WO2008128831A1 - Verfahren und vorrichtung zur verringerung des co2-gehalts in der luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verringerung des co2-gehalts in der luft Download PDF

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WO2008128831A1
WO2008128831A1 PCT/EP2008/053195 EP2008053195W WO2008128831A1 WO 2008128831 A1 WO2008128831 A1 WO 2008128831A1 EP 2008053195 W EP2008053195 W EP 2008053195W WO 2008128831 A1 WO2008128831 A1 WO 2008128831A1
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WO
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biomass
pyrolysis
air
burner
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PCT/EP2008/053195
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Jörg COLLISI
Michael Hoetger
Original Assignee
Collisi Joerg
Michael Hoetger
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to a device for reducing the CO 2 content in the air by producing charred biomass.
  • the invention further relates to a method for reducing the CO 2 content in the air by producing charred biomass with the steps:
  • CO 2 neutral, non-fossil fuels are used. These fuels produced from biomass, for example wood, corn or oilseed rape, also form CO 2 during combustion. This was previously bound by photosynthesis from the atmosphere. The known measures are at best
  • WO 01/18151 A1 discloses a method for storing solar energy while reducing the CO 2 content of the air.
  • charcoal is produced from wood and most of it is stored permanently, for example in bunkers, coal, ore or salt mines. The production of the charcoal is carried out in batch mode by known methods.
  • Such plants are, for example, maize, rapeseed, fodder beet, hemp, miscanthus, sugar cane, algae and fast-growing trees, such as poplars and
  • the pyrolysis of the biomass is carried out in batch mode, i. discontinuously, as for example in DE 29 52 307 A1 for comminuted
  • Wood is described.
  • the document further discloses a continuous embodiment of a pyrolysis process by connecting several apparatuses with different phases in series.
  • a disadvantage of known methods and devices is that the batch operation is not suitable for amounts that lead to a significant reduction of the CO 2 content in the atmosphere.
  • Such a device operates in continuous operation.
  • the conveyor line passes through a pyrolysis device in which the biomass is charred in a plurality of channels under elevated pressure.
  • the biomass reaches a considerable density in the channels. Since the biomass in the channels does not come into contact with additional oxygen, the risk of explosion is considerably reduced. The formation of undesirable by-products, such as tar or the like is avoided.
  • the device is particularly suitable for biomass which, unlike the wood used in known charcoal mills, has no wood content.
  • the device is thus particularly suitable for the use of fast-growing energy crops. If desired, these plants can be placed directly on the conveyor line after shredding in a shredder. With a screw conveyor, the biomass in the
  • the channels are provided with lateral openings for discharging pyrolysis gas.
  • the pyrolysis gas can then be collected and reused.
  • the openings can open in a common collecting device.
  • the collecting device can be connected via a channel with a burner for the heat supply of the pyrolysis. In this way, at least a portion of the pyrolysis gases is used to heat the pyrolysis. Of course, there is also the possibility of liquefying the pyrolysis gases and other uses.
  • the hot exhaust gas of the burner heat exchanger for preheating the oxygen supplying the burner ambient air.
  • oxygen is needed in addition to a fuel. This oxygen is supplied from the ambient air.
  • the ambient air can be done to the burner via a supply channel.
  • the supply channel for ambient air to the burner is guided over the end region of the conveying path for cooling the charred biomass. The ambient air therefore initially absorbs the heat of the charring product at the end of the conveying path. This cools
  • means are provided for supplying the burner with additional or alternative fuel.
  • This supply of additional or alternative fuel allows influencing the combustion behavior in the burner and easy starting of the pyrolysis reaction on the conveyor line.
  • the conveyor line has a screw conveyor, which biomass continuously fed and the biomass can be pressed with the common screw conveyor into the channels.
  • the inventive method for reducing the CO 2 content in the air by producing charred biomass solves the problem in that
  • the biomass is predominantly made up of C4 plants or cereals.
  • the invention is based on the finding that especially the biomass, which has a high efficiency with respect to the binding of carbon for the industrial scale, is also particularly well suited for the continuous operation of a pyrolysis device.
  • the biomass has a water content below 25 wt .-%, in particular below 12 wt .-%.
  • Biomass with a low water content has a high carbon content and does not need to be dried before charring. Furthermore, the water consumption during cultivation is low. Since water shortage prevails in sunny regions in particular, low-water biomass is particularly cost-effective to grow, because the sunlight causes a high growth rate and CO 2 bond.
