WO2011018124A1 - Verfahren und anlage zum bereitstellen eines kohlenwasserstoff-basierten energieträgers unter einsatz eines anteils von regenerativ erzeugtem methanol und eines anteils von methanol, der mittels direktoxidation oder über partielle oxidation oder über reformierung erzeugt wird - Google Patents

Verfahren und anlage zum bereitstellen eines kohlenwasserstoff-basierten energieträgers unter einsatz eines anteils von regenerativ erzeugtem methanol und eines anteils von methanol, der mittels direktoxidation oder über partielle oxidation oder über reformierung erzeugt wird Download PDF

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Definitions

  • the present application relates to methods and systems for
  • Carbon dioxide CO 2 (usually called carbon dioxide) is one
  • Carbon dioxide is a colorless and odorless gas. It is a natural component of the air with a low concentration and is formed in living beings in cell respiration, but also in the combustion of carbonaceous substances with sufficient Presence of oxygen. Since the beginning of industrialization, the CO 2 share in the atmosphere has increased significantly. The main reason for this is the
  • Greenhouse gases such as industrial companies (e.g., automakers) 1 or power plant operators 2, invest or operate e.g. Wind farms 3 in other locations as part of balancing projects to produce energy without GHG emissions. Purely arithmetically, this can be a
  • climate neutrality Numerous companies are trying to buy a "climate-neutral vest" in this way.
  • Wind and solar power plants that convert renewable energy into electrical energy have a transient power output, what a
  • Wind power fails on a large scale, especially if this failure occurs suddenly and unexpectedly. In any case, but the installed wind and
  • the regenerative forms of energy can be particularly advantageous with fossil
  • Silicon-Fire plants produce hydrocarbon-based energy sources in corresponding Silicon-Fire plants. These Silicon-Fire systems are particularly suitable for the production of methanol.
  • carbon dioxide is used as a carbon source.
  • the carbon dioxide is removed from a combustion process or an oxidation process of carbon or hydrocarbons by means of CO 2 separation.
  • DC electric power is provided. The DC energy is largely generated by renewable energy, and it becomes the
  • a second proportion of methanol is produced either by direct oxidation (oxidative transformation) of a hydrocarbon, preferably of methane-containing natural gas, or of a synthesis gas, which in the
  • Synthesis gas is generated either by partial oxidation of
  • Hydrocarbons e.g. methane-containing natural gas, with oxygen or by reforming carbon, e.g. Coal, or hydrocarbons, e.g. Natural gas, oils or biomass, with oxygen and / or carbon dioxide and / or water vapor, wherein according to the invention the oxygen for the direct oxidation or for the production of the synthesis gas substantially or completely originates from the same electrolysis of water or an aqueous solution with which the Hydrogen is produced for the first portion of methanol. If necessary, this oxygen can
  • the reforming can preferably also be carried out as autothermal reforming, in which the exothermic partial Oxidation and endothermic reforming with water vapor and / or
  • Carbon dioxide as a carbon source can be removed according to the invention from raw natural gas, depending on the natural gas source over 10%
  • Carbon dioxide can e.g. also originate from processes of Kalkbumpss or calcination to soda. According to the invention is as constant as possible and long-term
  • the electrical energy from wind and / or solar power plants is not consumed according to the invention in a network, but converted into a Silicon-Fire plant in methanol as a relatively simple storage and transportable form of energy. That is, the renewable energies are chemically in a relatively simple storage and transportable
  • Energy conversion efficiency is increased because photovoltaic systems no inverters for generating AC voltage are required and In general, a lossy long-distance transport of electrical energy over longer power lines is not required.
  • the fossil gaseous raw methane can be implemented in an efficient chemical process directly to liquid methanol, which in turn compared to a gas relatively simple storage and
  • Methanol content is produced.
  • the regenerative energy - to achieve higher revenues - are also fed into the grid. This feed is optional.
  • a chemical Silicon Fire plant to produce methanol as a relatively simple storage and transportable form of energy.
  • the production of methanol as a relatively simple storage and transportable form of energy can be shut down at any time or even interrupted.
  • Methanol can serve as an additional energy buffer.
  • methanol can be stored in order to be able to provide additional electrical energy in the event of peak energy demand in the electrical grid.
  • Methanol can either be burned in thermal power plants as needed, or it can be burned in fuel cells (e.g., direct methanol
  • the methanol can be converted catalytically into a cracked gas of hydrogen and carbon monoxide before combustion. This results in advantages that can be found in the detailed description.
  • the present invention is based on the production of hydrogen by means of electrical energy which is generated as far as possible regeneratively and e.g. from wind and / or solar power plants, in combination with the conversion of hydrogen with carbon dioxide to a first proportion of methanol. So hydrogen does not need to be stored or highly compressed or liquefied refrigerated and transported over long distances, but serves as
  • an energy-converting process in which solar energy or wind power is converted into electrical energy is followed by material-converting (chemical) processes, namely the intermediary provision of hydrogen and the conversion of hydrogen together with
  • the second proportion of methanol is also produced according to the invention by material-converting (chemical) processes, namely by a direct oxidation of hydrocarbons and / or by a partial oxidation of hydrocarbons and / or via a Reforming of carbon or hydrocarbons, wherein the necessary oxygen is substantially or completely derived from the electrolysis of the first portion of methanol.
  • material-converting (chemical) processes namely by a direct oxidation of hydrocarbons and / or by a partial oxidation of hydrocarbons and / or via a Reforming of carbon or hydrocarbons, wherein the necessary oxygen is substantially or completely derived from the electrolysis of the first portion of methanol.
  • Fig. 1 a scheme showing the principle of climate neutrality by the
  • Fig. 2 is a diagram showing the basic steps of the method according to the above-mentioned international priority application, respectively a corresponding Silicon-Fire plant;
  • FIG. 3 is a diagram showing the basic steps of the method according to FIG.
  • reaction products which can be used either directly as energy carriers or which are indirectly, i. after carrying out further intermediate steps, can be used as energy sources.
  • the term energy source is used here for substances that can be used either directly as fuel or fuel. This is specifically about methanol 108.1, 108.2.
  • the transportability of the energy carrier is characterized here by the chemical reaction potential.
  • FIG. 2 shows, in a schematic block diagram, the most important building blocks / components or method steps of a silicon-fire installation 100 according to the international priority application mentioned in the introduction.
  • This plant 100 is designed so that a method for providing storable and transportable energy carriers 108 can be carried out.
  • Carbon dioxide 101 is provided as a carbon source.
  • the required electrical DC energy El is generated here as far as possible by means of renewable energy technology and the Silicon-Fire plant 100 made available.
  • Particularly suitable as renewable energy technology are solar thermal systems 300 and photovoltaic systems 400, which are based on solar modules. It is also possible to provide a combination of both system types 300 and 400, since the area requirement, based on the electrical power, of a solar thermal system 300 is smaller than that of a photovoltaic system 400.
  • a water electrolysis 105 is performed using the DC electric power El to produce hydrogen 103, or hydrogen ions, as an intermediate.
  • a system 100 is shown, which is constructed so that it reduces or compensates for the aforementioned disadvantages. For this reason, in the case of the inventive silicone-fire system 100, preferably a economically and ecologically optimal combination of
  • this silicone-fire system 100 envisages using the regenerative electrical energy El largely directly according to its seizure for chemical reactions (in this case the electrolysis reaction 105) and thus chemically bonding and storing it. Another portion of the required energy is obtained from the interconnected network 500. This proportion is converted into direct current (energy) E2. For this purpose comes a corresponding
  • Converter 501 is used, as indicated in Fig. 2 in a schematic form.
  • the corresponding system components or components are also referred to here as power supply system 501.
  • the respective currently available surplus energy component E2 is taken from the interconnected network 500, while the other energy component (here El) is obtained as far as possible from a plant-related solar power plant 300 and / or 400 (or from a wind power plant an intelligent reversal of the previous principle, in which the
  • Verbundnetz 500 vorzuhalten This principle allows the operator of a Silicon-Fire plant 100 to include additional technical and economic parameters in the control of the plant 100. These parameters are so-called input quantities II, 12, etc., which are included in decisions by the controller 110. A part of the parameters can be specified within the controller 110 in a parameter memory 111. Another part of the parameters can come from the outside. Here, for example, price and / or availability information can be received from the operator of the interconnected network 500.
  • a plant 700 according to the invention is now shown, the is constructed so that it reduces or compensates for the aforementioned disadvantages. A part of this plant 700 corresponds to the plant 100 of FIG. 2. In this respect, therefore, the preceding description of the
  • Oxygen 109 can be removed via an oxygen removal 115 from the electrolysis plant 105.
  • an optional oxygen buffer 116 is shown.
  • Methane or methane-containing gas 117 is now provided in the illustrated embodiment. Here, another hydrocarbon-containing gas can be used. This methane or methane-containing gas 117 may originate from a gas production plant or, for example, from a biogas plant. Methane, respectively methane-containing gas 117, is now reacted in a reaction plant 118 (e.g., by direct oxidation) to a second methanol portion 108.2. The first methanol portion 108.1 and the second methanol portion 108.2 can be brought together (mixed). This optional step is shown in FIG. 3 by reference numerals 701 and 702. The controller 110 may regulate this process and adjust the dosage of the portions 108.1 and 108.2 as represented by the optional control or signal line 119.
  • control or signal line There may be provided a number of other control or signal line, as shown with reference to the lines 112, 113 and 114 shown as an example. These lines 112, 113 and 114 control energy or power
  • Mass flows In order to control the mass flows on the input side of the reaction plant 118, optional control or signal lines 703 and 704 may be provided.
