WO2010075856A2 - Verfahren zur abkühlung der troposphäre - Google Patents

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WO2010075856A2
WO2010075856A2 PCT/DE2010/000002 DE2010000002W WO2010075856A2 WO 2010075856 A2 WO2010075856 A2 WO 2010075856A2 DE 2010000002 W DE2010000002 W DE 2010000002W WO 2010075856 A2 WO2010075856 A2 WO 2010075856A2
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halogen
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Franz Dietrich Meyer-Oeste
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Ries, Ernst
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G15/00—Devices or methods for influencing weather conditions

Definitions

  • the method is based on the addition of at least one gaseous or vaporous substance from the groups of inorganic chlorine and bromine compounds to the troposphere.
  • sea salt aerosols which act as Wolkenkondensationskeime.
  • sea salt aerosols can cause cloud formation in the atmosphere, the induced clouds are not part of the cloud type with high reflectivity and are therefore of low efficiency.
  • the inventive method solves the climate problem by the use of inorganic halogen-containing substances. It will demonstrate a technical route and a comprehensive technical teaching on how the troposphere can be enriched with climate-cooling halides, which are produced without combustion.
  • gas streams optionally warm or even cold gas streams, are charged with gaseous as well as vaporous inorganic halogen-containing substances. Subsequently, the now halogen-containing gas streams are emitted into the troposphere.
  • carrier gas gas in which the aerosols are formed by the process according to the invention or in which the aerosols are added by the process according to the invention.
  • carrier gas is understood here also quite generally the air flowing past a vehicle while driving on land, on the water or in the air. This also applies to the exhaust gases that flow through such a vehicle or flow out of such a vehicle.
  • the wind or a smoke, an exhaust gas or an exhaust air can act when the process is carried out at a fixed location. Examples are the exhaust fumes from chimneys and chimneys and the exhaust air from cooling towers.
  • halogen-containing substances added to the carrier gases are distinguished by at least one of the following properties and relate exclusively to halogen-containing substances from the group consisting of chlorine and bromine:
  • halogen-containing substances have at least one of the properties: hygroscopic,
  • the formation and release of the halogen-containing substances used for this purpose in the process sequence according to the invention is characterized by the feature that the halogen-containing substances are not produced in incineration plants in which oxygen or oxygen carriers or halogenated hydrocarbons are used as the oxidizing agent.
  • the procedure is characterized by at least one of the steps:
  • iron in the form of iron salts sets in Combination with chlorine in the form of chlorides by the Photo-Fenton process in the sunlight of the troposphere free chlorine radicals and hydroxyl radicals, which among other things initiate the methane oxidation in the troposphere according to the formula scheme of the single figure.
  • Iron triggers an elevated level of chlorine radicals, bromine radicals, and hydroxyl radicals in the troposphere through the photooxidation of chloride and bromide.
  • silicon promotes the multiplication and thus the assimilation of the green plankton.
  • the hygroscopic iron (III) salt aerosols raise the cloud formation rate, the specific cloud reflection and the cloud cover due to the raised condensation nuclei density, triggering additional cooling effects through their enhanced reflection.
  • the retarded coagulation of the iron salt aerosols activates the vertical currents in the clouds and thereby stimulates the formation of ice crystals. Ice formation in the clouds leads to the freezing concentration of the liquid coating of iron halide solution spread over the snowcrystal surface.
  • the freezing concentration of the iron halide solution triggers additional activation of the cooling photooxidation processes.
  • the precipitate from the aerosols of soluble iron salts and oxide-bound silicon finally stimulate diatom blooms as growth-promoting deficiency elements in the ocean, which converts the assimilative carbon dioxide transformation into organic carbon mass and the metabolic carbon dioxide transformation into carbonaceous carbon mass by additional formation of the animal, calcite and aragonite, raises vegetable and bacterial peel, skeletal and scaffold substance.
  • the rate of formation of the sediment-fixed carbon after sedimentation on the ocean floor increases as limestone, methane hydrate and kerosene.
  • the active elements are used as substances which have the following physical properties: they are gaseous or have a boiling point below 500 0 C or below 500 0 C and above 40 0 C. at least one measurable vapor pressure.
  • the preferred bonding forms of the active elements are substances from the group: FeCl 3 , FeCl 3 .6H 2 O, FeBr 3 , FeBr 3 .6H 2 O, SiCl 4 , SiBr 4 , Br 2 , Cl 2 , BrCl, S 2 CI 2 , SCI 2 , S 2 Br 2 , SBr 2 , HBr, HCl, NH 4 Cl, NH 4 Br, sea salt, oxalyl chloride, oxalyl bromide, oxalic acid, formyl chloride, formic acid, ammonium oxalate, ammonium hydrogen oxalate, ammonium formate.
  • suitable volatile acids and bases or volatile bases and acid precursors such.
  • NH 3 and its aqueous solutions (NH 4 ) 2 CO 3 and SO 2 for pH conditioning of the active ingredient-containing aerosols.
  • At least one bonded active element is brought into contact with a carrier gas in one or more of the states steam, melt, solution, dispersion, mist, melt on solid carriers and / or solid on solid carriers at a temperature of preferably below 500 ° C. that the active element forms an active ingredient-containing gas mixture with the carrier gas.
  • a contact temperature is preferably selected in which the concentration of iron as FeCl 3 vapor in a dry gas at least 10 "4 mass fractions iron By contact temperature is meant the temperature prevailing at the point where the carrier gas is brought into contact with iron (III) chloride.
  • Hot or hot carrier gases are only necessary if the heat content of the carrier gas to be used for the evaporation of active element compounds. If the active ingredient compounds are added to the carrier gas as gas from the outset, cold carrier gases can also be used.
  • the content of the individual active elements in the carrier gas is preferably regulated by their addition to the carrier gas.
  • the carrier gas is enriched with all active elements in the predetermined concentration. The enriched with the Wirkeleme ⁇ ten carrier gas is then emitted into the troposphere.
  • the active elements can already pass in the carrier gas, or in their emission into the troposphere or only within the atmosphere from the gas phase into an aerosol phase whose particles or droplets are composed can be from one or more phases. These may consist of a hydrolyzed liquid phase, a solid to liquid salt phase or a liquid salt solution phase.
  • the carrier gas used is a flue gas or another gas stream.
  • the method according to the invention is furthermore characterized in that the aerosol emission into the troposphere occurs from at least one location, but preferably from a plurality of stationary and / or several moving locations.
  • the permanent active ingredient-containing gases such. B. elemental chlorine, hydrogen bromide or hydrogen chloride are preferably added to a carrier gas stream before they are added to the troposphere.
  • the mass of the active ingredient-containing substance emitted per unit time in accordance with the method according to the invention and / or the concentration of the active ingredient-containing substance in the emitted carrier gas is preferably dimensioned such that any existing emission regulations that are valid according to country, region and / or location are not violated.
  • the concentration of the active ingredient-containing aerosol is preferably such that the selected ratio of the emitted active element mass to the emitted carrier gas mass is at least 10 "6 , but preferably exceeds 10 " 5 .
  • the concentration of active element emission in off-shore areas can, however, preferably reach the ratio value of the emitted active element mass to the emitted carrier gas mass of 10 ° under suitable stormy weather conditions, but should preferably not exceed it.
  • the preferred ratio of emitted active element mass to emitted carrier gas mass is in the range between 10 "5 and 10 " 3 .
  • the mass ratios of the active elements in the carrier gas should preferably be within predetermined limits:
  • the proportion of the element bromine is less as a percent of the chlorine content in the carrier gas.
  • the chlorine content should be greater than the iron content in the carrier gas.
  • the carbon contents in the form of oxalate and formate are smaller than the iron content.
  • the silicon content should be equal to or greater than the iron content.
  • the residence time of finely divided aerosols in the troposphere is months to years. Therefore, the troposphere can be considered as a more or less mixed uniform chemical-physical reaction space.
  • the introduction of the additives into the troposphere can therefore be done from any location. This is done as well as the introduction of the halogen-containing aerosols preferably by means of carrier gases.
  • Preferred for the compensation of halogen losses from the tropospheric aerosols are the gaseous and vaporous halogen-containing substances such. As chlorine, bromine, bromine chloride, chlorine oxides, bromine oxides.
  • Iron (III) chloride as vapor and as aerosol solutions of iron (III) chloride and other iron salts as well as precipitated suspensions of iron (III) oxide hydrate and iron (II) sulfide are preferred for the compensation of iron losses from the tropospheric aerosols.
  • Preferred for the compensation of Oxalatpressiveen from the tropospheric aerosols are the vaporous halogen-containing substances such.
  • oxalyl chloride, oxalic acid, and ammonium oxalate are the vaporous halogen-containing substances such.
  • silicon tetrachloride and silicon tetrabromide are the vaporous halogen-containing substances such.
  • the particle diameter of the aerosol particles produced by the variant of the process according to the invention described in the main claim is in air at a relative moisture content of less than 30% and well below 1 ⁇ m. At this particle size, the aerosols have a maximum residence time in the atmosphere, which can be more than a year.
  • the pH of the halo-, iron- and oxalate-containing aerosol particles in contact with water is below pH 4.5 and above pH 0, the aerosol has a maximum effect as condensation nuclei for the tropospheric water vapor.
  • this pH range such as between pH 4.5 and pH 2.5, is also the optimum of chlorine radical formation and hydroxyl radical formation in the photo-Fenton reaction cycle depicted in the single-figure formula scheme.
  • the addition of the active elements in the carrier gas, with which they reach the troposphere is done according to the preferred variant of the method according to the invention, which is described in the main claim, in the following manner:
  • Hersannon the active ingredient-containing finely divided aerosol is the entry of Wirkelement- compounds in a carrier gas such that it is initially added to the carrier gas completely in the vapor state or introduced as a gas in the carrier gas.
  • all active elements in the carrier gas can be entered: iron preferably as FeCl 3 , silicon preferably as SiCl 4 , chlorine preferably as FeCl 3 , Cl 2 , BrCl or as SiCl 4 , preferably bromine as SiBr 4 , Br 2 , BrCl and Carbon preferably as oxalyl chloride, oxalic acid or ammonium oxalate.
  • the entry of the active elements chlorine and bromine can also be in the form of hydrogen halides or in the form of other inorganic volatile compounds such. In the form of sulfur halides.
  • the entry of the active ingredient compound in the carrier gas is preferably carried out by controlled transfer of the active ingredient compounds in the gas phase and release of the active ingredient gas phase formed in the carrier gas.
  • each presented in storage containers as liquids, solutions, melts or solids active element compounds z. B. are evaporated by means of electrical heating elements or inductively in each controlled mass per unit time and the resulting active element vapor are then introduced into the carrier air flow.
