WO2023051858A1 - Photokatalytisches aerosol - Google Patents

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Franz Dietrich Meyer-Oeste
Clive Thomas ELSWORTH
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Meyer Oeste Franz Dietrich
Elsworth Clive Thomas
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Definitions

  • the present invention relates to a self-activating photoactive aerosol, in particular for methane degradation in the atmosphere and/or for waste gas treatment or purification, a method for producing an aerosol, a device with which such an aerosol can be provided and a waste gas treatment system which is based on the aerosol works must be emitted in order to oxidize the same mass of methane within a given period of time.
  • the claimed method can also be used with a very low iron content in the aerosol or without any iron content in the aerosol, for example for methane degradation in the atmosphere
  • chloride is used generically in the case of a "chlorine-containing aerosol". This particularly includes the hydrolyzable chlorides (TiCk, SiCk, AICI3, FeCls, CI2, NOCI, NO2CI, NO3CI, HCl, chloride, seawater) and the chloride anions " Chloride” is used instead of chlorine for all chlorine-containing substances or compounds used here, since they are mainly to be assigned to the hydrolyzable chlorides
  • Aqua Regia aerosol compositions containing nitric acid and hydrochloric acid are used , summarized under the term "Aqua Regia”
  • the composition can correspond to Aqua Regia, but it can also only have a comparable effect in terms of chlorine and/or chlorine atom release, but not the exact mixing ratio of Aqua Regia, for example a lower concentration , a different mixing ratio, activating admixtures or a higher pH value than the classic Aqua Regia
  • an Aqua Regia analogue is described as "Aqua Regia” in this context
  • numerous aerosol compositions are listed which, if they have reacted sufficiently, are referred to as "Aqua-Regia” in this context.
  • the "Aqua-Regia” preferably has a pH of 3 or less
  • Aqua-Regia can be used in the light of the methods described in detail below or in the light of the devices described in detail below, in particular for the degradation of the greenhouse gas methane, the degradation of combustion exhaust gas pollutants or tropospheric ozone, as also in Will be explained further
  • the solar light photolysis of the claimed acidic "Aqua Regia” aerosol increases the effectiveness of the "Aqua Regia” oxidation effect, because both the released elemental chlorine from the non-photolytic classic Aqua Regia oxidation reaction is photolytically split into chlorine atoms, as well as the chlorine atoms additionally formed through the photolysis of the Aqua Regia ingredients through photolytic conversion of nitrate and nitric acid in the presence of chloride to form NO2 radicals,
  • there may also be sunlight photolysis of ferric salts to ferrous salts which with nitrates leads to nitrogen trioxide radicals that form chlorine atoms with chlorides
  • ferric chloride photolysis leads to the direct formation of chlorine atoms
  • the titanium hydrolysates can also be photolysed to form titanium hydrolysates, with the corresponding reaction chains in the "
  • the chlorine atoms In contrast to hydroxyl radicals, the chlorine atoms have no pronounced polarity and therefore go directly into the gas phase, where they meet with their reaction partners such as methane, smoke aerosols and ozone and initiate their oxidation or degradation with conversion to HCl
  • the claimed aerosol and the oxidation achieved by the aerosol is one of the environmentally friendly processes. Natural processes can be observed in which pH ⁇ 1 acidic ferric salt aerosols in the atmosphere from mineral dust drifts, erupted volcanic ash or urban emissions is operated without adverse effects on the ecosystems.
  • the invention has also set itself the task of detecting potentials, man-made or natural pollutant emissions for the present invention so that the pollutant emission can be reduced and/or the effect or quantity of the aerosol presented here can be increased
  • Another focus of the present invention is to further simplify the method compared to previous ideas, in particular to simplify the precursors to be provided or their production, so that possibly even fewer or no amounts of additives or additives have to be introduced into the aerosol or their production.
  • the problem is solved by the invention defined in the independent claims.
  • Dependent claims reflect developments and preferred configurations of the invention
  • a self-activating photoactive aerosol according to the present description comprises a mass composition containing anions.
  • the mass composition describes the masses or the ratios of the masses of the atoms, radicals or compounds contained in the mass composition to one another.
  • nitrates have a mass of 62.0049 g/mol
  • chloride has a substance mass of 35.453 g/mol If a ratio of substance masses is specified in the mass composition, the quantity A to quantity B can be specified, for example. This does not rule out that a substance C or a substance D is also included or in the amount of other substances contained
  • the bulk composition has a mass ratio of nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to chlorides from 1 part nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to 200 parts chlorides to 10 parts nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to 1 part chlorides
  • the bulk composition has a pH in a range from less than or equal to 3 to greater than or equal to -1, ie in the range from 3 to -1 (in each case inclusive).
  • the bulk composition can also preferably include between 0.2 and 2.5 sulfur compounds per anion contained in the aerosol, preferably between 0.5 and 1.5 sulfur compounds, wherein the sulfur compounds can include, for example, sulfur dioxide molecules and/or hydrogen sulfate
  • the bulk composition can preferably also include metal compounds.
  • the metal compounds of the bulk composition preferably include metals from the subgroup elements of the periodic table, or compounds including subgroup elements of the periodic table, and/or alkali metals and/or alkaline earth metals Mass ratio of 1 part of metal compounds to 1000 parts of the anions to 1 part of metal compounds to 3 parts of anions are present
  • Metal compounds are those of iron, titanium, manganese, copper and zinc.
  • Manganese ions, permanganate ions, titanium compounds such as titanium dioxide, titanium tetrachloride and/or a hydrolysis product of titanium tetrachloride typically include - due to the current easier availability and sufficiently good suitability for the purpose - in the further description when naming metals and metal compounds those of the subgroups metals and subgroups -Metal compounds in mind, although this should not exclude the possibility that the processes and production cycles mentioned can also be carried out with other metals and metal compounds
  • the nitrogen-oxygen compounds of the mass composition can more preferably contain a substance from the subgroup metal compounds such as nitrate or nitrite, iron nitrate, iron nitrite, titanium dioxide, hydrolysis product of titanium tetrachloride, nitric acid, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5
  • the anions can exist as a metal-nitrogen-oxygen compound
  • the mass ratio set in the mass composition between nitrogen-oxygen compounds and the chlorides can preferably be between 0.5 parts to 100 parts and 10 parts to 1 part in aerosol droplets
  • Each proportion by mass of nitrogen-oxygen compounds can cumulate with a proportion by mass of nitrate, particularly in the condensed phase of the aerosol, to form a proportion by mass of nitric acid precursors.
  • Each proportion of nitrogen-oxygen compounds, particularly in the condensed phase of the aerosol can at least oxidize and/or hydrolyze a portion of nitrate and/or at least a portion of nitric acid.
  • the bulk composition may further comprise nitric acid in such a proportion that the pH of the aerosol is adjusted from less than or equal to 3 to greater than or equal to -1
  • the mass ratio of nitrate anions to chlorides can be greater than or equal to 1:100, preferably greater than or equal to 1:60, more preferably greater than or equal to 1:30, more preferably 1:10 or else 1:1 be adjusted to chlorides of less than or equal to 10:1, preferably less than or equal to 5:1, more preferably less than or equal to 1:1
  • the mass ratio of metal compounds to anions can be set to be greater than or equal to 1:1000, preferably greater than or equal to 1:300, more preferably greater than or equal to 1:100, more preferably greater than or equal to 1:50 or also greater than or equal to 1:10 Cumulatively or alternatively, the mass ratio of metal compounds to anions can be adjusted to be less than or equal to 1:3, preferably less than or equal to 1:8, more preferably less than or equal to 1:25, more preferably less than or equal to 1:75 or else less than or equal to 1:200
  • the mass ratio of nitrogen-oxygen compounds to the chlorides can be adjusted to be greater than or equal to 1:200, preferably greater than or equal to 1:100, more preferably greater than or equal to 1:50, more preferably greater than or equal to 1:20 as well the mass ratio of nitrogen-oxygen compounds to the chlorides can be adjusted to be less than or equal to 10:1, preferably less than or equal to 5:1, more preferably less than or equal to 1:1, and even more preferably less than or equal to 1:5
  • the pH of the bulk composition can be adjusted to be less than or equal to 3, preferably less than or equal to 2.5 and more preferably less than or equal to 2.
  • the pH of the bulk composition can be adjusted to be greater than or equal to -1, preferably greater than or equal to equal to -0.5, more preferably greater than or equal to 0
  • the aerosol can have droplets or particles.
  • the aerosol is a dispersion of solid and/or liquid suspended particles in an aerosol carrier gas, for example air or exhaust gas have mass composition
  • the chlorides can be present in the form of chloride anions and/or in dissolved or gaseous chloride compounds.
  • the chlorides can be the element chlorine in the form of chloride anions and/or in at least one of the dissolved or gaseous states from the group of atomic chlorine, elemental chlorine, hydrogen chloride, nitrosyl chloride, nitryl chloride or chlorine nitrate
  • the self-activating photoactive aerosol according to the present description can be used under the influence of artificial or natural radiation, in particular light and more particularly sunlight, to break down methane and/or gaseous, vaporous or aerosol-like organic greenhouse-active organic substances.
  • artificial or natural radiation in particular light and more particularly sunlight
  • methane and/or gaseous, vaporous or aerosol-like organic greenhouse-active organic substances This is explained in detail with the exemplary embodiments
  • the underlying idea is to provide docking points for free methane or greenhouse gases or organic substances so that these substances can be deposited or captured in the aerosol and typically decompose
  • a method with the following steps is described: providing a first precursor with nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds, providing a second precursor with chlorides, mixing the first and second precursors and setting a mass ratio in the range of 1 part nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to 200 parts chlorides to 10 parts nitrate anions and/or nitrogen Oxygen compounds to 1 part chlorides to generate a chloride mixture aerosol, as well as moderation of the pH value in a range from less than or equal to 3 to greater than or equal to -1 (-1 ⁇ pH ⁇ 3)
  • the chloride mixture aerosol can also include metal compounds in the form of cations, molecules, oxides, hydroxides, particles and / or chemically bound elements, in particular iron and / or titanium, the metal compounds as iron chloride, iron nitrate, iron pentacarbonyl, titanium tetrachloride and /or titanium-containing hydrolyzate of titanium tetrachloride can be present.
  • the chloride mixture aerosol can include a proportion in the condensed phase, for example droplets or particles
  • the second precursor can comprise the chlorides in the form of chlorine compounds, in particular at least one of chlorides, hydrogen chloride, chlorine, silicon tetrachloride, titanium tetrachloride, iron(III) chloride, iron(II) chloride
  • Both the first precursor and the second precursor can therefore include metal compounds.
  • titanium is also a good option because, in addition to iron, titanium is one of the ten most frequently occurring metals of the subgroup elements in the periodic table
  • titanium(IV) is also photosensitive Titanium is also not toxic to ecosystems Titanium changes its electron configuration when it absorbs sunlight, for example by breaking its bond with a hydroxyl group by taking on a bonding electron and, like iron, breaking the hydroxyl group leaving as °OH or OH radical hydroxyl radicals react with chloride ions to form chlorine atoms and hydroxyl ions; That's why titanium is also interesting for the methane-degrading new aerosol
  • Titanium tetrachloride has an iron-like photocatalytic activity, and an aerosol mixed with it has strong albedo-generating properties of titanium hydrolysates. It also has less toxic properties compared to soluble iron-containing aerosols.
  • titanium tetrachloride is a liquid with a high vapor pressure that can be vaporized or nebulized using nozzles The hydrolysis with the air humidity produces quantitatively hydroxyl-containing titanium dioxide and hydrochloric acid mist.
  • the TiO2-HCl-H2 ⁇ aerosols that are produced act as condensation nuclei for condensing nitric acid and/or ferric chloride and coagulate with the salt aerosol from the seawater mist
  • Silicon tetrachloride is therefore also a suitable HCl and condensation nucleating agent.
  • the SiO2 does not undergo photolysis in the sunlight spectrum, the SiCk is also characterized by a similarly high hydrolysis sensitivity as Ti Ck and therefore tends to form nanometer-sized hydrolysis particles as a condensation nucleating agent and HCl supplier at the pH value - Adjustment or as a chlorine atom precursor
  • the hydrolyzate aerosol formed from the silicon tetrachloride hydrolysis also has, for example, an albedo-generating property
  • Aluminum chloride is also a good choice because of its property of reducing the ferric chloride sublimation temperature AICI3 forms an Al FeCls complex with FeCh, which has a higher vapor pressure than pure FeCh.
  • the AI(OH) formed during the hydrolysis of aluminum chloride in the aerosol 3 is considered to be harmful to the ecosystem because of its toxicity to living beings. However, this is completely compensated for by the formation of silicic acid, which is released from the hydrolysis of Si Ck Silicic acid or silicate forms with aluminum hydroxide the clay layer silicates containing aluminum and silicon Formation of layered silicates begins immediately after the release of the aerosol cloud, triggered by the humidity. Clay formation is complete at the latest after the aerosols come into contact with the ocean.
  • Aluminum nitrate can also be used to form the aerosol, especially when using the nebulization systems
  • the method described above can be supplemented with the step of mixing the chloride mixture aerosol with sulfur compounds, in particular sulfur dioxide molecules and more particularly gaseous sulfur dioxide and/or hydrogen sulphate, in particular for moderating the pH value.
  • sulfur compounds in particular sulfur dioxide molecules and more particularly gaseous sulfur dioxide and/or hydrogen sulphate, in particular for moderating the pH value.
  • the supplementary step of producing the sulfur compounds, in particular the sulfur dioxide gas can be carried out by burning elementary sulfur and/or by burning nebulized liquid elementary sulfur with air
  • the process can be carried out completely without the nebulization of a liquid component, using only the nitrogen, chloride and metal-containing gas and vapor phases such as HCl, FeCls, SiC, AlCls, TiC, NOCl, NO2Cl, HNO3, and in particular AICI3, FeCIs, SiC, AICI3 and/or TiCk, in contact with the carrier gas originating from the gas inlet for the vacuum pump, the liquid and solid condensed hydrolysates FeCIs x nH2Ü, AICI3 x nH2Ü, SIOn(OH)m, TIOn (OH)m, in the form of nanoparticles, which are then formed as condensation nuclei for the condensation into liquid hydrochloric acid of the HCl formed by chemical reaction and hydrolysis, and the nitric acid formed by hydrolysis, oxidation and condensation from the nitrogen components "AquaRegia" aerosols guaranteed
  • the pH value of this primary highly acidic aerosol phase is still outside the optimum for photo
  • the chloride mixture aerosol with the gaseous or vaporous first precursors can be produced by plasma-chemical conversion of air or evaporation of nitric acid.
  • the chloride mixture aerosol with the gaseous or vaporous second precursors To provide the chlorine compounds such as hydrogen chloride, chlorine, ferric chloride, silicon tetrachloride, titanium tetrachloride, they can be produced by evaporation, electrolysis and/or chlorination. For example, this can be carried out in a mobile environment such as on a ship
  • a chloride aerosol and/or an auxiliary gas can preferably be used in the step of mixing the chloride mixture aerosol.
  • the step of mixing the chloride mixture aerosol can also preferably be carried out by atomization and/or by means of ultrasonic vibration, in particular under increased atmospheric pressure.
  • the step of mixing the chloride mixture aerosol can be carried out using a non-thermal nebulization process or a nebulization process by condensation and/or hydrolysis
  • the step of mixing the chloride mixture aerosol can preferably be carried out using at least one mixing device such as a gas jet vacuum pump or a static mixer.
  • the atomization of an aqueous chloride salt solution in particular additionally comprising nitrate anions, can be carried out , the chloride salt solution in particular having a salt content of 2% or more, or of 5% or more
  • the yield of the aerosol produced by the method can also be increased by using a chloride-containing aerosol and/or vapors such as a seawater aerosol, hydrogen chloride vapor, titanium tetrachloride vapor, silicon tetrachloride vapor or a ferric chloride aerosol as such or a chloride-containing aerosol Aerosol and/or vapors, which are present as mixtures of oxidic aerosols of the elements iron and/or titanium, are enriched (mixed) with one or more water-soluble inorganic vaporous and/or gaseous starting materials, for example nitrogen-oxygen compounds, the atomic ratio of which is oxygen to Nitrogen (y) is equal to or greater than 1.5
  • a chloride-containing aerosol and/or vapors such as a seawater aerosol, hydrogen chloride vapor, titanium tetrachloride vapor, silicon tetrachloride vapor or a ferric chloride aerosol as such or a chloride-containing aerosol Aerosol and/or
  • NO nitrogen monoxide
  • Atomic ratios of oxygen to nitrogen in the range of at least 1.5 (y>1.5) are also used in this description denoted as NOi,s+x, where then x > 0.
  • one of the starting materials from the group consisting of nitric acid, hydrogen chloride, aqueous hydrogen chloride solutions, hydrogen chloride-releasing compounds, aqueous ferric chloride solutions and aqueous ferric nitrate solutions can be converted into the claimed mixed chloride aerosol or ferric nitrate-ferric chloride aerosol
  • the substances reacted by hydrolysis of compounds that split off hydrogen chloride can contain silicon tetrachloride, Ferric chloride enriched in the aerosol particles Therefore, the particularly preferred nitrates or nitric acid are formed there.
  • the new formation of ozone in the plasmas formed is harmless because this greenhouse gas is immediately destroyed by ferric chloride in contact with daylight
  • Additions of 5 mole percent ferric nitrate based on ferric chloride can increase the methane yield by more than a factor of 10. Additions of 0.01 mole part dinitrogen pentoxide to 1 mole part ferric chloride can also increase methane removal by more than 100% If the molecular proportions of nitrate and chloride in the aqueous solution in a ratio of 1 to 1, optimal methane degradation is obtained, which is many times that of nitrate-free aerosol
  • a disadvantage of the gases resulting from the plasma reaction may be an excessive content of nitrogen-oxygen compounds, the molecular ratio of oxygen to nitrogen of which is less than 1.5 to 1, as is the case for NO and N2O, for example Nitrogen ratio is ⁇ 1.5 can be disadvantageous compared to other starting materials because they can have a retarding effect on the photolysis of ferric chloride to chlorine atoms if they are present in excess. Therefore, gases, vapors and aerosols from plasma reactions have a low content Nitric oxide preferred
  • the method as described above for the degradation of methane and other gaseous, vaporous and aerosol-like organic substances that have a greenhouse effect and/or tropospheric ozone in the free troposphere and/or in volume fractions separated from the free troposphere by extensive enclosure by daylight and/ or artificial irradiation-triggered photolysis of ferric chloride-containing aerosol
  • a further gaseous medium to ferric chloride-containing aerosol particles or aerosol droplets which contains one or more of the gaseous, vaporous and aerosol-like phases which are characterized in that they contain at least one oxygen-nitrogen compound in which the atomic ratio of oxygen to nitrogen (y) is preferably y>1.5 to 1
  • an improvement can be achieved if at least one component which is characterized in that it contains N-O- Contains compounds in which the atomic ratio of oxygen to nitrogen y is greater than or equal to 1, preferably greater than or equal to 1.5:1
  • the oxygen-nitrogen compounds with an atomic ratio of oxygen to nitrogen greater than or equal to 1.5 to 1 can be, for example, ferric nitrate, ferric nitrite, nitric acid, dinitrogen pentoxide, nitrogen trioxide, dinitrogen tetroxide, nitrogen dioxide, dinitrogen trioxide to produce the oxygen-nitrogen compounds , in which the atomic ratio of oxygen to nitrogen is greater than or equal to 1.5 to 1 and which are contained in a gas and/or aerosol and/or liquid phase, a plasma-chemical process can advantageously be used in which the oxygen and nitrogen molecules in the air are converted into the N-O compounds with the atomic ratio of oxygen to nitrogen y greater than or equal to 1, preferably greater than or equal to 1.5 to 1.