  • the biomass is selected from the group of C4 plants: bamboo, algae, corn, sorghum, grasses, cereals, rapeseed.
  • C4 plants are understood to be plants which, in comparison with C3 plants, produce more rapid photosynthesis
  • Wheat is particularly preferably used.
  • the alga Sargossum muticum is particularly preferred.
  • the biomass is Switchgrass or E-Grass.
  • the biomass is formed from plants with fruits.
  • the fruits may be used for nutritional purposes or the like. This avoids the lack of acreage.
  • the biomass is harvested after the first growth phase. This increases the economic efficiency of the acreage.
  • the amount of bound CO 2 is higher in young plants than in old plants.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an apparatus for producing charred biomass with continuous operation.
  • FIG. 2 is a plan view of the conveying path of the device of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a plan view of the conveying path of the device of FIG. 1.
  • biomass is cultivated on a conventional cultivation area.
  • the biomass is not made of wood, but of C4 plants, such as wheat and bamboo. Depending on the region will be in
  • Equator near plants with low water requirement and low water content used.
  • the plants are harvested immediately after the first growing season.
  • alga Sargossum muticum Part of the biomass is the alga Sargossum muticum. This alga is obtained in the sea, especially in regions of high solar radiation from water with undesirably high nitrate and phosphate content and dried.
  • the biomass is crushed in a simple shredder.
  • the minced plants 10 are fed via a funnel 12 into a charring device 14. This can be done via conventional conveyors.
  • the hopper 12 opens into a housing 16.
  • a screw conveyor 18 shown schematically is provided in the housing 16.
  • the rotating auger 18 promotes the biomass in
  • the pyrolysis path 20 is shown in Fig. 2 in a plan view. It can be seen that the housing 16 at the end of the screw conveyor 18 expands and in a variety of
  • Channels 24 opens.
  • the biomass is forced through these comparatively narrow channels.
  • an increased pressure in relation to ambient pressure builds up inside.
  • the input-side part 26 of the channels 24 is heated.
  • a burner 28 is provided.
  • the hot exhaust gas produced by the burner has a temperature in the range of 500 ° C. At this temperature, pyrolysis of the biomass takes place. The biomass charred to solid carbon and pyrolysis gases.
  • the channels have openings 30. These openings open into a collecting device 32.
  • the collecting device 32 opens into a pipe 34.
  • the pyrolysis gases released during the pyrolysis of the biomass exit through the openings 30 from the channels 24 and are collected in the collecting device 32.
  • the combustible pyrolysis gases are used directly for the operation of the burner 28 and fed into this.
  • the burner 28 is further connected via a feed line 36 to a fuel reservoir (not shown).
  • a fuel reservoir not shown.
  • the hot exhaust gases generated in the burner 28 are initially used to heat the pyrolysis line 20. They are then collected in a trigger 38. This deduction 38 acts on a heat exchanger 40. The residual heat contained in the oxygen-poor exhaust gases is transferred in the heat exchanger 40 to the burner 28 supplied, oxygen-rich fresh air. Subsequently, the exhaust gases 44 are released to the environment.
  • the fresh air symbolized by arrows 42, is received via a fresh air supply 46 in the system 14. If necessary, a fan or the like is used here.
  • the cold fresh air acts on the outlet-side part 48 of the channels 24. In this way, a preheating of the fresh air is achieved on the one hand. On the other hand, the charred biomass is cooled before leaving the device.
  • Fresh air is further heated in the heat exchanger 40 in the manner described above. As a result, the device operates particularly low energy.
  • Unused pyrolysis gas is diverted from the pipe 34, liquefied and is then available after fractional distillation for further use.
  • the biomass is charred in the first part of the channels 24. This results in a charring product, which consists predominantly of unbound carbon.
  • the char is cooled and exits the device at the end 50. There it is collected. Since the pyrolysis process is largely free of oxygen, there is no risk of reaction with the pyrolysis gases. Accordingly, the risk of explosion is avoided.
  • the increased pressure built up in the channels 24 causes the formation of particularly desirable pyrolysis products and avoids the formation of long-chain tars and the like.
  • the carbonization product is stored permanently in coal mines as deposits. It will be appreciated that portions of the char product may serve as an energy reserve or as an exchange product for existing natural coal reserves, which then remain unsupported underground.