  • system controller 110 so-called software-based decision processes are implemented.
  • a processor of the controller 110 executes control software and falls under consideration of parameters Decisions. These decisions are implemented in switching or
  • Control commands for example via control or signal lines 112, 113, 114, 119, 703, 702 cause the control / regulation of energy and mass flows.
  • carbon dioxide 101 is used as a carbon source, as indicated schematically in Fig. 3.
  • the carbon dioxide 101 is preferably taken from a combustion process 201 or an oxidation process via CO 2 separation (eg a Silicon-Fire flue gas purification plant). However, the carbon dioxide 101 can also be separated from crude gas and provided. Furthermore, DC electric power El is provided. The DC energy E1 is largely generated regeneratively (eg by one of the plants 300 and / or 400 in FIG. 3). The DC power El is used to perform a water electrolysis to produce hydrogen 103 as an intermediate.
  • the DC energy E1 is largely generated regeneratively (eg by one of the plants 300 and / or 400 in FIG. 3).
  • the DC power El is used to perform a water electrolysis to produce hydrogen 103 as an intermediate.
  • Electrolysis system respectively, to carry out such an electrolysis is indicated in Fig. 3 by the reference numeral 105.
  • the carbon dioxide 101 is then reacted with the hydrogen 103 (e.g., by a methanol synthesis) to convert the (intermediate) products 101, 103 to methanol 108.1.
  • the reaction can be carried out in a reaction vessel 106, and the removal, respectively the provision of the methanol, is indicated in FIG. 3 by the reference numeral 107.
  • the required (electrical) energy El for this reaction of 286.02 kJ / mol corresponds to 143010 kJ per kg of H 2 .
  • the synthesis of the methanol 108.1 (CH 3 OH) proceeds in the Silicon-Fire plant 700 after the exothermic reaction between carbon dioxide 101 (CO 2 ) and hydrogen 103 (H 2 ), as follows:
  • Synthetic reactor 106 discharged. Typical conditions of synthesis in
  • Synthesis reactor 106 are about 50 bar and about 270 0 C, so the
  • Reaction heat Wl can also be used, e.g. for a nearby seawater desalination plant or heating system.
  • the methanol synthesis 106 is carried out using catalysts to reaction temperature and pressure and
  • Reaction product high-grade (pure) methanol 108.1 is formed.
  • Cathode is formed, can be reacted with a copper or nickel-based catalyst to methanol.
  • the Silicon-Fire plant 700 is located in the vicinity of a CO 2 source, can be dispensed with a liquefaction of CO 2 for transport. Otherwise, it is relatively easy according to the prior art to liquefy the CO 2 and to bring over long distances to a Silicon-Fire plant 700. In the absence of liquefaction, storage and transport over longer distances, the CO 2 is expected to be cost-neutral, taking CO 2 avoidance credits into account. Even in the case of transport, the costs of "acquiring" CO 2 are relatively low.
  • reaction system 118 of the Silicon-Fire system 700 in the vicinity of the O 2 source (here, for example, the electrolyzer 105) is located, can be dispensed with a liquefaction for the transport and a long-range transport even of O 2 109 ,
  • Fig. 3 is indicated by the dashed arrow 112, which starts from the controller 110, that the controller 110 controls the energy flow El.
  • Arrow 112 represents a control or signal line.
  • Other possible control or signal lines 113, 114, 703, 704 are also shown.
  • Control or signal line 113 controls, for example, the amount of CO 2 available for reaction 106. If, for example, less hydrogen 103 is produced, then only less CO 2 has to be supplied.
  • the optional control or signal line 114 may regulate, for example, the amount of H 2 . Such a control is useful, for example, if there is a hydrogen buffer, which can be taken from hydrogen 103, even if at the moment no hydrogen or less hydrogen is produced by electrolysis 105.
  • the optional control or signal line 703 may control the supply of methane 117 and the optional control or signal line 704 control the supply of oxygen 109.
  • system 100 which provides the reference of cost-effective electrical energy in the low load periods of a network 500 (as in Fig. 2).
  • the used renewable electrical energy El has the disadvantages, in particular in the case of wind and solar power, that it is relatively expensive and is only available irregularly and with time constraints.
  • Carbon source materials or hydrocarbon feedstocks can e.g. by exothermic direct oxidation (oxidative
  • synthesis gas comprising substantially carbon monoxide and hydrogen here
  • Hydrolysis Reaction 1 taken so sufficient according to the mass ratios of the reactions 1, 2, and 4, the oxygen from reaction 1 to provide a maximum of three times more methanol 108.2 with reaction 4 than with reaction 2, or that when using all oxygen 109 from reaction 1 all of the methanol produced is one fourth from the "regenerative" reaction 2 and three quarters from the "fossil" reaction 4 (eg direct oxidation).
  • Regenerative fraction 108.1 of total methanol production can be increased, for example with corresponding effects on the CO 2 balance of total methanol production and the specific CO 2 emissions from the combustion of "total" methanol for heat generation or as fuel.
  • the available regenerative electric energy El for generating "regenerative” methanol 108.1 according to reactions 1 and 2 is maximally utilized and the proportion of generated by reaction 4 "fossil" methanol 108.2 is economical and ecological Objectives and boundary conditions up to the possible
  • Maximum value set for example, the desired specific CO 2 emissions of the "total" methanol at combustion or the current price and the availability of natural gas or according to the "total” - to be generated amount of methanol or according to the prices of the various proportions of methanol 108.1, 108.2.
  • the "regenerative" methanol 108.1 and the “fossil” methanol 108.2 can be obtained separately in different reactors 106, 118 and can either be discharged separately or mixed after the seizure and optionally intermediate storage in any proportions (see arrows 701, 702) so that the Silicon-Fire plant 700 is clean
  • Regenerative and purely “fossil” Methanoi can deliver, but also any mixtures of both, for example, to be marketed as a renewable fuel with a permissible fossil content or permissible specific CO 2 emission.
  • the production ratio of a quarter of "regenerative” methanol 108.1 and three quarters of "fossil” methanol 108.2 corresponds to the arithmetical solar (peak) energy attack relative to the period of a calendar year, i. E.
  • the Silicon-Fire plant 700 could theoretically during about a quarter of the
  • Methanol required oxygen 109 is cached accordingly.
  • the buffer 116 can serve.
  • the heat of reaction of the exothermic reactions 2 and 4 are preferably used, which would also reduce the attributable specific CO 2 emissions of the various methanol fractions 108.1, 108.2.
  • For the heat use comes eg under the conditions of the
  • the reaction 4 is e.g. mentions in Olah, G. et al., "Behind Oi! and Gas: The Methanol Economy", Wiley-VCH Verlag, 2006, p. 171 and 172 as “direct oxidative transformation of natural gas to methanol” or as “producing methanol from natural gas ".
  • reaction 4 may be e.g. also by the
  • reaction 6 In the combination of reactions 5 and 6, quasi an oxidation of the methane-containing gas 117 using oxygen-containing gas 109 takes place. Under certain circumstances, the reaction 6 can take place in the same reactor as the reaction 2, possibly with replacement or adaptation of the catalyst charge and the catalyzing conditions.
  • the three reactions 5, 7 and 8 can run together in a reactor at temperatures of about 800 to 1000 0 C over catalysts and controlled so that they are as energy self-sufficient (“autothermal”) run off and the reaction products a suitable synthesis gas for the classic
  • CO 2 101 serves as the starting material
  • Carbon source for the methanol synthesis in the reactor 106 is preferably: steam reforming plants, CO 2 -Abscheidungsanlagen for Crude gas, lime kilns, calciner plants for soda, fermentation plants for bioethanol, sea water desalination plants, large combustion plants for fossil fuels (eg power plant firing) and other installations or
  • the invention makes it possible to avoid the considerable economic disadvantages of known approaches, if - as in the case of the Silicon-Fire plant 700 - the transiently accumulating electrical solar and / or wind energy is converted directly into chemical reaction enthalpy and stored chemically bound, without additional capacity for reserve power and / or
  • Photovoltaic system 400 is a further advantage that the direct current from the solar cells of the photovoltaic system 400 direct current El directly for the
  • Starting material can be used.
  • autothermal reforming a hydrocarbonaceous or carbonaceous feedstock in a reaction zone is present in the presence of a substoichiometric amount
  • oxygen 109 oxygen
  • steam and / or carbon dioxide are supplied in order to produce synthesis gas in this way, the substantially
  • the starting material may be natural gas or another hydrocarbon. It is also possible coal, oils,
  • carbon dioxide is supplied to the ATR process.
  • the addition of CO 2 may be advantageous if the stoichiometric ratios due to the starting materials are not optimal for the synthesis of methanol.
  • synthesis gas comprising essentially carbon monoxide and hydrogen is generated. From this synthesis gas, methanol is then synthesized in a subsequent step, e.g. shown in reaction 6.
  • the methanol 108.1, 108.2 used as an energy source for storing and transporting.
  • Carbon dioxide as a carbon source can be removed according to the invention also from the raw gas, which may have more than 10% carbon dioxide content depending on the natural gas source.
  • a gas scrubbing using gas scrubbing technology or other gas separation technology
  • Most of this CO 2 is emitted into the atmosphere.
  • the CO 2 which is present in substantially pure form, can be used as the carbon source 101.