  • the gas, aerosol or liquid phases enriched with the conversion products can be be mixed with ferric chloride solution to be nebulized and/or with ferric chloride-containing aerosol
  • the proportion by volume of the added plasma-chemically converted atmospheric air into N-O compounds with an atomic ratio of oxygen to nitrogen y greater than or equal to 1, preferably greater than or equal to 1.5 to 1, is advantageously at least 1% by volume of the air volume mixed with ferric chloride aerosol and emitted
  • the emission of the aerosol cloud containing ferric chloride and N-O compounds with the atomic ratio oxygen to nitrogen y greater than or equal to 1, preferably greater than or equal to 1.5 to 1, can be carried out prior to their emission into the free atmosphere under artificial irradiation with visible light and/or ultraviolet radiation be used within an enclosure to break down the methane content from a methane emission source, for example a hard coal mine or another methane emitter
  • the method can be further developed by adding at least one substance from the group consisting of seawater, organosulfur compounds, sulfur dioxide, diesel exhaust gas, plasma-chemically converted air, and nitrogen-oxygen compounds to produce an "aqua-regia" precursor substance
  • the "Aqua-Regia” can be created, for example, using emitted nitrogen oxide gases as the carrier gas.
  • the aerosol admitted into the carrier gas can be provided by nebulizing an aqueous alkali and/or alkaline earth chloride solution, which may contain nitrate.
  • an aqueous alkali and/or alkaline earth chloride solution which may contain nitrate.
  • the chloride aerosol converts to an aerosol containing hydrogen sulphate and "Aqua-Regia".
  • iron-free "Aqua-Regias" for methane oxidation has the advantage over iron-chloride aerosols that no emission of soluble or dissolved metal such as iron salts is required This has the further advantage that no deposits of ocher-colored iron compounds are caused Depending on the area of application - e.g. over ice areas such as at the polar caps - this can be disadvantageous, or it can be advantageous if it can have a positive effect on natural cycles. This can be weighed up depending on the area of application.
  • Both hydrogen chloride and nitric acid are natural components of the III) comminution of the starting material of anhydrous ferrous chloride in the sublimation chamber by moving grinding media,
  • the gas jet vacuum pump may be driven by a turbine jet engine or several of the following movements: shaking, vibrating, grinding or stirring
  • the grinding media can be glass and/or ceramic balls. These grinding media or grinding beads can preferably have a diameter of between 1 mm and 30 mm
  • the pressure drop generated above and within the sublimation bed can lead to a pressure of less than 200 mbar there, preferably to a pressure of less than 20 mbar.
  • the temperature range within the sublimation chamber and within the moving bed can be, for example, 100 to 250 ° C, preferably 150 up to 210 °C
  • the carrier gas jet can preferably be provided by a turbine engine, which can be arranged, for example, in such a way that it ejects vertically upwards
  • ferric chloride vapor generator can also be used to vaporize the low-boiling tetrachlorides of silicon and titanium. These liquids can be fed individually or as a mixture into the ferric chloride sublimation chamber, where they are preferably vaporized below the ferric chloride bed As it passes through the sublimation chamber, the vapor generated passes through the ferric chloride bed and acts therein as a ferric chloride vapor-removing carrier gas
  • ferrous salts may also promote the formation of chlorine atoms, probably because the oxidizing action of the atmosphere acts on the aerosol to convert ferrous iron to ferric iron
  • the molecular proportions of nitrate and chloride in the aqueous solution are preferably present in a ratio of about 1:10 to about 1:1 in order to obtain a sufficient chlorine atom yield.
  • a nitrate-to-chloride weight ratio of about 1:2 to 1:4 Photolytically generated chlorine atoms act in a known manner on the atmospheric methane as an oxidizing agent and solve its degradation to methyl radicals through the removal of hydrogen with the formation of methyl radicals from hydrogen chloride is absorbed by the aerosols with the formation of salts and thus leads to "recycling". The same thing happens with the in the course of the reaction NO2 reduced nitrate, which after absorption by the aerosol particles and oxidation is recycled back to nitrate and thus salt formation
  • aerosols for chlorine atom generation by nebulization whose aerosol particles have a diameter of less than 1 pim, in order to optimize their productivity.
  • the yield of aerosol particles with a diameter of less than 1 m can be increased by the water evaporation from the aerosol droplets in the atmosphere if sufficiently dilute solutions are used for nebulization, eg filtered seawater.
  • water can be added to the first and/or second precursor to reduce the diameters of the aerosol particles
  • these salt solutions can also be used inside enclosed and artificially irradiated rooms, for example to reduce methane emissions from defined sources - such as a hard coal mine, a pump head of a natural gas well, or artificial methane sources
  • defined sources such as a hard coal mine, a pump head of a natural gas well, or artificial methane sources
  • updraft systems as they have become known from the so-called updraft power plants, are also suitable places for the release of the aerosols into the troposphere
  • an aqueous solution mixture can be nebulized in a reaction space such as the troposphere. It preferably contains the ions chloride, nitrate and possibly also iron(III) cations and/or Hydroxyl-containing titanium-oxygen compounds contained as a suspension
  • the iron(III) and/or the hydroxyl-containing titanium-oxygen compounds in the aqueous solution can have a weight proportion of the cations contained therein of at least 1% and at most 100%.
  • the molecular proportions can vary from nitrate to chloride be contained in the aqueous solution in a ratio of 1:10 to 1:1.
  • the solution mixture can also contain iron(II).
  • the present description also recognizes a device for providing a self-activating photoactive aerosol, for example as described above.
  • the device preferably serves to carry out the method described above.
  • the device comprises a reaction space, a first device connected to the reaction space, in particular a NOx Device for providing a first precursor comprising nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds in the reaction space.
  • the device also includes a second device connected to the reaction space, in particular a chloride device, for providing a second precursor with chlorine or chlorides in the reaction space
  • a carrier gas supply device is used for supplying a carrier gas in the reaction chamber.
  • a compressed gas can be used as the carrier gas, as can be provided with a compressor.
  • Exhaust gas can also be used as the carrier gas
  • the device is designed to bring about a mixture of the first and second precursors in the reaction chamber and a mass ratio in the range from 1 part nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to 200 parts chlorides to 10 parts nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to set 1 share of chlorides. Furthermore, the device is designed to moderate the pH value in a range from less than or equal to 3 to greater than or equal to -1 (-1 ⁇ pH ⁇ 3).
  • the device can be further developed in that the first device comprises a plasma reactor for generating a plasma from atmospheric air, in particular for generating the oxygen-nitrogen compounds from the oxygen and/or nitrogen contained in the atmospheric air
  • the plasma reactor of the device can generate or sustain a non-thermal plasma.
  • the plasma reactor includes or performs one of the following processes: plasma glow discharge, corona discharge, silent electric Discharge with or without water contact, capacitive or inductive high frequency discharge, microwave discharge, dielectric barrier discharge, air plasma jet with water contact, or sliding arc discharge with water contact
  • the plasma reactor can operate under vacuum or under atmospheric pressure.
  • the plasma reactor can provide or maintain a high temperature plasma
  • the carrier gas supply device can preferably include at least one of the following features: a gas jet, a compressed gas system, or a suction device Alternatively or cumulatively, the device can be prepared such that the first device is connected to the reaction chamber via a NOx outlet.
  • the second device can be connected via a chloride outlet can be connected to the reaction chamber.
  • the device can also be prepared so that the NOx outlet and the chloride outlet open into the reaction chamber as a common NOx/chloride outlet, ie the first device and the second device via the common NOx / Chloride outlet are connected to the reaction space
  • the device can include an atomization system and/or an ultrasonic vibration device, a nebulization system, in particular for carrying out a non-thermal nebulization process and/or a nebulization process by condensation and/or hydrolysis, a metal chlorination system, for example for iron chlorination, a mixing device such as a gas jet vacuum pump and/or a static mixer, which is arranged, for example, in or on the reaction space
  • the second device can comprise a sublimation device for a bed of heaps.
  • the bed of heaps can consist, for example, of anhydrous iron chloride or comprise it.
  • the bed of heaps can also be characterized by at least one of the following features: a mixing device providing at least one the movements stirring, vibrating, shaking, tumbling, fluidization by means of inert gas flow; the mixing device providing grinding aids such as ceramic balls; an evacuation facility; a gas flow system for providing an inert gas to flow through the bed of heaps; a heater for heating the heap bed; a temperature control device for controlling the temperature in the heaped ferric chloride bed between 100 and 220°C
  • the device can also include a steam generator for generating a nitrate vapor with the supply of air and HNO3 into the steam generator at elevated temperature and/or pressure.
  • the device can alternatively or cumulatively have a steam generator for generating a chloride vapor with the supply of air and HCl into the steam generator at elevated temperature and/or pressure.
  • a steam generator can generate nitrate steam or chloride steam or a nitrate-chloride mixed steam
  • nitric acid and hydrochloric acid already have a certain corrosion potential on their own In order to limit the effects of corrosion, other alternatives for this device component are therefore also being discussed, such as the plasma reactor, with which NOx educts can be produced directly in the gas or vapor state
  • the nebulization system may include nozzles, rotating brushes, or an ultrasonic vibration generator for generating a nitrate mist while feeding liquid metal nitrate into the nebulizer, and/or for generating a chloride mist while feeding liquid metal chloride into the nebulizer, and/or to generate a nitrate-chloride mist while simultaneously feeding liquid metal nitrate and liquid metal chloride into the nebulization system
  • the second device can comprise a conversion device for the exothermic conversion of metal compounds, i.e. metals or metal alloys, with chlorine gas.
  • Metal compounds such as metallic iron, silicon, titanium or aluminum can be used to regulate the temperature in the conversion device, a temperature control device can be provided be regulated in the preferred range between 450 °C to 600 °C.
  • a metal that is preferably crushed or preformed into coarse particles or pellets can be reacted exothermically with a small excess of chlorine gas
  • Chlorine content in the emitted ferric chloride aerosol cloud is photolytically split into chlorine atoms and immediately included in the HCl-ferric chloride recycling cycle of the ferric chloride aerosol cloud by reaction with methane
  • the device as described above can be designed to provide the device on one of the following locations: ship, floating platform, oil rig, airplane, balloon, zeppelin, cooling tower, smokestack, exhaust pipe, lattice tower, mountain peak, chimney power plant, turbine
  • the reaction space can be arranged in a housing with an outlet for releasing the self-activating photoactive aerosol.
  • the reaction space can be arranged in particular in a cooling tower, chimney, exhaust pipe, lattice tower, updraft power plant or turbine.
  • Educt vapors and/or gases, i.e. first and/or second precursor, such as from the NOx plasma reactor and from the evaporator, vapor and aerosol condensing from it from the ferric chloride sublimator or from the iron-chlorine gas reaction, as well as educt aerosols from non-thermal nebulization (depending on which components of the device are used) are mainly converted into the claimed acidic mixed aerosol by reaction in the turbulence zone arranged in the reaction chamber.
  • the aerosol is then typically emitted into the atmosphere
  • Exhaust gas treatment system for at least partially converting exhaust gases and for the simultaneous provision of a self-activating photoactive aerosol, for example as described above, and/or for example for use under a method as described above
  • Exhaust gas treatment system comprises a reaction chamber arranged in a pipe section prepared for exhaust gas discharge, for example in an exhaust pipe or chimney; a first device for providing a first precursor comprising nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds in the reaction space; a second means for providing a second precursor containing chlorides in the reaction space; an exhaust gas emitter such as a diesel engine as carrier gas supply means for supplying a carrier gas in the reaction space; wherein the device is designed to bring about a mixture of the first and second precursors in the reaction chamber and thereby a mass ratio in the range of 1 part nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds to 200 parts chlorides to 10 parts nitrate anions and/or nitrogen-oxygen compounds adjust compounds to 1 part chlorides; and wherein the device is further adapted
  • FIG. 1 shows a flow chart of a first embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows an embodiment of a reaction chamber with a gas vacuum pump
  • the pH value is moderated to be quite acidic, namely in a range from ⁇ 1 to 3, preferably from 0 to 2.5, and even more preferably from 0 to 2
  • the pH value is moderated to be quite acidic, namely in a range from ⁇ 1 to 3, preferably from 0 to 2.5, and even more preferably from 0 to 2
  • a mixed metal salt aerosol or a mixed chloride aerosol containing metal ions and/or metal oxides such as the "Aqua-Regia" aerosol outlined above, for the degradation of, for example, the greenhouse gases methane and Ozone in the troposphere
  • a photolytically activated oxidation effect of "Aqua-Regia” can be technically implemented by chlorine (chlorine atoms and chlorides).
  • its particles and / or droplets are characterized in that they contain an acidic mixture of sodium ions, nitrate ions, chloride ions, ferric ions and titanium dioxide formed by hydrolysis and/or liquid components consist of an oxide, salt and brine mixture and which has a pH of less than or equal to 3, preferably less than or equal to 2, and in which the "aqua-regia" oxidation of chloride to chlorine atoms is particularly effective
  • any “aqua regia” aerosol variant including the “aqua regia” aerosols activated by the iron and/or titanium compounds mentioned.
  • An activated “aqua regia” aerosol is an "aqua regia” aerosol containing iron salts and/or titanium dioxide, to which an iron and/or titanium component has been added during manufacture to salts of the transition metals iron and titanium and their hydrolysis products act.
  • a metal salt for the production of a metal salt mixture aerosol is a chloride mixture aerosol, which during production or in the educt aerosol (i.e. the chloride mixture aerosol to be emitted) comprises metal salt.
  • a metal salt can be, for example, as ferric chloride, Ferrochloride, ferric nitrate, ferrous nitrate, ferric sulfate or titanium tetrachloride can be used
  • chloride mixture aerosol used in the present description " describes the mixed aerosol that contains the element chlorine, for example in a dissolved or gaseous state and in particular from the group of atomic chlorine, elemental chlorine, hydrogen chloride, nitrosyl chloride, nitryl chloride or chlorine nitrate because the presence of chlorine is essential for the emitted aerosol (as elemental chlorine and chloride)
  • the particles and/or droplets of the "Aqua-Regia” aerosol variants exhibit a gaseous aura after emission, made up of vaporous products of their photolysis and their reaction with oxygen and other oxidants, as well as methane and other organic components of the troposphere, including for example ° CI, Ch, HCl, °NÜ2, HNO3, CINO, CINO2
  • gases and other organic components of the troposphere including for example ° CI, Ch, HCl, °NÜ2, HNO3, CINO, CINO2
  • the condensed particles of the Aqua-Regia aerosol variants may also exhibit a condensed aura containing nitrate , Chloride, hydronium and metal ions as well as optionally activating components of ionic and/or oxidic iron and or titanium components.
  • Titanium tetrachloride vapor may be mentioned as an example, which enriches the aerosol cloud with HCl vapor and titanium dioxide during its hydrolysis with the humidity in the air
  • any metal elements or metal compounds present can be used on the one hand as catalysts or to reduce the pH value, e.g. if the iron is added in reduced form, for example as iron pentacarbonyl vapor.
  • the reactivity of the aerosol and on the other hand the costs for the Material and energy expenditure for the production of the aerosol is a sensitive measure of whether the aerosol can be provided in large quantities
  • Fig. 1 now shows a first embodiment of a device 100 for providing a climate-effective aerosol 20, or also for carrying out the method for providing the climate-effective, self-activating, photoactive aerosol 20.
  • a reactor 5 is used to provide the first precursor 52 with nitrate anions (e.g nitric acid) and/or nitrogen-oxygen compounds into a reaction chamber 40 It has an air supply line 7 and a supply line 6, for example for electricity or for supplying energy,
  • a sublimator 8 is used to provide the second precursor 54 with chlorides It includes in In this example, a heating device 9 for supplying thermal energy to the sublimator 8. It also has the supply 10 for anhydrous solid ferric chloride and/or anhydrous ferric chloride-aluminum chloride mixture and a carrier gas inlet 11
  • the first and second precursors 52, 54 are provided in the reaction chamber 40 so that mixing takes place.
  • the mixture can be further accelerated or conveyed if a carrier gas 56 is supplied to the reaction chamber 40 for turbulent mixing and/or removal of the precursor mixture 52, 54.
  • the carrier gas 56 can be generated with a carrier gas generator 16.
  • the carrier gas 56 can be compressed air or exhaust gas, for example, so that the carrier gas generator 16 can be a compressor, an (electric) motor-driven blower, a propeller-driven motor or a motor such as a may be a ship's diesel engine.
  • An energy supply 17 supplies the carrier gas generator 16 with energy; For example, with electrical power in the case of the compressor or the electrically driven blower, with aviation fuel in the case of the propeller drive, with heavy oil in the case of the ship diesel engine or with kerosene in the case of the jet turbine blower
  • the reaction chamber 40 comprises a gas jet vacuum pump 15.
  • the aerosol 20 provided in this way is fed to the outlet 19, for example a chimney, and released into the atmosphere
  • FIG 1 With a system 100 as shown in Figure 1 as a flow chart, various process variants can be carried out, one of which is explained by way of example below one or more educts from the group NOi,s+x, including preferably nitric acid vapor, as the first precursor 52 is converted into a ferric nitrate-ferric chloride mixed aerosol 20.
  • the basis of the production method according to variant 1 is the primary production of ferric chloride aerosol as the second precursor 54, in FIG 1 as an example in the sublimator 8
  • the thermal nebulization process for ferric chloride uses the formation of condensate droplets to form ferric chloride aerosol 54, which occurs when vaporous iron(III) chloride is cooled , 9, 10 and 11.
  • the sublimator 8 is, for example, a moving fixed bed of ferric chloride, from which, with heating to 100 to 220° C. by means of a heating device 9, with inert gas 11 flowing through it, by sublimation into ferric chloride vapor 54 or a mixture thereof is converted with aluminum chloride vapor
  • the size of the formed condensate droplets and/or condensate particles that can be achieved with the sublimator 8 can preferably be comparatively small, which is preferred in the context of this description
  • the NOi,s+x educts include, for example, the substances nitric acid, dinitrogen pentoxide, nitrogen trioxide, nitrogen dioxide, dinitrogen trioxide, dinitrogen tetroxide, dinitrogen trioxide, nitryl chloride or chlornitrate. These are all substances that are formed by hydrolysis, oxidation and/or condensation in the Acid mixed aerosol particles or droplet aerosols containing ferric chloride and ferric nitrate can form in the presence of moist ferric chloride aerosol and are therefore well suited for the production of the first precursor 52
  • FIGS. 2 to 10 show device components that are interchangeable or can be used cumulatively, how they can be used in a device 100 for producing the aerosol 20.
  • the plasma reactor 5 already described is shown.
  • a steam generator 1 is shown schematically shown, which can be prepared for the generation of nitrogen-oxygen vapor as a first precursor 52 such as a nitrate vapor (nitric acid vapor), in particular with the supply of air, and for example also with more than 70 percent nitric acid, in the steam generator
  • the steam generator 1 can be prepared for operation under changed temperature and/or pressure conditions.
