Rauchgemisch dadurch ausgezeichnet ist, dass sein Eisengehalt höchstens das Doppelte des Gewichts des darin enthaltenen Schwefelgehalts betragen soll .Fuels that produce smoke that contains the iron predominantly in water-insoluble form are not among the preferred fuels because it has become known that impaired lung function may occur upon inhalation of solid, water-insoluble, iron-containing particles. This is usually not the case if the iron content does not more than double the sulfur content in the fuel. Wherever the smoke emissions generated by the fuels according to the invention can act on urban areas on a short path between emission and immission, it is therefore preferred that the fuel or the smoke mixture according to the invention is characterized in that its iron content at most that Should be twice the weight of the sulfur content contained therein.
Je nach Rauchemissionsort nimmt der aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen gebildete Schwefel- und eisenhaltige Rauch die dort in der Atmosphäre vorhandenen Schwefelverbindungen und anderen Stoffe, wie z. B. Chloride, Chlor, Nitrate, Stickoxide usw. auf unter Bindung als lösliche oder gelöste Eisensalze. Deshalb darf für die Bildung des erfindungsgemäßen Rauches, der entfernt vom Immissions- ort, wie z. B. über dem offenen Ozean oder auch in großer Höhe freigesetzt wird, ohne Weiteres ein Eisengehalt im Treibstoff ausgewählt werden, der seinen Schwefelgehalt um mehr als das Doppelte übersteigt, da in solchen Fällen
die Immission eisenhaltiger, wasserunlöslicher Partikel eingeschränkt ist bzw. nicht auftreten kann.Depending on the smoke emission takes from the fuels of the invention formed sulfur and iron-containing smoke there in the atmosphere sulfur compounds and other substances such. As chlorides, chlorine, nitrates, nitrogen oxides, etc. on binding as soluble or dissolved iron salts. Therefore, for the formation of the smoke according to the invention, the remote from the place of immission, such. B. is released over the open ocean or at high altitude, readily select an iron content in the fuel, which exceeds its sulfur content by more than double, since in such cases the immission of iron-containing, water-insoluble particles is restricted or can not occur.
Bei Eisen- und/oder Schwefel-Gehalten in mineralölhaltigen Brennstoffen von mehr als 10 Gewichtsprozent lässt die spezifische Kühlleistung wieder nach, weil die Partikel im Rauch erheblich zur Agglomeration neigen. Solche Stoffe sind daher nicht bevorzugt.With iron and / or sulfur contents in mineral oil-containing fuels of more than 10 percent by weight, the specific cooling performance decreases again because the particles in the smoke tend to agglomerate considerably. Such substances are therefore not preferred.
Nach Anspruch 3 enthält eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Brennstoffe daher einen Schwefelgehalt von höchstens 100 g/kg und einen Eisengehalt von höchstens 100 g/kg.According to claim 3, therefore, a preferred variant of the fuels according to the invention contains a sulfur content of at most 100 g / kg and an iron content of at most 100 g / kg.
Vorzugsweise enthält der Brennstoff das Eisen als öllösliche Substanz, wie z. B. als Ferrocen, Ferrocenderivate, Eisencarbonyle, Eisennaphthenate, Eisenseifen und sonstige organische Bindung. Der Schwefel liegt darin vorzugsweise als öllösliche Schwefelverbindung vor, z. B. in der Form von Elementarschwefel, Schwefelkohlenstoff, organischen Sulfiden und Disulfiden, organischen Polysulfi- den, organischen Sulfonsäuren, organischen Sulfonaten, organischen Sulfoxiden, Schwefelwasserstoff, Merkaptanen und sonstigen organischen Bindungen.Preferably, the fuel contains the iron as an oil-soluble substance, such as. B. as ferrocene, ferrocene derivatives, iron carbonyls, iron naphthenates, iron soaps and other organic bond. The sulfur is preferably present therein as an oil-soluble sulfur compound, e.g. In the form of elemental sulfur, carbon disulfide, organic sulfides and disulfides, organic polysulfides, organic sulfonic acids, organic sulfonates, organic sulfoxides, hydrogen sulfide, mercaptans and other organic bonds.