  • Internal combustion engines for example, also in combined gas / steam turbine plants, can be a catalytic cracking (eg at about 380 0 C) before combustion after the reaction 9:
  • the heat of reaction of the endothermic methanol cleavage reaction 9 of 128.20 kJ / mol or 4006 kJ / kg of methanol can through the waste heat of a

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen (100) zum Bereitstellen speicherbarer und transportabler kohlenstoff-basierter Energieträger (108) unter Einsatz von Kohlendioxid (101) und unter Einsatz von regenerativer elektrischer Energie und von fossilen Brennstoffen (117). Es werden ein Anteil von regenerativ erzeugtem Methanol und ein Anteil von Methanol bereit gestellt, der mittels nicht-regenerativer elektrischer Energie und/oder mittels Direktreduktion und/oder über partielle Oxidation und/oder über Reformierung erzeugt wird.

Description

Verfahren und Anlage zum Bereitstellen eines kohlenwasserstoff-basierten Energieträgers unter Einsatz eines Anteils von regenerativ erzeugtem Methanol und eines Anteils von Methanol, der mittels Direktoxidation oder über partielle
Oxidation oder über Reformierung erzeugt wird
[0001] Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Anlagen zum
Bereitstellen speicherbarer und transportabler kohlenstoff-basierter
Energieträger unter Einsatz von regenerativ erzeugtem Methanol und unter Einsatz von Methanol, das mittels Direktoxidation oder über partielle Oxidation oder über Reformierung erzeugt wird.
[0002] Es werden die Prioritäten der folgenden Anmeldungen beansprucht: - internationale Patentanmeldung PCT/EP2009/060472 mit Anmeldedatum
13. August 2009, und
- europäische Anmeldung EP 09 167 848.2 mit Anmeldedatum
13. August 2009. [0003] Kohlenstoffdioxid CO2 (meist Kohlendioxid genannt) ist eine
chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Kohlendioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es ist mit einer geringen Konzentration ein natürlicher Bestandteil der Luft und entsteht in Lebewesen bei der Zellatmung, aber auch bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen bei ausreichender Anwesenheit von Sauerstoff. Seit Beginn der Industrialisierung steigt der CO2- Anteii in der Atmosphäre deutlich an. Hauptursache hierfür sind die vom
Menschen verursachten - sogenannten anthropogenen - CO2-Emissionen. Das Kohlendioxid in der Atmosphäre absorbiert einen Teil der Wärmestrahlung. Diese Eigenschaft macht Kohlendioxid zu einem so genannten Treibhausgas (THG) und zu einem der Mitverursacher des globalen Treibhauseffekts.
[0004] Aus diesen und auch aus anderen Gründen wird zur Zeit in
verschiedenste Richtungen geforscht und entwickelt, um einen Weg zu finden, um die anthropogenen CO2-Emissionen zu reduzieren. Besonders im
Zusammenhang mit der Energieerzeugung, die häufig durch das Verbrennen fossiler Energieträger, wie Kohle, Öl oder Gas, erfolgt, aber auch mit anderen Verbrennungsprozessen, zum Beispiel der Müllverbrennung, besteht ein großer Bedarf zur Reduktion der CO2-Emission. Es werden pro Jahr über 20 Milliarden Tonnen CO2 durch solche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben.
[0005] Es wird unter anderem das Prinzip der KiimaneutraÜtät angestrebt, indem Ansätze verfolgt werden, bei denen man versucht, die mit CO2-Emissionen verbundene Energieerzeugung durch alternative Energien zu kompensieren. Dieser Ansatz ist stark schematisiert in Fig. 1 dargestellt. Emittenten von
Treibhausgasen (THG), wie Industrieunternehmen (z.B. Automobilhersteller) 1 oder Kraftwerksbetreiber 2, investieren oder betreiben z.B. Windfarmen 3 an anderen Standorten im Rahmen von Ausgleichsprojekten, um dort Energie ohne THG- Emissionen zu erzeugen. Rein rechnerisch kann sich damit eine
Klimaneutralität ergeben. Zahlreiche Firmen versuchen, sich auf diesem Weg eine„klimaneutrale Weste" zu erkaufen.
[0006] Wind- und Solarkraftwerke, die erneuerbare Energien in elektrische Energie umwandeln, haben eine instationäre Leistungsabgabe, was einen
Anlagenbetrieb gemäß den Anforderungen eines elektrischen Verbundnetzes außerordentlich erschwert und Anlage- und Betriebskosten für zusätzliche
Reserve- und Frequenzregel-Anlagen bedingt. Die Stromerzeugungskosten von Wind- oder Solarkraftwerken werden dadurch gegenüber Kraftwerken, die den Leistungsanforderungen des Verbundnetzes unmittelbar folgen können, entsprechend zusätzlich wesentlich belastet. [0007] Es wird als Problem angesehen, dass z.Z. nahezu alle regenerative elektrische Energie, die erzeugt wird, in das öffentliche Wechselspannungs- Verbundnetz eingespeist wird, dessen Frequenz nur innerhalb sehr enger
Grenzen schwanken darf (z.B. +/- 0,4 %). Das kann nur erreicht werden, wenn die Stromerzeugung im Netz praktisch immer gleich dem Verbrauch ist. Die Notwendigkeit, für Wind- und Solarkraftwerke immer die ausreichenden Reserve- und Frequenzregelkapazitäten vorhalten zu müssen, führt zur entsprechenden Verteuerung der Stromversorgung mit diesen Anlagen. Wind- und
Solarkraftwerke im elektrischen Verbundnetz ziehen somit weitere„versteckte" Kosten und Probleme nach sich.
[0008] Bereits beim heutigen Ausbaustand von Windkraftwerken in vielen Ländern kann das elektrische Energieversorgungsnetz vor ernste Probleme gestellt werden, wenn z.B. infolge von Windmangel oder Starkwind die
Windleistung in großem Umfang ausfällt, vor allem wenn dieser Ausfall plötzlich und unerwartet erfolgt. In jedem Fall sind aber der installierten Wind- und
Solarleistung angepasste Reserve- und Frequenzregelkapazitäten notwendig. [0009] Daraus folgt, dass Solar- und Windkraftwerke, die in ein elektrisches Verbundnetz einspeisen, kaum die installierten Leistungen anderer Kraftwerke im Verbundnetz ersetzen können. Das führt dazu, dass Solar- und Windstrom in etwa nur mit den ersparten Brennstoffkosten der anderen, im Netz vorhandenen Wärmekraftwerke bewertet werden kann.
[00010] Gemäß der eingangs erwähnten Prioritätsanmeldungen, lassen sich die regenerativen Energieformen besonders vorteilhaft mit fossilen
Energieformen kombinieren. Eine solche Kombination ermöglicht es,
kohlenwasserstoff-basierte Energieträger in entsprechenden Silicon-Fire Anlagen herzustellen. Diese Silicon-Fire Anlagen sind besonders geeignet, um damit Methanol herzustellen.
[00011] Es stellt sich nun die Aufgabe, ein Verfahren bereit zu stellen, das in der Lage ist, speicherbare kohlenwasserstoff-basierte Energieträger, zum Beispiel als Kraft- oder Brennstoffe, so zu erzeugen, dass die CO2-(Gesamt-)Bilanz dieser Kraft- oder Brennstoffe gegenüber vorbekannten Ansätzen verbessert wird. Die Bereitstellung dieser Energieträger sollte mit möglichst minimalem Ausstoß von CO2 erfolgen, und der Einsatz dieser Energieträger sollte zu einer Reduzierung des weltweiten Ausstoßes von CO2 beitragen.
[00012] Gemäß Erfindung werden ein Verfahren und eine Anlage
(Vorrichtung) zum Bereitstellen speicherbarer und transportabler Energieträger bereit gestellt. [00013] Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird Kohlendioxid als Kohlenstofflieferant eingesetzt. Vorzugsweise wird das Kohlendioxid aus einem Verbrennungsprozess oder einem Oxidationsprozess von Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffen mittels CO2-Abscheidung entnommen. Außerdem wird elektrische Gleichstromenergie bereitgestellt. Die Gleichstromenergie wird weitgehend mittels erneuerbarer Energien erzeugt, und sie wird zum
Durchführen einer Elektrolyse von Wasser oder einer wässerigen Lösung eingesetzt, um Wasserstoff und Sauerstoff als Zwischenprodukte zu erzeugen. Das Kohlendioxid wird dann mit dem Wasserstoff zur Reaktion gebracht, um diese Produkte zu einem ersten Methanolanteil umzusetzen.