  • the steam generator 1 can be used to generate a chloride steam as a second precursor 54 with the supply of air, and optionally supplemented with preferably more than 25 percent hydrochloric acid, into the steam generator 1 This process step can also be carried out under different temperature and/or pressure conditions.
  • the steam generator 1 can be used for evaporating nitric acid.
  • the steam generator is preferably prepared for evaporating aqueous hydrochloric acid solution; it can also be used for evaporating liquid and/or volatile chlorides which are sensitive to hydrolysis, for example one or more substances made from silicon tetrachloride and titanium tetrachloride. However, the latter is more complicated due to the need to dry the auxiliary gases passed through it.
  • Nitric acid vapor can be produced by evaporating nitric acid. This is preferably done by evaporating liquid nitric acid at temperatures below 100 °C.
  • the first precursor 52 can be produced by controlled passage of air 4 through a heated receiver 2 with liquid nitric acid 1
  • a nebulization system 13 is described schematically with reference to FIG of ferric chloride solutions by means of nozzles, with rotating brushes or by means of ultrasonic vibration.
  • the nozzle principle is shown schematically in FIGS. for example with the nozzle principle, can also be used to produce the ferric nitrate aerosol 52
  • Variant 2 for the production of the acidic ferric nitrate-ferric chloride mixed aerosol 20 is based, for example, on the production of ferric nitrate aerosol 52
  • the production of ferric nitrate aerosol 52 can also be done by the non-thermal liquid nebulization process with nebulization system 13. Since the acidic pH value of the aerosol cannot be adjusted here by gaseous or vapor-form acid or acid-forming substances, the solution must be made sufficiently acidic. In order to avoid uneconomical expenditure for corrosion protection and to obtain the smallest possible aerosol particles or droplets, a diluted ferric nitrate-ferric chloride mixture can be used in this variant. The excess water evaporates from the aerosol droplets after their emission into the atmosphere
  • the sublimator 8 is shown as a separate component, which has otherwise already been described with reference to FIG. 1.
  • Like reference numerals denote like components throughout the description.
  • the production of ferric chloride vapor 54 can also be done by the exothermic chlorination of iron pellets 23, as shown schematically in Fig. 5 under the reference numerals 22, 23 and 24 with the metal pellet feed 22 and a chlorine gas feed 24
  • a carrier gas generator device 16 is visualized as a component of the device 100 with an energy supply 17 and a gas or air supply 18.
  • the carrier gas 56 is prepared for the aerosol lift.
  • the carrier gas is designed in such a way that the aerosol, in particular the Particles and/or droplets of the aerosol, carries at least an initial time and mixes with the aerosol or part of the emitted aerosol becomes and/or interacts with the droplets and/or particles of the aerosol, for example by using the carrier gas 56 to change the pH Value is moderated
  • the Carrier gas generator device 16 thus provides suitable carrier gas, e.g. for the operation of the gas jet vacuum pump 15.
  • Examples of a carrier gas generator device 16 are a compressor, fan or also a vertically blowing propeller or jet (jet) engine, but also an internal combustion engine such as a ship (diesel) engine can provide a suitable carrier gas, or the airflow through an updraft power plant.
  • a reaction between NOi.s+x compounds or nitric acid and ferric chloride will not be affected by the exhaust gas as long as the exhaust gas contains more than 5% oxygen exhaust gas actually have less than 5% residual oxygen, which is quite common in a modern engine, for example, ambient air can be mixed into the still hot exhaust gas or the exhaust pipe after leaving the combustion chamber or the cylinder, possibly even in variable amounts using flap techniques
  • Figures 8 and 9 show two versions of a reaction chamber 40.
  • the reaction chamber 40 is characterized in that the first precursor 52 and second precursor 54 are preferably mixed with one another there in a stream of carrier gas 56 for emission into an environment such as the atmosphere.
  • the actual mixing process of the two precursors 52, 54 therefore takes place in the reaction chamber 40 or begins there x-Compounds with the ferric chloride aerosol according to variant 1 preferably supported by a gas jet vacuum pump 15, which is shown by way of example in FIG Mixing device 21 are promoted, which is shown by way of example in FIG.
  • FIG. 10 shows several possibilities for producing the first precursor 52 and the second precursor 54 simultaneously
  • the first precursor 52 can be generated by means of the steam generator 1, for example with the supply of air and HNOs for generating nitrate-generating vapor
  • the first precursor 52 can alternatively or cumulatively also be generated by means of the reactor 5, such as a plasma reactor.
  • the first precursor can also be provided by means of the nebulization system 13, for example by producing a ferric nitrate aerosol as the first precursor 52
  • the second precursor 54 can be provided in the steam generator, for example with the supply of nitric acid and air as already described above.
  • the second precursor 54 can be provided in the sublimator 8 by means of an iron chlorination 23, or also by means of the nebulization system 13 instead of or in addition to A static mixer 21 (cf. FIG. 9) can also be used in the gas jet vacuum pump 15 shown in FIG.
  • a second storage container 12a can be filled with a second inlet 14a and serves, for example, as a feed to a nebulization system 13a.
  • low-boiling starting materials for example TiCk, SiCk, Fe(CO)5 individually or as a mixture of chlorides, to provide either the first precursor 52 or the second precursor 54 in the further course, or as a carrier gas 11 for changing or providing in other processes such as in the sublimator 8
  • the mist 52, 54 provided by the nebulizing system 13a can be fed directly to the reaction chamber 40, for example using a heating device 62 in the feed line 64 for evaporation, the low-boiling starting materials mentioned can be introduced into the reaction chamber individually or as a mixture as vapor
  • the starting material 11 in particular TiCk vapor or SiCk vapor or SiCk-Ti Ck mixed vapor, can be provided as a liquid at the sublimator 8 from the nebulization system 13a °C SiCk; 136°C TiCk) as a liquid mixture or carrier gas mixture instead of the inert gas 11 into the sublimator 8
  • the chlorides evaporate, already below the ferric chloride bed 85, which can act there in the sublimator 8 instead of the carrier gas 11
  • Liquid mixture of titanium tetrachloride, silicon tetrachloride, ferric chloride and aluminum trichloride stands out as a relatively inexpensive intermediate in the carbochlorination of ilmenite and rutile ores in the Kroll process to produce titanium. Inexpensive because the complex purification processes necessary to produce pure titanium, such as Distillation and reaction with magnesium or sodium metal are not used at this early stage of production
  • iron-containing compounds can be formed with iron pentacarbonyl (Fe(CO)s).
  • Fe(CO)s iron pentacarbonyl
  • K P 105°C easily vaporizable compound
  • oxidic iron particles would then act as condensation nuclei and activators for chlorides, nitrates and titanium oxides and would therefore be a suitable ingredient for the process presented here for the production of the aerosols mentioned above and below 20
  • the production conditions for Fe(CO)s are for not trivial at this point in time Therefore, phytoplankton production increases in the PZ immediately after feeding by ISA pumps. This creates conditions at the sea surface for an increased CO2 absorption rate from the atmosphere per unit area of the ocean
  • the aerosol in its various forms not only achieves methane degradation, because this mixture of substances aerosol is of the greatest benefit to the environment where the phytoplankton in the photic zone of the sea surfaces in the abyss suffer from iron and nitrogen deficiency
  • a preferred field of application of the method according to the invention is, in addition to the envisaged methane degradation in the atmosphere, also increasing the reflection of the earth's surface, in particular the glacial ice surfaces of Greenland and Patagonia, possibly also Antarctica, for example wherever the temperatures on the ice surfaces are above the rise to the freezing point in order to use the aerosol to stop or at least reverse the thawing process. These ice surfaces tend to darken due to algae and moss formation, especially during the thawing phase.
  • the permanent sea ice surfaces in the Arctic are also suitable for the albedo increase due to the claimed aerosol additional use of wind turbines, which can be used both as energy suppliers for evaporation or sublimation or to provide energy for the operation of plasma reactors and/or electrolysers for converting air into precursors.
  • the wind turbine used for this purpose also supplies the energy for nebulizing liquids or vaporous chlorides to form aerosols, for example in order to trigger the increase in albedo with the claimed “Aqua Regia” aerosols containing hydrolyzates containing titanium, which have a particularly white coloring, by whitening of the glacial ice or the formation of white ground fog and possibly white clouds, and at the same time triggering the degradation of methane
  • nebulizing liquid precursors 52, 54 for example titanium tetrachloride or seawater or those containing nitrate and chloride Aqueous solutions
  • nozzles 166, 176 with a relatively large inside nozzle diameter for this effect, for example with a nozzle inside diameter of 0.1 mm, for example ⁇ 30 m the nebulization can take place according to the droplet impact principle on baffle plates 175, after droplet sizes of less than 5 m in diameter can be achieved with sufficient droplet impact speed on solid surfaces as impact organs used a)
  • the chamber 179, from which the liquid to be nebulized enters the nozzles, is sonicated by means of a membrane oscillating at ultrasonic frequency.
  • a rotary distributor 160 which has a static supply line part 161, a rotating part 164 connected to it via a coupling element 162, and a star distributor 165 placed on the rotating part 164.
  • the part 164 rotating about the axis of rotation 168 is in the
  • the area of the coupling element 162 is designed to be sealed off from the coupling element 162 and/or the static part 161 by means of a sealing element 163.
  • the sealing element 163 can be embodied, for example, as a liquid paraffin seal
  • An electric motor or a wind turbine can be driven the star distributor 165 is aerodynamically shaped and forms rotor blades or rotates as a supplementary part of the wind power plant.
  • the fact that this only takes place in this example when there is wind may not be a disadvantage at all, but rather an advantage, since a wind-borne distribution of the aerosol 20 then takes place.
  • the rotation of the rotating rotary distributor 160 expels the fluid in the star arms 167 from the outlets 166.
  • FIG. 17 shows a modified wind turbine 185, in this case designed as a Darrieus rotor with rotor blades 181, which is designed in combination with the rotary distributor 170.
  • the rotary distributor 170 rotates , driven by the modified wind turbine 185, with the circulation of the same with
  • the simple design of a vertical wind turbine 185 makes it possible to better protect the components used from the aerosol 20 or its ejected precursors 52, 54, which may be highly corrosive at the beginning during the mixing time, or to make them insensitive designed against corrosion
  • the space between the outlets 166, 176 designed as circular disks is used as the liquid chamber 169, 179, the opening 166, 176 being closed at the circular periphery between the two disks by a cylindrical tube segment; except for the preferably two or more nozzle openings 166, 176.
  • the cylindrical chamber 169, 179 designed in this way is supplied with the fluid to be nebulized, in particular in the form of a liquid, via an axially attached tube
  • Forcing fluid through the nozzles 166, 176 is achieved by centrifugal force by causing the chamber 169, 179 to rotate, for example by means of an electric motor drive sucked in and replaced from the reservoir 159 or the supply line parts 161, 164, 171, which are vertical in the case shown
  • the principle of rotation is also used, in that the impact surfaces 174 are operated by a motor-driven rotor with an identical rotor axis position as the rotating nozzle chamber, but in the opposite direction of rotation
  • the impact surfaces are arranged in such a way that as high a proportion as possible or even all of the jets of liquid divided into jets of droplets impinge on the surfaces of the impact elements 174 and are nebulized there to form extremely fine droplets 174 and the nozzle jet outlet 176 fixed to the rotor
  • aerosol generators 160 can preferably be used as shown in Figure 16. They impress with their simple and robust design. They can also be used for the production of more rapidly sedimenting "Aqua Regia" aerosols 20.
  • the size of the aerosol particles formed in the "Aqua Regia" aerosol cloud 20 from the emitted gas and/or vapor form also depends on the original concentration of the precursor gases and vapors: Larger aerosol particles form from high concentrations due to increased coagulation of the primarily formed particles , small concentrations form smaller aerosol particles due to low coagulation processes.
  • the precursor gas concentration can be influenced simply by the peripheral speed or the number of revolutions per unit of time of the rotating tube star 165: The higher the peripheral speed, the higher the gas mass that is thrown out and thus also the aerosol particle size thus also influence the aerosol particle size here
  • a rotating flat space between two circular discs can fulfill the same function for gas and vapor transport, the opening of which at the circular periphery between the two discs is closed by a cylindrical tube segment, which is preferably contains two or more openings for the emission of the fluid mixture.
  • the cylindrical chamber designed in this way is likewise supplied with the liquid to be nebulized via an axially attached tube
  • liquid-chloride rotary nebulization device 160, 170 of, for example, titanium tetrachloride Gas and / or vapor rotation emission device of nitrate or nitric acid-forming gases is provided in such a way that both emission sources form a well-mixed emission cloud in which the "Aqua-Regia" aerosol 20 forms independently.
  • Wind turbines can also be set up on platforms on largely level glacial ice regions and are particularly suitable there because of the uniform katabatic wind that flows towards the coast and in view of their tower-like construction as carriers of the devices described for the production of "Aqua Regia” aerosol clouds Electricity can be used for the various needs of the "Aqua Regia” aerosol production
  • steam generator e.g. nitric acid steam generator or hydrochloric acid steam generator, if necessary with air supply pipe

Abstract

Es wird ein selbstaktivierendes photoaktives Aerosol vorgestellt, umfassend eine Anionen enthaltende Massenzusammensetzung aufweisend ein Massenverhältnis von Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu Chloriden von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden, und einem pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1.

Description

i
PHOTOKATALYTISCHES AEROSOL
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstaktivierendes photoaktives Aerosol, insbesondere zum Methanabbau in der Atmosphäre und/oder zur Abgasaufbereitung oder -reinigung, ein Verfahren zur Herstellung eines Aerosols, eine Vorrichtung, mit der ein solches Aerosol bereitgestellt werden kann sowie eine Abgasaufbereitungsanlage, welche auf Basis des Aerosols arbeitet
Figure imgf000003_0001
emittiert werden muss, um die gleiche Masse Methan innerhalb einer gegebenen Zeitspanne zu oxidieren Andererseits kann das beanspruchte Verfahren auch mit einem sehr geringen Eisengehalt im Aerosol oder ganz ohne Eisengehalt im Aerosol eingesetzt sein, beispielsweise für den Methanabbau in der Atmosphäre
Dabei wird in dieser Beschreibung Chlorid oberbegrifflich eingesetzt im Falle eines "Chlor-enthaltenden Aerosols" Besonders umfasst dies die hydrolysierbaren Chloride (TiCk, SiCk, AICI3, FeCIs, CI2, NOCI, NO2CI, NO3CI, HCl, Chlorid, Meerwasser) und die Chloridanionen „Chlorid“ wird im Weiteren anstelle von Chlor für sämtliche hier verwendeten Chlor enthaltenden Stoffe oder Verbindungen), verwendet, da sie überwiegend den hydrolysierbaren Chloriden zuzurechnen sind