  • the permanent storage leads to the effective reduction of the CO 2 content in the air.
  • the possibility of large-scale use of biomass with high CO2 binding capacity thus allows the reduction on a climate-relevant scale.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung des CO2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse, enthaltend eine Pyrolyseeinrichtung; und eine Förderstrecke zur kontinuierlichen Förderung von Biomasse durch die Pyrolyseeinrichtung; wobei die Förderstrecke eine Vielzahl von Kanälen zum Fördern von Biomasse unter Druck aufweist. Mit der Vorrichtung kann ein Verfahren durchgeführt werden, bei welchem der CO2-Gehalt in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse verringert wird. Das Verfahren erfolgt mit den Schritten: Erzeugung von Biomasse durch Photosynthese unter Verringerung des CO2-Gehalts in der Luft; Zuführen der Biomasse in eine Pyrolyseeinrichtung; Umsetzung der Biomasse in ein Verkohlungsprodukt; und dauerhaftes Lagern zumindest eines Teils des Verkohlungsprodukts ohne Entwicklung von Treibhausgasen, wobei die Biomasse der Pyrolyseeinrichtung kontinuierlich zugeführt wird und die Biomasse überwiegend aus C4- Pflanzen oder Getreide gebildet sind.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERRINGERUNG DES CO2-GEHALTS IN DER LUFT
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse mit den Schritten:
(a) Erzeugung von Biomasse durch Photosynthese unter Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft
(b) Zuführen der Biomasse in eine Pyrolyseeinrichtung,
(c) Umsetzung der Biomasse in ein Verkohlungsprodukt, und
(d) Dauerhaftes Lagern zumindest eines Teils des Verkohlungsprodukts ohne Entwicklung von Treibhausgasen.
Die übermäßige Cθ2-Erzeugung z.B. bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen gilt als Verursacher des sogenannten Treibhauseffektes. Mit Treibhauseffekt wird die globale Erderwärmung beschrieben, welche zu einer nachhaltigen Klimaveränderung führt. Nach dem Kyoto -Protokol von 1997 zur Ausgestaltung der Klimarahmenkonvention UNFCCC der Vereinten Nationen zum Klimaschutz werden verbindliche Zielwerte für den Ausstoß von Treibhausgasen, insbesondere auch Kohlendioxid (CO2) festgelegt. Ziel derzeitiger Bestrebungen ist es, Cθ2-Emissionen zu verringern. Zu diesem Zweck werden Anstrengungen unternommen, den Energiebedarf zu verringern, etwa durch
Kraftfahrzeuge mit geringerem Kraftstoffverbrauch oder durch die Wärmeisolierung von Gebäuden. Weiterhin werden sogenannte Cθ2-neutrale, nicht-fossile Brennstoffe eingesetzt. Diese aus Biomasse, zum Beispiel Holz, Mais oder Raps, erzeugten Brennstoffe bilden bei der Verbrennung ebenfalls CO2. Dieses wurde zuvor durch Photosynthese aus der Atmosphäre gebunden. Die bekannten Maßnahmen sind bestenfalls
Cθ2-neutral. Eine Reduzierung des Cθ2-Gehalts in der Atmosphäre ist lediglich durch Neubepfianzung möglich.
Stand der Technik
Aus der Veröffentlichung W. Seifritz, „Should we störe Carbon in Charcoal" Int. J. Hydrogen Energy, Bd. 18, Nr. 5, 405 (1993) ist es bekannt, den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu reduzieren, indem Holzkohle im Batchbetrieb in Holzkohlemeilern erzeugt und dauerhaft gelagert wird. Holzkohle verrottet nicht unter Cθ2-Bildung und ist somit dauerhaft lagerbar.
Die WO 01/18151 Al (Schenck) offenbart ein Verfahren zur Speicherung von Solarenergie unter Verminderung des Cθ2-Anteils der Luft. Auch hier wird Holzkohle aus Holz erzeugt und der überwiegende Teil dauerhaft, zum Beispiel in Bunkern, Kohle, Erz oder Salzbergwerken gelagert. Die Herstellung der Holzkohle erfolgt im Batch-betrieb nach bekannten Verfahren.