  • Particularly preferred is the electrolysis of saline solutions as a means of producing the gaseous elemental halogens and the bromochloride.
  • wicking method Another preferred method of contacting the active element compounds with the carrier gas is the wicking method. This can then be applied when hot carrier gas such.
  • a wick acting as a wick cord is passed through each presented in the containers as liquid or melt active element connections, which is wetted with the respective liquid and then brought in such contact with hot carrier gas that the adhering thereto Active compound completely evaporated.
  • a further preferred possibility is the respective passage of a respective measured gas flow through the storage containers, in which the presented as liquids, solutions, melts or heated solids active element compounds.
  • the metered gas streams saturate with the respective active element compound at a predetermined temperature and are then introduced into the carrier gas stream.
  • oxalic acid may also be applied to the wick as a solution in formic acid and / or in water.
  • the preferred active element compounds FeCl 3 , SiCl 4 , SiBr 4 , oxalyl chloride, oxalic acid, aqueous oxalic acid solution and formic acid are highly corrosive liquids, especially in the heat.
  • materials which are touched by the hot active element compounds z.
  • ceramics, glass, enamel, or special steels, as wicking materials are z.
  • glass or ceramic fibers In addition to the materials mentioned are suitable for correspondingly lower temperature stress corrosion-resistant plastics such.
  • polyolefins polyvinyl chloride and Teflon.
  • the particularly preferred pH of the aerosol can be adjusted in the slightly acidic range between pH 2 and pH 4.5.
  • halogens added as elements are not subject to radical photolytic cleavage until they enter the troposphere. They are then reduced by the reducing atmosphere to hydrogen halide, to then be oxidized again by the iron salt-containing aerosols to halogen radicals.
  • the electrolysis of seawater in particular.
  • the seawater electrolysis can be designed to be particularly energy-saving and beneficial for the climate: In the seawater electrolysis, the products a) to c) arise.
  • Product a) consists of chlorine, bromine and bromine chloride in the form of a gaseous vapor mixture, which is discharged into the troposphere with a suitable carrier gas stream to compensate for the halogen loss of the iron salt aerosols.
  • the halogens react primarily under the influence of sunlight in the troposphere with the methane to form hydrogen halide and carbon dioxide.
  • the hydrogen halide formed then forms iron halide salts with the iron content of the aerosols.
  • Product b) consists of an alkali which contains alkali metal hydroxides and alkali metal carbonates in the form of a liquid aqueous solution.
  • This solution is preferably introduced into the sea and precipitates there in the seawater in excess carbonic acid as alkaline earth carbonates.
  • the precipitated alkaline earth carbonates sink to the bottom of the sea and remain there as limestone and dolomitic sediment.
  • Product c) consists of gaseous hydrogen.
  • the hydrogen is preferably introduced into a fuel element. There it is reacted with oxygen or with air to water to generate electric current.
  • the electric power can either be supplied to the electrical energy industry or in turn be used for seawater electrolysis.
  • the electrolytically produced hydrogen can be burned for heat generation.
  • the heat generated can be used to preheat the reactors, in which from the electrolytically produced halogen z. B. which are also prepared in accordance with the inventive method in vapor form the carrier gas stream zusetzbaren halogen compounds.
  • halogen compounds iron (III) halides, silicon tetrahalides and sulfur halides.
  • the respective reactants it is preferably at least one lumpy solid starting material from the group of iron scrap, titanium scrap, sulfur iron, iron silicide, titanium silicide, silicon, either individually in a reactor or more together in a reactor preheated to a temperature of preferably 400 to 650 0 C and then passed the electrolytically produced chlorine gas in this temperature range through the respective reactor.
  • the abovementioned halides are formed as steam, which can be added directly to the carrier gas by the process according to the invention.
  • the chlorine gas inlet is metered so that the produced halide vapor still has a proportion of unreacted chlorine gas.
  • An elemental sulfur melt, into which chlorine gas is introduced, is also suitable here as starting material for the production of the sulfur halide vapor.
  • the less preferred mechanical production of the aerosol containing the active elements in the carrier gas is that variant of the method according to the invention in which the conversion of the halogen-containing substances in the gas phase is incomplete or completely omitted or in which such unverdampfbaren iron compounds are converted into the aerosol form, the first in the free troposphere to be converted into halogen salts.
  • This variant will be described here anyway, since it is suitable for industrial by-products such.
  • precipitated fine-particle iron oxide hydrate sludges from pickling plants or waterworks and hydrogen sulphide precipitated as iron sulphide sludge from gas desulphurisation as well as salts and salt solutions of bivalent iron from iron pickling and titanium dioxide production can be advantageously used in the process according to the invention.
  • the aerosol formation takes place here by intensive atomization of an aqueous solution or aqueous dispersion, preferably containing less than 20 percent by weight evaporation residue, into the carrier gas.
  • the active element iron lies in one or more of the states dissolved iron (III) chloride, dissolved iron (III) bromide, dissolved iron (II) chloride, dissolved iron (II) bromide, iron (II) sulfate, iron (II) ammonium sulfate, suspended iron (III) oxide hydrate, suspended iron (II) sulfide.
  • sufficiently small aerosol particles can also be with evaporation residue concentrations in the liquids to be atomized of up to 20 percent.
  • those carrier gases which are already enriched with salt aerosols, halogens, hydrogen halides or else with iron-sclerogenic aerosols are also suitable for the process according to the invention.
  • So z. B. a salzaerosol-containing carrier gas stream, which has been produced by the fogging of seawater as a halogen source, are enriched according to the invention with aerosol containing at least one of iron salt, iron sulfide, iron oxide and silicic acid.
  • one or more of the gaseous hydrogen halide additives from the groups Cl 2 , Br 2 , BrCl, HCl, HBr, SiCl 4 , SiBr 4 , oxalyl chloride, oxalic acid are suitable and formic acid, because their acid hydrolysis products and / or oxidation potential are suitable for at least partially converting the iron-containing halide-free aerosols into iron chloride salts.
  • a particular advantage of the novel process is that immediately after entry into the troposphere, the gas containing halogen, halide and / or iron salt, Steam and / or aerosol emission can form both reflective clouds, as well as the immediate photolysis of the greenhouse gases can use methane and ozone.
  • Oxalic acid and its salts occur in the atmosphere as natural oxidation products of organic emissions in a raised compared to the other organic substances concentration, so it is not absolutely necessary to add these substances to the inventively generated aerosols.
  • the oxalic acid additive promotes the desired radical formation.
  • the elevation of the chlorine and bromine levels in the troposphere causes a raised portion of the iron salt aerosols to be present as halide salts.
  • Chloride exerts protection against oxalate oxidation in the photo-Fenton oxidation cycle because electron transfer from chloride to iron in the photo-Fenton oxidation cycle is preferred over electron transfer from oxalate to iron (single-figure formula scheme).
  • the carrier gas stream with which the iron salt-containing aerosol is emitted is preferably an air stream or stream of exhaust gas which is preferably blown into the atmosphere in predominantly vertical directions from the ground, towers, ships or floating platforms, if it is a warm one or hot exhaust gas flow.
  • the iron-containing salt aerosol is also blown or emitted from aircraft, hot air balloons or hot air zeolines with exhaust gas into the troposphere.
  • Preferred emitters are also the wind turbines, in particular their wing tips when the wind blows.
  • the method according to the invention is activated only when the wind speed has reached a minimum value of 20 km / h and possibly the wind direction has a value depending on the location.
  • the dosage of the amount of aerosol or the Aerosolprecursormenge is preferably selected at such locations depending on the wind speed.
  • Particularly suitable iron salts contained in the solutions from which salt aerosols can be prepared by the mechanical method are the oxalates, Chlorides, bromides, nitrates, sulfates, rhodanides, ammonium sulfates of trivalent and / or divalent iron.
  • Particularly suitable chloride salts which are contained in the solutions from which salt aerosols can be prepared by the mechanical method are the chlorides of iron, of sodium, of ammonium, of calcium and of magnesium.
  • bromide salts contained in the solutions from which salt aerosols can be prepared by the mechanical method are the bromides of iron, of sodium, of ammonium, of calcium and of magnesium.
  • Particularly suitable hydrogen sulphates and sulphates which are contained in the solutions from which salt aerosols can be prepared by the mechanical method are the hydrogen sulphates and sulphates of iron, of sodium, of ammonium, of iron ammonium alum and of magnesium.
  • carboxylic acid contained in the solutions from which salt aerosols can be prepared by the mechanical method is oxalic acid.
  • Their respective salts and complexes with the iron and their salts with the sodium and the ammonium are suitable as aerosol components.
  • the aerosol particles have an optimal effect as a formers for highly reflective long-lived clouds and also have a high efficiency for the degradation of tropospheric methane, especially when the formation of ice of the concentrated aqueous solution of aerosol particles occurs only at temperatures as possible far below 0 0 C lie. It has been found that these advantageous properties of the aerosol particles are achieved when: the aerosol particles are particularly hygroscopic and the aerated salt solution has a pH between pH 4.5 and pH 0.
  • composition of the released aerosols is as follows:
  • Chlorine + sulfur + oxalate-carbon + silicon equal or less than 90%
  • Bromine equal or less than 5%.
  • Iron (III) chloride 1 part by weight iron (III) bromide 0.01 part by weight ammonium oxalate 0.1 part by weight
  • the formulations according to Examples 1 and 2 are preferred.
  • the transport gases used contain sulfur dioxide, which is rapidly absorbed in contact by the aerosol of the invention and the atmospheric oxygen as sulfate and hydrogen sulfate. In many cases, sufficient sulfur dioxide is present over urban regions in which such emission devices are present in order to achieve the enrichment of the aerosol according to the invention with the particularly preferred hydrogen sulfate.
  • the formulations according to Examples 1 and 2 are also preferred.
  • These transport gases also contain sulfur dioxide, whose content in the transport gas can be increased simply by increasing the sulfur content in the kerosene fuel.
  • the salt aerosol according to the invention can be enriched so far with hydrogen sulfate, so that the salt aerosol gets advantageous hygroscopic properties.
  • the structures that remain stationary at sea or from aerosols emitted by moving vessels are preferably produced by the fogging of seawater, which in addition to its natural salinity, which is 3.5% and below, only adds iron and / or carboxylate.
  • the recipes 3 to 5 give examples for this.
  • the aerosols generated from gases or vapors are generated exclusively from gaseous or vaporized salt precursors.
  • silicon tetrabromide in silicon tetrachloride these substances are preferably not evaporated from common solution because of the low mutual solubility of silicon tetrachloride and iron (III) chloride and for the reason of the chemical reaction with solid precipitation between silicon tetrachloride and oxalic acid or formic acid.