Im sauren Milieu gehören Mischungen aus Salzsäure und Salpetersäure, insbesondere die als Aqua Regia bekannte Mischung, auf Grund ihrer Säure- und Oxidationswirkung zu den agressivsten und korrosivsten Flüssigkeiten, weil sie elementares Chlor freisetzen In dieser Beschreibung werden Aerosol-Zusammensetzungen, die Salpetersäure und Salzsäure enthalten, unter dem Begriff "Aqua-Regia" zusammengefasst Die Zusammensetzung kann Aqua Regia entsprechen, sie kann aber auch lediglich hinsichtlich der Chlor- und/oder Chloratom-Freisetzung eine vergleichbare Wirkung, nicht aber das exakte Mischungsverhältnis von Aqua Regia aufweisen, beispielsweise eine geringere Konzentration, ein abweichendes Mischungsverhältnis, aktivierende Beimischungen oder einen höheren pH-Wert als das klassische Aqua Regia Mit anderen Worten wird als "Aqua-Regia" in diesem Zusammenhang ein Aqua-Regia- Analogon beschrieben In der vorliegenden Beschreibung sind zahlreiche Aerosolzusammensetzungen aufgeführt, die, wenn sie hinreichend ausreagiert sind, in diesem Zusammenhang als "Aqua-Regia" bezeichnet werden Das "Aqua-Regia" weist bevorzugt einen pH-Wert von 3 oder kleiner auf, beispielsweise im Bereich von 3 bis -1, bevorzugt von 2 oder kleiner
Die Oxidationswirkung von "Aqua-Regia" kann im Lichte der im Weiteren im Detail beschriebenen Verfahren beziehungsweise im Lichte der im Weiteren im Detail beschriebenen Vorrichtungen insbesondere zum Abbau des Treibhausgases Methan, dem Abbau von Verbrennungsabgas-Schadstoffen beziehungsweise troposphärischen Ozons genutzt werden, wie ebenfalls im Weiteren erläutert werden wird
Durch die Sonnenl ichtphotolyse des beanspruchten sauren "Aqua-Regia"-Aerosols, beispielsweise enthaltend HNO3-, Nitrat-, Chlorid- und HCI-haltiges Ferrichlorid und/oder Titanhydrolysat, erfährt die Wirksamkeit der „Aqua Regia“ Oxidationswirkung eine Wirkungssteigerung, weil sowohl das freigesetzte elementare Chlor aus der nicht-photolytischen klassischen Aqua-Regia Oxidationsreaktion photolytisch zu Chloratomen gespalten wird, als auch die durch die Photolyse der Aqua Regia-Inhaltsstoffe zusätzlich gebildeten Chloratome durch photolytische Umsetzung von Nitrat und Salpetersäure in der Gegenwart von Chlorid zu NO2-Radikalen, Wasser und Chloratomen umgesetzt werden können Hinzu tritt ggf ., je nach Aerosolzusammensetzung, die Sonnenlicht-Photolyse von Ferrisalzen zu Ferrosalzen, die mit Nitraten zu Stickstofftrioxid-Radikalen führt, die mit Chloriden Chloratome bilden und wobei die Ferrichlorid-Photolyse zur direkten Chloratom-Bildung führt Auch die Titanhydrolysate können aus chemischer Sicht zu Titanfll l)hydrolysaten photolysiert werden, wobei die entsprechenden Reaktionsketten im „Aqua-Regia“-Milieu ebenfalls typischerweise in der Bildung von Chloratomen enden Die Chloratome haben im Gegensatz zu Hydroxylradikalen keine ausgeprägte Polarität und gehen daher unmittelbar in die Gasphase über, wo sie mit ihren Reaktionspartnern, wie Methan, Rauchaerosolen und Ozon Zusammentreffen und unter Umbildung zu HCl deren Oxidation bzw Abbau einleiten
Trotz der chemischen Reaktivität gehört das beanspruchte Aerosol und die durch das Aerosol erreichte Oxidation insbesondere von Methan zu den umweltfreundlichen Verfahren So sind natürliche Prozesse zu beobachten, bei welchen in der Atmosphäre mit pH < 1-sauren Ferrisalzaerosolen aus Mineralstaubabwehungen, eruptierten Vulkanaschen oder auch urbanen Emissionen operiert wird, ohne dass sich daraus Nachteile für die Ökosysteme ergeben Sobald diese natürlichen oder künstlichen Aerosole von Niederschlägen aus der Atmosphäre ausgewaschen werden, werden deren saure Konditionen durch das Regenwasser abgestumpft und im Kontakt mit Erde, Gestein und Ozean neutralisiert Dadurch kann der pH-Wert rasch auf schwach alkalische pH- Werte an der Ozeanoberfläche und je nach Boden oder Gesteinstyp auf schwach alkalische bis schwach saure pH-Werte an der Landoberfläche ansteigen Hinsichtlich der hier beanspruchten künstlichen Aerosole ist deren Emission voraussichtlich so zu regeln, dass sie nur in großer Verdünnung niedergehen können, beispielsweise überwiegend auf der Ozeanoberfläche Auf Grund der Aggressivität des beanspruchten sauren Chlorid-Misch-Aerosols ist seine Herstellung allerdings nicht trivial Je nach Ausführung der Vorrichtung kann eine hohe Säureresistenz der Vorrichtungskomponenten nötig sein
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben vor diesem Hintergrund mit der vorliegenden Beschreibung zahlreiche Ansätze ausführbar beschrieben, wie in pragmatischer und durchführbarer Art und Weise die vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen aufgebaut werden und/oder zum Einsatz kommen können Dabei liegt in einem Aspekt der Beschreibung ein Augenmerk darauf, dass ausreichende Volumina bereitgestellt werden können und dabei der Energiebedarf möglichst gering gehalten wird
Ferner hat sich die Erfindung in einem Aspekt die Aufgabe gestellt, Potentiale zu erfassen, menschgemachte oder natürliche Schadstoffemissionen für die vorliegende Erfindung so auszunutzen, dass die Schadstoffemission gesenkt werden kann und/oder die Wirkung oder Menge des hier vorgestellten Aerosols erhöht werden kann
Ein weiteres Augenmerk der vorliegenden Erfindung liegt darauf, das Verfahren gegenüber früheren Ideen weiter zu vereinfachen, insbesondere die bereitzustellenden Präkursoren bzw deren Herstellung zu vereinfachen, so dass ggf sogar weniger oder gar keine Stoffmengen von Zusatz- bzw Zuschlagstoffen in das Aerosol bzw deren Herstellung einzubringen sind Das Problem wird gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Erfindung Abhängige Ansprüche geben Weiterbildungen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder
Ein selbstaktivierendes photoaktives Aerosol gemäß der vorliegenden Beschreibung umfasst eine Anionen enthaltende Massenzusammensetzung Die Massenzusammensetzung beschreibt dabei die Stoffmassen beziehungsweise die Verhältnisse der Stoffmassen der in der Massenzusammensetzung enthaltenen Atome, Radikale oder Verbindungen zueinander Beispielsweise weisen Nitrate eine Stoffmasse von 62,0049 g/mol auf, Chlorid weist eine Stoffmasse von 35,453 g/mol auf Wenn ein Verhältnis von Stoffmassen in der Massenzusammensetzung angegeben ist, kann beispielsweise die Menge A zur Menge B angegeben sein Dies schließt nicht aus, dass im Übrigen auch ein Stoff C oder ein Stoff D enthalten ist oder in welcher Menge weitere Stoffe enthalten sind
Die Massenzusammensetzung weist ein Massenverhältnis von Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu Chloriden von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden
Ferner weist die Massenzusammensetzung einen pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich - 1, also im Bereich von 3 bis -1 (jeweils inklusive), auf
Die Massenzusammensetzung kann ferner bevorzugt je einem im Aerosol enthaltenen Anion zwischen 0,2 und 2,5 Schwefelverbindungen umfassen, bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5 Schwefelverbindungen, wobei die Schwefelverbindungen beispielsweise Schwefeldioxid-Moleküle und/oder Hydrogensulfat umfassen können
In bevorzugter Weise kann die Massenzusammensetzung ferner Metallverbindungen umfassen Die Metallverbindungen der Massenzusammensetzung umfassen bevorzugt Metalle aus den Nebengruppenelementen des Periodensystems, beziehungsweise Verbindungen umfassend Nebengruppenelemente des Periodensystems, und/oder Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle Die Metallverbindungen, insbesondere die Nebengruppen-Metallverbindungen, können dabei in einem Massenverhältnis von 1 Anteil Metallverbindungen zu 1000 Anteilen der Anionen bis 1 Anteil Metallverbindungen zu 3 Anteilen Anionen vorliegen Mit anderen Worten können beispielsweise Metallverbindungen in den emittierten Aerosolen enthalten sein, und zwar in einer der Formen Chloride, Nitrate, Ionen, Hydroxide, Oxidhydrate oder Oxide Bevorzugte Metallverbindungen sind die des Eisens, des Titans, des Mangans, des Kupfers und des Zinks Die Nebengruppen-Metallverbindungen können beispielsweise Ferriionen bzw -kationen, Ferroionen bzw -kationen, Ferrioxide, Ferrihydroxide, Eisenfll l)oxidhydrat, Mangankationen, Mangan(IV)oxide, Manganationen, Permanganationen, Titanverbindungen wie Titandioxid, Titantetrachlorid und/oder ein Hydrolyseprodukt von Titantetrachlorid umfassen Typischerweise sind - aufgrund der derzeitig einfacheren Verfügbarkeit und genügend guten Eignung für den Zweck -in der Weiteren Beschreibung bei Nennung von Metallen und Metallverbindungen diejenigen der Nebengruppen-Metalle und Nebengruppen-Metallverbindungen gedanklich im Sinn, wenngleich dies nicht ausschließen soll, dass die genannten Verfahren und Produktionszyklen auch mit anderen Metallen und Metallverbindungen durchgeführt werden können
Des Weiteren können die Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen der Massenzusammensetzung in weiter bevorzugter Weise einen Stoff aus den Nebengruppen-Metallverbindungen wie als Nitrat oder Nitrit, Eisennitrat, Eisennitrit, Titandioxid, Hydrolyseprodukt von Titantetrachlorid, Salpetersäure, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5 umfassen Mit anderen Worten können die Anionen als Metall- Stickstoff-Sauerstoff- Verbindung vorliegen
Das in der Massenzusammensetzung eingestellte Massenverhältnis zwischen Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu den Chloriden kann in bevorzugter Weise zwischen 0,5 Anteilen zu 100 Anteilen und 10 Anteilen zu 1 Anteil liegen Dieses Massenverhältnis kann insbesondere jedenfalls zum Teil oder ganz in der kondensierten Aerosolphase vorliegen, also in Aerosol-Tröpfchen
Je ein Massenanteil Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen kann mit einem Massenanteil Nitrat, insbesondere in der kondensierten Phase des Aerosols, zu einem Massenanteil Salpetersäure-Vorläufer kumulieren Je ein Anteil Stickstoff-Sauerstoff- Verbindungen, insbesondere in der kondensierten Phase des Aerosols, kann dabei zu mindestens einem Anteil Nitrat und/oder mindestens einem Anteil Salpetersäure oxidieren und/oder hydrolysieren Die Massenzusammensetzung kann ferner Salpetersäure in einem solchen Anteil umfassen, dass der pH-Wert des Aerosols zwischen kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 eingestellt ist
Das Massenverhältnis von Nitratanionen zu Chloriden kann größer oder gleich 1 : 100 eingestellt sein, bevorzugt größer oder gleich 1 :60, weiter bevorzugt größer oder gleich 1 :30, weiter bevorzugt 1 : 10 oder auch 1 : 1 Des Weiteren kann das Massenverhältnis von Nitratanionen zu Chloriden eingestellt sein zu kleiner oder gleich 10:1, bevorzugt kleiner oder gleich 5:1, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 :1
Das Massenverhältnis von Metallverbindungen zu Anionen kann eingestellt sein zu größer oder gleich 1 :1000, bevorzugt größer oder gleich 1 :300, weiter bevorzugt größer oder gleich 1 : 100, weiter bevorzugt größer oder gleich 1 :50 oder auch größer oder gleich 1 :10 Kumulativ oder alternativ kann das Massenverhältnis von Metallverbindungen zu Anionen eingestellt sein zu kleiner oder gleich 1 :3, bevorzugt kleiner oder gleich 1 :8, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 :25, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 :75 oder auch kleiner oder gleich 1 :200
Im Übrigen kann das Massenverhältnis von Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu den Chloriden eingestellt sein zu größer oder gleich 1 :200, bevorzugt größer oder gleich 1 : 100, weiter bevorzugt größer oder gleich 1 :50, weiter bevorzugt größer oder gleich 1 :20 Auch kann das Massenverhältnis von Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu den Chloriden eingestellt sein zu kleiner oder gleich 10:1, bevorzugt kleiner oder gleich 5: 1, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 : 1, und noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 :5 Der pH-Wert der Massenzusammensetzung kann eingestellt sein zu kleiner oder gleich 3, bevorzugt kleiner oder gleich 2,5 und weiter bevorzugt kleiner oder gleich 2 Des Weiteren kann der pH-Wert der Massenzusammensetzung eingestellt sein zu größer oder gleich -1, bevorzugt größer oder gleich -0,5, weiter bevorzugt größer oder gleich 0
Das Aerosol kann Tröpfchen oder Partikel aufweisen Mit anderen Worten ist das Aerosol eine Dispersion aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Aerosol-Trägergas, beispielsweise Luft oder Abgas Die Massenzusammensetzung kann beispielsweise in der kondensierten Phase vorliegen, so dass insbesondere die Tröpfchen oder Partikel die Massenzusammensetzung aufweisen
In weiterer Ausbildung der Beschreibung können die Chloride in Form von Chloridanionen und/oder in gelösten oder gasförmigen Chloridverbindungen vorliegen Die Chloride können dabei das Element Chlor in Form von Chloridanionen und/oder in mindestens einem der gelösten oder gasförmigen Zustände aus der Gruppe atomares Chlor, elementares Chlor, Chlorwasserstoff, Nitrosylchlorid, Nitrylchlorid oder Chlornitrat umfassen
Das selbstaktivierende photoaktive Aerosol gemäß der vorliegenden Beschreibung kann Verwendung finden unter Einwirkung künstlicher oder natürlicher Strahlung, insbesondere Lichts und weiter insbesondere Sonnenlichts, zum Abbau von Methan und/oder gasförmigen, dampfförmigen oder aerosolförmigen organischen treibhauswirksamen organischen Stoffen Dies wird zu den Ausführungsbeispielen im Detail erläutert Die zugrundeliegende Idee ist das Bereitstellen von Andockstellen für freies Methan bzw treibhauswirksamen Gasen bzw organischen Stoffen, so dass sich diese Stoffe im Aerosol absetzen bzw einfangen lassen und typischerweise zersetzen
Zur Herstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols, beispielsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung, und insbesondere zum Abbau von Methan und/oder gasförmigen, dampfförmigen oder aerosolförmigen organischen treibhauswirksamen organischen Stoffen, wird ein Verfahren mit den folgenden Schritten beschrieben: Bereitstellen eines ersten Präkursors mit Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen, Bereitstellen eines zweiten Präkursors mit Chloriden, Mischen des ersten und zweiten Präkursors und Einstellen eines Massenverhältnisses im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden zur Erzeugung eines Chlorid-Gemisch-Aerosols, sowie Moderieren des pH-Werts in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 (-1 < pH < 3)
Das Chlorid-Gemisch-Aerosol kann ferner Metallverbindungen umfassen in Form von Kationen, Molekülen, Oxiden, Hydroxiden, Partikel und/oder chemisch gebundenen Elementen, insbesondere des Eisens und/oder des Titans, wobei die Metallverbindungen als Eisenchlorid, Eisennitrat, Eisenpentacarbonyl, Titantetrachlorid und/oder titanhaltiges Hydrolysat von Titantetrachlorid vorliegen können Des Weiteren kann das Chlorid-Gemisch-Aerosol einen Anteil in auskondensierter Phase umfassen, beispielsweise Tröpfchen oder Partikel
Der zweite Präkursor kann die Chloride in Form von Chlorverbindungen umfassen, insbesondere aus zumindest einer aus Chloride, Chlorwasserstoff, Chlor, Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid, Eisen(lll)chlorid, Eisen(ll)chlorid
Sowohl erster Präkursor als auch der zweite Präkursor kann demnach Metallverbindungen umfassen Neben den bereits berichteten Metallverbindungen in Form von Eisen bietet sich auch Titan an Denn zu den zehn am häufigsten in der Erdkruste vorkommenden Metallen der Nebengruppen-Elemente im Periodensystem gehört neben dem Eisen das Titan Ebenso wie Eisen(lll) ist auch das Titan(IV) photosensitiv Titan ist überdies nicht toxisch für Ökosysteme Titan ändert bei Absorption von Sonnenlicht seine Elektronenkonfiguration dahingehend, dass es beispielsweise seine Bindung mit einer Hydroxylgruppe unter Aufnahme eines Bindungselektrons löst und dabei wie das Eisen die Hydroxylgruppe als °OH oder O H-Radi kal hinterlässt Hydroxylradikale reagieren mit Chlorid- ionen unter Bildung von Chloratomen und Hydroxylionen; deshalb ist auch Titan für das methanabbauende neue Aerosol interessant
Titantetrachlorid weist eine eisenähnliche photokatalytische Aktivität auf, und ein damit versetztes Aerosol starke albedoerzeugende Eigenschaften der Titanhydrolysate Ferner weist es minder-toxische Eigenschaften im Vergleich zu löslichen Eisenhaltigen Aerosolen auf Darüber hinaus ist Titantetrachlorid eine Flüssigkeit mit hohem Dampfdruck, die sich verdampfen oder mittels Düsen vernebeln lässt Die Hydrolyse mit der Luftfeuchtigkeit lässt dabei quantitativ hydroxylhaltiges Titandioxid und Salzsäurenebel entstehen Die TiO2-HCI-H2Ö-Aerosole, die dabei entstehen, wirken als Kondensationskeime für kondensierende Salpetersäure und/oder Ferrichlorid und koagulieren mit dem Salzaerosol aus der Meerwasservernebelung
Als HCl- und Kondensationskeimbildner bietet sich daher auch Siliziumtetrachlorid an Zwar erfährt das SiÖ2 im Sonnenlichtspektrum keine Photolyse Jedoch zeichnet sich auch das SiCk durch ähnlich hohe Hydrolyseempfindlichkeit wie Ti Ck aus und neigt daher zur Bildung nanometergroßer Hydrolysepartikel als Kondensationskeimbildner und HCI-Lieferant zur pH-Wert- Einstellung oder als Chloratom-Präkursor Auch das aus der Siliziumtetrachlorid-Hydrolyse gebildete Hydrolysat-Aerosol weist beispielsweise eine albedoerzeugende Eigenschaft auf
Weiters bietet sich Aluminiumchlorid an, und zwar wegen seiner Eigenschaft, die Ferrichlorid-Subl i mationstemperatur herunterzusetzen AICI3 bildet mit FeCh einen AI FeCIs- Komplex, der einen höheren Dampfdruck aufweist als reines FeCh Das bei der Hydrolyse aus Aluminiumchlorid im Aerosol gebildete AI(OH)3 gilt wegen seiner Toxizität für Lebewesen als schädlich für das Ökosystem Das wird aber vollkommen kompensiert durch die Bildung von Kieselsäure, die aus der Hydrolyse von Si Ck frei wird Kieselsäure bzw Silikat bildet nämlich mit Aluminiumhydroxid die Aluminium und Silicium enthaltenden Ton-Schichtsilikate Die Schichtsilikatbildung setzt somit unmittelbar nach dem Freisetzen der Aerosolwolke ein, ausgelöst durch die Luftfeuchte Spätestens nach dem Kontakt der Aerosole mit dem Ozean ist die Tonbildung vollzogen Auch Aluminiumnitrat kann, insbesondere unter Verwendung der Vernebelungsanlagen, zur Bildung des Aerosols Verwendung finden