Aus der Herstellung von Biokraftstoffen ist die Verwendung von sogenannten
„Energiepfianzen" bekannt. Derartige Pflanzen sind zum Beispiel Mais, Raps, Futterrüben, Hanf, Chinaschilf, Zuckerrohr, Algen und schnellwachsende Bäume, wie Pappeln und
Weiden. Ein Bioreaktor zur Erzeugung von Biokraftstoff ist zum Beispiel von gs- Cleantech (http://www.gs-cleantech.com/product_desc.php?mode=3 am 22. März 2007) bekannt.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfolgt die Pyrolyse der Biomasse im Batchbetrieb, d.h. diskontinuierlich, wie es etwa in der DE 29 52 307 Al für zerkleinertes
Holz beschrieben ist. Die Druckschrift offenbart ferner eine kontinuierliche Ausgestaltung eines Pyrolyseverfahrens durch Hintereinanderschalten mehrerer Apparaturen mit verschiedenen Phasen.
Nachteilig bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es, dass der Batch-Betrieb nicht für Mengen geeignet ist, die zu einer nennenswerten Reduzierung des Cθ2-Gehalts in der Atmosphäre führen.
Weiterhin erfolgt die Verkohlung der Biomasse im Allgemeinen drucklos und unter Luftatmosphäre. Bei diesen Bedingungen entstehen unerwünschte Teerprodukte.
Außerdem entstehen Gase, die bei Vorhandensein von Sauerstoff in der Luft zu einer erheblichen Explosionsgefahr führen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welcher der Cθ2-Gehalt in der Luft in großen Mengen und ohne Gefahr durch Erzeugung verkohlter Biomasse reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst enthaltend:
(a) eine Pyrolyseeinrichtung; und
(b) eine Förderstrecke zur kontinuierlichen Förderung von Biomasse durch die
Pyrolyseeinrichtung; wobei (c) die Förderstrecke eine Vielzahl von Kanälen zum Fördern von Biomasse unter Druck aufweist.
Eine solche Vorrichtung arbeitet im kontinuierlichen Betrieb. Die Förderstrecke läuft durch eine Pyrolyseeinrichtung, in welcher die Biomasse in einer Vielzahl von Kanälen unter erhöhtem Druck verkohlt wird. Die Biomasse erreicht in den Kanälen eine erhebliche Dichte. Da die Biomasse in den Kanälen nicht mit zusätzlichem Sauerstoff in Verbindung kommt, wird die Explosionsgefahr erheblich verringert. Auch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, wie Teer oder dergleichen wird vermieden.
Die Vorrichtung eignet sich besonders für Biomasse, die, anders als das in bekannten Holzkohlemeilern eingesetzte Holz, keine Holzanteile aufweist. Die Vorrichtung ist also insbesondere für die Verwendung von schnellwachsenden Energiepflanzen geeignet. Dies Pflanzen können ggf. nach einfacher Zerkleinerung in einem Schredder direkt auf die Förderstrecke gegeben werden. Mit einer Förderschnecke kann die Biomasse in die
Kanäle gedrückt werden.
Vorzugsweise sind die Kanäle mit lateralen Öffnungen zum Auslassen von Pyrolysegas versehen. Das Pyrolysegas kann dann aufgefangen und weiter verwendet werden. Insbesondere können die Öffnungen in einer gemeinsamen Auffangvorrichtung münden.
Die Auffangvorrichtung kann über einen Kanal mit einem Brenner für die Wärmeversorgung der Pyrolyseeinrichtung verbunden sein. Auf diese Weise wird zumindest ein Teil der Pyrolysegase zur Beheizung der Pyrolyseeinrichtung verwendet. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Pyrolysegase zu verflüssigen und anderen Verwendungen zuzuführen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein von dem heißen Abgas des Brenners beaufschlagten Wärmetauscher zur Vorwärmung der den Brenner mit Sauerstoff versorgenden Umgebungsluft vorgesehen. In dem Brenner wird neben einem Brennstoff auch Sauerstoff benötigt. Dieser Sauerstoff wird aus der Umgebungsluft zugeführt. Durch Vorwärmung der Umgebungsluft in dem Wärmetauscher kann der Energiebedarf der Pyrolyseeinrichtung weiter gesenkt werden. Die Umgebungsluft kann dem Brenner über einen Zufuhrkanal erfolgen. Vorzugsweise ist der Zufuhrkanal für Umgebungsluft zum Brenner über den Endbereich der Förderstrecke zur Kühlung der verkohlten Biomasse geführt. Die Umgebungsluft nimmt also zunächst die Wärme des Verkohlungsprodukts am Ende der Förderstrecke auf. Dabei kühlt das
Verkohlungsprodukt in erwünschter Weise ab. Anschließend wird die Umgebungsluft durch den Wärmetauscher geleitet, wo sie weiter erhitzt wird. Erst dann wird die heiße Luft dem Brenner zugeführt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Versorgung des Brenners mit zusätzlichem oder alternativem Brennstoff vorgesehen. Diese Versorgung mit zusätzlichem oder alternativem Brennstoff erlaubt die Beeinflussung des Brennverhaltens im Brenner und ein einfaches Starten der Pyrolysereaktion auf der Förderstrecke.