[00014] Ein zweiter Methanolanteil wird entweder durch Direktoxidation (oxidative Transformation) eines Kohlenwasserstoffes, vorzugsweise von methanhaltigem Erdgas, oder aus einem Synthesegas erzeugt, das im
wesentlichen aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 besteht. Dieses
Synthesegas wird erzeugt entweder durch partielle Oxidation von
Kohlenwasserstoffen, z.B. methanhaltigem Erdgas, mit Sauerstoff oder durch Reformieren von Kohlenstoff, z.B. Kohle, oder von Kohlenwasserstoffen, z.B. Erdgas, Ölen oder Biomassen, mit Sauerstoff und/oder Kohlendioxid und/oder Wasserdampf, wobei erfindungsgemäß der Sauerstoff für die Direktoxidation oder für die Herstellung des Synthesegases im Wesentlichen oder vollständig aus der gleichen Elektrolyse von Wasser oder einer wässerigen Lösung stammt, mit der auch der Wasserstoff für den ersten Methanolanteil hergestellt wird. Bei Bedarf kann dieser Sauerstoff
zwischengespeichert werden. Die Reformierung kann vorzugsweise auch als autotherme Reformierung durchgeführt werden, bei der die exotherme partielle Oxidation und die endotherme Reformierung mit Wasserdampf und/oder
Kohlendioxid so kombiniert werden, dass die kombinierte Gesamtreaktion ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung, d.h. autotherm, verläuft. [00015] Kohlendioxid als Kohlenstofflieferant kann gemäß Erfindung auch aus Roherdgas entnommen werden, das je nach Erdgasquelle über 10 %
Kohlendioxid-Anteil aufweisen kann. Kohlendioxid kann z.B. auch aus Prozessen des Kalkbrennens oder des Kalzinierens zu Soda entstammen. [00016] Gemäß Erfindung wird ein möglichst konstanter und langzeitiger
Anlagenbetrieb einer entsprechenden Silicon-Fire Anlage angestrebt, was durch Kombination der Erzeugung des ersten (regenerativen) Methanolanteils mit der Erzeugung des zweiten (vorwiegend fossilen) Methanolanteils erzielt wird. [00017] Die erfindungsgemäße Silicon-Fire Anlage wird so gesteuert und die einzelnen Prozesse werden so miteinander„verknüpft", dass
- der Gesamtertrag der Reaktionsprodukte möglichst maximal wird
- und/oder die CO2-(Gesamt-)Emission möglichst minimal wird
- und/oder eine möglichst konstante und langzeitige Anlagenauslastung erzielt wird
- und/oder die produktspezifischen Investitions- und Betriebskosten des
regenerativen Kraftwerkes und der Silicon-Fire Anlage möglichst minimal werden. [00018] Die elektrische Energie aus Wind- und/oder Solarkraftwerken wird gemäß Erfindung nicht in einem Verbundnetz verbraucht, sondern in einer Silicon-Fire Anlage in Methanol als relativ einfach Speicher- und transportierbare Energieform umgewandelt. D.h., es werden die emeuerbaren Energien auf chemischem Wege in eine relativ einfach Speicher- und transportierbare
Energieform überführt.
[00019] Es ist ein weiterer Vorteil des direkten Überführens in eine relativ einfach Speicher- und transportierbare Energieform, dass die
Energieumwandlungseffizienz erhöht wird, da bei Photovoltaikanlagen keine Wechselrichter zum Erzeugen von Wechselspannung erforderlich sind und generell ein verlustbehafteter Ferntransport der elektrischen Energie über längere Hochspannungsleitungen nicht erforderlich ist.
[00020] Außerdem kann der fossile gasförmige Rohstoff Methan in einem effizienten chemischen Prozess direkt zu flüssigem Methanol umgesetzt werden, das gegenüber einem Gas wiederum relativ einfacher Speicher- und
transportierbar ist.
[00021] Die Erzeugungskosten der erneuerbaren elektrischen Energie aus Solar- und Windkraftwerken sind auf absehbare Zeit relativ hoch. Das führt dazu, dass auch bei direkter Nutzung dieser elektrischen Energie für chemische
Prozesse, wie hier vorgeschlagen, die allein damit erzeugten chemischen
Produkte gegenüber den konventionell - in der Regel fossil - hergestellten Produkten wesentlich teurer sind.
[00022] Um diesen Nachteil zu vermindern, wird bei der erfindungsgemäßen Siiicon-Fire Anlage vorzugsweise eine wirtschaftlich und ökologisch möglichst optimale Kombination der Herstellung eines ersten, weitgehend regenerativen Methanolanteils mit der Herstellung eines zweiten, vorzugsweise weitgehend fossilen Methanolanteils realisiert, wobei der für die Herstellung des zweiten Methanolanteils notwendige Sauerstoff weitgehend oder vollständig aus dem Elektrolyseprozess stammt, mit dem der Wasserstoff für den ersten
Methanolanteil hergestellt wird. [00023] In Zeiten elektrischen Spitzenbedarfs im elektrischen Verbundnetz kann die regenerative Energie - zur Erzielung höherer Erlöse - auch in das Verbundnetz eingespeist werden. Diese Einspeisung ist optional.
[00024] Vorzugsweise wird, anstatt die instationär anfallende regenerative elektrische Energie aus Wind- und/oder Solarkraftwerken in ein elektrisches
Verbundnetz einzuspeisen und deren Schwankungen und Ausfälle durch andere Kraftwerke oder Speicheranlagen auszugleichen und auszuregeln, mit der elektrischen Energie der Wind- oder Solarkraftwerke eine chemische Silicon-Fire Anlage betrieben, um Methanol als relativ einfach Speicher- und transportierbare Energieform zu erzeugen. [00025] Die Produktion von Methanol als relativ einfach Speicher- und transportierbare Energieform kann jederzeit heruntergefahren oder gar unterbrochen werden. Die„chemischen Anlagenteile" zur Herstellung sowohl des ersten, weitgehend regenerativen als auch des zweiten, vorzugsweise
weitgehend fossilen Methanolanteils können relativ einfach und schnell heruntergefahren oder abgeschaltet werden. Hier liegt die Entscheidungshoheit im Verantwortungsbereich des Betreibers der Silicon-Fire Anlage. [00026] Methanol kann als zusätzlicher Energiepuffer dienen. So kann zum Beispiel Methanol gespeichert werden, um bei Spitzen-Energiebedarf im elektrischen Verbundnetz zusätzlich elektrische Energie zur Verfügung stellen zu können. Methanol kann bei Bedarf entweder in Wärmekraftwerken verbrannt werden, oder es kann damit in Brennstoffzellen (z.B. Direkt-Methanol
Brennstoffzellen; MFC genannt) elektrische Energie erzeugt werden.
[00027] Bei Bedarf kann das Methanol vor der Verbrennung katalytisch in ein Spaltgas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid überführt werden. Daraus ergeben sich Vorteile, die der detaillierten Beschreibung zu entnehmen sind.
[00028] Die vorliegende Erfindung basiert auf der Wasserstofferzeugung mit Hilfe elektrischer Energie, die weitmöglich regenerativ erzeugt wird und z.B. aus Wind- und/oder Solarkraftwerken stammt, in Kombination mit der Umsetzung des Wasserstoffs mit Kohlendioxid zu einem ersten Methanolanteil. Wasserstoff braucht also nicht gelagert oder hoch verdichtet oder tief gekühlt verflüssigt und über größere Strecken transportiert zu werden, sondern dient als
Zwischenprodukt, das vorzugsweise am Standort seiner Erzeugung umgesetzt wird. Einem energieumwandelnden Prozess, bei dem Sonnenenergie oder Windkraft in elektrische Energie umgewandelt wird, folgen gemäß Erfindung stoffumwandelnde (chemische) Prozesse, nämlich die intermediäre Bereitstellung von Wasserstoff und die Umwandiung des Wasserstoffs zusammen mit
Kohlendioxid zu dem ersten Methanolanteil. Der zweite Methanolanteil wird gemäß Erfindung auch durch stoffumwandelnde (chemische) Prozesse erzeugt, und zwar durch eine Direktoxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder über eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder über eine Reformierung von Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffen, wobei der dafür notwendige Sauerstoff im Wesentlichen oder vollständig aus der Elektrolyse für den ersten Methanolanteil stammt. [00029] Unter Beachtung entsprechender energietechnischer,
anlagentechnischer und wirtschaftlicher Vorgaben, zusammen mit der Forderung nach schonender Nutzung aller stofflichen, energetischen und ökonomischen Ressourcen, wird gemäß Erfindung eine neue energietechnische Lösung bereitgestellt.
[00030] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Beschreibung, den Figuren und den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
[00031] In den Zeichnungen sind verschiedene Aspekte der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Zeichnungen zeigen :
Fig. 1: ein Schema, welches das Prinzip der Klimaneutralität durch die
Investition in oder das Betreiben von Ausgleichsprojekten darstellt;
Fig. 2: ein Schema, das die grundlegenden Schritte des Verfahrens gemäß der eingangs erwähnten internationalen Prioritätsanmeldung, respektive einer entsprechenden Silicon-Fire Anlage, zeigt;
Fig. 3: ein Schema, das die grundlegenden Schritte des Verfahrens gemäß
Erfindung, respektive einer entsprechenden Silicon-Fire Anlage, zeigt. [00032] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem neuartigen
Konzept, welches unter Verwendung vorhandener Ausgangsstoffe sogenannte Reaktionsprodukte bereitstellt, die entweder direkt als Energieträger einsetzbar sind, oder die indirekt, d.h. nach dem Ausführen weiterer Zwischenschritte, als Energieträger einsetzbar sind.
[00033] Der Begriff Energieträger wird hier verwendet für Stoffe, die entweder direkt als Kraftstoff oder Brennstoff eingesetzt werden können. Hier geht es konkret um Methanol 108.1, 108.2. [00034] Die Transportfähigkeit des Energieträgers wird hier durch das chemische Reaktionspotenzial gekennzeichnet.
[00035] Im Falle von Methanol 108.1, 108.2 als Energieträger sollten gewisse Rahmenbedingungen beim Lagern und beim Transport eingehalten werden, die ähnlich sind wie die Bedingungen zur Handhabung von anderen fossilen flüssigen Kraft- und Brennstoffen. Hier kann problemlos die existierende Infrastruktur benutzt werden. Auf der Materialseite können gewisse Anpassungen erforderlich sein, um z.B. den korrosiven Eigenschaften des Methanols Rechnung zu tragen. Auch die Sicherheitsmaßnahmen z.B. hinsichtlich Gesundheits-, Brand- und Explosionsschutz sind anzupassen.