Das zuvor beschriebene Verfahren kann ergänzt werden mit dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols mit Schwefelverbindungen, insbesondere Schwefeldioxid-Moleküle und weiter insbesondere gasförmigen Schwefeldioxids und/oder Hydrogensulfat, insbesondere zum Moderieren des pH-Werts Vor dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols mit Schwefelverbindungen kann der ergänzende Schritt Herstellen der Schwefelverbindungen, insbesondere des Schwefeldioxidgases, durch Verbrennen elementaren Schwefels und/oder durch Verbrennen von vernebeltem flüssigen Elementarschwefels mit Luft erfolgen
Dabei kann prinzipiell das Verfahren vollkommen ohne die Vernebelung einer flüssige Komponente durchgeführt werden Unter alleiniger Anwendung der Stickstoff-, Chlorid- und Metall-haltigen Gas- und Dampfphasen wie beispielsweise von HCL, FeCIs, SiC , AICIs, TiC , NOCI, NO2CI, HNO3, und insbesondere AICI3, FeCIs, SiC , AICI3 und/oder TiCk kann im Kontakt mit dem Trägergas, das aus dem Gaseintritt für die Vakuumpumpe herstammt, die flüssigen und festen kondensierten Hydrolysate FeCIs x nH2Ü, AICI3 x nH2Ü, SIOn(OH)m, TIOn(OH)m, in der Form von Nanopartikeln, die dann als Kondensationskerne für die Kondensation zu flüssiger Salzsäure der durch chemische Reaktion und Hydrolyse gebildeten HCl, und der durch Hydrolyse, Oxidation und Kondensation aus den Stickstoffkomponenten gebildeten Salpetersäure gebildet werden Damit ist die Bildung des "AquaRegia" Aerosols gewährleistet Zwar ist der pH-Wert dieser primären hoch-sauren Aerosolphase noch außerhalb des Optimums für die photolytische Chloratombildung; das ändert sich jedoch in der Atmosphäre durch die weitere Absorption von Luftfeuchte und Koagulation mit natürlichen Stäuben, insbesondere Meersalzaerosolen
Unmittelbar vor dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols mit den gas- oder dampfförmigen ersten Präkursoren kann deren Erzeugung durch plasmachemische Umsetzung von Luft oder Verdampfung von Salpetersäure erfolgen Vor dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols mit den gas- oder dampfförmigen zweiten Präkursoren zur Bereitstellung der Chlorverbindungen wie Chlorwasserstoff, Chlor, Ferrichlorid, Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid, kann deren Erzeugung durch Verdampfung, Elektrolyse und/oder Chlorierung erfolgen Beispielsweise kann dies in mobiler Umgebung durchgeführt werden wie auf einem Schiff
In dem Verfahren kann bevorzugt bei dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols ein Chlorid-Aerosol und/oder ein Hilfsgas eingesetzt sein Ferner bevorzugt kann der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols durch Verdüsung und/oder mittels Ultraschall-Vibration durchgeführt sein, insbesondere unter erhöhtem Atmosphärendruck Alternativ oder kumulativ kann der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols unter Anwendung eines nicht-thermischen Vernebelungsverfahrens oder eines Vernebelungsverfahrens durch Kondensation und/oder Hydrolyse durchgeführt sein
Der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols kann bevorzugt unter Anwendung wenigstens einer Mischvorrichtung wie einer Gasstrahlvakuumpumpe oder eines statischen Mischers vollzogen werden Des Weiteren kann für das Bereitstellen des Chlorid- Gemisch-Aerosols das Vernebeln einer wässrigen Chlorid-Salzlösung erfolgen, insbesondere zusätzlich umfassend Nitratanionen, die Chlorid-Salzlösung insbesondere aufweisend einen Salzgehalt von 2 % oder mehr, oder auch von 5 % oder mehr
Die Ausbeute an mit dem Verfahren hergestellten Aerosol kann auch dadurch gesteigert werden, indem ein chloridhaltiges Aerosol und/oder Dämpfe wie z B ein Meerwasseraerosol, ein Chlorwasserstoffdampf, ein Titantetrachlorid-Dampf, ein Siliciumtetrachlorid-Dampf oder ein Ferrichlorid-Aerosol als solches oder ein chloridhaltiges Aerosol und/oder Dämpfe, die als Gemische von oxidischen Aerosolen der Elemente Eisen und/oder Titan vorliegen, mit einem oder mehreren wasserlöslichen anorganischen dampf- und/oder gasförmigen Edukten angereichert (vermischt) wird, beispielsweise Stickstoff-Sauerstoffverbindungen, deren atomares Verhältnis Sauerstoff zu Stickstoff (y) gleich oder größer 1 ,5 beträgt
Bei einem Präkursor aufweisend ein atomares Stickstoff-Sauerstoff-Verhältnis im Wertebereich y<1 ,5, wie beispielsweise Stickstoffmonoxid (NO) mit y=1, beansprucht die Reaktion in der Atmosphäre durch Oxidation, Hydrolyse und Umsetzung mit Chloridsalzen zu Nitrat bzw Salpetersäure einen nicht unerheblichen Zeitraum, während dem der Methanabbau durch das beanspruchte Aerosol nicht oder nur eingeschränkt stattfindet Deshalb sind Werte für y > 1,5 bevorzugt Atomverhältnisse von Sauerstoff zu Stickstoff im Bereich von mindestens 1,5 (y > 1,5) werden in dieser Beschreibung auch als NOi,s+x bezeichnet, wobei dann gilt x > 0 Beispielsweise nimmt das Radikal “NOs, das Nitrat-Ion und das HNOs-Molekül hierin den Wert x = 1,5 an Das Molekül N2O5 nimmt beispielsweise den Wert x = 1 an Das Molekül NO nimmt beispielsweise den Wert x = -0,5 an Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen mit x < 0,5, so wie beispielsweise Lachgas (N2O) sind als Prekursoren weniger bevorzugt, weil ihre Oxidation in der Atmosphäre recht langsam verläuft
Je näher hingegen das atomare Verhältnis Sauerstoff zu Stickstoff y in der dem Chlorid-Misch-Aerosol zugesetzten Stickstoff- Sauerstoffverbindung dem von Nitrat oder Salpetersäure angenähert ist oder diesem entspricht, desto weiter steigt die Wirksamkeit des Chlorid-Misch-Aerosols auf den Abbau troposphärischen Methans bzw Ozons Mit anderen Worten konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindungslegung gezeigt werden, dass Nitrate, Salpetersäure, Chlorwasserstoff und Chlorid die Oxidations-Effektivität von „Aqua Regia“ bewirken; Eisensalze und Titanoxide können dessen Aktivität nochmals steigern
Alternativ oder kumulativ zu den genannten Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen kann eines der Edukte aus der Gruppe Salpetersäure, Chlorwasserstoff, wässrige Chlorwasserstofflösungen, Chlorwasserstoff-abspaltende Verbindungen, wässrige Ferrichloridlösungen und wässrige Ferrinitratlösungen zu dem beanspruchten Chlorid-Misch-Aerosol bzw Ferrinitrat-Ferrichlorid-Aerosol umgesetzt werden Die durch Hydrolyse chlorwasserstoff-abspaltender Verbindungen umgesetzter Stoffe können Siliciumtetrachlorid,
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Ferrichlorid in den Aerosolteilchen angereichert Deshalb bilden sich dort die besonders bevorzugten Nitrate bzw Salpetersäure Die Neubildung von Ozon in den gebildeten Plasmen ist unbedenklich, weil dieses Treibhausgas im Kontakt mit Tageslicht durch Ferrichlorid unmittelbar zerstört wird
Zusätze von 5 Mol% Ferrinitrat bezogen auf Ferrichlorid können die Methanausbeute um mehr als den Faktor 10 steigern Zusätze von 0,01 Molanteilen Distickstoffpentoxid zu 1 Molanteil Ferrichlorid können ebenfalls eine Steigerung des Methanabbaus um mehr als 100% bewirken Wenn die molekularen Anteile von Nitrat und Chlorid in der wässrigen Lösung im Verhältnis 1 zu 1 betragen, wird optimaler Methanabbau erhalten, der ein Vielfaches von Nitrat-freiem Aerosol beträgt
Ein Nachteil der aus der Plasmareaktion hervorgegangenen Gase kann ggf ein zu hoher Gehalt an Stickstoff-Sauerstoffverbindungen sein, deren molekulares Verhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff bei kleiner 1,5 zu 1 liegt, wie es beispielsweise für NO und N2O zutrifft Stickstoffhaltige Gase, deren Sauerstoff zu Stickstoff-Verhältnis bei <1,5 liegt, können im Vergleich zu anderen Edukten nachteilig sein, weil sie retardierend auf die Photolyse von Ferrichlorid zu Chloratomen wirken können, wenn sie im Überschuss vorliegen Deshalb sind Gase, Dämpfe und Aerosole aus Plasmareaktionen mit einem niedrigen Anteil Stickstoffmonoxid bevorzugt
Das wie vorstehend beschrieben Verfahren (zum Abbau von Methan sowie weiteren gasförmigen, dampfförmigen und aerosolförmigen organischen Treibhaus-wirksamen organischen Stoffen und/oder troposphärischem Ozon in der freien Troposphäre und/oder in durch eine weitgehende Einhausung von der freien Troposphäre abgetrennten Volumenanteilen durch Tageslicht und/oder künstliche Bestrahlung ausgelöste Photolyse von Ferrichlorid enthaltendem Aerosol) kann also dadurch weiter verbessert werden, dass Ferrichlorid enthaltenden Aerosolpartikeln oder Aerosoltröpfchen ein weiteres gasförmiges Medium zugemischt wird, das eine oder mehrere der gasförmigen, dampfförmigen und aerosolförmigen Phasen enthält, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie mindestens eine Sauerstoff-Stickstoff-Verbindung enthalten, in der das Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff (y) vorzugsweise y > 1,5 zu 1 ist
Alternativ oder kumulativ kann eine Verbesserung erzielt werden, wenn der Lösung, mittels der die Ferrichlorid- Aerosolteilchen oder die Ferrichlorid-Aerosoltröpfchen in einem nicht-thermischen Vernebelungs-verfahren erzeugt werden, mindestens eine Komponente zugemischt wird, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie N-O-Verbindungen enthält, in denen das Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff y größer oder gleich 1, bevorzugt größer oder gleich 1,5 zu 1 ist
Bei den Sauerstoff-Stickstoff- Verbindungen mit dem Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff größer oder gleich 1,5 zu 1 kann es sich beispielsweise um Ferrinitrat, Ferrinitrit, Salpetersäure, Distickstoffpentoxid, Stickstofftrioxid, Distickstofftetroxid, Stickstoffdioxid, Distickstofftrioxid handeln Zur Herstellung der Sauerstoff-Stickstoff- Verbindungen, in denen das Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff größer oder gleich 1,5 zu 1 beträgt und die in einer Gas- und/oder Aerosol- und/oder Flüssigphase enthalten sind, kann in vorteilhafter Weise ein plasmachemischer Prozess angewendet werden, bei dem die Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle der Luft in die N-O- Verbindungen mit dem Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff y größer oder gleich 1, bevorzugt größer oder gleich 1,5 zu 1 umgewandelt werden Die Gas-, Aerosol oder Flüssigphasen, die mit den Umwandlungsprodukten angereichert sind, können mit der zu vernebelnden Ferrichloridlösung und/oder mit Ferrichlorid-haltigem Aerosol vermischt werden
Der Volumenanteil der zugemischten plasmachemisch zu N-O-Verbindungen mit dem Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff y größer oder gleich 1, bevorzugt größer oder gleich 1,5 zu 1, umgewandelten Atmosphärenluft beträgt vorteilhaft mindestens 1 Volumen-% des mit Ferrichlorid-Aerosol versetzten und emittierten Luftvolumens
Die Emission der Ferrichlorid und N-O-Verbindungen mit dem Atomverhältnis Sauerstoff zu Stickstoff y größer oder gleich 1, bevorzugt größer oder gleich 1,5 zu 1, enthaltenden Aerosolwolke kann vor ihrer Emission in die freie Atmosphäre unter künstlicher Bestrahlung mit sichtbarem Licht und/oder Ultraviolettstrahlung innerhalb einer Einhausung zum Abbau des Methangehaltes aus einer Methanemissionsquelle benutzt werden, beispielsweise eine Steinkohlemine oder ein anderweitiger Methanemittent
Das Verfahren kann weiter ausgebildet sein durch das Beifügen zumindest eines Stoffes aus der Gruppe Meerwasser, schwefelorganische Verbindungen, Schwefeldioxid, Dieselabgas, plasmachemisch umgesetzte Luft, Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zur Erzeugung einer "Aqua-Regia"-Vorläufersubstanz
Beispielhaft wird am "Aqua-Regia" eine Kreislaufwirkung beschrieben Dabei wird in der Atmosphäre bei der Reaktion von Chloratomen mit Methan Chlorwasserstoffdampf gebildet, der mit dem Sauerstoff der Luft und den Stickstoffoxiden, die bei der Photolyse des "Aqua-Regia"-Aerosols entstehen, wieder zum "Aqua-Regia"-Aerosol rezykliert Damit kommt es so lange nicht zu einem Verlust von chloratomaren Methanoxidationsmittels, solange sein Vorläufer, das "Aqua-Regia"-Aerosol in der Atmosphäre verbleibt und nicht durch Niederschlag aus der Atmosphäre ausgewaschen wird
Das "Aqua-Regia" kann beispielsweise unter Einsatz von emittierten Stickstoffoxidgasen als Trägergas entstehen Das in das Trägergas eingelassene Aerosol kann mittels Vernebelung einer wässrigen Alkali und/oder Erdalkali-Chlorid-Lösung, die gegebenenfalls Nitrat enthält, bereitgestellt werden Durch atmosphärische Oxidation und Hydrolyse des Schwefeldioxids zu Schwefelsäure und der Stickstoffoxide zu Salpetersäure, wandelt sich das Chloridaerosol um in ein Hydrogensulfat und "Aqua-Regia" enthaltendes Aerosol
Der Einsatz eisenfreien "Aqua-Regias" zur Methanoxidation hat gegenüber Eisen-Chlorid-Aerosolen den Vorteil, dass es dabei keiner Emission löslichen oder gelösten Metalls wie beispielsweise Eisensalzen bedarf Dies bewirkt den weiteren Vorteil, dass keine Niederschläge ockerfarbiger Eisenverbindungen verursacht werden Je nach Einsatzgebiet - z B über Eisgebieten wie an den Polkappen - kann dies nachteilig sein, oder aber vorteilig, wenn dadurch positiv auf natürliche Kreisläufe eingewirkt werden kann Dies kann je nach Einsatzgebiet abgewogen werden Sowohl Chlorwasserstoff, als auch Salpetersäure sind als natürliche Bestandteile der
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III) Zerkleinern des Ausgangsmaterials aus wasserfreiem Eisenfll l)-chlorid in der Sublimationskammer durch Bewegung von Mahlkörpern,
IV) Verwendung einer oder mehrerer Gasstrahl-Vakuumpumpen als Vorrichtungen, in denen das Strahlgas mit dem Eisen(lll)- chlorid-Dampf vermischt wird
V) Verwendung von Ferrichlorid im Gemisch mit Aluminiumchlorid bei der Bereitstellung des zu sublimierenden Bewegtbettes zur Herabsetzung der Sublimationstemperatur
Bei großen stationären Off-shore oder On-shore Emissionsanlagen zur Bereitstellung von „Aqua-Regia“-Aerosolen kann die Gasstrahl-Vakuumpumpe durch ein Turbinenstrahltriebwerk angetrieben sein Es kann auch vorsehen, dass die Bewegung des Eisen(lll)-chlorid-Bettes durch eine oder mehrere der folgenden Bewegungen realisiert wird: Schütteln, Vibrieren, Mahlen oder Rühren
Bei einem solchen Verfahren können die Mahlkörper Glas- und/oder Keramikkugeln sein Diese Mahlkörper oder Mahlperlen können bevorzugt einen Durchmesser zwischen 1 mm und 30 mm aufweisen
Der oberhalb und innerhalb des Sublimationsbettes erzeugte Druckabfall kann dort zu einem Druck von weniger als 200 mbar führen, bevorzugt zu einem Druck von weniger als 20 mbar Der Temperaturbereich innerhalb der Sublimationskammer und innerhalb des bewegten Bettes kann beispielsweise 100 bis 250 °C betragen, bevorzugt 150 bis 210 °C
Der Trägergasstrahl kann dabei bevorzugt durch ein Turbinentriebwerk, welches beispielsweise so angeordnet werden kann, dass es senkrecht nach oben ausstößt, bereitgestellt werden
Zusätzlich zu seiner Nutzung als Ferrichlorid-Dampferzeuger kann der Ferrichlorid-Dampferzeuger auch zur Verdampfung der niedrigsiedenden Tetrachloride von Silicium und Titan genutzt werden Diese Flüssigkeiten können als solche einzeln oder im Gemisch in die Ferrichlorid-Sublimationskammer geleitet werden und gelangen dort vorzugsweise unterhalb des Ferrichloridbettes zur Verdamopfung Bei seinem Durchgang durch die Sublimationskammer gelangt der dabei erzeugte Dampf durch das Ferrichloridbett und wirkt darin als Ferrichloriddampf-abführendes Trägergas
Mit einem wie auf den vorstehenden Seiten beschriebenen Verfahren kann es gelingen, die Ausbeute an Chloratomen wesentlich zu steigern, indem ein vorzugsweise aus gleichen Molekülbestandteilen Chlorid und Nitrat enthaltendes Lösungsgemisch, aus dem die Aerosole hergestellt werden, mit einem Eisen(lll)salz, vorzugsweise als Chlorid und/oder Nitrat, oder einer oxischen Titanverbindung, in einer gewichtsbezogenen Konzentration bezogen auf die in der Lösung vorhandenen Feststoffe zwischen vorzugsweise 1% und 90% Eisensalz- und/oder Titanoxid-Gehalt versetzt wird Beispielsweise kann der Salz- und Säuregehalt, welchen die Aerosole aufweisen, bezogen auf 6 Chlorid-Gewichtsanteile mindestens 1 Nitrat-Gewichtsanteil umfassen und mindestens jeweils 0,1 Gewichtsanteile Eisen und/oder Titan enthalten