Vorzugsweise weist die Förderstrecke eine Förderschnecke auf, welcher Biomasse kontinuierlich zuführbar und die Biomasse mit der gemeinsamen Förderschnecke in die Kanäle pressbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse löst die Aufgabe dadurch, dass
(e) die Biomasse der Pyrolyseeinrichtung kontinuierlich zugeführt wird und
(f) die Biomasse überwiegend aus C4-Pflanzen oder Getreide gebildet sind.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass gerade die Biomasse, die für den großtechnischen Maßstab eine hohe Effizienz bezüglich der Bindung von Kohlenstoff aufweist, auch für den kontinuierlichen Betrieb einer Pyrolyseeinrichtung besonders gut geeignet ist.
Bekannte Verfahren sind für den erforderlichen großtechnischen Maßstab ungeeignet. Der kontinuierliche Betrieb mit C4-Kohlenstoff-bindenden Pflanzen führt zu einer wesentlich höheren Cθ2-Bindungsrate bei gleicher Anbaufläche. Dabei erfolgt die Umsetzung der Biomasse vorzugsweise unter einem gegenüber Umgebungsdruck erhöhten Druck und unter weitgehendem Luftabschluss. Dies vermeidet die Explosionsgefahr und unerwünschte Nebenprodukte.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Biomasse einen Wasseranteil unterhalb von 25 Gew.-%, insbesondere unterhalb von 12 Gew.-% auf. Biomasse mit einem geringen Wasseranteil haben einen einen hohen Kohlenstoffgehalt und müssen vor der Verkohlung nicht getrocknet werden. Weiterhin ist der Wasserbedarf beim Anbau gering. Da gerade in sonnenreichen Regionen häufig Wasserknappheit herrscht, ist gerade wasserarme Biomasse besonders kostengünstig anbaubar, denn die Sonneneinstrahlung bewirkt eine hohe Wachstumsrate und Cθ2-Bindung.
Vorzugsweise ist die Biomasse ausgewählt aus der Gruppe der C4-Pflanzen: Bambus, Algen, Mais, Sorgho, Gräser, Getreide, Raps. Unter C4-Pflanzen werden Pflanzen verstanden, die im Vergleich zu C3 -Pflanzen eine schnellere Photosynthese bei mehr
Wärme und Licht (aber u. U. kürzeren Tagen) durchführen und bei denen sich ein weiterer
Weg zur Cθ2-Fixierung entwickelt hat. Besonders bevorzugt wird Weizen verwendet.
Alternativ wird die Alge Sargossum muticum besonders bevorzugt. In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Biomasse Switchgrass oder E-Grass.
Vorzugsweise ist die Biomasse aus Pflanzen mit Früchten gebildet. Die Früchte können einer Verwendung zu Ernährungszwecken oder dergleichen verwendet werden. Dies vermeidet den Mangel an Anbaufläche.
Vorzugsweise wird die Biomasse nach der ersten Wachstumsphase geerntet. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Anbaufläche erhöht. Die Menge an gebundenem CO2 ist bei jungen Pflanzen höher als bei alten Pflanzen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das
Verkohlungsprodukt an ehemaligen Kohle-Lagerstätten dauerhaft gelagert. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausfuhrungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung verkohlter Biomasse mit kontinuierlichem Betrieb.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Förderstrecke der Vorrichtung aus Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Atmosphäre in Klima-relevantem Umfang wird Biomasse auf einer üblichen Anbaufläche angebaut. Die Biomasse besteht nicht aus Holz, sondern aus C4-Pflanzen, beispielsweise Weizen und Bambus. Je nach Region werden in
Äquatornähe Pflanzen mit geringem Wasserbedarf und geringem Wassergehalt verwendet.