Zur weiteren Aktivierung der kühlungswirksamen Raucheigenschaften kann der Rauch aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen mit chlorhaltigen Stoffen angereichert werden, vorzugsweise mit Chlorwasserstoff. Das kann z. B. durch Zumischung halogenorganischer Stoffe zum Brennstoff geschehen. Der im Sauerstoffüberschuss daraus gebildete Rauch ist dioxinfrei.For further activation of the cooling-effective smoke properties, the smoke from the fuels according to the invention can be enriched with chlorine-containing substances, preferably with hydrogen chloride. This can z. B. done by adding halogenated organic substances to the fuel. The smoke formed in the excess of oxygen is dioxin-free.
Um auch die Bildung leicht saurer Rauche zu vermeiden, können dem Brennstoff Alkalien zugefügt werden, z. B. Alkali- und Erdalkaliseifen, Alkali- oder Erdalkalikronen-
etherkomplexe, aber auch Zusätze Silicium- und/oder Titan-organischer Verbindungen, wie z. B. Silikonöle und Titanocen. Bei der Verbrennung der letztgenannten Nichtalkalien bilden sich auch Nitride, aus denen durch Hydrolyse Ammoniak als Alkalie entsteht.In order to avoid the formation of slightly acidic smoke, alkalis may be added to the fuel, e.g. As alkali and alkaline earth metal soaps, alkali or Erdalkalikronen- ether complexes, but also additives of silicon and / or titanium-organic compounds, such as. As silicone oils and titanocene. The combustion of the latter non-alkalis also forms nitrides, from which ammonia is formed by hydrolysis as alkali.
Die erfindungsgemäßen Brennstoffe, insbesondere jene nach Anspruch 2, sind vor allem durch den Vorteil ausgezeichnet, dass der durch sie freigesetzte Rauch nicht oder nur sehr eingeschränkt zur Bildung stark saurer Niederschläge führen kann, weil das Rauchaerosol der Rauchgase ganz oder zumindest teilweise in der Form von Salzen bzw. Salzlösungen am Immissionsort einwirkt und nicht oder nur eingeschränkt als Säure.The fuels according to the invention, in particular those according to claim 2, are distinguished above all by the advantage that the smoke released by them can not or only very limited lead to the formation of strongly acidic precipitates, because the smoke aerosol of the flue gases wholly or at least partially in the form of Salts or saline solutions at the immission affected and not or only partially as acid.
Ein klimawirksamer Rauch entsteht auch bei der Vermischung der Rauche aus der getrennten Verbrennung von mehreren Brennstoffen, die in unterschiedlicher Menge Schwefel und Eisen enthalten. Entscheidend ist nur, dass die jeweiligen Schwefel- und Eisengehalte so gewählt werden, dass das Rauchgemisch einen Schwefel- und Eisengehalt aufweist, wie diese bei einer Verbrennung eines Brennstoffes nach Anspruch 1 bis 3 vorliegt.A climate-friendly smoke is also produced when mixing the smoke from the separate combustion of several fuels containing different amounts of sulfur and iron. The decisive factor is that the respective sulfur and iron contents are chosen so that the smoke mixture has a sulfur and iron content, as present in a combustion of a fuel according to claim 1 to 3.
Zur Erzeugung eines solchen Rauchgemisches können Vorrichtungen nach den Ansprüchen 6 und 7 Verwendung finden. Diese haben den Vorteil, dass schwefelhaltige Brennstoffe mit einem gegenüber dem Eisengehalt höheren Schwefelgehalt und eisenhaltige Brennstoffe mit einem gegenüber dem Schwefelgehalt höheren Eisengehalt getrennt voneinander zur Verfügung gestellt werden können.To produce such a smoke mixture devices according to claims 6 and 7 can be used. These have the advantage that sulfur-containing fuels with a higher sulfur content compared with the iron content and iron-containing fuels with a higher iron content than the sulfur content can be provided separately from one another.