  • Oxalyl chloride, formyl chloride, silicon tetrachloride and silicon tetrabromide are characterized by sufficient mutual solubility, so that these substances are also vaporizable from a common solution.
  • the greenhouse gas degradation rate can be roughly estimated by iron salt aerosols of magnitude: Taking into account the
  • the annual global greenhouse gas mass released into the atmosphere through human activities is approximately 25,000,000,000 t / a of CO2 equivalents. According to this calculation, the globally available global emission of 100,000 t of iron as an iron halide aerosol worldwide is sufficient to eliminate this greenhouse gas mass in order to eliminate the GWP effect of anthropogenically emitted greenhouse gases.
  • the necessary annual mass load to reverse the tropospheric warming trend will be substantially less than 100,000 t / a iron as iron salt aerosols.
  • the period of time during which the active ingredient-containing halide aerosol is to be maintained in the troposphere according to the invention and / or the necessary annual halide aerosol mass load may be measured according to different specifications.
  • One possibility of dimensioning is the fulfillment of the reduction of a predetermined mass of at least one greenhouse gas from the group of methane, Carbon dioxide, carbon monoxide, ozone through the active ingredient-containing salt aerosol. This dimensioning is useful if so-called greenhouse gas emission certificates are to be compensated or generated with the method according to the invention.
  • the process according to the invention is preferably carried out in several plants for the production and emission of the halide aerosol and / or its precursors. These systems are initially operated in an unpredictable time unit.
  • the iron load emitted with the ferrous salzaerosols produced in these plants is initially predetermined for a period of 2 years, initially at 100,000 t / year.
  • the course of the tropospheric and oceanic climate-relevant parameters is tracked with the existing global measuring stations:
  • These parameters also serve to control the composition of the troposphere and to regulate the consistently globally emitted iron cargo after the 2-year period in which the iron load was limited to 100,000 t / year. If the methane and CO2 levels stagnate, the iron load of 100,000 t / year can be maintained for the following 2-year interval. If the methane and CO2 contents are decreasing, the iron load is reduced to a value between 50,000 and 90,000 t / year for the following 2-year interval, depending on the steepness of the decline. If the methane and CO2 levels remain rising, the iron load will be raised to between 250,000 and 400,000 t / year for the following two-year interval, depending on the steepness of the increase.
  • An advantageous application of the method according to the invention is possible on offshore wind turbines.
  • the resulting from the occurrence of extensive wind fields or also the generally incurred at night excess electrical energy from off-shore wind turbines can be used for seawater electrolysis.
  • the bromine-containing chlorine gases which are formed electrolytically can be emitted directly into the troposphere. They work in particular in cooperation with the tropospheric iron salt aerosols of the process according to the invention in the troposphere methane degrading and ozonzerêtd.

Abstract

Es wird ein technisches Verfahren zur selbstauslösenden Abkühlung der Troposphäre durch ihre Anreicherung mit mindestens einem Stoff aus der Gruppen der anorganischen Chlor- und Bromverbindungen beansprucht. Die dazu eingesetzten Stoffe sind durch mindestens eine der Eigenschaften ausgezeichnet: - Gasförmig, - Dampfförmig unter 500 °C, - Hygroskopisch, - Hydrolysierbar. Darüber hinaus ist die Bildung der dazu verwendeten Stoffe im erfindungsgemäßen Verfahrensablauf durch mindestens einen der Schritte ausgezeichnet: - Bildung des Stoffs unter Anwendung der Salzwasserelektrolyse, - Bildung des Stoffs außerhalb von Verbrennungsprozessen, - Bildung des Stoffs in der freien Troposphäre.

Description

Verfahren zur Abkühlung der Troposphäre
Es wird ein technisches Verfahren zur selbstauslösenden Abkühlung der Troposphäre durch ihre Anreicherung mit halogenhaltigen hygroskopischen Aerosolen beansprucht. Das Verfahren beruht auf dem Zusatz von mindestens einem gasförmigen oder dampfförmigen Stoff aus den Gruppen der anorganischen Chlor- und Bromverbindungen zur Troposphäre.
Zum selbstauslösenden Abbau der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan in der Troposphäre und zur Ausbildung reflektierender Wolken zwecks Abkühlung des Klimas ist in den PCT-Offenlegungsschriften mit den Int. Veröffentlichungs-Nummern.: WO 03/013698 A2, WO 2008/006364 und in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 004 281 A1 vorgeschlagen worden, die Rauchgase von Verbrennungsprozessen in Motoren oder Ölbrennem durch Brennstoffzusätze oder Zusätze zur Verbrennung zu modifizieren, damit sie sich mit Stoffen aus der Gruppe der sog. Schutzstoffe und Vitalelemente, insbesondere aus der Gruppe der Eisenoxide und/oder Titanoxide anreichern und ggf. zusätzlich mit einem der Stoffe Sulfat, Chlorid und Siliciumdioxid anreichern. Die mit diesen Stoffen angereicherten Rauchgase sollen sodann in die Troposphäre mit dem Ziel emittiert werden, einzelne Volumenelemente der Troposphäre mit diesen Stoffen anzureichern.
Von wissenschaftlicher Seite ist zur Klimakühlung und zur Verstärkung der Global- Reflektion vorgeschlagen worden, die Bildung reflektierender und damit kühlender Wolken durch Meerwasservemebelung auszulösen. Durch die Meerwasservemebelung bilden sich Meersalzaerosolen, die als Wolkenkondensationskeime wirken. Meersalz-Aerosole können in der Atmosphäre zwar Wolkenbildung auslösen, die induzierten Wolken gehören jedoch nicht zum Wolkentyp mit hoher Reflektion und sind daher von geringer Effektivität.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung einfacher Salz-Aerosole, die aus kleinen Aerosol-Partikeln zusammengesetzt sind, lassen sich durch mechanische Injektions-Prozesse, wie z. B. durch Versprühen mittels Düsen oder durch Ultraschall-Vibration erzeugen. Dieser Aerosol-Typ läßt sich aber nicht ohne Weiteres zur Herstellung von Salz-Aerosolen aus hygroskopischen Salzen einsetzen, weil die dabei gebildeten Aerosolpartikel für das Anwendungsziel ungeeignet sind: Der größte Teil der dabei gebildeten Aerosolteilchen besteht aus groben Teilchen oder Tröpfchen, die sich beschleunigt absetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst das Klimaproblem durch den Einsatz von anorganischen halogenhaltigen Stoffen. Es wird ein technischer Weg und eine umfassende technische Lehre aufgezeigt, wie die Troposphäre mit klimakühlenden Haloge- niden angereichert werden kann, die verbrennungslos hergestellt werden.
Nach dem erfindungsgemäße Verfahren werden Gasströme, wahlweise warme oder auch kalte Gasströme, mit gasförmigen als auch dampfförmigen anorganischen halogenhaltigen Stoffen beladen. Anschließend werden die nunmehr halogenhaltigen Gasströme in die Troposphäre emittiert. Das Gas, in dem sich die Aerosole nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden oder in das die Aerosole nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hineingegeben werden, wird hier als Trägergas bezeichnet. Unter einem Trägergas wird hier auch ganz allgemein die an einem Fahrzeug während der Fahrt auf dem Land, auf dem Wasser oder in der Luft vorbeiströmende Luft verstanden. Das gilt auch für die Auspuffgase, die ein solches Fahrzeug durchströmen oder die einem solchen Fahrzeug entströmen. Als Trägergas kann auch der Wind oder ein Rauch, ein Abgas oder eine Abluft wirken, wenn das Verfahren an einem festen Standort ausgeführt wird. Beispiele dafür sind die Abgase aus Schornsteinen und Kaminen und die Abluft aus Kühltürmen.
Die den Trägergasen zugesetzten halogenhaltigen Stoffe sind durch mindestens eine der folgenden Eigenschaften ausgezeichnet und betreffen ausschließlich die halo- genhaltige Stoffe aus der Gruppe Chlor und Brom:
• Gasförmig bei 20 0C,
■ Dampfförmig unterhalb von 500 0C,
• Messbarer Dampfdruck oberhalb von 50 0C.
Darüber hinaus verfügen die halogenhaltigen Stoffe über mindestens eine der Eigenschaften: Hygroskopisch,
• Bildung hygroskopischer oder hydrolysierbarer Reaktionsprodukte mit natürlichen oder künstlichen Atmosphärilien.
Darüber hinaus ist die Bildung und Freisetzung der dazu verwendeten halogen- haltigen Stoffe im erfindungsgemäßen Verfahrensablauf durch das Merkmal gekennzeichnet, dass die halogenhaltigen Stoffe nicht in Verbrennungsanlagen erzeugt werden, in denen Sauerstoff oder Sauerstoffträger oder Halogenkohlenwasserstoffe als Oxidationsmittel eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist der Verfahrensablauf durch mindestens einen der Schritte ausgezeichnet:
■ Freisetzung der halogenhaltigen Stoffe in die Troposphäre unter Anwendung der Salzwasser-Elektrolyse,
■ Freisetzung der halogenhaltigen Stoffe in die Troposphäre unter Anwendung mindestens einer Reaktion aus der Gruppe der Reaktionen von metallischem Eisen und seinen Legierungen mit Halogenen, von elementarem Silicium und seinen Legierungen mit Halogenen und von metallischem Titan und seinen Legierungen mit Halogenen,
■ Freisetzung der halogenhaltigen Stoffe in die Troposphäre unter Anwendung eines Trägergases,
■ Bildung der halogenhaltigen Stoffe in der freien Troposphäre.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass neben dem Element Eisen die Elemente Chlor und Brom in geeigneter Bindungsform bzw. in geeigneter Konstitution die wirksamsten Elemente in der natürlichen Klimakühlung durch ihre physikalischen, photochemischen, katalytischen und biologischen Wirkmechanismen sind: Eisen in der Form von Eisensalzen setzt in Verbindung mit Chlor in der Form von Chloriden durch den Photo-Fenton-Prozess im Sonnenlicht der Troposphäre Chlorradikale und Hydroxylradikale frei, die u. a. die Methanoxidation in der Troposphäre gemäß dem Formelschema der einzigen Figur initiieren. Eisen löst durch die Photooxidation von Chlorid und Bromid einen angehobenen Chlorradikal-, Bromradikal- und Hydroxylradi- kal-Spiegel in der Troposphäre aus. Auch Chlor, Brom und Bromchlorid aber auch die Schwefel-Halogenverbindungen für sich setzen bei Belichtung Halogenradikale in der Troposphäre frei. Diese Radikale senken dort die Spiegel der treibhauswirksamen Substanzen Methan und Ozon, sowie den der dunklen Kohlenstoffaerosole vom Typ der Ruße und huminstoffartigen Stoffe vor allem durch Wasserstoffabstraktion. Wasserstoffabstraktion ist eine Initialreaktion, die den Abbau durch Sauerstoffangriff und Hydrolyse einleitet.
