WO2020245231A2 - Energiegewinnungsverfahren und rekultivierungsverfahren für industriefolgelandschaften - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to energy generation methods and
  • carbon-containing raw materials such as biomass.
  • Water electrolysis can split water into its components oxygen and hydrogen. So
  • the hydrogen obtained does not cause any harmful emissions, in particular no carbon dioxide if it is used with renewable energies such as wind, sun or
  • Hydropower is obtained. Hydrogen contains more energy per unit weight than any other chemical fuel, but it is only suitable to a limited extent for a large volume
  • the oxygen is usually no longer used but is released into the atmosphere.
  • gaseous methane or liquid methanol can be obtained. Both products can be stored and traded for a long time. However, a marketable source of carbon would be necessary to further improve this process.
  • biomass with a high proportion of hydrocarbons is heated to a high temperature and the hydrocarbons contained are broken down.
  • the most effective method currently is biomass gasification at 1000 ° C. A part of the biomass is burned in order to reach the high process temperatures, the other part is converted into synthesis gas.
  • the resulting synthesis gas consists essentially of carbon monoxide and
  • the present invention has the object that
  • Another job is to do one at the same time
  • An energy generation method is therefore proposed in which electrical energy is obtained from at least one regenerative energy source, the electrical energy is used for electrolytic water splitting, the hydrogen and the oxygen obtained
  • biomass is gasified in a pure oxygen atmosphere, for which the oxygen obtained in the water splitting is used and synthesis gas is obtained, and the synthesis gas using the
  • Water splitting obtained hydrogen is converted to one or more hydrocarbon compounds.
  • the proposed process combines the splitting of water with the hydrogenation of carbonaceous starting materials. Regenerative energy is used in a sustainable way to produce hydrogen and oxygen. Biomass is made available to the air naturally Deprives carbon, and this biomass is taking
  • Oxygen converted into a storable energy carrier Oxygen converted into a storable energy carrier.
  • Hydrogen and oxygen from the electrolysis of water are used in their entirety and the carbon contained in the biomass is also used in full. There is no longer any release of carbon dioxide into the environment.
  • the gasification with a pure oxygen environment serves to achieve the necessary temperatures more effectively, and the enrichment of the synthesis gas with hydrogen serves to be able to use the carbon components more effectively. Due to the direct coupling of the water electrolysis with the hydrogenation of the synthesis gas obtained from the biomass, hydrogen and oxygen no longer have to be purchased as an expensive industrial gas, so that
  • the process assumes the availability of sufficient water. Overly polluted water is treated and is then also available as drinking water and for irrigation.
  • the water electrolysis refers to a process for Decomposition of water into hydrogen and oxygen with the help of an electric current.
  • an electrolyzer two electrodes are immersed in water, whose conductivity is increased by adding an acid or base.
  • Electrolysis of water consists of two partial reactions, with hydrogen being released at the cathode and oxygen at the anode, which are collected separately and fed to a storage tank.
  • Oxygen This happens, for example, in solar ovens.
  • the resulting gases can with ceramic membranes
  • the photocatalytic splitting of water describes the process in which photons are used directly to produce water
  • Charge separation and splitting of the water from a material can be carried out at the same interface, whereby transmission losses can be minimized and material can be saved.
  • Metal hydride storage or sorption storage is stored.
  • Hydrogen is liquefied in a liquid storage facility (LH2) and stored under ambient pressure at low temperatures (boiling point -252.8 ° C, 20.4 K). Well suited for large quantities. Use e.g. B. for hydrogen filling stations.
  • LH2 liquid storage facility
  • B. hydrogen filling stations.
  • the hydrogen is stored in the gaps in a (cold) metal grid and released again when the storage tank is heated up. High weight.
  • Hydrogen molecules on the surfaces of substances with a high internal surface such as B. Zeolites, Metal Organic Frameworks or Carbon Nanotubes. According to one embodiment of the proposed method for energy generation and / or for recultivation, it can be provided that electrical energy from wind energy and
  • Wind energy and photovoltaics are advantageous, because low solar radiation often correlates with high solar radiation Wind speeds and high solar radiation with low wind speeds, so that in most
  • the synthesis gas is converted into methanol.
  • Methanol is an energy carrier with a very high energy density, which is easy to handle and versatile.