[00036] Fig. 2 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung die wichtigsten Bausteine/Komponenten respektive Verfahrensschritte einer Silicon-Fire Anlage 100 gemäß der eingangs erwähnten internationalen Prioritätsanmeldung. Diese Anlage 100 ist so ausgelegt, dass ein Verfahren zum Bereitstellen speicherbarer und transportabler Energieträger 108 ausgeführt werden kann. Das
entsprechende Verfahren basiert auf den folgenden grundlegenden Schritten. [00037] Es wird Kohlenstoffdioxid 101 als Kohlenstofflieferant bereitgestellt. Die erforderliche elektrische Gleichstromenergie El wird hier weitmöglichst mittels erneuerbarer Energietechnik erzeugt und der Silicon-Fire Anlage 100 zur Verfügung gestellt. Besonders als erneuerbare Energietechnik geeignet sind Solarthermieanlagen 300 und Photovoltaikanlagen 400, die auf Solarmodulen basieren. Es ist auch möglich eine Kombination von beiden Anlagentypen 300 und 400 vorzusehen, da der Flächenbedarf, bezogen auf die elektrische Leistung, einer Solarthermieanlage 300 kleiner ist als der einer Photovoltaikanlage 400.
[00038] Es wird gemäß Fig. 2 eine Wasserelektrolyse 105 unter Einsatz der elektrischen Gleichstromenergie El durchgeführt, um Wasserstoff 103, oder Wasserstoffionen, als Zwischenprodukt zu erzeugen.
[00039] In Fig. 2 ist eine Anlage 100 dargestellt, die so aufgebaut ist, dass sie die eingangs erwähnten Nachteile vermindert oder ausgleicht. Aus diesem Grund wird bei der erfindungsgemässen Silicon-Fire Anlage 100 vorzugsweise eine wirtschaftlich und ökologisch optimale Kombination regenerativer
Stromversorgung (durch die Anlagen 300 und/oder 400) und konventioneller Stromversorgung, hier durch einen Teil eines Verbundnetzes 500 dargestellt, realisiert. Diese Silicon-Fire Anlage 100 sieht daher vor, die regenerative elektrische Energie El weitgehend direkt entsprechend ihrem Anfall für chemische Reaktionen (hier die Elektrolysereaktion 105) zu nutzen und damit chemisch zu binden und zu speichern. Ein weiterer Anteil der benötigten Energie wird aus dem Verbundnetz 500 bezogen. Dieser Anteil wird umgewandelt in Gleichstrom(energie) E2. Zu diesem Zweck kommt ein entsprechender
Umwandler 501 zum Einsatz, wie in Fig. 2 in schematischer Form angedeutet. Die entsprechenden Anlagenteile oder -komponenten werden hier auch als Energieversorgungsanlage 501 bezeichnet.
[00040] Mittels einer intelligenten Anlagensteuerung 110 wird die
Energieversorgung der Anlage 100 nach Fig. 2 gesteuert und geregelt. Es wird im Prinzip der jeweils momentan verfügbare überschüssige Energieanteil E2 aus dem Verbundnetz 500 bezogen, während der andere Energieanteil (hier El) soweit möglich aus einem Anlage bezogenen Solarkraftwerk 300 und/oder 400 (oder aus einem Windkraftwerk bezogen wird. Hier kommt es also zu einer intelligenten Umkehrung des bisherigen Prinzips, bei dem die
Energieschwankungen erneuerbarer Energieanlagen 300, 400 durch Zu- und Abschalten konventioneller Anlagen abgefangen werden. Man braucht daher zum Betreiben einer Silicon-Fire Anlage 100 keine zusätzlichen Leistungs- und
Frequenzregeikapazitäten für die regenerativen Kraftwerksanlagen im
Verbundnetz 500 vorzuhalten. Dieses Prinzip ermöglicht es dem Betreiber einer Silicon-Fire Anlage 100, zusätzliche technische und wirtschaftliche Parameter bei der Steuerung der Anlage 100 einzubeziehen. Bei diesen Parametern handelt es sich um sogenannte Input-Größen II, 12, usw., die von der Steuerung 110 in Entscheidungen einbezogen werden. Ein Teil der Parameter kann innerhalb der Steuerung 110 in einem Parameterspeicher 111 vorgegeben werden. Ein anderer Teil der Parameter kann von außen kommen. Hier können zum Beispiel Preis- und/oder Verfügbarkeitsinformationen vom Betreiber des Verbundnetzes 500 eingehen. [00041] In Fig. 3 ist nun eine erfindungsgemäße Anlage 700 dargestellt, die so aufgebaut ist, dass sie die eingangs erwähnten Nachteile vermindert oder ausgleicht. Ein Teil dieser Anlage 700 entspricht der Anlage 100 nach Fig. 2. In dieser Beziehung wird daher auf die vorausgehende Beschreibung der
entsprechenden Elemente verwiesen.
[00042] Es wird, wie beschrieben, durch eine Wasserelektrolyse 105
Wasserstoff 103 erzeugt, der umgesetzt wird zu einem ersten Methanolanteil 108.1. Die Energie hierzu stammt ganz oder weitestgehend (vorzugsweise zu mehr als 80%) aus regenerativen Energiequellen 300 und/oder 400. Bei der Wasserelektrolyse 105 entsteht als„Nebenprodukt" Sauerstoff 109. Dieser
Sauerstoff 109, oder ein entsprechendes stark sauerstoffhaltiges Gas, kann über eine Sauerstoffentnahme 115 aus der Elektrolyseanlage 105 entnommen werden. In Fig. 3 ist ein optionaler Sauerstoffzwischenspeicher 116 gezeigt. Es wird nun in der gezeigten Ausführungsform Methan oder methanhaltiges Gas 117 bereitgestellt. Hier kann auch ein anderes kohlenwasserstoffhaltiges Gas zum Einsatz kommen. Dieses Methan oder methanhaltige Gas 117 kann aus einer Gasförderanlage oder zum Beispiel aus einer Biogasanlage stammen. Methan, respektive das methanhaltige Gas 117 wird nun in einer Reaktionsanlage 118 (z.B. mittels Direktoxidation) zu einem zweiten Methanolanteil 108.2 umgesetzt. Der erste Methanolanteil 108.1 und der zweite Methanolanteil 108.2 können zusammengebracht (gemischt) werden. Dieser optionale Schritt ist in Fig. 3 durch die Bezugszeichen 701 und 702 dargestellt. Die Steuerung 110 kann diesen Vorgang regeln und die Dosierung der Anteile 108.1 und 108.2 einstellen, wie durch die optionale Steuer- oder Signalleitung 119 dargestellt.
[00043] Es können einer Reihe weitere Steuer- oder Signalleitung vorgesehen sein, wie anhand der beispielhaft gezeigten Leitungen 112, 113 und 114 dargestellt. Diese Leitungen 112, 113 und 114 steuern Energie- oder
Massenströme. Um die Massenströme auf der Eingangsseite der Reaktionsanlage 118 regeln zu können, können optionale Steuer- oder Signalleitung 703 und 704 vorgesehen sein.
[00044] In der Anlagensteuerung 110 sind sogenannte software-basierte Entscheidungsprozesse implementiert. Ein Prozessor der Steuerung 110 führt eine Steuerungssoftware aus und fällt unter Berücksichtigung von Parametern Entscheidungen. Diese Entscheidungen werden umgesetzt in Schalt- oder
Steuerungsbefehle, die zum Beispiel über Steuer- oder Signalleitungen 112, 113, 114, 119, 703, 702 die Steuerung/Regelung von Energie- und Massenströmen bewirken.
[00045] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird Kohlendioxid 101 als Kohlenstofflieferant eingesetzt, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet.
Vorzugsweise wird das Kohlendioxid 101 aus einem Verbrennungsprozess 201 oder einem Oxidationsprozess über CO2-Abscheidung (z.B. eine Silicon-Fire Rauchgasreinigungsanlage) entnommen. Das Kohlendioxid 101 kann aber auch von Roherdgas abgetrennt und bereitgestellt werden. Weiterhin wird elektrische Gleichstromenergie El bereitgestellt. Die Gleichstromenergie El wird weitgehend regenerativ (z.B. durch eine der Anlagen 300 und/oder 400 in Fig. 3) erzeugt. Die Gleichstromenergie El wird zum Durchführen einer Wasserelektrolyse eingesetzt, um Wasserstoff 103 als Zwischenprodukt zu erzeugen. Die
Elektrolyseanlage, respektive das Durchführen einer solchen Elektrolyse, ist in Fig. 3 durch das Bezugszeichen 105 gekennzeichnet. Das Kohlendioxid 101 wird dann mit dem Wasserstoff 103 zur Reaktion (z.B. durch eine Methanolsynthese) gebracht, um die (Zwischen-)Produkte 101, 103 zu Methanol 108.1 umzusetzen. Die Reaktion kann in einem Reaktionsbehälter 106 durchgeführt werden, und die Entnahme, respektive das Bereitstellen des Methanols, ist in Fig. 3 durch das Bezugszeichen 107 gekennzeichnet.
[00046] Im Folgenden werden weitere grundlegende Details dieses Verfahrens und der entsprechenden Silicon-Fire Anlage 700 beschrieben.