Kohlenstoff in der Form von Oxalat, in geringerem Umfang auch in der Form von anderen Carboxylaten, aktiviert diese Prozesse. Silicium fördert neben Eisen die Vermehrung und damit die Assimilation des grünen Planktons.
Die hygroskopischen Eisen(lll)salz-Aerosole heben durch die angehobene Kondensationskeimdichte die Wolkenbildungsrate, die spezifische Wolkenreflektion und die Wolkenbedeckung und lösen damit zusätzliche Kühleffekte durch deren verstärkten Reflektion aus. Die durch die Eisensalz-Aerosole retardierte Tröpfchenkoagulation aktiviert die Vertikalströmungen in den Wolken und regt dadurch die Eiskristallbildung an. Die Eisbildung in den Wolken führt zur Gefrierkonzentration des über die Schneekristalloberfläche ausgebreiteten flüssigen Überzugs aus Eisenhalogenidlösung. Die Gefrier-Konzentrierung der Eisenhalogenidlösung löst zusätzliche Aktivierung der kühlungswirksamen Photooxidationsprozesse aus.
Der Niederschlag aus den Aerosolen löslicher Eisensalze und oxidisch gebundenem Silicium regen schließlich als wachstumsfördernde Mangelelemente im Ozean Kieselalgenblüten an, die die assimilative Kohlendioxid-Transformation in organische Kohlenstoffmasse und die metabolische Kohlendioxid-Transformation in carbonatische Kohlenstoffmasse durch zusätzliche Bildung der aus Calcit und Aragonit aufgebauten tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Schalen-, Skelett- und Gerüst-Substanz anhebt. Damit wächst auch die Bildungsrate des nach dem Absinken auf den Ozeanboden nachhaltig sedimentfixierten Kohlenstoffs als Kalkstein, Methanhydrat und Kero- gen.
Neben dem Element Eisen (Fe), und den Elementen Chlor (Cl) und Brom (Br), werden daher auch die Elemente Kohlenstoff (C) und Silicium (Si) in der Folge als Wirkele- mente bezeichnet, weil sie in wirksamer Konstitution bzw. Bindungsform besonders zur Klimakühlung beitragen können.
Für das erfindungsgemäße Verfahren, das im Hauptanspruch beschrieben wird, werden die Wirkelemente als Stoffe eingesetzt, die über die folgenden physikalischen Eigenschaften verfügen: Sie sind gasförmig oder besitzen einen Kochpunkt unter 500 0C oder haben unterhalb von 500 0C und oberhalb von 40 0C zumindest einen messbaren Dampfdruck. Die dafür bevorzugten Bindungsformen der Wirkelemente sind Stoffe aus der Gruppe: FeCI3, FeCI3 x 6 H2O, FeBr3, FeBr3 x 6 H2O, SiCI4, SiBr4, Br2, Cl2, BrCI, S2CI2, SCI2, S2Br2, SBr2, HBr, HCl, NH4CI, NH4Br, Meersalz, Oxalylchlorid, Oxalylbromid, Oxalsäure, Formylchlorid, Ameisensäure, Ammoniumoxalat, Ammoniumhydrogenoxalat, Ammoniumformiat. Gegebenenfalls eignen sich flüchtige Säuren und Basen bzw. flüchtige Basen- und Säureprecursoren wie z. B. NH3 und dessen wässrige Lösungen, (NH4) 2CO3 und SO2 zur pH-Wert- Konditionierung der wirkelementhaltigen Aerosole.
Mindestens ein gebundenes Wirkelement wird dazu in einer oder mehrerer der Zu- standsformen Dampf, Schmelze, Lösung, Dispersion, Nebel, Schmelze auf Feststoffträgern und/oder Feststoff auf Feststoffträgem bei einer Temperatur von vorzugsweise unter 500 0C derart mit einem Trägergas in Kontakt gebracht, dass das Wirkelement mit dem Trägergas ein wirkelementhaltiges Gasgemisch bildet. In all den Fällen, in denen das Wirkelement Eisen als Eisen(lll)halogenid-Dampf dem Trägergas zugesetzt wird, wird vorzugsweise eine Kontakttemperatur gewählt, bei der die Konzentration des Eisens als FeCI3-Dampf in einem trockenen Gas mindestens 10"4 Massenanteile Eisen je Massenanteil Trägergas beträgt. Als Kontakttemperatur ist hier die Temperatur gemeint, die an dem Ort herrscht, an dem das Trägergas mit Eisen(lll)chlorid in Kontakt gebracht wird.
Warme bzw. heiße Trägergase sind nur dann notwendig, wenn der Wärmeinhalt des Trägergases zur Verdampfung von Wirkelementverbindungen genutzt werden soll. Werden die Wirkelementverbindungen dem Trägergas von vornherein als Gas zugesetzt, können auch kalte Trägergase genutzt werden. Der Gehalt der einzelnen Wirkelemente im Trägergas wird vorzugsweise durch deren Zugabe zum Trägergas geregelt. Vorzugsweise wird das Trägergas mit allen Wirkelementen in der vorbestimmten Konzentration angereichert. Das mit den Wirkelemeπten angereicherte Trägergas wird sodann in die Troposphäre emittiert. Durch einen oder mehrere der Prozesse Abkühlung, Hydrolyse oder chemische Reaktion von mindestens einer Wirkelementverbindung können die Wirkelemente bereits im Trägergas, oder bei ihrer Emission in die Troposphäre oder erst innerhalb der Atmosphäre aus der Gasphase in eine Aerosolphase übergehen, deren Partikel bzw. Tröpfchen sich zusammensetzen können aus einer oder mehreren Phasen. Diese können aus einer hydrolysierten flüssigen Phase, einer festen bis flüssigen salzförmigen Phase oder einer flüssigen Salzlösungsphase bestehen.
Als Trägergas wird ein Rauchgas oder ein sonstiger Gasstrom verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolemission in die Troposphäre von mindestens einem Standort, vorzugsweise aber von mehreren unbewegten und/oder mehreren bewegten Standorten aus geschieht. Auch die permanenten wirkelementhaltigen Gase, wie z. B. elementares Chlor, Bromwasserstoff oder Chlorwasserstoff werden vorzugsweise einem Trägergasstrom beigefügt, bevor sie der Troposphäre zugesetzt werden.
Die Masse des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren pro Zeiteinheit emittierten wirkelementhaltigen Stoffs und/oder die Konzentration des wirkelementhaltigen Stoffs in dem emittierten Trägergas wird vorzugsweise derart bemessen, dass die ggf. bestehenden nach Land, Region und/oder Ort gültigen Emissionsvorschriften nicht verletzt werden. Unter dieser Maßgabe wird die Konzentration des wirkelementhaltigen Aerosols vorzugsweise so bemessen, dass das gewählte Verhältnis der emittierten Wirkelement-Masse zur emittierten Trägergasmasse mindestens 10"6 beträgt, vorzugsweise aber 10"5 überschreitet. Die Konzentration der Wirkelement-Emission in landfernen Gebieten kann bei geeigneten stürmischen Wetterbedingungen den Verhältniswert der emittierten Wirkelement-Masse zur emittierten Trägergasmasse von 10° aber durchaus erreichen, sollte ihn vorzugsweise aber nicht überschreiten. Das bevorzugte Verhältnis von emittierter Wirkelement-Masse zu emittierter Trägergasmasse liegt im Bereich zwischen 10"5 und 10"3. Für den Fall, dass die halogenhaltigeα Aerosole nach dem erfindungsgemäßen Verfahren noch im Trägergas gebildet werden oder zumindest unmittelbar nach Einleitung des Trägergases in die Troposphäre entstehen sollen, sollen die Massenverhältnisse der Wirkelemente im Trägergas vorzugsweise innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen: Der Anteil des Elements Brom soll weniger als ein Prozent des Chlorgehalts im Trägergas betragen. Der Chlorgehalt soll größer sein als der Eisengehalt im Trägergas. Die Kohlenstoffgehalte in der Form von Oxalat und Formiat sind kleiner als der Eisengehalt. Im Fall, dass ein Siliciumzusatz gewählt wird, soll der Siliciumgehalt gleich oder größer dem Eisengehalt sein.
Von diesen Massenverhältnissen kann an den Stellen der Trägergaseinleitung in die Troposphäre aber vollkommen abgewichen werden, wenn die Bildung der halogenhal- tigen Salzaerosole entfernt von den Stellen der Einleitung der Halogenkomponenten oder der Eisenkomponenten oder von übrigen relevanten Komponenten stattfindet. Weil die Retardierung des Halogen-Verlustes durch Auswaschung der Halogene aus der Troposphäre durch die eisenhalogenidhaltigen Aerosole unvollkommen ist, vermindert sich beständig der Halogenidgehalt der eisenhaltigen Aerosole. Gleichermaßen vermindert sich der Oxalat-Kohlenstoffgehalt durch Oxidationsverluste und auch der Eisen- und Silicium-Gehalt durch Auswaschverluste.
Es ist daher bedeutender Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens, zur Aufrechterhaltung des optimalen Aerosolgehaltes und der optimalen Zusammensetzung des troposphärischen Aerosols, insbesondere zur Aufrechterhaltung seines Eisen-, Halogen- und Oxalatgehaltes,
a) Gehalt und Zusammensetzung des Aerosols unter Nutzung des Netzes der global verteilten Aerosolmessstationen und auch z. B. satellitengestützter Analyseverfahren zu bestimmen um die Differenz zur vorbestimmten Soll-Zusammensetzung zu ermitteln b) die gemäß Differenz zur vorbestimmten Soll-Zusammensetzung fehlenden Komponenten durch geeignete Einleitung der gasförmigen, dampfförmigen oder aerosolförmigen Zusätze in die Troposphäre vorzunehmen. Die Aufenthaltszeit feinteiliger Aerosole in der Troposphäre beträgt Monate bis Jahre. Daher kann die Troposphäre als mehr oder weniger durchmischter einheitlicher chemisch-physikalischer Reaktionsraum angesehen werden.