Ein wirtschaftlicher Vorteil der hier vorgestellten Verfahren besteht darin, dass die Chloratom-Ausbeute um mehr als 100% gesteigert werden kann Das ist deshalb bedeutungsvoll, weil der organische Stoffe und elementaren Kohlenstoff enthaltende Treibhauswirksame Gas- und Aerosolgehalt der Troposphäre - insbesondere Methan - durch Verfahren abgebaut werden kann, die eine Chloratom-Freisetzung in der Atmosphäre auslösen Gegenüber früher beschriebenen Verfahren kann die Bildung von Chloratomen pro emittiertem Eisen-Äquivalent gesteigert werden Das heißt, es müssen weniger Eisensalzaerosole emittiert werden, um eine ähnliche Wirkung der Chloratome in der Atmosphäre, bzw den gleichen Methanabbau, zu erzielen Ggf können Eisenzusätze im Aerosol vermieden werden, insbesondere vollständig darauf verzichtet werden Damit stehen dem hier vorgestellten Chlorid-Misch-Aerosol neue und weitere Anwendungsräume offen Früher beschriebene Ferrichlorid-Aerosole können beispielsweise nicht oder nur schlecht in der Nähe von albedowirksamen Schnee- und Eisfeldern eingesetzt werden, weil die farbigen Ferriverbindungen die Rückstrahlung direkt vermindern und wegen ihrer Spurenelement-Wirksamkeit im Nachgang zusätzlich die albedomindernde Ausbreitung von Algen und Moosen auf den Schnee- und Eisflächen fördern Die deutliche Verringerung des Eiseneinsatzes, bzw auch der vollständige Ersatz des Eisens durch photosensitive Salpetersäure, Nitrat und Titanoxide ermöglicht nun auch die Anwendung des atmosphärischen Methanabbaus in unmittelbarer Nachbarschaft oder sogar auf diesen albedowirksamen und damit klima-kühlenden Eisflächen Eine Düngewirkung von Nitrat und Salpetersäure tritt hier nicht ein, weil diese photosensitiven Stoffe dem Abbau durch die Sonneneinstrahlung unterliegen Hingegen wird die Rückstrahlung durch die weißen oxidischen Titanverbindungen sogar direkt und auch nachhaltig angehoben, weil dunkle Niederschläge von Ruß und Rauchaerosolen einschließlich dort aufgewachsener Algen, Biofilmen und Moosen durch die Hydroxylradikal-bildung durch die Titanoxide „weggebrannt“ werden können
So ist es eine Möglichkeit im Rahmen des hier vorgestellten Verfahrens, wässrige Lösungen, die sauer eigestellte Eisen(lll)- haltige Nitrat- und Chloridsalz-Gemische enthalten, zu Aerosolen zu vernebeln und in die Umgebungsluft zu emittieren Dabei kommt es durch Photolyse im Tageslicht zu einer gesteigerten Bildung von Chloratomen im Vergleich zu Nitrat-freiem Eisen(lll)Chloridaerosol Selbst unter dem vollkommenen Ausschluss von Eisen in der vernebelten Chlorid- und Nitratlösung kommt es zur Bildung von Chloratomen wenn die Lösung sauer eingestellt ist, wie es auch beansprucht ist Bevorzugt ist mindestens ein geringer Metallanteil wie beispielsweise Titan und/oder Eisen im Aerosol, weil dadurch die Bildung der Chloratome wesentlich gefördert wird gegenüber der metallfreien Lösung Die optimale Chloratombildung wurde bei pH Werten zwischen 2,5 und 0,5 beobachtet
Wenn die zur Vernebelung eingesetzte Chlorid-Nitrat-Salzlösung durch den Eisen(lll)salz-Zusatz eine erkennbare Färbung erhalten hat, sind deutliche Verbesserungen der Chloratombildung aus den Aerosolen zu erwarten Farbgebung ist visuell bereits bei Eisen(l 11)- Konzentrationen in der Chlorid-Nitrat-Lösung zwischen 1 bis 5% deutlich erkennbar Eindeutig sichtbar ist das bei einem Gewichtsanteil der wässrigen Lösung von 5% und steigert sich bis zum Maximum wenn der Kationenanteil des Eisen(lll) 100 % beträgt
Auch die Anwendung von Eisen(ll)salzen kann förderlich auf die Bildung von Chloratomen wirken, wahrscheinlich weil die Oxidationswirkung der Atmosphäre auf das Aerosol zur Umwandlung von Eisen(ll) zu Eisen(lll) hinwirkt
Vorzugsweise sind die molekularen Anteile von Nitrat und Chlorid in der wässrigen Lösung im Verhältnis von etwa 1 :10 bis etwa 1 : 1 enthalten, um eine ausreichende Chloratomausbeute zu erhalten Bevorzugt ist dabei ein Nitrat-zu-Chlorid-Gewichtsverhältnis von etwa 1 :2 bis 1 :4 Photolytisch erzeugte Chloratome wirken in bekannter Weise auf das atmosphärische Methan als Oxidationsmittel und lösen dessen Abbau zu Methylradikalen durch Wasserstoffentzug unter Methylradikalbildung aus Chlorwasserstoff wird von den Aerosolen unter Salzrückbildung absorbiert und gelangt somit zu einem "Recycling" Entsprechendes geschieht mit dem im Reaktionsverlauf zu NO2 reduzierten Nitrat, das nach Absorption durch die Aerosolteilchen und Oxidation wieder zu Nitrat und somit zur Salzbildung recycelt wird
Es ist vorteilhaft, Aerosole für die Chloratomerzeugung durch Vernebelung herzustellen, deren Aerosolteilchen einen Durchmesser von unter 1 pim haben, um ihre Produktivität zu optimieren Wird die Vernebelung eingesetzt, kann die Ausbeute an Aerosolteilchen mit einem Durchmesser von unter 1 m erhöht werden durch die Wasserverdampfung aus den Aerosoltröpfchen in der Atmosphäre, wenn ausreichend verdünnte Lösungen für die Vernebelung eingesetzt werden, z B filtriertes Meerwasser Mit anderen Worten kann dem ersten und/oder zweiten Präkursor Wasser zugesetzt werden zur Verringerung der Durchmesser der Aerosolteilchen
Anstelle der Freisetzung als Aerosol der beanspruchten Salzlösungsgemische in der freien Atmosphäre können diese Salzlösungen auch innerhalb von eingehausten und künstlich bestrahlten Räumen eingesetzt werden, zum Beispiel, um die Methanemissionen aus definierten Quellen - wie einer Steinkohlemine, einem Pumpenkopf einer Erdgasquelle, oder künstlichen Methanquellen - abzubauen Als geeignete Orte der Freisetzung der beanspruchten Aerosole in die Troposphäre eignen sich auch die mehr oder weniger vollkommen eingehausten Räume von Aufwindanlagen, wie sie durch die sogenannten Aufwindkraftwerke bekannt geworden sind
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren, beispielsweise also zur Bereitstellung von Chloratomen in der Troposphäre, kann also ein wässriges Lösungsgemisch in einem Reaktionsraum wie der Troposphäre vernebelt werden Es enthält bevorzugt die Ionen Chlorid, Nitrat und ggf darüber hinaus Eisen(lll)- Kationen und/oder als Suspension enthaltene Hydroxyl-haltige Titan-Sauerstoff- Verbindungen
In einer weiteren Fortbildung kann das Eisen(lll) und/oder die Hydroxyl-haltigen Titan-Sauerstoff-Verbindungen in der wässrigen Lösung einen Gewichtsanteil an den darin enthaltenen Kationen von mindestens 1% und maximal 100 % aufweisen Die molekularen Anteile von Nitrat zu Chlorid können in der wässrigen Lösung im Verhältnis 1 :10 bis 1 :1 enthalten sein Das Lösungsgemisch kann im Übrigen auch Eisen(ll) enthalten
Schließlich wird auch eine als Variante 4 bezeichnete Möglichkeit zur Erzeugung des beanspruchten Aerosols vorgeschlagen, nach der sowohl das Edukt Metallchlorid als auch das Edukt Metallnitrat getrennt voneinander in die Aerosolphase überführt werden und danach die beiden Aerosolphasen miteinander durch Vermischung in das beanspruchte Aerosol überführt werden Nachteil dieser Variante ist, dass die Aerosol- Partikel und Tröpfchen nur sehr zögerlich miteinander koagulieren Da ihre Chlorwasserstoff- und Salpetersäure- Komponenten aber in dem für die optimale Methanumsetzung notwendigen pH-Bereich von 2 und kleiner 2 über einen erheblichen Dampfdruck verfügen, kann es auch ohne Partikel- oder Tröpfchen-Koagulation, allerdings unter Verzögerung, zur Bildung des beanspruchten Ferrichlorid-Ferrinitrat-Gemischs kommen
Die vorliegende Beschreibung würdigt auch eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols, beispielsweise so, wie es vorstehend beschrieben ist Vorzugsweise dient die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens Die Vorrichtung umfasst einen Reaktionsraum, eine mit dem Reaktionsraum verbundene erste Einrichtung, insbesondere eine NOx-Einrichtung, zur Bereitstellung eines ersten Präkursors umfassend Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff- Verbindungen in dem Reaktionsraum Die Vorrichtung umfasst ferner eine mit dem Reaktionsraum verbundene zweite Einrichtung, insbesondere eine Chlorid-Einrichtung, zur Bereitstellung eines zweiten Präkursors mit Chlor bzw Chloriden in dem Reaktionsraum
Eine Trägergas-Bereitstellungseinrichtung ist eingesetzt zur Bereitstellung eines Trägergases in dem Reaktionsraum Beispielsweise kann als Trägergas ein komprimiertes Gas eingesetzt sein, wie es mit einem Kompressor bereitstellbar ist Es kann als Trägergas auch Abgas eingesetzt sein
Die Vorrichtung ist hergerichtet, in dem Reaktionsraum eine Mischung des ersten und zweiten Präkursors herbeizuführen und dabei ein Massenverhältnis im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden einzustellen Im Übrigen ist die Vorrichtung hergerichtet, den pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 (-1 < pH < 3) zu moderieren
Die Vorrichtung kann weiter ausgebildet sein darin, dass die erste Einrichtung einen Plasmareaktor umfasst zur Erzeugung eines Plasmas aus atmosphärischer Luft, insbesondere zur Erzeugung der Sauerstoff-Stickstoff-Verbindungen aus dem in der atmosphärischen Luft enthaltenen Sauerstoff und/oder Stickstoff
Der Plasmareaktor der Vorrichtung kann ein nicht-thermisches Plasma erzeugen oder aufrechterhalten Beispielsweise umfasst bzw vollzieht der Plasmareaktor eines der folgenden Verfahren: Plasma-Glimmentladung, Korona-Entladung, stille elektrische Entladung mit oder ohne Wasserkontakt, kapazitive oder induktive Hochfrequenzentladung, Mikrowellenentladung, dielektrisch behinderte Entladung, Luft-Plasma-Jet mit Wasserkontakt, oder gleitende Lichtbogenentladung mit Wasserkontakt
Der Plasmareaktor kann unter Vakuum oder unter atmosphärischem Druck betrieben sein Gegebenenfalls kann der Plasmareaktor ein Hochtemperatur-Plasma bereitstellen oder aufrechterhalten
Die Trägergas-Bereitstellungseinrichtung kann bevorzugt zumindest eines der folgenden Merkmale umfassen: einen Gasstrahl, eine Druckgasanlage, oder eine Absaugeinrichtung Alternativ oder kumulativ kann die Vorrichtung hergerichtet sein, dass die erste Einrichtung über einen NOx-Auslass mit dem Reaktionsraum verbunden ist Die zweite Einrichtung kann über einen Chlorid- Auslass mit dem Reaktionsraum verbunden sein Die Vorrichtung kann auch hergerichtet sein, dass der NOx-Auslass und der Chlorid- Auslass als gemeinsamer NOx/Chlorid-Auslass in den Reaktionsraum münden, also die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung über den gemeinsamen NOx/Chlorid-Auslass mit dem Reaktionsraum verbunden sind
Die Vorrichtung kann eine Verdüsungsanlage umfassen, und/oder eine Ultraschall-Vibrationseinrichtung, eine Vernebelungsanlage, insbesondere zur Durchführung eines nicht-thermischen Vernebelungsverfahrens und/oder eines Vernebelungsverfahrens durch Kondensation und/oder Hydrolyse, eine Metallchlorierungsanlage, beispielsweise zur Eisenchlorierung, eine Mischvorrichtung wie eine Gasstrahlvakuumpumpe und/oder einen statischen Mischer, welche beispielsweise im oder am Reaktionsraum angeordnet ist
Die zweite Einrichtung kann in bevorzugter Ausgestaltung eine Sublimationsvorrichtung für ein Haufwerk-Bett umfassen Dabei kann das Haufwerk-Bett beispielsweise aus wasserfreiem Eisenchlorid bestehen oder dieses umfassen Das Haufwerk-Bett kann des Weiteren gekennzeichnet sein durch zumindest eines der folgenden Merkmale: eine Durchmischungsvorrichtung bereitstellend zumindest eine der Bewegungen Rühren, Vibrieren, Schütteln, Umwälzen, Fluidisierung mittels Inertgasdurchströmung; die Durchmischungsvorrichtung bereitstellend Mahlhilfen, wie zum Beispiel Keramikkugeln; eine Evakuierungseinrichtung; eine Gasströmanlage zur Bereitstellung eines Inertgases zur Durchströmung des Haufwerk-Betts; eine Heizeinrichtung zur Beheizung des Haufwerk-Betts; eine Temperatur-Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur in dem Ferrichlorid-Haufwerk-Bett zwischen 100 und 220°C
Die Vorrichtung kann ferner einen Dampferzeuger zur Erzeugung eines Nitrat-Dampfes unter Zuführung von Luft und HNO3 in den Dampferzeuger unter erhöhter Temperatur und/oder Druck umfassen In weiterer Ausgestaltung kann die Vorrichtung alternativ oder kumulativ einen Dampferzeuger zur Erzeugung eines Chlorid-Dampfes unter Zuführung von Luft und HCl in den Dampferzeuger unter erhöhter Temperatur und/oder Druck umfassen Mit anderen Worten kann mit einem Dampferzeuger ein Nitrat-Dampf oder Chlorid- Dampf oder auch ein Nitrat-Chlorid-Mischdampf erzeugt werden Allerdings weisen Salpetersäure und Salzsäure bereits für sich genommen ein gewisses Korrosionspotential auf Um Korrosionsauswirkungen zu begrenzen, sind daher auch weitere Alternativen für diese Vorrichtungskomponente diskutiert, so wie der Plasmareaktor, mit dem sich NOx-Edukte direkt im Gas- oder Dampfzustand herstellen lassen
Die Vernebelungsanlage kann Düsen, rotierende Bürsten, oder einen Ultraschall-Vibrations-Erzeuger umfassen zur Erzeugung eines Nitrat-Nebels unter Zuführung flüssigen Metallnitrats in die Vernebelungsanlage, und/oder zur Erzeugung eines Chlorid-Nebels unter Zuführung flüssigen Metallchlorids in die Vernebelungsanlage, und/oder zur Erzeugung eines Nitrat-Chlorid-Nebels unter gleichzeitiger Zuführung flüssigen Metallnitrats und flüssigen Metallchlorids in die Vernebelungsanlage
Die zweite Einrichtung kann in bevorzugter Form eine Umsetzungseinrichtung umfassen zur exothermen Umsetzung von Metallverbindungen, also Metallen oder Metalllegierungen, mit Chlorgas Als Metallverbindungen können beispielsweise metallisches Eisen, Silizium, Titan oder Aluminium eingesetzt sein Zur Regelung der Temperatur in der Umsetzungseinrichtung kann eine Temperatur-Regeleinrichtung vorgesehen sein zur Regelung im bevorzugten Bereich zwischen 450 °C bis 600 °C Beispielsweise kann hierbei ein vorzugsweise zu groben Partikeln oder Pellets zerkleinertes oder vorgeformtes Metall mit geringem Chlorgasüberschuss exotherm umgesetzt werden Ggf anfallende Zerfallsreaktionen von Ferrichlorid zu Ferrochlorid werden durch leichten Chlorüberschuss unterdrückt Ein ggf folgender geringer Chorgehalt in der emittierten Ferrichlorid Aerosolwolke wird photolytisch zu Chloratomen aufgespalten und durch Reaktion mit Methan alsbald in den HCI-Ferrichlorid- Recycli ngkreislauf der Ferrichlorid Aerosolwolke einbezogen
Die wie zuvor beschrieben Vorrichtung kann ausgestaltet sein zur Bereitstellung der Vorrichtung auf einem der folgenden Bereitstellungsorte: Schiff, schwimmende Plattform, Bohrinsel, Flugzeug, Ballon, Zeppelin, Kühlturm, Schornstein, Auspuff, Gittermast, Berggipfel, Aufwindkraftwerk, Turbine
Der Reaktionsraum kann in einer Einhausung angeordnet sein mit einem Auslass zur Freilassung des selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols Der Reaktionsraum kann insbesondere in einem Kühlturm, Schornstein, Auspuff, Gittermast, Aufwindkraftwerk oder Turbine angeordnet sein Edukt-Dämpfe und/oder -Gase, also erster und/oder zweiter Präkursor, wie beispielsweise aus dem NOx- Plasmareaktor und aus dem Verdampfer, Dampf und daraus kondensierendes Aerosol aus dem Ferrichlorid-Subl imator oder aus der Eisen-Chlorgasreaktion sowie Edukt-Aerosole aus der nicht-thermischen Vernebelung (je nachdem, welche Komponenten der Vorrichtung eingesetzt werden) werden überwiegend in der im Reaktionsraum angeordneten Turbulenzzone durch Reaktion in das beanspruchte saure Mischaerosol überführt Anschließend wird das Aerosol typischerweise in die Atmosphäre emittiert
Die vorliegende Beschreibung definiert auch eine Abgasaufbereitungsanlage zur zumindest teilweisen Umwandlung von Abgasen und zur gleichzeitigen Bereitstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols beispielsweise wie vorstehend beschrieben, und/oder beispielsweise für den Einsatz unter einem wie vorstehend beschriebenen Verfahren Die Abgasaufbereitungsanlage umfasst einen in einem zur Abgasabführung hergerichteten Rohrabschnitt angeordneten Reaktionsraum, beispielsweise in einem Auspuff oder Schornstein; eine erste Einrichtung zur Bereitstellung eines ersten Präkursors umfassend Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen in dem Reaktionsraum; eine zweite Einrichtung zur Bereitstellung eines zweiten Präkursors mit Chloriden in dem Reaktionsraum; einen Abgasemittenten, wie einen Dieselmotor, als Trägergas- Bereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung eines Trägergases in dem Reaktionsraum; wobei die Vorrichtung hergerichtet ist, in dem Reaktionsraum eine Mischung des ersten und zweiten Präkursors herbeizuführen und dabei ein Massenverhältnis im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden einzustellen; und wobei die Vorrichtung ferner hergerichtet ist, den pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 (-1 < pH < 3) zu moderieren
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können
Kurzbeschreibunq der Figuren
Es zeigen:
Fig 1 ein Fließbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 2 einen Plasmareaktor,
Fig 3 einen Dampferzeuger,
Fig 4 eine Vernebelungsanlage,
Fig 5 eine Sublimationseinrichtung,
Fig 6 eine weitere Ausführungsform einer Sublimationseinrichtung,
Fig 7 eine Trägergasbereitstellungseinrichtung,
Fig 8 eine Ausführungsform eines Reaktionsraums mit Gasvakuumpumpe,
Fig 9 Ausführungsform eines Reaktionsraums mit Statikmischer,
Fig 10 Fließbild einer ggf überkompletten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 10a weiteres Fließbild einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig 11 Fließbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 12 Fließbild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 13 Fließbild noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig 14 Vorrichtung zur Bereitstellung des Aerosols bzw zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Aerosols,
Fig 15 weitere Vorrichtung zur Bereitstellung des Aerosols,
Fig 16 weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bereitstellung des Aerosols als Drehverteiler,
Fig 17 Ausführungsform einer Kombination eines Drehverteilers mit einer vertikalen Windkraftanlage
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie sich mit der vorliegenden Anmeldung zeigt, ist es bei einem klimawirksamen Aerosol 20 vorteilhaft, wenn der pH-Wert recht sauer moderiert wird, und zwar in einen Bereich von -1 bis 3, bevorzugt von 0 bis 2,5, und noch weiter bevorzugt von 0 bis 2 Für die Einstellung des pH-Wertes gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei in dieser Beschreibung diejenigen beschrieben werden, die technisch und wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden können