[00047] Um Wasserstoff 103 als Zwischenprodukt erzeugen zu können, eignet sich eine Wasser-Elektrolyse unter Einsatz von Gleichstrom El. Der benötigte Wasserstoff 103 wird in einer Elektrolyseanlage 105 durch die Elektrolyse von Wasser H2O hergestellt:
H2O - 286,02 kJ = H2 + 0,5 O2. (Reaktion 1)
[00048] Die benötigte (elektrische) Energie El für diese Reaktion von 286,02 kJ/mol entspricht 143010 kJ pro kg H2. [00049] Die Synthese des Methanols 108.1 (CH3OH) verläuft in der Silicon- Fire Anlage 700 nach der exothermen Reaktion zwischen Kohlendioxid 101 (CO2) und Wasserstoff 103 (H2), wie folgt:
CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O - 49,6 kJ (Methanol gasförmig). (Reaktion 2)
[00050] Die entstehende Reaktionswärme Wl von 49,6 kJ/mol = 1550 kJ pro kg Methanol = 0,43 kWh pro kg Methanol wird aus dem entsprechenden
Synthesereaktor 106 abgeführt. Typische Synthesebedingungen im
Synthesereaktor 106 sind ca. 50 bar und ca. 270 0C, so dass die
Reaktionswärme Wl auch genutzt werden kann, z.B. für eine in der Nähe befindliche Meerwasserentsalzungsanlage oder Heizungsanlage. [00051] Vorzugsweise wird die Methanolsynthese 106 unter Einsatz von Katalysatoren durchgeführt, um Reaktionstemperatur und -druck sowie
Reaktionsdauer niedrig zu halten und um sicher zu stellen, dass als
Reaktionsprodukt hochwertiges (reines) Methanol 108.1 entsteht. [00052] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Methanolsynthese nach einem von Prof. George A. Olah propagierten
Elektrolyseverfahren durchgeführt. Details hierzu können zum Beispiel dem Buch „Beyond OiI and Gas: The Methanol Economy", George A. Olah et al., Wiley-VCH, 1998, ISBN 0-471-14877-6, Kapitel 11, Seite 196 entnommen werden. Weitere Details sind auch der US-Patentanmeldung US 2009/0014336 Al zu entnehmen. Prof. George A. Olah beschreibt die Methanolsynthese durch Elektrolyse von CO2 und H2O wie folgt:
CO2 + 2 H2O - 682,01 kJ = CH3OH + 1,5 O2 (Reaktion 3)
[00053] Bei dieser Reaktion entstehen in einem Zwischenschritt CO und H2 in einem Verhältnis von ungefähr 1:2. Außerdem entsteht O2 109, das in der Reaktionsanlage 118 weiterverwendet wird. Das CO und H2, das an einer
Kathode entsteht, kann mit einem kupfer- oder nickelbasierten Katalysator zu Methanol umgesetzt werden. Der Syntheseweg nach Reaktion 3 ist mit einer theoretischen Zufuhr von 682,01 kJ = 0,189 kWh elektrischer Energie pro Mol erzeugtem Methanol 108.1 verbunden.
[00054] Falls sich die Silicon-Fire Anlage 700 in der Nähe einer CO2-Quelle befindet, kann auf eine Verflüssigung von CO2 für den Transport verzichtet werden. Ansonsten ist es nach dem Stand der Technik relativ einfach, das CO2 zu verflüssigen und auch über große Entfernungen zu einer Silicon-Fire Anlage 700 zu bringen. Bei einem Verzicht auf Verflüssigung, ggf. Speicherung und Transport über längere Entfernung ist das CO2 unter Berücksichtigung von CO2- Vermeidungs-Gutschriften voraussichtlich kostenneutral verfügbar. Auch im Falle eines Transports sind die Kosten für das„Erwerben" des CO2 relativ gering.
[00055] Falls sich die Reaktionsanlage 118 der Silicon-Fire Anlage 700 in der Nähe der O2-Quelle (hier z.B. der Elektrolyseur 105) befindet, kann auf eine Verflüssigung für den Transport und auf einen weiträumigen Transport selbst von O2 109 verzichtet werden.
[00056] In Fig. 3 ist anhand vom gestrichelten Pfeil 112 angedeutet, der von der Steuerung 110 ausgeht, dass die Steuerung 110 den Energiestrom El regelt. Der Pfeil 112 stellt eine Steuer- oder Signalleitung dar. Es sind auch andere mögliche Steuer- oder Signalleitungen 113, 114, 703, 704 dargestellt. Die
Steuer- oder Signalleitung 113 regelt zum Beispiel die CO2-Menge, die für die Reaktion 106 zur Verfügung steht. Wenn zum Beispiel weniger Wasserstoff 103 produziert wird, dann muss auch nur weniger CO2 zugeführt werden. Die optionale Steuer- oder Signalleitung 114 kann zum Beispiel die H2-Menge regeln. Eine solche Regelung ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn es einen Wasserstoff- Pufferspeicher gibt, dem man Wasserstoff 103 entnehmen kann, auch wenn im Moment kein Wasserstoff oder weniger Wasserstoff durch Elektrolyse 105 produziert wird. Die optionale Steuer- oder Signalleitung 703 kann die Zufuhr des Methans 117 und die optionale Steuer- oder Signalleitung 704 die Zufuhr des Sauerstoffs 109 regeln.
[00057] Untersuchungen haben ergeben, dass es besonders wirtschaftlich und umwelttechnisch sinnvoll ist, wenn die Silicon-Fire Anlage 100 so ausgelegt oder gesteuert wird, dass zwischen 15% und 40% als Methanolanteil 108.1 aus regenerativer Energie erzeugt wird, während die restlichen 85% bis 60% als Methanolanteil 108.2 aus Kohlenwasserstoffen (z.B. aus Methan 117)
bereitgestellt werden. [00058] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Anlage 100, die den Bezug kostengünstiger elektrischer Energie in den Schwachlastzeiten aus einem Verbundnetz 500 vorsieht (wie in Fig. 2).
[00059] Die Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen lassen sich problemlos durch eine entsprechende Auslegung der Steuerung 110
kombinieren.
[00060] Im Folgenden werden weitere grundlegende Aspekte eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen speicherbarer und
transportabler Energieträger gezeigt.
[00061] Bekannt ist die Synthese von regenerativem Methanol CH3OH aus Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2, der über die (endotherme) Elektrolyse von Wasser mit regenerativer elektrischer Energie gemäß Reaktion 1, wie bereits weiter oben erwähnt, erzeugt wird.
H2O - 286,02 kJ/mol = H2 + 0,5O2 . (Reaktion 1)
[00062] Die exotherme Methanolsynthese (Reaktion 2, wie weiter oben bereits erwähnt) wird durch die Summenformel dargestellt:
CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O - 49,6 kJ (Methanol gasförmig). (Reaktion 2)
[00063] Die eingesetzte regenerative elektrische Energie El hat insbesondere im Fall von Wind- und Solarkraft die Nachteile, dass sie relativ teuer ist und nur unregelmäßig und mit zeitlichen Beschränkungen verfügbar ist.
[00064] Deshalb wird hier vorgeschlagen und beansprucht, die regenerative Herstellung von Methanol mit regenerativer elektrischer Energie El gemäß den Reaktionen 1 und 2 zu ergänzen durch eine Methanolsynthese (in der Reaktionsanlage 118) auf der Rohstoffbasis von Erdgas mit dem
Hauptbestandteil Methan CH4 117, oder auf der Basis anderer
Kohlenstoffausgangsmaterialien oder Kohlenwasserstoffausgangsmaterialien. Diese Synthese kann z.B. durch exotherme direkte Oxidation (oxidative
Transformation, oxidative Konversion) des Methans 117 nach der Summenformel erfolgen
CH4 + 0,5O2 = CH3OH - 167,5 kJ/mol . (Reaktion 4) [00065] Diese Reaktion 4 wird hier als Direktoxidation bezeichnet.
[00066] Es kann aber auch der Weg über die partielle Oxidation (siehe
Reaktion 5) oder die Reformierung (siehe Reaktionen 7 und/oder 8)
(vorzugsweise als autotherme Reformierung) gewählt werden, um über den Weg von Synthesegas (hier im Wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassend) zu dem zweiten Methanolanteil 108.2 zu kommen.
[00067] Neu ist vor allem die Tatsache, dass der (reine) Sauerstoff 109 respektive das stark sauerstoffhaltige Gas, für Reaktion 4 oder auch für die partielle Oxidation oder die Reformierung direkt oder zwischengespeichert aus der Hydrolysereaktion 1 oder aus der Reaktion 3 stammt. Wird der (reine)
Sauerstoff 109, respektive das stark sauerstoffhaltige Gas, aus der
Hydrolysereaktion 1 genommen, so reicht gemäß den Massenverhältnissen der Reaktionen 1, 2, und 4 der Sauerstoff aus Reaktion 1 aus, um maximal drei Mal mehr Methanol 108.2 mit Reaktion 4 bereitzustellen als mit Reaktion 2, oder dass bei Verwendung allen Sauerstoffes 109 aus Reaktion 1 das gesamte erzeugte Methanol zu einem Viertel aus der„regenerativen" Reaktion 2 und zu drei Vierteln aus der„fossilen" Reaktion 4 (z.B. der Direktoxidation) stammt. [00068] Durch Verringerung des Methanolanteils aus Reaktion 4 kann der
„regenerative" Anteil 108.1 an der gesamten Methanolproduktion erhöht werden, z.B. auch mit entsprechenden Auswirkungen auf die CO2-Bilanz der gesamten Methanolproduktion und die spezifischen CO2-Emissionen bei der Verbrennung des„Gesamt"-Methanols zur Wärmeerzeugung oder als Kraftstoff. [00069] In der Praxis wird vorzugsweise die zur Verfügung stehende regenerative elektrische Energie El zur Erzeugung von„regenerativem" Methanol 108.1 gemäß den Reaktionen 1 und 2 maximal ausgenutzt und der Anteil des nach Reaktion 4 erzeugten„fossilen" Methanols 108.2 wird nach wirtschaftlichen und ökologischen Zielsetzungen und Randbedingungen bis zum möglichen
Maximalwert eingestellt, z.B. nach gewünschter spezifischer CO2-Emission des „Gesamt"-Methanols bei Verbrennung oder nach dem momentanen Preis und der Verfügbarkeit des Erdgases oder nach der zu erzeugenden„Gesamt"- Methanolmenge oder nach den Preisen der verschiedenen Methanolanteile 108.1, 108.2.