Die Einleitung der Zusätze in die Troposphäre kann daher von beliebigen Orten aus geschehen. Dies geschieht ebenso wie die Einleitung der halogenhaltigen Aerosole vorzugsweise mittels Trägergasen. Bevorzugt für die Kompensation von Halogenverlusten aus den troposphärischen Aerosolen sind die gasförmigen und die dampfförmigen halogenhaltigen Stoffe, wie z. B. Chlor, Brom, Bromchlorid, Chloroxide, Bromoxide. Bevorzugt für die Kompensation von Eisenverlusten aus den troposphärischen Aerosolen sind Eisen(lll)chlorid als Dampf und als Aerosole Lösungen von Eisen(lll)- chlorid sowie sonstigen Eisensalzen sowie gefällte Suspensionen von Eisen(lll)- oxidhhydrat und Eisen(ll)sulfid. Bevorzugt für die Kompensation von Oxalatverlusten aus den troposphärischen Aerosolen sind die dampfförmigen halogenhaltigen Stoffe, wie z. B. Oxalylchlorid, Oxalsäure, und Ammoniumoxalat. Bevorzugt für die Kompensation von Siliciumverlusten aus den troposphärischen Aerosolen sind die dampfförmigen halogenhaltigen Stoffe, wie z. B. Siliciumtetrachlorid und Silicium- tetrabromid.
Nach eigenen Untersuchungen liegt der Teilchendurchmesser der Aerosolpartikel, die nach der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden, die im Hauptanspruch beschrieben wird, in Luft bei einem relativem Feuchtegehalt unter 30 % bei weit unter 1 μm. Bei dieser Teilchengröße haben die Aerosole eine maximale Aufenthaltszeit in der Atmosphäre, die mehr als ein Jahr betragen kann. Wenn der pH-Wert der Halogen-, Eisen- und Oxalat- enthaltenden Aerosolpartikel im Kontakt mit Wasser unter pH 4,5 und über pH 0 beträgt, hat das Aerosol eine Maximalwirkung als Kondensationskeime für den troposphärischen Wasserdampf. Innerhalb dieses pH- Wert-Bereichs, etwa zwischen pH 4,5 und pH 2,5, liegt auch das Optimum der Chlorradikalbildung und der Hydroxylradikalbildung im Photo-Fenton-Reaktionszyklus, der in Formelschema gemäß der einzigen Fig. abgebildet ist. Die Hinzufügung der Wirkelemente in das Trägergas, mit dem diese in die Troposphäre gelangen, geschieht nach der bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im Hauptanspruch beschrieben ist, auf folgende Weise:
Die effektivste und daher bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Hersteilung des wirkelementhaltigen feinteiligen Aerosols ist die des Eintrags von Wirkelement- Verbindungen in ein Trägergas derart, dass es dem Trägergas zunächst komplett im dampfförmigen Aggregatzustand beigefügt wird oder als Gas in das Trägergas eingeleitet wird. Auf diesem Weg lassen sich sämtliche Wirkelemente in das Trägergas eintragen: Eisen vorzugsweise als FeCI3, Silicium vorzugsweise als SiCI4, Chlor vorzugsweise als FeCI3, Cl2, BrCI oder als SiCI4, Brom vorzugsweise als SiBr4, Br2, BrCI und Kohlenstoff vorzugsweise als Oxalylchlorid, Oxalsäure oder Ammoniumoxalat.
Der Eintrag der Wirkelemente Chlor und Brom kann auch in der Form der Halogenwasserstoffe oder in der Form sonstiger anorganischer flüchtiger Verbindungen geschehen, wie z. B. in der Form von Schwefelhalogeniden. Der Eintrag der Wirkelementverbindung in das Trägergas geschieht vorzugsweise durch kontrollierte Überführung der Wirkelementverbindungen in die Gasphase und Freisetzung der gebildeten Wirkelementgasphase in das Trägergas. Dazu können die jeweils in Vorratsbehältern als Flüssigkeiten, Lösungen, Schmelzen oder Feststoffe vorgelegten Wirkelementverbindungen z. B. mittels elektrischer Heizelemente oder induktiv in jeweils kontrollierter Masse pro Zeiteinheit verdampft werden und der entstehende Wirkelementdampf danach in den Trägerluftstrom eingeleitet werden. Besonders bevorzugt ist die Elektrolyse von Salzlösungen als Mittel zur Erzeugung der gasförmigen elementaren Halogene und des Bromchlorids.
Eine andere bevorzugte Methode des Kontaktes der Wirkelementverbindungen mit dem Trägergas ist die Dochtmethode. Diese kann dann angewendet werden, wenn heißes Trägergas, wie z. B. Abgas aus einem Verbrennungsprozess verfügbar ist. Dazu wird durch die jeweils in Vorlagebehältern als Flüssigkeiten oder Schmelzen vorgelegten Wirkelementverbindungen eine als Docht wirkende Kordel hindurchgeführt, die sich mit der jeweiligen Flüssigkeit benetzt und anschließend derart mit heißem Trägergas in Kontakt gebracht wird, dass die daran adhärierende Wirkverbindung vollständig verdampft. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist die jeweilige Hindurchleitung eines jeweils abgemessenen Gasstroms durch die Vorlagebehälter, in denen sich die als Flüssigkeiten, Lösungen, Schmelzen oder erwärmte Feststoffe vorgelegten Wirkelementverbindungen befinden. Dabei sättigen sich die abgemessenen Gasströme mit der jeweiligen Wirkelementverbindung bei einer vorbestimmten Temperatur und werden danach in den Trägergasstrom eingeleitet. Z. B. kann Oxalsäure auf den Docht auch als Lösung in Ameisensäure und/oder in Wasser aufgebracht werden.
Es ist zu berücksichtigen, dass es sich bei den bevorzugten Wirkelementverbindungen FeCI3, SiCI4, SiBr4, Oxalylchlorid, Oxalsäure, wässriger Oxalsäurelösung und Ameisensäure insbesondere in der Hitze um hochkorrosive Flüssigkeiten handelt. Als Materialien, die von den heißen Wirkelementverbindungen berührt werden, eignen sich z. B. Keramik, Glas, Emaille, oder Sonderstähle, als Dochtmaterialien eignen sich z. B. Glas- oder Keramikfasern. Neben den genannten Materialien eignen sich bei entsprechend geringerer Temperaturbelastung korrosionsbeständige Kunststoffe wie z. B. Polyolefine, Polyvinylchlorid und Teflon.
Spätestens nach dem Eintreten des Trägergasstroms in die Atmosphäre, in der er ggf. abkühlt, hydrolysieren FeCI3, SiCI4 und SiBr4 unter Bildung von FeCI3 x 6H2O, Si(OH)4, HCl und HBr. Gegebenenfalls kann durch Zusatz gasförmigen Ammoniaks der besonders bevorzugte pH-Wert des Aerosols im leicht sauren Bereich zwischen pH 2 und pH 4,5 eingestellt werden.
Die als Elemente zugesetzten Halogene unterliegen erst nach ihrem Eintritt in die Troposphäre der photolytischen Spaltung zu Radikalen. Sie werden danach von den reduzierenden Atmosphärilien zu Halogenwasserstoff reduziert, um dann wieder von den eisensalzhaltigen Aerosolen zu Halogenradikalen oxidiert zu werden.
Zum Ersatz des Halogenidverlusts durch die photolytische Halogenradikalabspaltung aus den halogenidhaltigen Eisensalzen ist es vorteilhaft, die Troposphäre mit Halogen anzureichern, um den Halogenverlust der Eisensalzaerosole auszugleichen. Das geschieht am vorteilhaftesten durch den Zusatz von gasförmigem Halogen. Bevorzugt ist zu diesem Zweck die Elektrolyse insbesondere von Meerwasser. Die Meerwasserelektrolyse kann besonders energiesparend und vorteilhaft für das Klima gestaltet werden: Bei der Meerwasserelektrolyse entstehen die Produkte a) bis c).
Produkt a) besteht aus Chlor, Brom und Bromchlorid in der Form eines Gas-Dampfgemisches, das mit einem geeigneten Trägergasstrom in die Troposphäre abgeleitet wird, um den Halogenverlust der Eisensalzaerosole auszugleichen. Primär reagieren die Halogene unter dem Einfluß des Sonnenlichts in der Troposphäre mit dem Methan unter Bildung von Halogenwasserstoff und Kohlendioxid. Der gebildete Halogenwasserstoff bildet dann mit dem Eisengehalt der Aerosole Eisenhalogenidsalze.
Produkt b) besteht aus einer Lauge, die Alkalimetallhydroxide und Alkalime- tallcarbonate in der Form einer flüssigen wässrigen Lösung enthält. Diese Lösung wird vorzugsweise in das Meer eingeleitet und fällt dort die im Meerwasser im Überschuss vorhandene Kohlensäure als Erdalkalicarbonate aus. Die ausgefällten Erdalkalicarbo- nate sinken auf den Meeresboden ab und verbleiben dort als Kalkstein- und Dolomitstein-Sediment.
Produkt c) besteht aus gasförmigem Wasserstoff. Der Wasserstoff wird vorzugsweise in ein Brennstoffelement eingeleitet. Dort wird er mit Sauerstoff oder mit Luft zu Wasser unter Erzeugung elektrischen Stroms umgesetzt. Der elektrische Strom kann entweder der elektrischen Energiewirtschaft zugeführt werden oder wiederum zur Meerwasserelektrolyse genutzt werden.
Auch kann der elektrolytisch produzierte Wasserstoff zur Wärmeerzeugung verbrannt werden. Die erzeugte Wärme lässt sich zur Vorwärmung der Reaktoren nutzen, in denen aus dem elektrolytisch produzierten Halogen z. B. die ebenfalls gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dampfförmig dem Trägergasstrom zusetzbaren Halogenverbindungen hergestellt werden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die Halogenverbindungen Eisen(lll)halogenide, Siliciumtetrahalogenide und Schwefelhalogenide. Zur Herstellung werden die jeweiligen Edukte, dabei handelt es sich vorzugsweise um mindestens ein stückiges festes Edukt aus der Gruppe Eisenschrott, Titanschrott, Schwefeleisen, Eisensilicid, Titansilicid, Silicium, entweder jedes für sich in einem Reaktor oder mehrere gemeinsam in einem Reaktor auf eine Temperatur von vorzugsweise 400 bis 650 0C vorgewärmt und danach das elektrolytisch produzierte Chlorgas in diesem Temperaturbereich durch den jeweiligen Reaktor hindurchgeleitet. Dabei bilden sich in exothermer Reaktion die genannten Halogenide als Dampf, der direkt dem Trägergas nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugesetzt werden kann. Vorzugsweise wird die Chlorgaseinleitung derart dosiert, dass der produzierte Halogeniddampf noch einen Anteil nicht umgesetztes Chlorgas aufweist. Eine Elementarschwefel-Schmelze, in die Chlorgas hineingeleitet wird, eignet sich hier ebenfalls als Ausgangsstoff für die Herstellung des Schwefelha- logenid-Dampfes.