Rauch aus der Verbrennung der erfindungsgemäßen Brennstoffe bzw. die erfindungsgemäßen Rauchgemische lassen sich in vielfältiger Weise herstellen. Es gelingt am einfachsten durch Verbrennung der erfindungsgemäßen Brenn-
Stoffe in Motoren bzw. Turbinen von Schiffen und Flugzeugen.Smoke from the combustion of the fuels according to the invention or the smoke mixtures according to the invention can be produced in many ways. It is easiest to achieve by burning the combustion Substances in engines or turbines of ships and aircraft.
Eine weitere Möglichkeit ist z. B. die reine Verbrennung von Brennstoffen, die ein Gemisch aus Elementarschwefel und festen eisenorganischen Verbindungen, wie z. B. Fer- rocen, enthalten, oder die jeweils separate Verbrennung von Brennstoffen, die jeweils nur eine der genannten Substanzen enthalten, wobei ihre Rauche anschließend zu einem erfindungsgemäßen Rauchgemisch vermischt werden. Sowohl die getrennte Verbrennung fester oder flüssiger Brennstoffe als auch die Verbrennung erfindungsgemäßer Brennstoffe kann z. B. nach dem Kerzendochtprinzip erfolgen.Another option is z. B. the pure combustion of fuels containing a mixture of elemental sulfur and solid organo-iron compounds such. As Fer- rocen contain, or the respective separate combustion of fuels, each containing only one of said substances, wherein their smoke is then mixed to a smoke mixture according to the invention. Both the separate combustion of solid or liquid fuels and the combustion of fuels according to the invention can, for. B. done according to the candle wick principle.
Vorzugsweise wird der Rauch in der Troposphäre oder in der Stratosphäre gebildet.Preferably, the smoke is formed in the troposphere or in the stratosphere.
Zu den bevorzugten erfindungsgemäßen Brennstoffen zählen Gemische aus öllöslichen Eisenverbindungen mit schwefelhaltigen Erdölraffinaten wie z. B. Dieselölen, Kerosin, mit Elementarschwefel, Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff und sonstigen brennbaren Schwefelverbindungen.The preferred fuels of the invention include mixtures of oil-soluble iron compounds with sulfur-containing petroleum raffinates such as. As diesel oils, kerosene, with elemental sulfur, carbon disulfide and hydrogen sulfide and other combustible sulfur compounds.
Die Verbrennungseinrichtungen zur Erzeugung des Rauchs aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen oder zur Bildung der erfindungsgemäßen Rauchgemische können auch angeordnet sein an Ballonen, auf Bohrinseln oder anderen z. B. eigens für diesen Zweck errichteten fliegenden, schwimmenden oder landgebundenen Einrichtungen. Bei den Ballonen werden Heißgasballone bevorzugt . Bevorzugtes Heißgas ist erhitzte Luft. Das Heißgas kann z. B. durch Übertragung der bei der Verbrennung der Schwefel und Eisen enthaltenden Brennstoffe freigesetzten Wärme auf die Luft hergestellt werden.
Die Verbrennung erfindungsgemäßer Brennstoffe, in der Form von Lösungen, Schmelzen oder Aerosolen, kann auch z. B. mit Ölbrennern geschehen. Gasförmige Schwefelphasen, wie z. B. Schwefelwasserstoff, können zusammen mit flüssigen eisenorganischen Phasen verbrannt werden, indem die flüssige Phase in der gasförmigen Phase vernebelt wird und dann anschließend verbrannt wird.The combustion devices for generating the smoke from the fuels according to the invention or for the formation of the smoke mixtures according to the invention may also be arranged on balloons, on drilling rigs or other z. B. purpose-built for this purpose flying, floating or land-based facilities. Hot air balloons are preferred for the balloons. Preferred hot gas is heated air. The hot gas may, for. B. by transferring the heat released in the combustion of sulfur and iron-containing fuels to the air. The combustion of fuels according to the invention, in the form of solutions, melts or aerosols, may also be e.g. B. happen with oil burners. Gaseous sulfur phases, such as. As hydrogen sulfide, can be burned together with liquid iron-organic phases by the liquid phase is atomized in the gaseous phase and then subsequently burned.