Eine Möglichkeit ist dabei die Bereitstellung eines Metallsalz-Gemisch-Aerosols oder eines Metall-Ionen und/oder Metall- Oxide enthaltenden Chlorid-Misch-Aerosols, wie des zuvor skizzierten "Aqua-Regia"-Aerosols, für den Abbau beispielsweise der Treibhausgase Methan und Ozon in der Troposphäre Hierbei kann eine photolytisch aktivierte Oxidationswirkung von "Aqua-Regia" durch Chlor (Chloratome und Chloride) technisch umgesetzt werden Beispielsweise kann das vorgestellte Chlorid-Gemisch-Aerosol, insbesondere das aktivierte "Aqua-Regia"-Aerosol, so eingestellt sein, dass dessen Partikel und/oder Tröpfchen dadurch gekennzeichnet sind, dass sie ein sauer eingestelltes Gemisch aus Natriumionen, Nitrationen, Chloridionen Ferriionen und durch Hydrolyse gebildetem Titandioxid enthalten Das Chlorid-Misch-Aerosol enthält also in diesem Beispiel Partikel und/oder Tröpfchen, deren feste und/oder flüssige Bestandteile aus einem Oxid- Salz- und Salzlösungsgemisch bestehen, und das einen pH-Wert von kleiner gleich 3 hat, bevorzugt kleiner gleich 2, und in dem die "Aqua-Regia"-Oxidation von Chlorid zu Chloratomen besonders wirksam ist
Die im Weiteren vorgestellten technischen Einrichtungen sind besonders geeignet für die Herstellung jeglicher „Aqua regia“- Aerosol-Varianten einschließlich der durch die genannten Eisen- und/oder Titan-Verbindungen aktivierten „Aqua regia“-Aerosole Ein aktiviertes „Aqua regia“-Aerosol ist ein Eisensalz- und/oder Titandioxid enthaltendes „Aqua regia“-Aerosol, dem bei der Herstellung eine Eisen- und/oder Titankomponente zugefügt wurde Bei den aktivierenden Metallkomponenten, die dem „Aqua regia“-Aerosol im Herstellungsgang beigefügt werden, kann es sich insbesondere um Salze der Übergangsmetalle Eisen und Titan und deren Hydrolyseprodukte handeln Ein solches Metallsalz zur Herstellung eines Metallsalz-Gemisch-Aerosols ist dabei ein Chlorid-Gemisch-Aerosol, welches bei der Herstellung oder im Edukt-Aerosol (also dem auszustoßenden Chlorid-Gemisch-Aerosol) Metallsalz umfasst Ein solches Metallsalz kann beispielsweise als Ferrichlorid, Ferrochlorid , Ferrinitrat, Ferronitrat, Ferrisulfat oder Titantetrachlorid eingesetzt sein
Die in dieser Anmeldung vorgestellten technischen Einrichtungen können modifiziert bzw betrieben werden zur Bereitstellung eines Chlorid-Gemisch-Aerosols mit und ohne Metallsalze bei der Erzeugung des Aerosols und/oder enthalten im Edukt-Aerosol Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff "Chlorid-Gemisch-Aerosol" beschreibt das Gemisch-Aerosol, welches das Element Chlor enthält, beispielsweise in gelöstem oder gasförmigem Zustand und insbesondere aus der Gruppe atomares Chlor, elementares Chlor, Chlorwasserstoff, Nitrosylchlorid, Nitrylchlorid oder Chlornitrat Denn wesentlich für das emittierte Aerosol ist das Vorhandensein von Chlor (als elementares Chlor und Chlorid)
Die Partikel und/oder Tröpfchen der „Aqua-Regia“-Aerosol-Varianten weisen nach ihrer Emission eine gasförmige Aura auf aus dampfförmigen Produkten ihrer Photolyse und ihrer Reaktion mit Sauerstoff und anderen Oxidantien sowie Methan und anderen organischen Komponenten der Troposphäre, darunter zum Beispiel °CI, Ch, HCl, °NÜ2, HNO3, CINO, CINO2 Diese Komponenten gehören zum natürlichen photochemischen Kreislauf in der „Aqua-Regia“-Aerosolwolke Sämtliche Komponenten, aus denen die „Aqua- Regia“-Aerosolwolke hergestellt wird, und die diese Komponenten als solche enthalten oder in der Form ihrer Präkursoren enthalten oder in die „Aqua-Regia“-Aerosolwolke freisetzen, können auch Bestandteile ihrer Herstellung sein Die kondensierten Partikel der „Aqua-Regia“-Aerosol Varianten kann im Übrigen eine kondensierte Aura aufweisen, die Nitrat, Chlorid, Hydronium- und Metallionen aufweisen kann sowie ggf aktivierende Komponenten von ionischen und/oder oxidischen Eisen- und oder Titan-Komponenten Beispielhaft sei der Titantetrachlorid-Dampf erwähnt, der bei seiner Hydrolyse mit der Luftfeuchtigkeit die Aerosolwolke mit HCI-Dampf und Titandioxid anreichert
Ggf vorhandene Metallelemente bzw Metallverbindungen können einerseits als Katalysatoren oder auch zur Herabsetzung des pH-Wertes Verwendung finden, z B wenn das Eisen in reduzierter Form, beispielsweise als Eisenpentacarbonyl-Dampf zugesetzt wird Schließlich ist einerseits die Reaktivität des Aerosols und andererseits die Kosten beispielsweise für den Material- bzw Energieaufwand zur Herstellung des Aerosols ein empfindliches Maß dafür, ob das Aerosol in großen Mengen bereitstellbar ist
Fig 1 zeigt nun eine erste Ausführungsform für eine Vorrichtung 100 zur Bereitstellung eines klimawirksamen Aerosols 20, beziehungsweise auch für die Durchführung des Verfahrens zur Bereitstellung des klimawirksamen, selbstaktivierenden, photoaktiven Aerosols 20 Ein Reaktor 5 dient der Bereitstellung des ersten Präkursors 52 mit Nitratanionen (z B Salpetersäure) und/oder Stickstoff- Sauerstoff-Verbindungen in einen Reaktionsraum 40 Er weist eine Luftzuleitung 7 sowie eine Zuleitung 6, beispielsweise für elektrischen Strom bzw zur Zuführung von Energie, auf Ein Sublimator 8 dient der Bereitstellung des zweiten Präkursors 54 mit Chloriden Er umfasst in diesem Beispiel eine Heizeinrichtung 9 zur Zuführung thermischer Energie in den Sublimator 8 Ferner weist er die Zuführung 10 für wasserfreies festes Ferrichlorid und/oder wasserfreise Ferrichlorid-Aluminiumchlorid-Gemisch und eine Trägergaseinleitung 11 auf
Erster und zweiter Präkursor 52, 54 werden im Reaktionsraum 40 bereitgestellt, so dass eine Mischung stattfindet Die Mischung kann weiter beschleunigt oder gefördert werden, wenn ein Trägergas 56 zur turbulenten Durchmischung und/oder Abfuhr der Präkursorenmischung 52, 54 dem Reaktionsraum 40 zugeführt wird Das Trägergas 56 kann mit einem Trägergaserzeuger 16 erzeugt werden Bei dem Trägergas 56 kann es sich beispielsweise um Druckluft oder Abgas handeln, so dass der Trägergaserzeuger 16 also insbesondere ein Kompressor, ein (elektro)motorgetriebenes Gebläse, ein Propeller-antreibender Motor oder ein Motor wie beispielsweise ein Schiffsdieselmotor sein kann Eine Energiezuführung 17 versorgt den Trägergaserzeuger 16 mit Energie; also beispielsweise mit elektrischer Leistung im Falle des Kompressors bzw des elektrisch getriebenen Gebläses, mit Flugbenzin im Falle des Propellerantriebs, mit Schweröl im Falle des Schiffsdieselmotors oder mit Kerosin im Falle des Jet-Turbinen-Gebläse
Der Reaktionsraum 40 umfasst in dem in Fig 1 gezeigten Beispiel eine Gasstrahl-Vakuumpumpe 15 Das solchermaßen bereitgestellte Aerosol 20 wird dem Auslass 19, beispielsweise ein Schornstein, zugeführt und in die Atmosphäre entlassen
Mit einer wie in Figur 1 als Flussdiagramm gezeigten Anlage 100 lassen sich verschiedene Verfahrensvarianten durchführen, von denen im Folgenden eine beispielhaft erläutert wird Gemäß einer Variante 1 wird zunächst ein Ferrichlorid-enthal tendes Aerosol als Edukt bzw zweiten Präkursor 54 erzeugt, das danach durch Behandlung mit einem oder mehreren Edukten aus der Gruppe NOi,s+x, darunter bevorzugt Salpetersäuredampf, als ersten Präkursor 52 in ein Ferrinitrat-Ferrichlorid-Mischaerosol 20 umgewandelt wird Basis der Herstellungsmethode gemäß Variante 1 ist die primäre Herstellung von Ferrichloridaerosol als zweiten Präkursor 54, in Figur 1 beispielhaft im Sublimator 8 Das thermische Vernebelungsverfahren von Ferrichlorid nutzt die Kondensattröpfchenbildung zur Bildung von Ferrichlorid-Aerosol 54, die bei der Abkühlung von dampfförmigem Eisen(lll)chlorid auftritt Hierbei handelt es sich um ein thermisches Vernebelungsverfahren, welches in Figur 1 mit den Bezugszeichen 8, 9, 10 und 11 verdeutlicht ist Es handelt sich bei dem Sublimator 8 beispielsweise um ein bewegtes Ferrichlorid-Festbett, aus welchem unter Erwärmung auf 100 bis 220°C mittels einer Heizeinrichtung 9 unter Durchströmung mit Inertgas 11 durch Sublimation in Ferrichloriddampf 54 oder dessen Gemisch mit Aluminiumchloriddampf überführt wird
Die mit dem Sublimator 8 erzielbare Größe der gebildeten Kondensattröpfchen- und/oder Kondensatpartikel kann in bevorzugter Weise vergleichsweise klein ausfallen, was im Rahmen dieser Beschreibung bevorzugt ist
Durch dampf- und/oder gasförmige Mischung von anorganischen gas- oder dampfförmigen Stickstoff-Sauerstoff-Edukten NOI,5+X als erstem Präkursor 52 zu dem erzeugten Ferrichloridaerosol 54 kann somit ein saures Ferrinitrat-Ferrichlorid-Mischaerosol 20 nach Variante 1 erzeugt werden Zu den NOi,s+x Edukten gehören beispielsweise die Stoffe Salpetersäure, Distickstoffpentoxid, Stickstofftrioxid, Stickstoffdioxid, Distickstofftrioxid, Distickstofftetroxid, Distickstofftrioxid, Nitrylchlorid oder Chlomitrat Das sind allesamt Stoffe, die durch Hydrolyse, Oxidation und/oder Kondensation in der Gegenwart von feuchtem Ferrichloridaerosol saure Mischaerosolpartikel oder Tröpfchenaerosole enthaltend Ferrichlorid und Ferrinitrat bilden können und daher gut geeignet sind für die Herstellung des ersten Präkursors 52
Eine Möglichkeit der Herstellung der beanspruchten Stickstoff-Sauerstoffverbindungen NOi,s+x ist eine Herstellung im Plasmareaktor 5, wie er in Figur 1 oder 2 schematisch dargestellt ist, mittels Entladungsplasmen oder Plasmen, die durch die Wirkung elektromagnetischer Wellen gebildet werden Die Gas- und Dampf-förmigen Produkte werden dann mit dem Aerosol vermischt Diese Ausführungsform ist in Figuren 1 und 2 unter den Bezugszeichen 5, 6 und 7 schematisch abgebildet Der Vorteil dieser Herstellungsoption ist die Nutzung des N2- und/oder O2-Gehalts der Luft für die Eduktherstellung des ersten Präkursors 52
Mit den Figuren 2 bis 10 werden zueinander austauschbare oder kumulativ einsetzbare Vorrichtungskomponenten aufgezeigt, wie sle in einer Vorrichtung 100 zur Herstellung des Aerosols 20 einsetzbar sind Bezug nehmend auf Fig 2 ist der bereits beschriebene Plasmareaktor 5 dargestellt Mit Bezug auf Fig 3 ist schematisch ein Dampferzeuger 1 gezeigt, der hergerichtet sein kann für die Erzeugung von Stickstoff-Sauerstoff-Dampf als erstem Präkursor 52 wie eines Nitrat-Dampfes (Salpetersäuredampf) insbesondere unter Zuführung von Luft, und beispielsweise auch mit über 70-prozentiger Salpetersäure, in den Dampferzeuger Der Dampferzeuger 1 kann dabei zum Betrieb unter veränderten Temperatur- und/oder Druckbedingungen hergerichtet sein Alternativ oder kumulativ kann der Dampferzeuger 1 zur Erzeugung eines Chlorid-Dampfes als zweitem Präkursor 54 unter Zuführung von Luft, und ggf ergänzt um vorzugsweise mehr als 25-prozentiger Salzsäure, in den Dampferzeuger 1 hergerichtet sein Auch dieser Verfahrensschritt kann unter veränderten Temperatur- und/oder Druckbedingungen durchgeführt werden In einem Beispiel kann der Dampferzeuger 1 zur Verdampfung von Salpetersäure eingesetzt sein Bevorzugt ist der Dampferzeuger hergerichtet zur Verdampfung wässriger Salzsäurelösung; er kann auch eingesetzt sein zur Verdampfung hydrolyseempfindlicher flüssiger und/oder flüchtiger Chloride, beispielsweise von einem oder mehreren Stoffen aus Siliciumtetrachlorid und Titantetrachlorid Letztgenanntes ist allerdings komplizierter aufgrund der dazu notwendigen Trocknung der hindurchgeleiteten Hilfsgase Dabei weist der mit Figur 3 gezeigte Verdampfer 1 eine Heizeinrichtung 2, einen Zulauf 3 für die Zuführung des Ausgangsstoffes zur Herstellung eines Dampfes aus Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen (z B Salpetersäuredampf) oder eines Chlorid-Dampfes und eine Luftzuführung 4 auf Der Verdampfer 1 wird auf ein Füllmaß gefüllt und die eingefüllte Menge mittels der Heizeinrichtung 2 erhitzt Das Edukt 52 oder 54 wird über den Auslass 36 dem Reaktionsraum 40 zugeleitet Als bevorzugtes NOi,s+x-Edukt (erster Präkursor 52) für die Umsetzung mit Ferrichlorid-Aerosol oder Ferrichloriddampf (zweiter Präkursor 54) wird insbesondere Salpetersäure, ihre wässrigen Lösungen und ihr Dampf eingesetzt Salpetersäuredampf lässt sich durch Verdampfung von Salpetersäure herstellen Das geschieht vorzugsweise durch Verdampfung flüssiger Salpetersäure bei Temperaturen unter 100 °C durch kontrolliertes Hindurchleiten von Luft 4 durch eine beheizte Vorlage 2 mit flüssiger Salpetersäure 1 kann der erste Präkursor 52 hergestellt werden
Mit Bezug auf Fig 4 wird schematisch eine Vernebelungsanlage 13 beschrieben Die Herstellung des zweiten Präkursors 54 wie eines Ferrichloridaerosols kann durch eine einfache nicht-thermische Flüssigkeitsvernebelungs-Vorrichtung 13 geschehen Mit einem nicht-thermischen Vernebelungsverfahren können hier bekannte mechanische und hydraulische Flüssigkeitsvernebelungsverfahren wie z B das Vernebeln von Ferrichlorid-Iösungen mittels Düsen, mit rotierende Bürsten oder mittels Ultraschall-Vibration durchgeführt werden Das Düsenprinzip ist schematisch in den Figuren 1 und 2 unter den Bezugszeichen 12,13 und 14 dargestellt mit dem Vorlagebe-hälter 12 und dem Zulauf 14 Eine Vernebelungsanlage 13, beispielsweise mit Düsenprinzip, kann ebenso auch zur Herstellung des Ferrinitrataerosols 52 eingesetzt sein Die Variante 2 zur Herstellung des sauren Ferri nitrat-Ferrichlorid-Mischaerosols 20 hat beispielsweise als Basis die Herstellung von Ferrinitrataerosol 52
Gemäß Variante 3 kann die Herstellung von Ferrinitrataerosol 52 ebenfalls durch das nicht-thermische Flüssigkeitsvernebelungsverfahren mit Vernebelungsanlage 13 geschehen Da der saure pH-Wert des Aerosols hier nicht durch Gasoder Dampf-förmige Säure- oder Säure-bildende Stoffe einstellbar ist, muss bereits die zu vernebelnde Lösung hinreichend sauer eingestellt werden Um unökonomischem Aufwand für den Korrosionsschutz aus dem Weg zu gehen, und um möglichst kleine Aerosol- Partikel oder -Tröpfchen zu erhalten, kann in dieser Variante ein verdünntes Ferrinitrat-Ferrichlorid-Gemisch eingesetzt sein Das überschüssige Wasser verdampft aus den Aerosoltröpfchen nach ihrer Emission in die Atmosphäre
Mit Bezug auf Fig 5 ist der Sublimator 8 als eigenständiges Bauteil dargestellt, der ansonsten bereits mit Bezug zu Fig 1 beschrieben wurde Gleiche Bezugszeichen bezeichnen - wie überall in der Beschreibung - gleiche Bauteile Mit Bezug zu Fig 6 ist ein Haufwerk-Bett 23 aus Eisenpellets gezeigt Die Herstellung von Ferrichloriddampf 54 kann auch durch die exotherme Chlorierung von Eisenpellets 23 geschehen, wie schematisch in Fig 5 unter den Bezugszeichen 22, 23 und 24 dargestellt ist mit der Metallpellet- Zuführung 22 und einer Chlorgaszuführung 24
Bezugnehmend auf Fig 7 ist als Komponente der Vorrichtung 100 eine Trägergaserzeugervorrichtung 16 visualisiert mit einer Energiezuführung 17 und einer Gas- oder Luftzuführung 18 Das Trägergas 56 ist hergerichtet für den Aerosolauftrieb Also mit anderen Worten ist das Trägergas so beschaffen, dass es das Aerosol, insbesondere die Partikel und/oder Tröpfchen des Aerosols, zumindest eine Initialzeit trägt und sich mit dem Aerosol vermischt bzw ein Teil des emittierten Aerosols wird und/oder in Wechselwirkung zu den Tröpfchen und/oder Partikel des Aerosols tritt, beispielsweise indem mittels des Trägergases 56 der pH-Wert moderiert wird Die Trägergaserzeugervorrichtung 16 stellt also, z.B. für den Betrieb der Gasstrahlvakuumpumpe 15, geeignetes Trägergas bereit Beispiele einer Trägergaserzeugervorrichtung 16 sind Kompressor, Ventilator oder auch ein vertikal ausblasendes Propeller- oder Strahl(Jet)- Triebwerk, aber auch eine Verbrennungskraftmaschine wie ein Schiffs(diesel)motor kann ein geeignetes Trägergas bereitstellen, oder der Luftstrom durch ein Aufwindkraftwerk Beispielsweise wird eine Reaktion zwischen NOi.s+x-Verbindungen bzw Salpetersäure und Ferrichlorid nicht durch das Abgas beeinträchtigt, solange das Abgas einen Anteil von mehr als 5% Sauerstoff enthält Sollte das zu verwendende Abgas tatsächlich weniger als 5% Restsauerstoff aufweisen, was bei einem modernen Motor durchaus üblich ist, so kann beispielsweise Umgebungsluft in das noch heiße Abgas bzw das Abgasrohr nach dem Verlassen der Brennkammer bzw des Zylinders gemischt werden, ggf sogar in variabler Menge mittels Klappentechniken
Mit Figuren 8 und 9 sind zwei Ausführungen eines Reaktionsraums 40 gezeigt Der Reaktionsraum 40 zeichnet sich dadurch aus, dass dort erster Präkursor 52 und zweiter Präkursor 54 bevorzugt in einem Strom aus Trägergas 56 miteinander vermischt werden zur Emission in eine Umgebung wie die Atmosphäre Der eigentliche Vermischungsvorgang der beiden Präkursoren 52, 54 findet also im Reaktionsraum 40 statt oder beginnt dort Beispielsweise kann dort also die Vermischung von Chlorwasserstoffdampf oder der flüchtigen hydrolyseempfindlichen Chloride mit dem Ferrinitrataerosol gemäß Variante 2 oder die Vermischung des Salpetersäuredampfes oder der übrigen gas- und dampfförmigen NOi.s+x-Verbindungen mit dem Ferrichloridaerosol gemäß Variante 1 vorzugsweise unterstützt durch eine Gasstrahl-Vakuumpumpe 15 stattfinden, die beispielhaft in Fig 8 dargestellt ist Die Vermischung der gas- und dampfförmigen Reaktanten 52, 54 mit den Ferrinitrat- und Ferrichlorid-Aerosolen kann auch mittels einer statischen Mischvorrichtung 21 gefördert werden, die beispielhaft in Fig 9 dargestellt ist
Mit Fig 10 bildet ein ggf als überkomplett dargestelltes Flussdiagramm zahlreiche der vorgenannten Komponenten der Vorrichtung 100 gemeinsam ab Es wird deshalb als überkomplett bezeichnet, da es zwar möglich ist, alle Komponenten der Vorrichtung 100 gleichzeitig zu betreiben, diese Anordnung aber nicht notwendig ist zur Durchführung der Erfindung Vielmehr sind mit Fig 10 mehrere Möglichkeiten zur Herstellung des ersten Präkursors 52 und des zweiten Präkursors 54 gleichzeitig dargestellt