Die Pflanzen werden unmittelbar nach der ersten Wachstumsperiode geernet.
Anschließend wird neue Biomasse gesät bzw. gepflanzt.
Ein Teil der Biomasse ist die Alge Sargossum muticum. Diese Alge wird im Meer, insbesondere in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung aus Wasser mit unerwünscht hohem Nitrat- und Phosphatgehalt gewonnen und getrocknet.
Eine Vorbehandlung, wie zersägen oder dergleichen, wie dies bei Holz der Fall ist, ist nicht erforderlich. Die Biomasse wird in einem einfachen Schredder zerkleinert. Die zerkleinerten Pflanzen 10 werden über einen Trichter 12 in eine Verkohlungseinrichtung 14 zugeführt. Dies kann über übliche Fördereinrichtungen erfolgen. Der Trichter 12 mündet in einem Gehäuse 16. In dem Gehäuse 16 ist eine schematisch dargestellte Förderschnecke 18 vorgesehen. Die rotierende Förderschnecke 18 fördert die Biomasse in
Richtung einer Pyrolysestrecke 20. Ein Auslass 22 für eventuell vorhandene Flüssigkeit in der Biomasse ist am entgegengesetzten Ende der Förderschnecke 18 im Gehäuse 16 vorgesehen.
Die Pyrolysestrecke 20 ist in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt. Man erkennt, dass sich das Gehäuse 16 am Ende der Förderschnecke 18 aufweitet und in einer Vielzahl von
Kanälen 24 mündet. Die Biomasse wird durch diese vergleichsweise engen Kanäle gepresst. Dadurch baut sich ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck im Inneren auf.
Der eingangsseitige Teil 26 der Kanäle 24 ist beheizt. Zu diesem Zweck ist ein Brenner 28 vorgesehen. Das von dem Brenner erzeugte heiße Abgas hat eine Temperatur im Bereich von 5000C. Bei dieser Temperatur erfolgt eine Pyrolyse der Biomasse. Die Biomasse verkohlt zu festem Kohlenstoff und Pyrolysegasen.
Entlang der Pyrolysestrecke 20 weisen die Kanäle Öffnungen 30 auf. Diese Öffnungen münden in einer Auffangeinrichtung 32. Die Auffangeinrichtung 32 mündet in einem Rohr 34. Die bei der Pyrolyse der Biomasse freiwerdenden Pyrolysegase treten durch die Öffnungen 30 aus den Kanälen 24 aus und werden in der Auffangeinrichtung 32 aufgefangen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die brennbaren Pyrolysegase unmittelbar zum Betrieb des Brenners 28 genutzt und in diesen eingespeist.
Über ein Ventil 34 ist der Brenner 28 weiterhin über eine Zuleitung 36 mit einem Brennstoffreservoir (nicht dargestellt) verbunden. Durch geeignete Steuerung des Ventils kann somit bei Bedarf zusätzlicher oder alternativer Brennstoff zugeführt werden.
Die in dem Brenner 28 erzeugten heißen Abgase dienen zunächst der Beheizung der Pyrolysestrecke 20. Sie werden dann in einem Abzug 38 aufgefangen. Dieser Abzug 38 beaufschlagt einen Wärmetauscher 40. Die in den sauerstoffarmen Abgasen enthaltene Restwärme wird in dem Wärmetauscher 40 auf die dem Brenner 28 zugeführte, sauerstoffreiche Frischluft übertragen. Anschließend werden die Abgase 44 an die Umwelt abgegeben. Die Frischluft, symbolisiert durch Pfeile 42, wird über eine Frischluftzufuhr 46 in der Anlage 14 aufgenommen. Bei Bedarf wird hier ein Ventilator oder dergleichen eingesetzt. Die kalte Frischluft beaufschlagt den ausgansseitigen Teil 48 der Kanäle 24. Auf diese Weise wird zum einen eine Vorwärmung der Frischluft erreicht. Zum anderen wird die verkohlte Biomasse vor dem Verlassen der Vorrichtung abgekühlt. Die vorgewärmte
Frischluft wird in dem Wärmetauscher 40 auf oben beschriebene Weise weiter erwärmt. Dadurch arbeitet die Vorrichtung besonders energiearm.