  • this energy source is also particularly sustainable and environmentally friendly.
  • Wild plant mixtures can be grown.
  • the species-rich plant population creates additional habitats for various wild animals such as bats, birds, hares and deer.
  • Plant fertilizers are used.
  • the ash produced during biomass gasification contains the inorganic components accumulated by the plants forming the biomass, which can be reused as valuable plant fertilizer.
  • Industrial follow-up greenhouses are provided and used for horticulture. It can also be provided that waste heat from the biomass gasification is used for heating the greenhouses are used.
  • basins or ponds are provided and used for rearing fish or shrimp in aquaculture.
  • oxygen from the water splitting is introduced into the basins or ponds, and / or that waste heat from the biomass gasification is used
  • Heating the basins or ponds is used.
  • the invention is based on a
  • Embodiment concerns the production of methanol from biomass using regenerative energy.
  • the hydrocarbons contained in the biomass are The hydrocarbons contained in the biomass.
  • Synthesis gas generation 3 (C n H 2n On) 3 n (CO + H 2 ) methanol synthesis
  • the carbon dioxide contained in the gas mixture is reduced to carbon monoxide with added hydrogen.
  • the plant In the synthesis of hydrocarbons, the plant can focus on maximizing the proportions of short-chain
  • Hydrocarbons up to and including methanol can be adjusted, but longer-chain products (ethanol, propanol etc.) will always arise as by-products.
  • the oxygen required for gasification as well as the hydrogen used for methanol synthesis is via a Generates electrolysis of water.
  • the ash consists of mineral residues of the
  • the available energy surplus can also be used to obtain sufficiently clean water from multiple water desalination plants.
  • regenerative power sources are available, these can also be used.
  • the material is brought to very high temperatures and has to be cooled again after synthesis.
  • the waste heat can be reused in the system.
  • the overall energy balance is positive overall. This means that excess heat has to be given off. This heat should be absorbed and converted in different connection companies.
  • the excess oxygen can be compressed and used as a
  • the oxygen can be introduced there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Energiegewinnungsverfahren und Rekultivierungsverfahren für Industriefolgelandschaften, bei denen Wasserstoff-Elektrolyse und der Hydrierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe miteinander kombiniert werden, um unter Nutzung regenerativer Energie die Bereitstellung umweltfreundlicher und gut lagerfähiger Energieträger zu ermöglichen und ein Rekultivierungsverfahren für Industriefolgelandschaften anzugeben.

Description

Energiegewinnungsverfahren und Rekultivierungsverfahren für
Industriefolgelandschaften
Die Erfindung betrifft Energiegewinnungsverfahren und
Rekultivierungsverfahren für Industriefolgelandschaften.
Industriefolgelandschaften sind sehr große Gebiete, auf denen in der Folge von Bergbau, Abholzung, Überweidung oder ähnlichen industriellen Nutzungen ganze Landstriche kahl und mit nahezu unfruchtbaren, unbrauchbaren Böden Zurückbleiben. Bei der Erzeugung von lagerfähigen regenerativen
Energieträgern werden aktuell zwei unterschiedliche Wege beschritten, nämlich einerseits die Gewinnung von
Wasserstoff und andererseits die Herstellung von gut
handhabbaren und speicherfähigen Kraftstoffen aus
kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen wie Biomasse.
Durch Wasser-Elektrolyse kann Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten werden. So
gewonnener Wasserstoff verursacht als Energieträger keine schädlichen Emissionen, insbesondere kein Kohlenstoffdioxid, wenn er mit erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne oder
Wasserkraft gewonnen wird. Wasserstoff enthält mehr Energie pro Gewichtseinheit als jeder andere chemische Brennstoff, eignet sich jedoch nur bedingt für eine großvolumige
Lagerung. Der Sauerstoff wird üblicherweise nicht weiter genutzt sondern in die Atmosphäre abgegeben.
Der so gewonnene Wasserstoff kann nun in sogenannten Power- To-X Verfahren zur Hydrierung kohlenstoffhaltiger
Ausgangsstoffe genutzt werden. Beispielsweise ist versucht worden, Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu extrahieren und durch Hydrierung zu Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Aufgrund des sehr geringen Anteils von Kohlenstoffdioxid in der Luft (gegenwärtig etwa 400 ppm) ist die Gewinnung des notwendigen Kohlenstoffs auf diese Weise jedoch sehr teuer und aufwendig.