Die weniger bevorzugte mechanische Erzeugung des die Wirkelemente enthaltenden Aerosols im Trägergas ist diejenige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Überführung der Halogen enthaltenden Stoffe in die Gasphase unvollständig ist oder ganz unterbleibt oder bei der solche unverdampfbaren Eisenverbindungen in die Aerosolform überführt werden, die erst in der freien Troposphäre in Halogensalze überführt werden sollen. Diese Variante soll hier trotzdem beschrieben werden, da sie geeignet ist, industrielle Nebenprodukte wie z. B. gefällte feinteilige Eisenoxidhydratschlämme aus Beizereien oder Wasserwerken sowie als Eisensulfidschlamm gefällten Schwefelwasserstoff aus der Gasentschwefelung sowie Salze und Salzlösungen des zweiwertigen Eisens aus der Eisenbeizerei und aus der Titandioxidproduktion einer vorteilhaften Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zuzuführen.
Die Aerosolbildung geschieht hierbei durch intensive Vernebelung einer vorzugsweise unter 20 Gewichtsprozent Eindampfrückstand enthaltenden wässrigen Lösung oder wässrigen Dispersion in das Trägergas. Darin liegt das Wirkelement Eisen in einem oder mehreren der Zustände gelöstes Eisen(lll)chlorid, gelöstes Eisen(lll)bromid, gelöstes Eisen(ll)chlorid, gelöstes Eisen(ll)bromid, Eisen(ll)sulfat, Eisen(ll)- ammoniumsulfat, suspendiertes Eisen(lll)oxidhydrat, suspendiertes Eisen(ll)sulfid vor.
An und für sich bekannte Verfahren der mechanischen Bildung von Aerosolen wie z. B. die bekannten Verfahren der Pressluftvemebelung, Einstoff-Druckdüsen-Zerstäu- bung, Zweistoff-Düsen-Zerstäubung, Airbrush-Zerstäubung, Mechanischen Zerstäubung, Scheibenrotor-Zerstäubung, Düsenzerstäubung oder der Vernebelung mittels Vibratoren, die im Ultraschallfrequenzbereich schwingen, lassen sich hierzu anwenden. Die bevorzugten Eindampfrückstand-Konzentrationen in der zu vernebelnden Salzlösung liegen zwischen 0,01 und 20 %. Besonders geeignet sind Eindampfrückstand-Konzentrationen in der zu vernebelnden Flüssigkeit zwischen 0,5 % und 10 %. Dort wo es durch geeignete Verfahren möglich ist, besonders feine Nebeltröpfchen zu erzeugen, wie z. B. durch Ultraschallverneblung oder durch Anwendung von mit besonders hoher Relativgeschwindigkeit strömenden Gasen bei der Anwendung von Zweistoffdüsen nach dem Strahlpumpenprinzip, wie sie beispielsweise im Abgasstrahl von Strahltriebwerken als Transportgas anwendbar sind, lassen sich hinreichend kleine Aerosolpartikel auch mit Eindampfrückstand-Konzentrationen in den zu vernebelnden Flüssigkeiten von bis zu 20 Prozent erzielen.
Schließlich ist es auch möglich, Kombinationen der Verfahrensvarianten auszuführen, indem das Trägergas sowohl mit wässrigem Aerosol als auch mit reaktivem Gas oder Dampf angereichert wird.
So eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren auch solche Trägergase, die bereits mit Salzaerosolen, Halogenen, Halogenwasserstoffen oder auch mit Eisenchal- kogenidaerosolen angereichert sind. So kann z. B. ein Salzaerosol enthaltender Trägergasstrom, der durch die Vernebelung von Meerwasser als Halogenquelle erzeugt worden ist, erfindungsgemäß mit Aerosol angereichert werden, das mindestens eine der Komponenten Eisensalz, Eisensulfid, Eisenoxidhydrat und Kieselsäure enthält. Für Trägergase, die bereits mit halogenfreiem Eisen enthaltenden Salz- oder Chalkogenid-Aerosolen angereichert sind, eignen sich einer oder mehrere der gasförmigen Halogenwasserstoffzusätze aus den Gruppen Cl2, Br2, BrCI, HCl, HBr, SiCI4, SiBr4, Oxalylchlorid, Oxalsäure und Ameisensäure, weil deren saure Hydrolyseprodukte und/oder Oxidationspotential geeignet sind, die eisenhaltigen halogenidfreien Aerosole zumindest partiell in Eisenchloridsalze umzuwandeln.
Ein besonderer Vorteil des neuen Verfahrens ist, dass sich unmittelbar nach Eintritt in die Troposphäre aus der Halogen, Halogenid und/oder Eisensalz enthaltenden Gas-, Dampf- und/oder Aerosol-Emission sowohl reflektierende Wolken bilden können, als auch sofort der photolytische Abbau der Treibhausgase Methan und Ozon einsetzen kann.
Oxalsäure und ihre Salze treten in der Atmosphäre als natürliche Oxidationsprodukte organischer Emissionen in einer gegenüber den übrigen organischen Substanzen angehobenen Konzentration auf, so dass es nicht unbedingt notwendig ist, diese Substanzen den erfindungsgemäß generierten Aerosolen hinzuzufügen. Jedoch wirkt der Oxalsäurezusatz förderlich auf die gewünschte Radikalbildung. Überdies führt die Anhebung des Chlor- und Bromspiegels in der Troposphäre dazu, dass ein angehobener Teil der Eisensalz-Aerosole als Halogenid-Salze vorliegt. Chlorid übt einen Schutz gegen die Oxalat-Oxidation im Photo-Fenton-Oxidationscyclus aus, weil der Elektronenübergang von Chlorid auf Eisen im Photo-Fenton-Oxidationscyclus gegenüber dem Elektronenübergang von Oxalat auf Eisen bevorzugt ist (Formelschema gemäß der einzigen Fig.).
Der Trägergasstrom, mit dem das eisensalzhaltige Aerosol emittiert wird, ist vorzugsweise ein Luftstrom oder ein Abgasstrom, der vorzugsweise in überwiegend vertikale Richtungen vom Erdboden, von Türmen, von Schiffen oder von schwimmenden Plattformen aus in die Atmosphäre geblasen wird, wenn es sich um einen warmen oder heißen Abgasstrom handelt. Vorzugsweise wird das eisenhaltige Salzaerosol auch von Flugzeugen, Heißluftballonen oder Heißluftzeppelinen aus mit Abgas in die Troposphäre geblasen bzw. emittiert. Bevorzugte Emittenten sind auch die Windkraftanlagen, insbesondere ihre Flügelenden, wenn der Wind weht. Durch geeignete Schaltung wird dabei vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren erst dann aktiviert, wenn die Windgeschwindigkeit einen Mindestwert von 20 km/h erreicht hat und ggf. die Windrichtung einen je nach Standort geeigneten Wert hat. Auch die Dosierung der Aerosolmenge bzw. der Aerosolprecursormenge wird an solchen Standorten vorzugsweise in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit gewählt.
Besonders geeignete Eisensalze, die in den Lösungen enthalten sind, aus denen sich Salzaerosole nach der mechanischen Methode herstellen lassen, sind die Oxalate, Chloride, Bromide, Nitrate, Sulfate, Rhodanide, Ammoniumsulfate des dreiwertigen und/oder des zweiwertigen Eisens.
Besonders geeignete Chloridsalze, die in den Lösungen enthalten sind, aus denen sich Salzaerosole nach der mechanischen Methode herstellen lassen, sind die Chloride des Eisens, des Natriums, des Ammoniums, des Calciums und des Magnesiums.
Besonders geeignete Bromidsalze, die in den Lösungen enthalten sind, aus denen sich Salzaerosole nach der mechanischen Methode herstellen lassen, sind die Bromide des Eisens, des Natriums, des Ammoniums, des Calciums und des Magnesiums.
Besonders geeignete Hydrogensulfate und Sulfate, die in den Lösungen enthalten sind, aus denen sich Salzaerosole nach der mechanischen Methode herstellen lassen, sind die Hydrogensulfate und Sulfate des Eisens, des Natriums, des Ammoniums, des Eisenammonium-Alauns und des Magnesiums.
Die besonders geeignete Carbonsäure, die in den Lösungen enthalten ist, aus denen sich Salzaerosole nach der mechanischen Methode herstellen lassen, ist die Oxalsäure. Auch ihre jeweiligen Salze und Komplexe mit dem Eisen und ihre Salze mit dem Natrium und dem Ammonium eignen sich als Aerosolkomponenten.
Es hat sich hier gezeigt, dass die Aerosolpartikel besonders dann eine optimale Wirkung als Bildner für hoch reflektierende langlebige Wolken haben und auch einen hohen Wirkungsgrad zum Abbau von troposphärischem Methan haben, wenn die Eisbildung der konzentrierten wässrigen Lösung der Aerosolpartikel erst bei Temperaturen eintritt, die möglichst weit unter 0 0C liegen. Es wurde gefunden, dass diese vorteilhaften Eigenschaften der Aerosolpartikel dann erreicht werden, wenn: ■ die Aerosolpartikel besonders hygroskopisch sind und • die vernebelte Salzlösung einen pH-Wert zwischen pH 4,5 und pH 0 hat.
Die bevorzugten Anteile der Elemente Eisen, Chlor, Schwefel, Oxalat-Kohlenstoff und Brom ohne Berücksichtigung von Wassergehalt und sonstigen Bestandteilen in der Zusammensetzung der freigesetzten Aerosole, und zwar unabhängig davon, ob sie aus der Gas- bzw. Dampfphase oder aus der mechanische Vemebelung hervorgegangen sind, betragen wie folgt:
Eisen gleich oder größer 5 %,
Chlor + Schwefel + Oxalat-Kohlenstoff + Silicium gleich oder kleiner 90%,
Brom gleich oder kleiner 5 %.
