WO2010075856A2 - Verfahren zur abkühlung der troposphäre - Google Patents

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 Verhältni