[00070] Besonders vorteilhaft ist, dass das„regenerative" Methanol 108.1 und das„fossile" Methanol 108.2 in verschiedenen Reaktoren 106, 118 getrennt anfallen können und entweder getrennt abgegeben werden können oder nach dem Anfall und ggf. Zwischenlagerung in beliebigen Anteilen gemischt werden können (siehe Pfeile 701, 702), so dass die Silicon-Fire Anlage 700 rein
„regeneratives" und rein„fossiles" Methanoi liefern kann, aber auch beliebige Mischungen von beiden, um z.B. als regenerativer Kraftstoff mit zulässigem fossilen Anteil oder zulässiger spezifischer CO2-Emission vermarktet werden zu können.
[00071] Das Herstellungsverhältnis ein Viertel„regeneratives" Methanol 108.1 und drei Viertel„fossiles" Methanol 108.2 entspricht dem rechnerischen solaren (Peak-)Energieanfall bezogen auf die Zeitdauer eines Kalenderjahres, d.h. die Silicon-Fire Anlage 700 könnte rechnerisch während ca. eines Viertels der
Jahreszeitdauer„regeneratives" und während ca. drei Vierteln der
Jahreszeitdauer„fossiles" Methanol produzieren, wenn der für das„fossile"
Methanol benötigte Sauerstoff 109 entsprechend zwischengespeichert wird.
Hierzu kann der Zwischenspeicher 116 dienen.
[00072] Die Reaktionswärmen der exothermen Reaktionen 2 und 4 werden vorzugsweise genutzt, wodurch sich auch die anzurechnenden spezifischen CO2- Emissionen der verschiedenen Methanolfraktionen 108.1, 108.2 verringern würden. Für die Wärmenutzung kommt z.B. unter den Bedingungen des
Persischen Golfes sehr vorteilhaft die Beheizung von thermischen Seewasserentsalzungs-Anlagen in Frage, insbesondere während der kälteren Jahreszeit, wenn wegen des wesentlich geringeren Strombedarfes für die
Gebäudeklimatisierung Wärmekraftwerke in Teillast gefahren oder sogar abgeschaltet werden und deren Abwärme nicht mehr (ausreichend) für die ihnen angeschlossenen Seewasserentsalzungs-Anlagen zur Verfügung steht.
[00073] Die Nutzung des bei der Elektrolyse 105 entstehenden großen
Sauerstoff-Massenstromes für Reaktion 4 oder für die partielle Oxidation oder die Reformierung vermeidet die ökologischen Risiken, die sonst bei Emission in die Umgebung auftreten können.
[00074] Die Reaktion 4 wird z.B. erwähnt in Olah, G. et a!., "Behind Oi! and Gas: The Methanol Economy", Wiley-VCH Verlag, 2006, S. 171 und 172 als „direct oxidative transformation of natural gas to methanol" oder als„producing methanol from natural gas".
[00075] Ein zweistufiger Oxidationsprozess, der bei 500 und 350 0C abläuft, wird beschrieben von Mantashyan, A. A. et al. in„Non isothermal oxidative conversion of methane to methanol ...", Hayastani Kimiakan Handes (2007), 60(5), S. 887-897. Weitere neuere Literaturquellen für die Reaktion 4 sind z.B. :
[00076] Holmen, A., "Direct conversation of methane to fuels and Chemicals", Catalysis Today (2009), 142(1-2), S. 8; [00077] Ankan, P. et al., "Mechanism and energetics of methane to methanol conversation", Organometallics (2007), 26(4), 793-809.
[00078] Das Ergebnis der Reaktion 4 kann aber z.B. auch durch die
Kombination der folgenden großtechnisch erprobten Reaktionen 5 und 6 erreicht werden.
[00079] Die partielle Oxidation von Methan 117:
CH4 + 0,5O2 = CO + 2H2 -36 kJ/mol (Reaktion 5) [00080] und die klassische Methanolsynthese (z.B. 250 bar, 350 0C, mit Chromoxid-Zinkoxid-Katalysator) :
CO + 2H2 = CH3OH -128,20 kJ/mol (flüss. Methanol). (Reaktion 6)
[00081] Bei der Kombination der Reaktionen 5 und 6 findet quasi auch eine Oxidation des methanhaltigen Gases 117 unter Einsatz von sauerstoffhaltigem Gas 109 statt. [00082] Die Reaktion 6 kann unter Umständen im gleichen Reaktor ablaufen wie die Reaktion 2, evtl. mit Wechsel oder Anpassung der Katalysatorfüllung und der Kataiysebedingungen.
[00083] Die Reformierung von Methan mit Wasserdampf (steam reforming) zu Synthesegas läuft endotherm nach der folgenden Reaktion ab:
CH4 + H2O (gasf.) = CO + 3H2 + 206,2 kJ/mol (Reaktion 7)
[00084] Die Reformierung von Methan mit Kohlendioxid zu Synthesegas läuft endotherm nach der folgenden Reaktion ab:
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 + 247 kJ/mol (Reaktion 8)
[00085] Die drei Reaktionen 5, 7 und 8 können gemeinsam in einem Reaktor bei Temperaturen von ca. 800 - 1000 0C über Katalysatoren ablaufen und so gesteuert werden, dass sie möglichst energieautark ("autotherm") ablaufen und die Reaktionsprodukte ein geeignetes Synthesegas für die klassische
Methanolsynthese nach Reaktion 6 ergeben.
[00086] Weitere Details sind z.B. der Publikation von Bharadwaj, S.S.; L.D. Schmidt: Catalytic partiai oxidation of natural gas to syngas. Fuel Processing Technology 42 (1995), S. 109 - 127 zu entnehmen.
[00087] Gemäß Erfindung dient CO2 101 als Ausgangsstoff und
Kohlenstofflieferant für die Methanolsynthese im Reaktor 106. Als CO2-Quellen dienen vorzugsweise: Steam-Reforming-Anlagen, CO2-Abscheidungsanlagen für Roherdgas, Kalkbrennöfen, Kalzinieranlagen für Soda, Fermentationsanlagen für Bioethanol, Meerwasserentsalzungsanlagen, große Feuerungsanlagen für fossile Brennstoffe (z.B. Kraftwerksfeuerungen) und andere Anlagen oder
Verbrennungsprozesse, die relativ große Mengen an CO2 emittieren.
[00088] Die Erfindung ermöglicht es, die erheblichen wirtschaftliche Nachteile bekannter Ansätze zu vermeiden, wenn - wie im Fall der Silicon-Fire Anlage 700 - die instationär anfallende elektrische Solar- und/oder Windenergie direkt in chemische Reaktionsenthalpie umgewandelt und chemisch gebunden gespeichert wird, ohne dass zusätzliche Kapazitäten für Reserveleistungen und/oder
Frequenzregelung im Verbundnetz und die dafür erforderlichen Aufwendungen notwendig sind.
[00089] Bei photovoltaischer Stromerzeugung mittels einer
Photovoltaikanlage 400 ist ein weiterer Vorteil, dass der aus den Solarzellen der Photovoltaikanlage 400 primär anfallende Gleichstrom El direkt für den
chemischen Prozess (EtektroW/se 105) genutzt werden kann, ohne über Umrichter in Wechselstrom zur Spannungstransformation umgewandelt werden zu müssen. [00090] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch ein ATR- Prozess (Autotherme Reformierung) für die Verarbeitung eines
Ausgangsmaterials eingesetzt werden. Bei der autothermen Reformierung wird ein kohlenwasserstoffhaltiges oder ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial in einer Reaktionszone in Gegenwart einer unterstöchiometrischen Menge an
Sauerstoff (z.B. Sauerstoff 109) oxidiert, die für die vollständige Oxidation nicht ausreicht. Außerdem werden Wasserdampf und/oder Kohlendioxid zugeführt, um auf diesem Weg Synthesegas erzeugen zu können, das im Wesentlichen
Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfasst. Das Ausgangsmaterial kann Erdgas oder ein anderer Kohlenwasserstoff sein. Es ist auch möglich Kohlen, Öle,
Brenngase, Biomassen, Ölsande oder Ölschiefer mit dem ATR-Prozess zu einem geeigneten Synthesegas umzusetzen.
[00091] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird beim ATR- Prozess Kohlendioxid zugeführt. Das Hinzufügen von CO2 kann dann von Vorteil sein, wenn die stöchiometrischen Verhältnisse aufgrund der Ausgangsmaterialien für die Synthese von Methanol nicht optimal sind.
[00092] Bei den Ausführungsformen, die auf einem ATR-Prozess beruhen, wird Synthesegas erzeugt, das im Wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfasst. Aus diesem Synthesegas wird dann in einem nachgelagerten Schritt Methanol synthetisiert, wie z.B. in Reaktion 6 gezeigt.
[00093] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Methanol 108.1, 108.2 als Energieträger zum Lagern und Transportieren eingesetzt.
[00094] Kohlendioxid als Kohlenstofflieferant kann gemäß Erfindung auch aus dem Roherdgas entnommen werden, das je nach Erdgasquelle mehr als 10 % Kohlenstoffdioxid-Anteil aufweisen kann. Nach dem Fördern des Roherdgases wird bereits heute typischerweise eine Gaswäsche (mittels Gaswäschetechnologie oder einer anderen Gastrenntechnologie) durchgeführt, um das CO2 vom eigentlichen Erdgas zu trennen. Meist wird dieses CO2 in die Atmosphäre emittiert. Gemäß Erfindung kann das CO2, das in weitgehend reiner Form vorliegt, als Kohlenstofflieferant 101 eingesetzt werden.