Nicht genutztes Pyrolysegas wird aus dem Rohr 34 abgezweigt, verflüssigt und steht anschließend nach fraktionierter Destillation zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Die Biomasse wird im ersten Teil der Kanäle 24 verkohlt. Dabei entsteht ein Verkohlungsprodukt, das überwiegend aus ungebundenem Kohlenstoff besteht. Das Verkohlungsprodukt wird abgekühlt und tritt am Ende 50 aus der Vorrichtung aus. Dort wird es gesammelt. Da der Pyrolyseprozess weitgehend sauerstofffrei erfolgt, besteht keine Gefahr der Reaktion mit den Pyrolysegasen. Entsprechend wird die Explosionsgefahr vermieden. Der in den Kanälen 24 aufgebaute erhöhte Druck bewirkt die Bildung besonders erwünschter Pyrolyseprodukte und vermeidet die Bildung von langkettigen Teeren und dergleichen.
Das Verkohlungsprodukt wird in Kohlebergwerken als Lagerstätten dauerhaft gelagert. Es versteht sich, dass Teile des Verkohlungsproduktes als Energiereserve dienen kann oder als Austauschprodukt für vorhandene, natürliche Kohlereserven, die dann ungefördert unter Tage verbleibt.
Die dauerhafte Lagerung führt zur Effektiven Reduktion des Cθ2-Gehalts in der Luft. Die Möglichkeit des großtechnischen Einsatzes von Biomasse mit hoher CO2- Bindungsfähigkeit erlaubt somit die Reduktion in klimarelevantem Maßstab.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse, enthaltend
(a) eine Pyrolyseeinrichtung; und
(b) eine Förderstrecke zur kontinuierlichen Förderung von Biomasse durch die Pyrolyseeinrichtung; wobei
(c) die Förderstrecke eine Vielzahl von Kanälen zum Fördern von Biomasse unter Druck aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle mit lateralen Öffnungen zum Auslassen von Pyrolysegas versehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen in einer gemeinsamen Auffangvorrichtung münden und die Auffangvorrichtung über einen Kanal mit einem Brenner für die Wärmeversorgung der Pyrolyseeinrichtung verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen von dem heißen Abgas des Brenners beaufschlagten Wärmetauscher zur Vorwärmung der den Brenner mit Sauerstoff versorgenden Umgebungsluft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zufuhrkanal für Umgebungsluft zum Brenner vorgesehen ist, der vor dem Brenner über den Endbereich der Förderstrecke zur Kühlung der verkohlten Biomasse geführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Versorgung des Brenners mit zusätzlichem oder alternativem Brennstoff.
7. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke eine Förderschnecke aufweist, welcher Biomasse kontinuierlich zuführbar ist und die Biomasse mit der gemeinsamen Förderschnecke in die Kanäle pressbar ist.
8. Verfahren zur Verringerung des Cθ2-Gehalts in der Luft durch Erzeugung von verkohlter Biomasse mit den Schritten:
(a) Erzeugung von Biomasse durch Photosynthese unter Verringerung des CO2- Gehalts in der Luft
(b) Zuführen der Biomasse in eine Pyrolyseeinrichtung,
(c) Umsetzung der Biomasse in ein Verkohlungsprodukt, und
(d) Dauerhaftes Lagern zumindest eines Teils des Verkohlungsprodukts ohne
Entwicklung von Treibhausgasen,
dadurch gekennzeichnet, dass
(e) die Biomasse der Pyrolyseeinrichtung kontinuierlich zugeführt wird und
(f) die Biomasse überwiegend aus C4- Pflanzen oder Getreide gebildet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Biomasse unter einem gegenüber Umgebungsdruck erhöhten Druck erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Biomasse unter weitgehendem Luftausschluss erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse einen Wasseranteil unterhalb von 25 Gew.-%, insbesondere unterhalb von
12 Gew.-% aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse ausgewählt ist aus einer oder mehrerer Pflanzenarten der Gruppe: Bambus, Algen, Mais, Sorgho, Gräser, Getreide, Raps.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse aus Pflanzen mit Früchten gebildet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse Weizen oder die Alge Sargossum muticum ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse Switchgrass oder E-Grass ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse nach der ersten Wachstumsphase geerntet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkohlungsprodukt an ehemaligen Kohle-Lagerstätten dauerhaft gelagert wird.
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