Nach diesem und ähnlichen Verfahren können beispielsweise gasförmiges Methan oder flüssiges Methanol gewonnen werden. Beide Produkte können langfristig gelagert und gehandelt werden. Für eine weitere Verbesserung dieses Verfahrens wäre aber eine marktfähige Quelle für Kohlenstoff notwendig.
Zur Herstellung von Kraftstoffen aus Biomasse wird Biomasse mit einem hohen Anteil von Kohlenwasserstoffen hoch erhitzt und die enthaltenen Kohlenwasserstoffe aufgespalten . Das derzeit effektivste Verfahren ist die Biomassevergasung bei 1000 °C. Dabei wird ein Teil der Biomasse verbrannt, um die hohen Prozesstemperaturen zu erreichen, der andere Anteil wird in Synthesegas umgewandelt. Das entstehende Synthesegas besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoffmonoxid und
Wasserstoff. Beimischungen aus Kohlenstoffdioxid, Wasser und weiteren Bestandteilen der Biomasse aus der Verbrennung sind unschädlich. Das Synthesegas wird prozessiert, um Methan oder Methanol zu erzeugen. Aufgrund des ungünstigen
Mengenverhältnisses aus Wasserstoff und Kohlenstoff wird ein großer Teil des Kohlenstoffdioxids nicht umgesetzt, sondern in die Umwelt abgegeben. Der hohe Ausstoß aus unverbrauchtem Kohlenstoffdioxid reduziert die Ausbeute an lagerfähigen Endprodukten und erzeugt nicht akzeptable Umweltbelastungen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die
Nachteile der bekannten Verfahren zu überwinden und ein Energiegewinnungsverfahren anzugeben, das unter Nutzung regenerativer Energie die Bereitstellung umweltfreundlicher und gut lagerfähiger Energieträger ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, gleichzeitig ein
Rekultivierungsverfahren für Industriefolgelandschaften anzugeben, das die Nutzung derartiger Landschaften zur nachhaltigen, umweltfreundlichen Energieerzeugung
ermöglicht. Gemäß einigen Aspekten der Erfindung ermöglichen es die nachfolgend vorgeschlagenen Verfahren, einen
positiven Beitrag zur Verbesserung der Biodiversität von Flora und Fauna zu leisten sowie unerwünschter Bodenerosion entgegenzuwirken. Andere Aspekte der Erfindung ermöglichen positive Beiträge der vorgeschlagenen Verfahren zur
Lebensmittelversorgung .
Vorgeschlagen wird daher ein Energiegewinnungsverfahren, bei dem elektrische Energie aus mindestens einer regenerativen Energiequelle gewonnen wird, die elektrische Energie zur elektrolytischen Wasserspaltung verwendet wird, wobei der gewonnene Wasserstoff und der gewonnene Sauerstoff
gespeichert werden, Biomasse in einer reinen Sauerstoff- Atmosphäre vergast wird, wozu der bei der Wasserspaltung gewonnene Sauerstoff verwendet und Synthesegas gewonnen wird, und das Synthesegas unter Verwendung des bei der
Wasserspaltung gewonnenen Wasserstoffs zu einer oder mehreren Kohlenwasserstoff-Verbindungen umgesetzt wird.
Das vorgeschlagene Verfahren kombiniert die Wasserspaltung mit der Hydrierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe. Auf nachhaltige Weise wird gewonnene regenerative Energie dazu genutzt, Wasserstoff und Sauerstoff zu gewinnen. Biomasse wird bereitgestellt, welche der Luft auf natürliche Weise Kohlenstoff entzieht, und diese Biomasse wird unter
Verwendung des vorher gewonnenen Wasserstoffs und
Sauerstoffs zu einem lagerfähigen Energieträger umgewandelt.
Wasserstoff und Sauerstoff aus der Wasserelektrolyse werden vollständig stofflich genutzt und auch die in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffanteile werden vollständig genutzt. Eine Freisetzung von Kohlenstoffdioxid in die Umgebung erfolgt nicht mehr.