Im Nachfolgenden werden beispielhafte Rezepturen mitgeteilt, die diese Vorgaben erfüllen und aus denen wässrige Lösungen bzw. Suspensionen hergestellt werden können, die sich zur Bildung von Aerosolen eignen, die aus der mechanische Vemebelung hervorgegangen sind,:
Rezepturbeispiel 1 :
Eisen(lll)chlorid 1 Gewichtsteil Eisen(lll)bromid 0,01 Gewichtsteile Ammoniumoxalat 0,1 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 2:
Eisen(ll)chlorid 1 Gewichtsteil Eisen(ll)bromid 0,01 Gewichtsteile Ammoniumoxalat 0,05 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 3:
Meersalz 1 Gewichtsteil
Eisen(lll)sulfat 0,1 Gewichtsteile
Ammoniumoxalat 0,05 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 4: Meersalz 1 Gewichtsteil
Eisen(lll)nitrat 0,1 Gewichtsteile
Ammoniumoxalat 0,05 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 5:
Meersalz 1 Gewichtsteil Eisen(ll)sulfat 0,1 Gewichtsteile Chlorwasserstoff 0,01 Gewichtsteile Ammoniumoxalat 0,05 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 6:
Meersalz 1 Gewichtsteil
Eisen(lll)ammoniumsulfat 0,1 Gewichtsteile
Chlorwasserstoff 0,01 Gewichtsteile
Ammoniumoxalat 0,05 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 7:
Meersalz 1 Gewichtsteil Eisensulfid 0,2 Gewichtsteile Chlorwasserstoff 0,01 Gewichtsteile Ammoniumoxalat 0,1 Gewichtsteile
Rezepturbeispiel 8:
Meersalz 1 Gewichtsteil
Eisenoxidhydrat 0,2 Gewichtsteile
Elementarschwefel 0,1 Gewichtsteile
Chlorwasserstoff 0,01 Gewichtsteile
Ammoniumoxalat 0,1 Gewichtsteile Rezepturbeispiel 9:
Meersalz 1 Gewichtsteil
Eisen(l!l)chlorid 0 ,2 Gewichtsteile
Elementarschwefel 0 ,1 Gewichtsteile
Gelförmige Kieselsäure als SiO2 berechnet 0,2 Gewichtsteile
Oxalsäure 0 .1 Gewichtsteile
Für die Emission der erfindungsgemäßen Aerosole mit Trägergasströmen von landgestützten Emissionseinrichtungen aus, vorzugsweise mittels der Emissionsquellen von warmen Rauchgasen und warmen Abluft- und Abgasströmen werden die Rezepturen nach Beispiel 1 und 2 bevorzugt. Vorzugsweise enthalten die benutzten Transportgase Schwefeldioxid, das im Kontakt von dem erfindungsgemäßen Aerosol und dem Luftsauerstoff rasch als Sulfat und Hydrogensulfat absorbiert wird. Über urbanen Regionen, in denen derartige Emissionseinrichtungen stehen, ist in vielen Fällen genügend Schwefeldioxid vorhanden, um die Anreicherung des erfindungsgemäßen Aerosols mit dem besonders bevorzugten Hydrogensulfat zu erreichen. Die Bildung von Hydrogensulfat verursacht das erwünschte hygroskopische Verhalten der Aerosole auch dann noch, wenn der Verlust seiner Halogenidkomponenten durch photochemische Oxidation am Eisensalz zu flüchtigen Halogenradikalen vollständig geworden ist, und wenn sie darüber hinaus selbst keine hygroskopischen Salzkomponenten enthalten, wie z. B. in der Rezeptur gemäß Beispiel 2. Die in der Rezeptur gemäß Beispiel 1 enthaltenen Eisen(lll)-Salze sind bereits von sich aus hygroskopisch.
Für die Emission der erfindungsgemäßen Aerosole mit Transportgasströmen von fliegenden Emissionseinrichtungen aus, vorzugsweise mittels der Abgasemissionsquellen der Jet-Turbinen von Verkehrsflugzeugen, werden ebenfalls die Rezepturen nach Beispiel 1 und 2 bevorzugt. Diese Transportgase enthalten ebenfalls Schwefeldioxid, dessen Gehalt im Transportgas einfach durch Anhebung des Schwefelgehaltes im Kerosin-Treibstoff erhöht werden kann. Dadurch kann das erfindungsgemäße Salzaerosol soweit mit Hydrogensulfat angereichert werden, so dass das Salzaerosol vorteilhafte hygroskopische Eigenschaften bekommt. Die von auf dem Meer ortsgebunden verharrenden Strukturen oder von fahrenden Schiffen aus emittierten Aerosole werden vorzugsweise durch die Vernebelung von Meerwasser erzeugt, dem zusätzlich zu seinem natürlichen Salzgehalt, der bei 3,5 % und darunter liegt, lediglich Eisen und/oder Carboxylat hinzugefügt wird. Die Rezepturen 3 bis 5 geben hierfür Beispiele. Vorteilhaft ist aber auch hier ein Zusatz von Schwefeldioxid, um die Hydrolyse der dreiwertigen Eisensalze zu Eisen(lll)- oxidhydrat weitgehend zu unterdrücken.
Mit den Rezepturen 8 und 9 werden Beispiele für Suspensionen gegeben, aus denen die erfindungsgemäßen Salzaerosole gebildet werden können.
Die aus Gasen bzw. Dämpfen erzeugten Aerosole werden ausschließlich aus gasförmigen oder verdampften Salzprecursoren erzeugt. Mit Ausnahme der Lösung von Si- liciumtetrabromid in Siliciumtetrachlorid werden wegen der geringen gegenseitigen Löslichkeit von Siliciumtetrachlorid und Eisen(lll)chlorid und aus dem Grund der chemischen Reaktion unter Feststofffällung zwischen Siliciumtetrachlorid und Oxalsäure bzw. Ameisensäure diese Stoffe vorzugsweise nicht aus gemeinsamer Lösung verdampft. Oxalylchlorid, Formylchlorid, Siliciumtetrachlorid und Siliciumtetrabromid zeichnen sich durch ausreichende gegenseitige Löslichkeit aus, so dass diese Stoffe auch aus einer gemeinsamen Lösung verdampfbar sind.
Anhand der Reduktion des troposphärischen Methan- und CO2-Spiegels durch den Eisensalzgehalt in der Vulkanasche der Pinatubo-Eruption von 1991 , nämlich Eisenchloride, Eisenbromide und Eisensulfate, lässt sich die Treibhausgasabbaurate durch Eisensalzaerosole der Größenordnungen nach grob abschätzen: Unter Berücksichtigung der
■ wesentlich höheren Reaktionsfähigkeit der erfindungsgemäß erzeugten reinen Eisensalz-Aerosole im Vergleich zur natürlichen Vulkanasche mit ihrem geringen Eisensalzgehalt,
■ der gegenüber der vergleichsweise groben Vulkanasche im Vergleich zum erfindungsgemäß hergestellten Salzaerosol vielfach längeren Verweilzeit in der Atmosphäre und . • der durch die dunklen Begleitminerale und große innere Oberfläche für Sonnenlicht relativ intransparenten Bläschenglasstruktur,
liegt der spezifische Methanabbau durch das erfindungsgemäß hergestellte Eisenha- logenidaerosol um ein Mehrfaches höher als der von vulkanischer Asche. Dieser Kalkulation zufolge ist 1 kg Eisen in den Eisenhalogenidaerosolen in der Lage, etwa 10 t Methan und 60 t Kohlendioxid durch photolytisch induzierte Oxidation und Anregung der Phytoplankton-Vermehrung abzubauen.
Die jährliche globale Treibhausgasmasse, die durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt, liegt bei ca. 25.000.000.000 t/a CO2-Äquivalenten. Zum Abbau dieser Treibhausgasmasse reicht nach dieser Kalkulation die leicht wirtschaftlich darstellbare globale jährliche Emission von 100.000 t Eisen als Eisenhalogenidaerosol weltweit aus, um den GWP-Effekt der anthropogen emittierten Treibhausgase zu eliminieren.
In dieser konservativen Kalkulation sind weitere Abkühlungseffekte unberücksichtigt geblieben, die durch Abbau der weiteren Treibhausfaktoren entstehen:
• Rückbau der troposphärischen Spiegel von Ozon, Ruß und Kohlenmonoxid durch chemische Reaktion mit den erfindungsgemäßen Brom-, Chlor- und Eisen-Emissionen.
■ Durch die von den erfindungsgemäßen Brom-, Chlor- und Eisen-Emissionen physikalisch ausgelöste Zunahme der globalen Sonnenlicht-Reflektion.
Es ist daher damit zu rechnen, dass die notwendige jährliche Massenfracht, um den Trend der Erwärmung der Troposphäre umzukehren, wesentlich kleiner als 100.000 t/a Eisen als Eisensalz-Aerosole sein wird.
Die Zeitdauer, während der das wirkelementhaltige Halogenidaerosol in die Troposphäre erfindungsgemäß aufrechterhalten werden soll und/oder die notwendige jährliche Halogenidaerosol-Massenfracht kann nach unterschiedlichen Maßgaben bemessen werden. Eine Möglichkeit der Bemessung ist die Erfüllung des Abbaus einer vorgegebenen Masse von mindestens einem Treibhausgas aus der Gruppe Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Ozon durch das wirkelementhaltige Salzaerosol. Diese Bemessung bietet sich an, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sog. Treib- hausgas-Emssionszertifikate kompensiert oder generiert werden sollen.
Eine andere Möglichkeit der Bemessung der zu emittierenden wirkelementhaltigen Aerosol-Masse ist die gezielte und direkte Erfüllung von globalen Klimazielen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in mehreren Anlagen zur Produktion und Emission des Halogenidaerosols und/oder seiner Vorläufersubstanzen ausgeführt. Diese Anlagen werden zunächst in einer unbemessenen Zeiteinheit betrieben. Vorzugsweise wird die Eisenfracht, die mit den in diesen Anlagen erzeugten eisenhaltigen Salzaerosolen emittiert wird, für die Dauer von 2 Jahren in der Summe zunächst auf 100.000 t/Jahr vorbestimmt. Innerhalb der Zweijahresfrist, während der die Emission des Aerosols in die Troposphäre geschieht, wird der Verlauf der troposphärischen und ozeanischen klimarelevanten Parameter mit den vorhandenen globalen Messstationen verfolgt:
■ Rückgang, Stagnation, gebremster oder ungebremster Anstieg der Jahresdurchschnitts-Temperatur (Troposphäre),
■ Rückgang, Stagnation, gebremster Anstieg oder ungebremster Anstieg des Methangehalts (Troposphäre),
• Rückgang oder Stagnation des Kohlendioxidgehalts (Troposphäre), Rückgang, Stagnation, gebremster oder ungebremster Anstieg des Kohlenmonoxidgehalts (Troposphäre),
Rückgang, Stagnation, gebremster oder ungebremster Anstieg des Gehalts an dunklen Kohlenstoffpartikeln (Ruß- und huminstoffartige kohlenstoffreiche Aerosole (Troposphäre),
■ Rückgang oder Stagnation des Ozongehalts (Troposphäre),
■ Zunahme oder Stagnation des Chlorspiegels (Troposphäre),
■ Zunahme oder Stagnation des Brom-Wirkelementspiegels (Troposphäre),
■ Zunahme oder Stagnation des Eisen-Wirkelementspiegels (Troposphäre),
• Zunahme oder Stagnation der globalen Wolkenreflektion als Folge gleichbleibender oder zunehmender Wolkenbedeckung (Troposphäre), ■ Zunahme oder Stagnation der globalen Wolkenreflektion als Folge gleichbleibender oder zunehmender spezifischer Wolkenreflektion (Troposphäre),
■ Zunahme oder Stagnation des Chlorophyllgehalts in den Weltmeeren (Ozean).