[00095] Für die Nutzung des Methanols 108.1, 108.2 in
Verbrennungskraftmaschinen, z.B. auch in kombinierten Gas- /Dampfturbinenanlagen, kann eine katalytische Spaltung (z.B. bei ca. 380 0C) vor der Verbrennung nach der Reaktion 9:
CH3OH (flüssig) = 2H2 + CO +128,20 kJ/mol (Reaktion 9) folgende Vorteile bringen : [00096] Eine normalerweise mit Gas betriebene Verbrennungskraftmaschine braucht nicht auf einen flüssigen Brennstoff umgestellt zu werden.
Die Reaktionswärme der endothermen Methanol-Spaltreaktion 9 von 128,20 kJ/mol oder 4006 kJ/kg Methanol kann durch die Abgasabwärme einer
Verbrennungskraftmaschine aufgebracht werden, wodurch sich der ursprüngliche Heizwert des Methanols von 19900 kJ/kg um die zugeführte Reaktionswärme um ca. 20 % erhöht. Die Anwendung einer entsprechenden Methanolspaltung für Kraftwerksprozesse wird z.B. beschrieben in Mußenbrock, K:„Möglichkeiten zur Nutzung von Methanol in Kraftwerksprozessen", VGB Kraftwerkstechnik 71 (1991), Heft 8, S. 759 - 764.
Bezugszeichen :
Fahrzeugindustrie / Automobilbau 1
Kraftwerksbetreiber 2
Windfarm 3
Silicon-Fire Anlage (aus 100
Parallelanmeldung)
Kohlenstoffdioxid 101
Wasser 102
Wasserstoff 103
Bereitstellen von Kohlenstoffdioxid 104
Durchführen einer Elektrolyse 105
Zusammenführen des Wasserstoffs 106
(H2) und des Kohlenstoffdioxids /
Synthesereaktor
Abgeben/Bereitstellen von Methanol 107 transportabler Energieträger 108
Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas 109
(Anlagen-)Steuerung 110
Parameterspeicher 111
Steuer- oder Signalleitungen 112, 113, 114
Sauerstoffentnahme 115
Optionaler Sauerstoffzwischenspeicher 116
Methan oder methanhaltiges Gas 117
Reaktionsanlage 118
Steuer- oder Signalleitung 119
Solarthermieanlage 300
Umwandlung von Wärme in 301
Gleichstrom
Solaranlage (Photovoltaikanlage) 400
Verbundnetz 500
Umwandlung von Wechselspannung in 501
Gleichstrom
(Energieversorgungsanlage)
siliziumdioxidhaltiges 601
Ausgangsmaterial
Silizium 603
Reduktionsverfahren 602
Siliziumdioxid als 604
Rückreaktionsprodukt
Hydrolyse 605
Silicon-Fire Anlage (Erfindung) 700
Pfeile 701, 702
Steuer- oder Signalleitungen 703, 704
Gleichstromenergie El
Inputgrößen II, 12, usw.
Primärenergie Pl, P2

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Bereitstellen speicherbarer und transportabler Energieträger (108) mit den folgenden Schritten :
- Bereitstellen ( 104) von Kohlenstoffdioxid (CO2; 101) als
Kohlenstofflieferant,
- Bereitstellen von elektrischer Gleichstromenergie (El), die mittels
erneuerbarer Energietechnik (300, 400) erzeugt wird,
- Durchführen einer Elektrolyse (105) unter Einsatz dieser elektrischen
Gleichstromenergie (El), um Wasserstoff (H2; 103) als Zwischenprodukt zu erzeugen,
- Zusammenführen (106) des Wasserstoffs (H2; 103) und des
Kohlenstoffdioxids (CO2; 101), um dieses umzusetzen zu einem ersten Methanolanteil (108.1),
- Bereitstellen von stark sauerstoffhaltigem Gas (109), das bei der
Durchführung der Elektrolyse (105) ensteht,
- Bereitstellen von kohlenwasserstoffhaltigem Gas(117),
- Durchführen einer Oxidation (118) des kohlenwasserstoffhaltigen Gases (117) unter Einsatz des stark sauerstoffhaltigen Gases (109), um das kohlenwasserstoffhaltige Gas (117) umzusetzen zu einem zweiten
Methanolanteil (108.2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem
weiteren Schritt (701, 702) der erste Methanolanteil (108.1) mit dem zweiten Methanolanteil (108.2) zusammengeführt wird, um den
speicherbaren und transportablen Energieträger (108) zu erhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stark sauerstoffhaltige Gas (109) beim Durchführen einer Direktoxidation zum Einsatz kommt, wobei durch diese Direktoxidation der zweite
Methanolanteil (108.2) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stark sauerstoffhaltige Gas (109) zwischengelagert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnehmen von Kohlenstoffdioxid (CO2; 101) aus einem Verbrennungsprozess oder einem Oxidationsprozess mittels CO2- Abscheidung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffdioxid (CO2; 101) aus einer Anlage entnommen wird, die Roherdgas beim Reinigen von einem
Kohlenstoffdioxidanteil befreit.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektrolyse um eine Wasserelektrolyse (105) handelt, bei der direkt aus Wasser oder einer wässerigen Lösung (H2O; 102) Wasserstoff (H2; 103) und das stark sauerstoffhaltige Gas (109) erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gleichstromenergie (El) durch Sonnenlicht mittels einer Solarthermie-Anlage (400) und/oder einer Photovoltaikanlage (300) geliefert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei dem kohlenwasserstoffhaltigen Gas um methanhaltiges Gas handelt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das kohlenwasserstoffhaltige Gas aus
kohlenstoffhaltigem Material hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 9, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels Reformierung über den Weg von
Synthesegas der zweite Methanolanteil (108.2) erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reformierung um eine autotherme Reformierung handelt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem späteren Zeitpunkt der erste
Methanolanteil (108.1) und/oder der zweite Methanolanteil (108.2) umgesetzt wird zu Spaltgas, bestehend im Wesentlichen aus
Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Zwischenschritt vor der Umsetzung zu dem zweiten Methanolanteil (108.2) ein Synthesegas erzeugt wird, das im
Wesentlichen aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 besteht, wobei dieses Synthesegas durch eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.
15. Anlage (700) zum Bereiststellen eines speicherbaren und transportablen Energieträgers (108.1, 108.2), mit
einer Anlage (300, 301; 400) zum Erzeugen eines ersten Energieanteils in Form von Gleichstromenergie (El) aus mindestens einer
erneuerbaren Energiequelle,
- einer Elektrolysevorrichtung ( 102, 105) zum Bereitstellen von
Wasserstoff (103) als Zwischenprodukt und zum Bereitstellen von stark sauerstoffhaltigem Gas (109), wobei der Energiebedarf dieser Elektrolysevorrichtung (102, 105) im Wesentlichen, d.h. zu mehr als 80%, durch den ersten Energieanteil (El) gedeckt wird,
- einer Kohlendioxidzufuhr zum Einbringen von Kohlendioxid (101),
einem Reaktionsbereich (106) zum Herstellen eines ersten
Methanolanteils (108.1), wobei in dem Reaktionsbereich (106) der Wasserstoff (103) mit dem Kohlendioxid (101) zur Reaktion gelangt, einer Reaktionsanlage (118) zum Herstellen eines zweiten
Methanolanteils (108.2), wobei in der Reaktionsanlage (118) das stark sauerstoffhaltige Gas (109) mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (117) zu einer Oxidationsreaktion gelangt,
einer Entnahme (701) für den ersten Methanolanteil (108.1), und mit einer Entnahme (702) für den zweiten Methanolanteil (108.2).
16. Anlage (700) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Bereitstellen von Methanol in Form einer Mischung aus dem ersten Methanolanteil (108.1) und dem zweiten Methanolanteil (108.2) umfasst.
17. Anlage (700) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (110) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Verfahren, die in den einzelnen Anlageteilen ablaufen, zu steuern.
18. Anlage (700) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung (110) ein software-basierter Entscheidungsprozess implementiert ist, damit zwischen 15% und 40% als erster Methanolanteil (108.1) und die restlichen 85% bis 60% als zweiter Methanolanteil (108.2) bereitgestellt werden.
19. Anlage (700) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung (110) ein software-basierter Entscheidungsprozess implementiert ist, damit ca. 1A als erster Methanolanteil (108.1)
bereitgestellt wird.
20. Anlage (700) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass mit der Steuerung (110) über Steuer- oder
Signalleitungen (112, 113, 114, 703, 704) Energie- und/oder Massenströme in der Anlage (700) geregelt und/oder gesteuert werden.
21. Anlage (700) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass sie einen Reaktionsbereich zum Herstellen eines Synthesegases umfasst, das im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 besteht, wobei dieses Synthesegas in dem Reaktionsbereich durch eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.
22. Anlage (700) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass die Reaktionsanlage (118) als Anlage zur
Herstellung des zweiten Methanolanteils (108.2) über den Weg von
Synthesegas aus Reformierungsreaktionen ausgelegt ist.
23. Anlage (700) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reformierung um eine autotherme Reformierung handelt.
24. Anlage (700) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgelegt ist, aus dem ersten Methanolanteil (108.1) und/oder dem zweiten Methanolanteil (108.2) Spaltgas, bestehend im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zu erzeugen.
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