Die Vergasung mit einer reinen Sauerstoffumgebung dient dazu, die notwendigen Temperaturen effektiver zu erreichen, und die Anreicherung des Synthesegases mit Wasserstoff dient dazu, die Kohlenstoffanteile effektiver ausnutzen zu können. Durch die direkte Kopplung der Wasser-Elektrolyse mit der Hydrierung des aus der Biomasse gewonnenen Synthesegases müssen Wasserstoff und Sauerstoff nicht mehr kostenaufwändig als Industriegase zugekauft werden, so dass das
vorgeschlagene Verfahren wirtschaftlicher und
umweltfreundlicher ist als bekannte Verfahren.
Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere dann
wirtschaftlich durchführbar, wenn die genannten
Verfahrensschritte in engem räumlichem Zusammenhang
durchgeführt werden können, wie dies beispielsweise in
Industriefolgelandschaften möglich ist. Solche
Industriefolgelandschaften bieten ausreichend Fläche sowohl für die regenerative Energieerzeugung aus Sonne und Wind wie auch für den Anbau von Energiepflanzen zur Erzeugung von Biomasse als kohlenstoffhaltige Ausgangssubstanz.
Insofern handelt es sich bei dem vorgeschlagenen
Energieerzeugungsverfahren gleichzeitig um ein Rekultivierungsverfahren für Industriefolgelandschaften, bei dem in der Industriefolgelandschaft in naher räumlicher Beziehung zueinander:
• schnellwüchsige Pflanzen zur Erzeugung von Biomasse angebaut werden,
• elektrische Energie aus mindestens einer regenerativen Energiequelle gewonnen wird,
• Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird,
• die Biomasse zu Synthesegas vergast wird, und
• das Synthesegas zu mindestens einer Kohlenwasserstoff- Verbindung umgesetzt wird.
Das Verfahren setzt die Verfügbarkeit von ausreichend Wasser voraus. Zu stark belastetes Wasser wird aufbereitet und steht dann auch als Trinkwasser und zur Bewässerung zur Verfügung .
Die nachfolgend beschriebenen weiteren Aspekte der
Erfindung, die vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des erfinderischen Grundgedankens bilden, sind daher sowohl bei Energiegewinnungsverfahren als auch bei Rekultivierungsverfahren der oben beschriebenen Art jeweils vorteilhaft anwendbar.
Zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff kann
beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wasserspaltung durch Elektrolyse, thermochemische Dissoziation oder
Photokatalyse erfolgt .
Die Wasser-Elektrolyse bezeichnet ein Verfahren zur Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe eines elektrischen Stromes. In einem Elektrolyseur tauchen zwei Elektroden in Wasser ein, dessen Leitfähigkeit durch die Zugabe einer Säure oder Base erhöht wird. Die
Elektrolyse von Wasser besteht aus zwei Teilreaktionen, wobei an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff frei wird, die getrennt aufgefangen und einem Speicher zugeführt werden.
Die thermische Dissoziation bezeichnet den Zerfall von
Molekülen in ihre einzelnen Atome durch Wärmeeinwirkung. Oberhalb einer Temperatur von 1.700 °C vollzieht sich die direkte Spaltung von Wasserdampf in Wasserstoff und
Sauerstoff. Dies geschieht zum Beispiel in Solaröfen. Die entstehenden Gase können mit keramischen Membranen
voneinander getrennt werden. Diese Membranen sind für
Wasserstoff, jedoch nicht für Sauerstoff durchlässig.
Die photokatalytische Wasserspaltung beschreibt den Prozess, in dem Photonen direkt genutzt werden, um Wasser
elektrochemisch in seine Bestandteile Wasserstoff und
Sauerstoff aufzutrennen. Die Photokatalyse benutzt das
Sonnenlicht und einen Katalysator zum Herstellen von
Wasserstoff. Der Vorteil der Photokatalyse gegenüber anderen Techniken wie der Elektrolyse besteht darin, dass
Ladungstrennung und Spaltung des Wassers von einem Material an der gleichen Grenzfläche durchgeführt werden kann, wodurch Übertragungsverluste minimiert werden können und Material gespart werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass der bei der Wasserspaltung gewonnene Wasserstoff in einem Druckspeicher, Flüssigspeicher,
Metallhydridspeicher oder Sorptionsspeicher gespeichert wird .