Diese Parameter dienen zugleich der Kontrolle der Zusammensetzung der Troposphäre und zur Regelung der beständig global zu emittierten Eisenfracht nach der 2-Jahresfrist, in der die Eisenfracht auf 100.000 t/Jahr limitiert wurde. Stagnieren die Methan- und CO2-Gehalte, kann die Eisenfracht von 100.000 t/Jahr für den folgenden 2-Jahresintervall beibehalten werden. Sind die Methan- und CO2-Gehalte rückläufig, wird die Eisenfracht je nach Steilheit des Rückgangs auf einen Wert zwischen 50.000 und 90.000 t/Jahr für den folgenden 2-Jahresintervall zurückgenommen. Bleiben die Methan- und CO2-Gehalte ansteigend, wird die Eisenfracht je nach Steilheit des Anstiegs auf einen Wert zwischen 250.000 und 400.000 t/Jahr für das folgende 2-Jah- resintervall angehoben.
In dieser Weise wird dann fortgefahren, bis sich die Beträge der jährlich emittierten Eisenfracht und die Klimaparameter in einen allseits akzeptierten Gleichgewichtszustand eingependelt haben.
Weil durch das erfindungsgemäße Verfahren das methanbedingte Treibhausgaspotential effektiver abgebaut wird als das kohlendioxidbedingte Treibhausgaspotential, ist es vorteilhaft, Kohlendioxid neben dem erfindungsgemäßen Verfahren parallel auch mit einem oder mehreren der bekannten nachhaltig wirksamen Verfahren, wie z. B. dem Terra-Preta-Verfahren abzubauen.
Besonders vorteilhaft ist es, das bereits patentierte Verfahren zur verbrennungstechnischen Erzeugung von Eisenoxid-Aerosolen zwecks Kühlung der Troposphäre gemäß PCT-Offenlegungsschriften mit den Int. Veröffentlichungs-Nummern: WO 03/013698 A2, WO 2008/006364 und der deutschen Offenlegungsschrift 10 2009 004 281 A1 mit dem hier zum Patent angemeldeten Verfahren zu kombinieren.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an Off-shore- Windkraftanlagen möglich. Die beim Auftreten ausgedehnter Windfelder entstehende oder auch die im Allgemeinen nachts anfallende überschüssige elektrische Energie aus Off-shore-Windkraftanlagen kann zur Meerwasser-Elektrolyse eingesetzt werden. Die dabei elektrolytisch gebildeten bromhaltige Chlorgase können direkt in die Troposphäre emittiert werden. Sie wirken vor allem in Kooperation mit den troposphärischen Eisensalzaerosolen des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Troposphäre methanabbauend und ozonzersetzend.
Es ist aber von besonderem Vorteil, die Wirkelemente so rasch wie möglich in der Troposphäre oder besser noch innerhalb des Trägergasstroms in die bevorzugte Form der hygroskopischen Salzaerosole zu überführen, weil dann sogleich die Zersetzung der Treibhausgase und die Bildung der reflektierenden Wolken einsetzen kann. Es ist daher bevorzugt, die elektrolytisch oder auch gemäß den übrigen bekannten chemischen Verfahren generierten Halogene direkt zur Bildung von Eisen und Halogen enthaltenden Gasen zu nutzen, und diese dann in die Troposphäre zu emittieren. Das geschieht nach dem an und für sich bekannten Verfahren der Eisen(lll)chlorid-Bildung aus Chlor und erhitztem metallischem Eisen und/oder der Siliciumtetrachlorid-Gewinnung aus Chlor und erhitztem elementarem Silicium. Die Prozesse verlaufen mit hoher Exothermie, so dass Eisen(lll)chlorid und Siliciumtetrachlorid ohne weitere Wärmezufuhr gasförmig gewonnen und dann einzeln oder im Gemisch direkt dem Trägergas zugesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontrollierten Abkühlung der Troposphäre, bei dem die Troposphäre mit einem Aerosol angereichert wird, das mindestens das Element Eisen und mindestens eines der Elemente Chlor und Brom in Form eines hygroskopischen Salzes oder einer Salzlösung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Troposphäre mindestens ein gasförmiger oder dampfförmiger halogenhaltiger Stoff aus der Gruppe der Chlor- und Bromverbindungen zugesetzt wird, der nicht in einer Sauerstoff oder Halogenkohlenwasserstoffe als Oxidationsmittel nutzenden Verbrennung erzeugt worden ist, wobei der halogenhaltige Stoff sich durch mindestens eine der folgenden Eigenschaften auszeichnet:
■ gasförmig bei 20 0C,
■ dampfförmig unterhalb von 500 0C,
■ messbarer Dampfdruck oberhalb von 50 0C,
■ hygroskopisch,
■ hydrolysierbar,
und dass die Bildung des halogenhaltigen Stoffs durch mindestens einen der folgenden Schritte erfolgt:
• Freisetzung des halogenhaltigen Stoffs in die Troposphäre unter Anwendung der Salzwasser-Elektrolyse,
• Freisetzung des halogenhaltigen Stoffs in die Troposphäre unter Anwendung von mindestens einer Reaktion der Halogene Chlor und Brom mit einem Stoff aus der Gruppe:
metallisches Eisen, metallisches Titan, elementares Silicium, Eiseπ-Silicium-Legierungen, Eisen-Titan-Legierungen, Silicium-Titan-Legierungen, elementarer Schwefel,
Eisen-Schwefel-Verbindungen, insbesondere Eisen(ll)-Sul- fid.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz des halo- genhaltigen Stoffs zur Troposphäre in einem Trägergas erfolgt und/oder der ha- logenhaltige Stoff in der freien Troposphäre gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Troposphäre künstlich mit einem Aerosol angereichert wird, dessen Menge global einer Eisenfracht von 100.000 t pro Jahr oder weniger entspricht und dessen stoffliche Zusammensetzung neben den Elementen aus der Gruppe Eisen und Halogene mindestens ein weiteres Element aus der Gruppe Silicium, Kohlenstoff, Schwefel, und Stickstoff enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherung der Troposphäre mit Aerosol durch Einleiten mindestens eines dampf- und/oder gasförmigen halogenhaltigen Stoffs und mindestens eines eisenhaltigen Stoffs an mindestens einem Ort und jeweils zum gleichen Zeitpunkt in jeweils einen Trägergasstrom erfolgt,
■ wobei der Trägergasstrom dabei durch eine Einhausung geführt wird oder
■ der Trägergasstrom sich dabei frei durch die Atmosphäre bewegt oder
■ das Trägergas und der Ort der Einleitung des halogenhaltigen Stoffs und des eisenhaltigen Stoffs in das Trägergas sich relativ zueinander bewegen, und
dass das jeweilige Trägergas nach Aufnahme des halogenhaltigen Stoffs und des eisenhaltigen Stoffs in die Troposphäre entlassen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherung der Troposphäre mit Aerosol durch Einleiten mindestens eines dampf- und/oder gasförmigen halogenhaltigen Stoffs und mindestens eines eisenhaltigen Stoffs an mindestens zwei getrennten Orten und/oder zu unterschiedlichen Zeiten in jeweils einen Trägergasstrom erfolgt,
■ wobei der jeweilige Trägergasstrom am jeweiligen Ort der Einleitung durch eine Einhausung geführt wird oder
■ der jeweilige Trägergasstrom sich frei durch die Atmosphäre bewegt oder
■ das jeweilige Trägergas und der jeweilige Ort der Einleitung des halogenhaltigen Stoffs und des eisenhaltigen Stoffs in das Trägergas sich relativ zueinander bewegen, und
dass das jeweilige Trägergas nach Aufnahme des halogenhaltigen Stoffs und des eisenhaltigen Stoffs in die Troposphäre entlassen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eisenhaltige Stoff dem Trägergas in der Form eines Aerosols zugegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der halogenhaltige Stoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: FeCI3, FeCI3 x 6 H2O, FeBr3, FeBr3 x 6 H2O, SiCI4, SiBr4, Br2, CI2, BrCI, S2CI2, SCI2, S2Br2, SBr2, HBr, HCl, NH4CI, NH4Br, Oxalylchlorid, Oxalylbromid.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eisenhaltige Stoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Eisen(ll)-Salze, chloridfreien Eisen(lll)-Salze, Eisenchalkogenide und Gemische von Eisensalzen, Eisensalzlösungen und Eisenchalkogenid-Suspensionen mit Meersalz und Meerwasser.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol Oxalate und/oder Oxalsäure enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergasstrom der Abgasstrom und/oder der Fahrtwind eines Luftfahrzeugs oder eines Wasserfahrzeugs oder der Wind an den Rotorflügeln oder am Turm von Windkraftanlagen verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Salzwasser-Elektrolyse gebildeten Halogene und Interhalogenverbindungen unmittelbar in die Troposphäre emittiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Meerwasser bei der Salzwasser-Elektrolyse verwendet wird und die bei der Salzwasser-Elektrolyse gebildete Lauge in das Meer eingeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Salzwasser-Elektrolyse gebildeten Halogene durch Reaktion mit mindestens einem stückigen Stoff aus der Gruppe: metallisches Eisen, metallisches Titan, Eisen(ll)- Sulfid, Eisensilicid, Eisen-Titan-Legierung und elementares Silicium zu mindestens einer gasförmigen Verbindung aus der Gruppe Eisen(lll)halogenid, Silicium- tetrahalogenid, Titantetrahalogenid und Schwefelhalogenide umgesetzt werden, wobei die eine oder mehrere der gasförmigen Verbindungen unmittelbar mit einem Trägergas in die Troposphäre emittiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Salzwasser-Elektrolyse gebildeten Halogene durch Reaktion mit einer mindestens eine Eisenverbindung enthaltenden Lösung, mit einer gefälltes Eisenchalkogenid enthaltenden Suspension oder mit einer elementaren Schwefel enthaltenden Schmelze zu einer oder mehreren der Halogenverbindungen aus der Gruppe der Chloride umgesetzt werden, wobei die eine oder mehrere der Halogenverbindungen unmittelbar mit einem Trägergas in die Troposphäre emittiert werden.
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