Vorteile der erfindungsgemäßen Brennstoff-Verbrennung:Advantages of the fuel combustion according to the invention:
1. Das Rauchaerosol bewirkt eine beschleunigte Rußagglomeration und Oxidation. Das minimiert die durch Ruß bedingte Atmosphärenerwärmung.1. The smoke aerosol causes accelerated Rußagglomeration and oxidation. This minimizes soot-induced atmospheric heating.
2. Der Rauch generiert beschleunigt Schwefelsäure, Sulfat und Eisen enthaltende, wasserdampfbindende Aerosolpartikel. In feuchter Luft bilden sich daraus Wolken mit hohem Weißgrad, die das Sonnenlicht mit hohem Wirkungsgrad zurückwerfen.2. The smoke accelerates generating sulfuric acid, sulfate and iron-containing, water vapor-binding aerosol particles. In humid air, clouds with a high degree of whiteness are formed, which reflect the sunlight with high efficiency.
3. Der Rauch verursacht intensivierte chemische und photochemische Reaktionen mit den Atmosphärilien Chlorid, schwefel- und chlorhaltige organische Verbindungen, Chlorwasserstoff, Wasserstoffperoxid, organische Säuren, Wasserdampf, Stickoxide und Sonnenlicht. Das bewirkt seine Anreicherung mit Chlor-, Hydroxyl- und stickstoffhaltigen Radikalen in besonders hoher Ausbeute . Davon insbesondere die Chlor- und Hydroxylradikale beschleunigen den Methanabbau.3. The smoke causes intensified chemical and photochemical reactions with the atmospheres chloride, sulfur and chlorine containing organic compounds, hydrogen chloride, hydrogen peroxide, organic acids, water vapor, nitrogen oxides and sunlight. This causes its enrichment with chlorine, hydroxyl and nitrogen-containing radicals in a particularly high yield. Of these, in particular the chlorine and hydroxyl radicals accelerate the methane degradation.
4. Der Rauch verfügt über eine intensivierte kataly- tische und photokatalytische Oxidationsbeschleuni- gung der organischen Atmosphärilien zu Kohlendioxid, und zwar ohne dazu jene Hydroxylradikale abzubauen, die im rauchfreien Bereich zum Abbau der organischen
Atmosphärilien verbraucht werden. Das beschleunigt wiederum den Methanabbau.4. The smoke has an intensified catalytic and photocatalytic oxidation acceleration of the organic atmosphere to carbon dioxide, without breaking down those hydroxyl radicals which in the smoke-free region decompose the organic Atmospheres are consumed. This in turn accelerates methane degradation.
5. Auf das Meer gefallen führt die wasserlösliche Eisenfraktion des Rauchs zu spontanen Algenblüten. Das bewirkt atmosphärische Mehrbildung methanabbauender Chlorradikale durch algenstämmige Dichlor- methanbildung. Die Algenblüten binden Kohlendioxid als organische Kohlenstoffmasse, die sich im Meeresbodensediment in festes Methanhydrat und Kerogen umwandelt .5. Falling into the sea, the water-soluble iron fraction of the smoke leads to spontaneous algal blooms. This causes atmospheric formation of methane-degrading chlorine radicals by algae-based dichloromethane formation. The algal blooms bind carbon dioxide as an organic carbon mass, which transforms into solid methane hydrate and kerogen in the seabed sediment.
6. Die Verbrennung der erfindungsgemäßen Brennstoffe erfolgt direkt. Zur Bildung des erfindungsgemäßen Rauchgemischs können Brennstoffe auch zweistufig verbrannt werden, z. B. indem die eisenreiche Brennstoff-Komponente im heißen Verbrennungsabgasstrahl der schwefelreichen Brennstoff-Komponente erfolgt.
6. The combustion of the fuels according to the invention takes place directly. To form the smoke mixture according to the invention, fuels can also be burned in two stages, for. B. by the iron-rich fuel component takes place in the hot combustion exhaust gas of the sulfur-rich fuel component.