In einem Druckspeicher wird Wasserstoff unter hohem Druck (bis zu 800 bar) in Kunststoffbehältern gelagert. Geringes Gewicht, gut geeignet für kleine Mengen.
Verwendung z. B. für Fahrzeugtanks. In einem Flüssigspeicher wird Wasserstoff verflüssigt (LH2) und unter Umgebungsdruck bei tiefen Temperaturen (Siedepunkt -252,8 °C, 20,4 K) gelagert. Gut geeignet für große Mengen. Verwendung z. B. für Wasserstofftankstellen .
In einem Metallhydridspeicher wird der Wasserstoff in den Lücken eines (kalten) Metallgitters eingelagert und bei Erwärmung des Speichers wieder abgegeben. Hohes Gewicht. In Sorptionsspeichern erfolgt die Speicherung von
Wasserstoff durch Adsorption, d.h. Anlagerung von
Wasserstoffmolekülen an die Oberflächen von Stoffen mit hoher innerer Oberfläche wie z. B. Zeolithe, Metal Organic Frameworks oder Carbon Nanotubes. Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass elektrische Energie aus Windenergie und
Photovoltaik gewonnen wird. Obgleich es prinzipiell
ausreichend ist, für das Verfahren Energie aus einer regenerativen Energiequelle zu gewinnen, ist insbesondere die kumulative Gewinnung von elektrischer Energie aus
Windenergie und Photovoltaik vorteilhaft, denn oftmals korreliert eine geringe Sonneneinstrahlung mit hohen Windgeschwindigkeiten und eine hohe Sonneneinstrahlung mit geringen Windgeschwindigkeiten, so dass in den meisten
Fällen genügend Energie zur Verfügung steht, unabhängig von der konkreten Wettersituation.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass das Synthesegas zu Methanol umgesetzt wird.
Methanol ist ein Energieträger mit sehr hoher Energiedichte, der leicht handhabbar und vielseitig einsetzbar ist.
Aufgrund der Gewinnung unter ausschließlichem Einsatz regenerativer Energien ist dieser Energieträger außerdem besonders nachhaltig und umweltfreundlich.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass auf frei zugänglichen Flächenanteilen der
Industriefolgelandschaft Energiepflanzen angebaut werden und auf schwer zugänglichen Flächenanteilen der
Industriefolgelandschaft Blühpflanzen, insbesondere
Wildpflanzenmischungen, angebaut werden. Schwer zugänglich sind insbesondere die Flächenanteile, die sich in
unmittelbarer Umgebung, d.h. beispielsweise rund um
Windkraftanlagen oder unter Photovoltaikanlagen zur
Energiegewinnung befinden. Die artenreichen Pflanzenbestände schaffen zusätzliche Lebensräume für verschiedene Wildtiere wie Fledermäuse, Vögel, Feldhasen und Rehe. Die
Blütenpflanzen bieten Bienen und anderen Blütenbesuchern gerade in der blütenarmen Zeit von Mitte Juni bis Ende
August zusätzliche Nahrungsquellen. Die ganzjährige
Bodendeckung und intensive Durchwurzelung des Bodens bieten Schutz vor Bodenabtrag durch Wasser- oder Winderosion, die Gefahr der Bodenverdichtung ist vermindert.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass auf schwer zugänglichen Flächen der
Industriefolgelandschaft eine Kleinviehhaltung mit Schafen, Ziegen oder Lamas erfolgt . Hierdurch werden weitere
Ertragsquellen bereitgestellt und der Bewuchs umweitschonend flach gehalten.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass Rückstände der Biomassevergasung als
Pflanzendünger genutzt werden. Die bei der Biomassevergasung anfallende Asche enthält die von den die Biomasse bildenden Pflanzen akkumulierten anorganischen Bestandteile, die als wertvoller Pflanzendünger wiederverwendbar sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass durch Sortenauswahl und Anbau von
Zwischenfrüchten Biomasse in Form von Wurzelwerk gezielt im Boden eingelagert und dort für einen intensiven Bodenaufbau genutzt wird. Damit wird Kohlendioxid aus dem
Energiekreislauf entzogen und dauerhaft im Oberboden
eingelagert .
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass auf einem Flächenanteil der
Industriefolgelandschaft Gewächshäuser bereitgestellt und für Gartenbau genutzt werden. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass Abwärme aus der Biomassevergasung zur Beheizung der Gewächshäuser genutzt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren zur Energiegewinnung oder/und zur Rekultivierung kann vorgesehen sein, dass auf einem Flächenanteil der
Industriefolgelandschaft Becken oder Teiche bereitgestellt und für die Aufzucht von Fisch oder Garnelen in Aquakultur genutzt werden.
Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass Sauerstoff aus der Wasserspaltung in die Becken oder Teiche eingeleitet wird, oder/und dass Abwärme aus der Biomassevergasung zur
Beheizung der Becken oder Teiche genutzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses
Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung von Methanol aus Biomasse unter Verwendung regenerativer Energie.
Quantitativer Nachweis
Die in der Biomasse enthaltenen Kohlenwasserstoffe
entsprechen folgender Summenformel: CnH2nOn
Bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff (02)wird ein
Viertel der Biomasse zu C02 und Wasser (H20) verbrannt.
Verbrennung
CnH2nOn + n 02 -> n (C02 + H20) Drei Viertel der Biomasse wird in Synthesegas (CO, H2) umgewandelt .
Synthesegas-Erzeugung 3 (CnH2nOn) 3 n (CO + H2) Methanol-Synthese Das in der Gasmischung enthaltene Kohlenstoffdioxid wird mit hinzugesetztem Wasserstoff zu Kohlenmonoxid reduziert. n (C02 + H2) -> n (CO + H20)
Im Anschluss wird dem Synthesegas ein hoher Anteil an
Wasserstoff beigemischt und das Gasgemisch zu Methanol umgesetzt:
4 n CO + 3 n H2 + 5 n H2 -> 4 n CH3OH
Bei der Synthese von Kohlenwasserstoffen kann die Anlage auf eine Maximierung der Anteile von kurzkettigen
Kohlenwasserstoffen bis hin zum Methanol eingestellt werden, längerkettige Produkte (Ethanol, Propanol etc.) werden jedoch immer als Nebenprodukt entstehen.
Bestandteile, die nach der Abkühlung der Syntheseergebnisse als Feststoffe Zurückbleiben, können der Vergasung wieder zugeführt werden. Gasförmige und flüchtige Bestandteile werden dem
Synthesegasreaktor wieder zugeführt.
Wasser-Elektrolyse
Der für die Vergasung notwendige Sauerstoff als auch der für die Methanol-Synthese eingesetzte Wasserstoff wird über eine Elektrolyse von Wasser erzeugt.
2 H20 -> 2 H2 + 02 Stoffliche Überschussrechnung
4 CnH2nOn + 6 n H20 2 n 02 + 2 n H20 + 4 n CH3OH Der Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffe der Biomasse wird komplett in Methanol umgesetzt.
Überschüssig ist ein Teil des generierten Sauerstoffs. Einbettung in ein Ökosystem
Während der Synthese entstehen überschüssige Energie und überschüssige Stoffe, die im Ökosystem umgesetzt werden.
Asche
Die Asche besteht aus mineralischen Rückständen der
Biomassevergasung und ist nicht weiter belastet durch
Zusatzstoffe. Sie wird als Dünger auf die
landwirtschaftlichen Flächen für die Energiepflanzen ausgebracht .
Wasser
Wasser wird effektiv verbraucht. Das Verfahren ist nur bei ausreichend verfügbarem Wasser geeignet. Durch den
bereitstehenden Energieüberschuss kann hinreichend sauberes Wasser auch aus Mehrwasserentsalzungsanlagen gewonnen werden .
Strom
Der für die Wasserelektrolyse notwendige Strom wird durch Solar-Paneele und Windenergie gewonnen. Wenn andere
regenerative Stromquellen zur Verfügung stehen, können diese ebenfalls genutzt werden.
Mit dem Strom als Zwischenprodukt können am Markt ebenfalls Erlöse erzielt werden. Das Verfahren kann auch dazu genutzt werden, überschüssige Stromangebote des Marktes aufzukaufen.
Abwärme
Während der Biomassevergasung wird das Material auf sehr hohe Temperaturen gebracht und muss nach der Synthese wieder abgekühlt werden. Die Abwärme kann im System wieder genutzt werden .
Die gesamte Energiebilanz ist aber insgesamt positiv. Das bedeutet, dass überflüssige Wärme abgegeben werden muss. Diese Wärme soll in unterschiedlichen Anschluss-Betrieben aufgenommen und umgesetzt werden.
Dazu gehören:
• Gewächshäuser für den Gemüseanbau
• Aquakulturen für die Aufzucht von Fischen und Garnelen
• Öffentliche Bäder Sauerstoff
Der überschüssige Sauerstoff kann komprimiert und als
Industriegas verhandelt werden. Beim Anschluss von
Aquafarmen kann der Sauerstoff dort eingeleitet werden.
Damit kann dort die Einleitung von Luft ergänzt oder
kompensiert werden.

Claims

Energiegewinnungsverfahren und Rekultivierungsverfahren fürIndustriefolgelandschaften Patentansprüche
1. Energiegewinnungsverfahren, bei dem
• elektrische Energie aus mindestens einer
regenerativen Energiequelle gewonnen wird,
• die elektrische Energie zur elektrolytischen
Wasserspaltung verwendet wird, wobei der gewonnene Wasserstoff und der gewonnene Sauerstoff gespeichert werden,
• Biomasse in einer reinen Sauerstoff-Atmosphäre
vergast wird, wozu der bei der Wasserspaltung gewonnene Sauerstoff verwendet und Synthesegas gewonnen wird,
• das Synthesegas unter Verwendung des bei der
Wasserspaltung gewonnenen Wasserstoffs zu einer oder mehreren Kohlenwasserstoff-Verbindungen umgesetzt wird .
2. Energiegewinnungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Wasserspaltung durch Elektrolyse, thermochemische
Dissoziation oder Photokatalyse erfolgt.
3. Energiegewinnungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der bei der Wasserspaltung gewonnene Wasserstoff in einem Druckspeicher, Flüssigspeicher,
Metallhydridspeicher oder Sorptionsspeicher gespeichert wird .
4. Energiegewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem elektrische Energie aus Windenergie und Photovoltaik gewonnen wird.
5. Energiegewinnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Synthesegas zu Methanol umgesetzt wird .
6. Rekultivierungsverfahren für
Industriefolgelandschaften, bei dem in der
Industriefolgelandschaft in naher räumlicher Beziehung zueinander
• schnellwüchsige Pflanzen zur Erzeugung von Biomasse angebaut werden,
• elektrische Energie aus mindestens einer
regenerativen Energiequelle gewonnen wird,
• Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird,
• die Biomasse zu Synthesegas vergast wird, und
• das Synthesegas zu mindestens einer
Kohlenwasserstoff-Verbindung umgesetzt wird.
7. Rekultivierungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem auf frei zugänglichen Flächenanteilen der
Industriefolgelandschaft Energiepflanzen angebaut werden und auf schwer zugänglichen Flächenanteilen der Industriefolgelandschaft Blühpflanzen, insbesondere Wildpflanzenmischungen, angebaut werden.
8. Rekultivierungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem durch Sortenauswahl und Anbau von Zwischenfrüchten Biomasse in Form von Wurzelwerk gezielt im Boden eingelagert und dort für einen intensiven Bodenaufbau genutzt wird.
9. Rekultivierungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis
8, bei dem Rückstände der Biomassevergasung als
Pflanzendünger genutzt werden.
10. Rekultivierungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis
9, bei dem auf schwer zugänglichen Flächen der
Industriefolgelandschaft eine Kleinviehhaltung mit Schafen, Ziegen oder Lamas erfolgt.
11. Rekultivierungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem auf einem Flächenanteil der
Industriefolgelandschaft Gewächshäuser bereitgestellt und für Gartenbau genutzt werden.
12. Rekultivierungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem
Abwärme aus der Biomassevergasung zur Beheizung der Gewächshäuser genutzt wird.
13. Rekultivierungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem auf einem Flächenanteil der
Industriefolgelandschaft Becken oder Teiche
bereitgestellt und für die Aufzucht von Fisch oder
Garnelen in Aquakultur genutzt werden.
14. Rekultivierungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem
Sauerstoff aus der Wasserspaltung in die Becken oder Teiche eingeleitet wird.
15. Rekultivierungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem Abwärme aus der Biomassevergasung zur Beheizung der Becken oder Teiche genutzt wird.
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