Da alle Bezugszeichen zu den vorherigen Figuren 1 bis 9 identisch verwendet werden, kann die vorherige Beschreibung auch im Hinblick auf Fig 10 (und die weiteren Figuren) übernommen werden Der erste Präkursor 52 kann mittels des Dampferzeugers 1 erzeugt werden, beispielsweise unter Zuführung von Luft und HNOs zur Erzeugung von Nitrat-erzeugendem Dampf Der erste Präkursor 52 kann alternativ oder kumulativ auch mittels des Reaktors 5 wie eines Plasmareaktors erzeugt werden Des Weiteren kann der erste Präkursor auch mittels der Vernebelungsanlage 13 bereitgestellt sein, beispielsweise über die Herstellung eines Ferrinitrataerosols als erstem Präkursor 52
Der zweite Präkursor 54 kann im Dampferzeuger bereitgestellt werden, beispielsweise unter Zuführung von Salpetersäure und Luft wie zuvor bereits beschrieben Alternativ oder kumulativ kann der zweite Präkursor 54 im Sublimator 8 bereitgestellt werden, mittels einer Eisenchlorierung 23, oder auch mittels der Vernebelungsanlage 13 Anstelle oder ergänzend zu der in Fig 10 gezeigten Gasstrahlvakuumpumpe 15 kann auch ein Statikmischer 21 (vgl Fig 9) eingesetzt sein
Bezug nehmend auf Fig 10a ist eine weitere ggf als überkomplett zu bezeichnende fließbildliche Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt Ein zweiter Vorlagebehälter 12a kann mit einem zweiten Zulauf 14a befüllt werden und dient beispielsweise als Zufuhr zu einer Vernebelungsanlage 13a Hierbei können verschiedene niedrigsiedende Ausgangsstoffe, beispielsweise TiCk, SiCk, Fe(CO)5 einzeln oder als Chloride im Gemisch, eingesetzt sein, um im weiteren Verlauf entweder den ersten Präkursor 52 oder den zweiten Präkursor 54 bereitzustellen, oder als Trägergas 11 zur Veränderung von bzw Bereitstellung in anderen Prozessen wie im Sublimator 8 So kann der mit der Vernebelungsanlage 13a bereitgestellte Nebel 52, 54 direkt dem Reaktionsraum 40 zugeführt werden Beispielsweise unter Ausnutzung einer Heizeinrichtung 62 in der Speiseleitung 64 zur Verdampfung können die genannten niedrigsiedenden Ausgangsstoffe einzeln oder im Gemisch als Dampf in den Reaktionsraum eingeleitet werden
Beispielsweise kann aus der Vernebelungsanlage 13a der Ausgangsstoff 11, insbesondere TiCk-Dampf oder SiCk-Dampf oder, SICk-Ti Ck-Gemischdampf, als Flüssigkeit am Sublimator 8 bereitgestellt sein Hierbei können die Chloride von Titan und Silizium auch wegen ihrer vergleichsweise niedrigen Siedepunkte (53°C SiCk; 136°C TiCk) als Flüssigkeitsgemisch oder Trägergasgemisch anstelle des Inertgases 11 in den Sublimator 8 geleitet werden Im Sublimator 8 kommt es zur Verdampfung der Chloride, bereits unterhalb des Ferrichloridbettes 85, die dort im Sublimator 8 anstelle des Trägergases 11 wirken können
Flüssiges Gemisch aus Titantetrachlorid, Siliciumtetrachlorid, Ferrichlorid und Aluminiumtrichlorid fällt als relativ preiswertes Zwischenprodukt bei der Carbochlorierung von llmenit- und Rutil-Erzen im Kroll-Prozess zur Herstellung von Titan an Preiswert, weil die zur Herstellung des reinen Titans notwendigen komplexen Reinigungsprozesse, wie z B Destillation und Umsetzung mit Magnesiumoder Natriummetall in dieser frühen Herstellungsstufe noch nicht zum Einsatz kommen
Weitere optionale eisenhaltige Verbindungen können mit Eisenpentacarbonyl (Fe(CO)s) gebildet sein Dabei handelt es sich um eine leicht verdampfbare Verbindung (KP 105°C), die die vorteilhafte Eigenschaft hat, sich in der Dampfphase bzw in der atmosphärischen Aerosolwolke in nano-partikuläre Eisenoxide zu zersetzen Diese oxidischen Eisenpartikel wären dann als Kondensationskeime und Aktivatoren für Chloride, Nitrate und Titanoxide wirksam und damit geeignetes Ingredienz für das hierin vorgestellte Verfahren zur Herstellung der vor- und nachgenannten Aerosole 20 Allerdings sind die Herstellungsbedingungen für Fe(CO)s zum derzeitigen Zeitpunkt nicht trivial
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Daher steigt die Phytoplanktonproduktion in der PZ unmittelbar nach der Nahrungsaufnahme durch ISA-Pumpen an Dies schafft an der Meeresoberfläche Bedingungen für eine erhöhte CO2-Absorptionsrate aus der Atmosphäre pro Flächeneinheit des Ozeans
Insgesamt erreicht das Aerosol in seinen verschiedenen Ausgestaltungen nicht nur einen Methanabbau, denn dieses Stoffgemischaerosol ist von größtem Nutzen für die Umwelt dort, wo das Phytoplankton in der photischen Zone der Meeresoberflächen im Abyssal unter Eisen- und Stickstoffmangel leidet Unmittelbar nach Eintrag des beanspruchten Aerosols durch den Niederschlag in den Ozean blüht das Phytoplankton auf, entzieht der Atmosphäre CO2 und sorgt durch seine gesteigerte DMS-Produktion ("Meeresgeruch"; DMS = Dimethylsulfid) für Wolkenbildung durch Kondensationskeim-Bildung aus Sulfat- und Sulfonsäure-Aerosol als Oxidationsprodukt von DMS Somit bewirkt der beanspruchte Stoff nicht nur einen klimawirksamen Treibhausgasabbau (CH4, VOC, Ruß- und Rauchpartikel, CO2 und troposphärisches O3) sondern durch Wolkenbildung sowie Hellfärbung der Meeresoberfläche durch Phytoplanktonvermehrung auch eine Kühlung der Troposphäre durch Albedozunahme von Ozeanoberfläche und unterer Troposphäre über dem Ozean
Ein bevorzugtes Anwendungsfeld des erfindungsgemäßen Verfahrens ist neben dem anvisierten Methanabbau in der Atmosphäre auch die Erhöhung der Reflektion der Erdoberfläche, insbesondere der glazialen Eisflächen von Grönland und Patagonien, gegebenenfalls auch Antarktika und zwar beispielsweise überall dort, wo im Sommerhalbjahr die Temperaturen auf den Eisflächen über den Gefrierpunkt ansteigen, um mittels des Aerosols den Tauprozess zu stoppen oder zumindest zurückzuführen Diese Eisflächen neigen besonders in der Auftauphase zur Dunkelfärbung durch Algen und Moosbildung Geeignet für die Albedozunahme durch das beanspruchte Aerosol sind auch die permanenten Meereisflächen in der Arktis Dem kann mit der erfindungsgemäßen Verfahrensvariante durch zusätzliche Anwendung von Windturbinen abgeholfen werden, die sowohl als Energielieferanten zur Verdampfung oder Sublimation oder auch zur Energiebereitstellung für den Betrieb von Plasmareaktoren und/oder Elektrolyseuren zur Luftumwandlung in Präkursoren eingesetzt sein können Dabei liefert diejeweilige für diesen Zweck eingesetzte Windturbine auch die Energie zur Vernebelung von flüssigen oder dampfförmigen Chloriden zu Aerosolen, beispielsweise um mit den beanspruchten besonders weißfärbenden titanhaltige Hydrolysate enthaltenden „Aqua Regia“-Aerosolen die Anhebung der Albedo durch Weißfärbung des Gletschereises oder die Bildung von weißem Bodennebel und ggf weißen Wolken auszulösen und dabei gleichzeitig den Abbau des Methans auszulösen
Dabei ist der auf ausgedehnten Eisflächen herrschende Niederschlagsarmut in der hellen Jahreshälfte und der vorherrschende katabatische Wind, der vom Zentrum der Eisfläche jeweils zu ihren Rändern hin weht, besonders hilfreich Dieser kann die beanspruchten Aerosole aufnehmen und sie wie z B in Grönland bis zur Landesküste mitnehmen und ggf absetzen Dort wo der katabatische Wind auf den wärmeren Ozean trifft erwärmt er sich, nimmt verdunstendes Wasser auf und steigt unter Wolkenbildung auf Diese Wolken zeichnen sich durch ihren Gehalt an Titanhydrolysat-Kondensationskernen durch besonders intensive Weißfärbung aus
Um Eisflächen wirkungsvoll weiß zu färben, ist es sinnvoll, das Aerosol mit einem höheren Gehalt an rasch absinkenden Aerosolpartikeln auszustatten Bezug nehmend auf die Figuren 16 und 17 gelingt das beispielsweise durch Vernebelung flüssiger Präkursoren 52, 54, beispielsweise Titantetrachlorid oder Meerwasser oder Nitrat- und chloridhaltige wässrige Lösungen Um einen komplizierten Filterprozess zur Abscheidung feinster Partikel zu umgehen ist es vorteilhaft, für diesen Effekt Düsen 166, 176 mit relativ grobem lichten Düsen-Innendurchmesser einzusetzen, beispielsweise mit Düsen-Innendurchmesser von 0,1 mm, beispielsweise ± 30 m, einzusetzen Dazu kann die Vernebelung nach dem Tröpfchenaufprall-Prinzip auf Prallplatten 175 geschehen, nachdem mit ausreichender Tropfenaufprallgeschwindigkeit auf feste Oberflächen als Prallorgane Tröpfchengrößen von kleiner 5 m Durchmesser erreichbar sind Um den aus den Vernebelungs-Düsen austretenden Flüssigkeitsstrahl in einen Tröpfchen-Strahl aufzuteilen, werden vorzugsweise zwei Möglichkeiten eingesetzt a) Die Kammer 179, aus der die zu vernebelnde Flüssigkeit in die Düsen eintritt, wird mittels einer in Ultraschallfrequenz schwingenden Membran beschallt Die dadurch ausgelösten Druckschwankungen in der Fl üssigkeits-erfül Iten Kammer lösen den austretenden zu vernebelnden Flüssigkeitsstrahl in kleine Tröpfchen auf b) Die aus den Düsen 166, 176 austretenden zu vernebelnden Flüssigkeitsstrahlen werden durch ein mit ausreichend hoher Geschwindigkeit durch ein zwischen Düsen 166, 176 und Aufprallfläche 175 vorbeigeführtes Lochblech 174 in Tröpfchen zerteilt Ein solcher Aerosolerzeuger mit Aufprallflächen 175 und Lochblech 174 ist schematisch und beispielhaft in Fig 17 dargestellt
Bezug nehmend auf Fig 16 ist eine Ausführungsform eines Drehverteilers 160 gezeigt, welcher einen statischen Zuleitungsteil 161, einen über ein Kupplungselement 162 damit verbundenen rotierendes Teil 164 und einen auf dem rotierenden Teil 164 aufgesetzten Sternverteiler 165 aufweist Der um die Rotationsachse 168 rotierende Teil 164 ist im Bereich des Kupplungselements 162 mittels eines Dichtungselements 163 gegenüber dem Kupplungselement 162 und/oder dem statischen Teil 161 abgedichtet ausgeführt Das Dichtungselement 163 ist beispielsweise als Flüssigparafindichtung ausführbar Der Sternverteiler 165 weist bevorzugt 3 bis 7 Sternarme 167 mit jeweils einem Auslass 166 auf und kann beispielsweise von einem Elektromotor oder einer Windturbine angetrieben sein Beispielsweise kann der Drehverteiler 160 auch als integraler Bestandteil einer modifizierten Windkraftanlage ausgeführt sein, insbesondere mit vertikaler Rotationsachse (VAWT, vertical axis wind turbine), wie eines Darrieus-Rotors, eines Savonius-Rotors oder Flettner-Rotors, wobei der Sternverteiler 165 entsprechend aerodynamisch ausgeformt ist und Rotorblätter ausbildet oder als Ergänzungsteil zur Windkraftanlage mitrotiert Dies kann so ausgestaltet werden, dass zur Aerosol-Herstellung mit einem solchen als Windkraftanlage ausgeführten Drehverteiler 160 kein Strom bzw Energie mehr von außen zugeführt werden muss, sondern dann, wenn Wind einsetzt, eine windgetriebene Rotation einsetzt, welche Strom erzeugt und hierdurch das Aerosol 20 produziert, bereitgestellt und verteilt werden kann Dass dies in diesem Beispiel nur dann erfolgt, wenn Wind anliegt, ist unter Umständen gar kein Nachteil, sondern vorteilhaft, da dann eine windgetragene Verteilung des Aerosols 20 stattfindet Durch die Rotation des rotierenden Drehverteilers 160 wird das in den Sternarmen 167 befindliche Fluid aus den Auslässen 166 ausgetrieben Im Anschluss stellt sich eine Druckabsenkung im oberen Teil des Drehverteilers 160 in Art einer Zentrifugalpumpe ein, wodurch weiteres Fluid aus dem Zuleitungsrohr 161, 164 in den Sternverteiler 165 nachgefördert werden kann, wodurch sich die Verteilung des Aerosols 20 mittels des Drehverteilers 160 je nach Auslegung sogar ohne Zuführung von bereitzustellender Energie (Strom) im Betrieb selbst aufrecht erhält
Bezug nehmend auf Fig 17 ist der senkrechte Teil 177 im Unterschied zur Ausführungsform der Fig 16 durchgängig ausgebildet und beispielsweise in einem Fuß (nicht dargestellt) drehbar gelagert ausgeführt Das auszuschleudernde Fluid wird nach dem Auslass 176 auf einen Zerstäuber 174 geschickt und anschließend mittels eines Prallelements 175 sehr fein zerstäubt, wie im Weiteren noch weiter detailliert beschrieben werden wird Im Übrigen ist mit Fig 17 eine modifizierte Windkraftanlage 185 dargestellt, in diesem Fall ausgeführt als Darrieus-Rotor mit Rotorblättern 181, welche mit dem Drehverteiler 170 kombiniert ausgeführt ist Der Drehverteiler 170 dreht sich, angetrieben von der modifizierten Windkraftanlage 185, mit dem Umlauf derselben mit Die simple Bauart einer vertikalen Windkraftanlage 185 ermöglicht es, deren eingesetzte Bauteile besser vor dem anfangs noch während der Mischungszeit ggf hochkorrosiven Aerosol 20 bzw deren ausgeschleuderte Präkursoren 52, 54 zu schützen bzw diese unempfindlich ggü Korrosion auszugestalten
Im Beispiel der Figuren 16 und 17 wird als Flüssigkeitskammer 169, 179 der Raum zwischen den als kreisförmige Scheiben ausgebildeten Auslässe 166, 176 verwendet, wobei die Öffnung 166, 176 an der kreisförmigen Peripherie zwischen den beiden Scheiben durch ein zylindrisches Rohrsegment verschlossen ist; ausgenommen die, vorzugsweise zwei oder mehr, Düsenöffnungen 166, 176 Die derart gestaltete zylindrische Kammer 169, 179 wird über ein axial angefügtes Rohr mit dem zu vernebelnden Fluid, insbesondere in Form einer Flüssigkeit, versorgt Der notwendige Druck in der Kammerperipherie, um das zu vernebelnde Fluid durch die Düsen 166, 176 zu pressen, wird durch Zentrifugalkraft erzielt, indem die Kammer 169, 179 in Rotation versetzt wird, beispielsweise mittels elektromotorischen Antriebs Mittels der Zentrifugalkraftwirkung wird auch das aus den Düsen 166, 176 ausgeschleuderte Fluid durch das angesetzte ebenfalls rotierende Rohr aus dem Vorratsbehälter 159 bzw den im gezeigten Fall senkrechten Zuleitungsteilen 161, 164, 171 angesaugt und ersetzt
Um die notwendige Relativgeschwindigkeit zwischen dem aus den Düsen ausgeschleuderten Fluid und der in Fig 17 gezeigten Aufpralloberfläche 174 zu erzielen, wird ebenfalls das Rotationsprinzip eingesetzt, indem die Aufprallflächen 174 durch einen motorisch angetriebenen Rotor mit identischer Rotorachsenlage wie die rotierende Düsenkammer, jedoch entgegengesetzter Drehrichtung betrieben werden Dabei sind die Aufprallflächen derart angeordnet, dass ein möglichst hoher oder sogar der gesamte Anteil der zu Tröpfchenstrahlen zerteilten Flüssigkeitsstrahlen auf den Flächen der Aufprallorgane 174 eintreffen und dort zu feinsten Tröpfchen vernebelt werden Entsprechend ist dazu auch das Lochblech 173 zur Flüssigkeitsstrahl-Zerteilung in Tröpfchen zwischen Aufprallflächen 174 und dem Düsenstrahl-Austritt 176 am Rotor fixiert
In den meisten Anwendungsfällen zum Einsatz von „Aqua Regia“ Aerosol liegt ein Augenmerk darin, ein möglichst feinteiliges Aerosol 20 zu erzeugen, um die heterogenen Reaktionen zur Chloratombildung und den Stoffaustausch zwischen Gasphasen und kondensierten Phasen zu optimieren Dazu sind möglichst feinteilige Partikel von Vorteil, weil sie die größte Stoffaustauschoberfläche bieten Diese Partikel werden vorzugsweise durch chemische und physikalische Kondensationsprozesse erzeugt Insbesondere durch Hydrolyse- und Oxidationsprozesse Deshalb ist es dazu bevorzugt, als Präkursoren 52, 54 der „Aqua Regia“-Aerosole 20 Gase und Dämpfe anzuwenden, vorzugsweise HCl, SiC , TiC , FeCIs, AICI3, HNO3, NO2, N2O5
Dazu lassen sich bevorzugt Aerosolerzeuger 160 gemäß der Darstellung in Figur 16 einsetzen Sie bestechen durch einfache und robuste Bauart Sie lassen sich ebenfalls zur Herstellung rascher sedimentierender „Aqua Regia“-Aerosole 20 einsetzen Als Förderund Emissions-Vorrichtung der gas- und dampfförmigen Präkursoren 52, 54 wird ebenfalls das Zentrifugalprinzip sowie auch der Venturieffekt durch Herstellung eines Unterdrucks genutzt Beide Prinzipien werden erfüllt durch zwei oder vorzugsweise mehrere sternförmig angeordnete Rohre 167, die mit einem axial am Rohrstern angeordneten Zentralrohr 161, 164 hydraulisch kommunizieren, durch das die abgeschleuderten bzw abgesaugten Gase und/oder Dämpfe ersetzt werden Indem beide Präkursortypen 52, 54 gas- und/oder dampfförmige NOX und Chlorid enthaltende Komponenten gleichzeitig aus den jeweiligen Vorratsbehältern 159 oder Produktionseinrichtungen in dem Zentralrohr 161, 164 dem rotierenden Rohrstern 165 zugeführt und emittiert werden, wird die Bildung des „Aqua Regia“-Aerosols 20 komplett in die emittierte Präkursorwolke verlegt
Die Größe der in der „Aqua Regia“-Aerosolwolke 20 aus den emittierten Gas- und/oder dampfförmigen gebildeten Aerosolteilchen ist auch abhängig von der ursprünglichen Konzentration der Präkursorgase und -Dämpfe: Aus hohen Konzentrationen bilden sich größere Aerosolteilchen durch verstärkte Koagulation der primär gebildeten Teilchen, kleine Konzentrationen bilden kleinere Aerosolteilchen durch geringe Koagulationsprozesse Die Präkursorgaskonzentration lässt sich in diesem Fall einfach durch die Umfangsgeschwindigkeit bzw die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit des rotierenden Rohrsterns 165 beeinflussen: Je höher die Umfangsgeschwindigkeit, umso höher ist die ausgeschleuderte Gasmasse und damit auch die Aerosolteilchengröße Entsprechend lässt sich somit auch hier die Aerosolteilchengröße beeinflussen In noch einer weiteren Ausgestaltung kann zur Gas- und Dampfförderung anstelle des rotierenden Rohrsterns 165, 175 die gleiche Funktion ein rotierender flacher Raum zwischen zwei kreisförmigen Scheiben erfüllen, dessen Öffnung an der kreisförmigen Peripherie zwischen den beiden Scheiben durch ein zylindrisches Rohrsegment verschlossen ist, das vorzugsweise zwei oder mehr Öffnungen zur Emission des Fluidgemischs enthält Die derart gestaltete zylindrische Kammer wird in gleicherweise über ein axial angefügtes Rohr mit der zu vernebelnde Flüssigkeit versorgt
Zur Herstellung eines „Aqua-Regia“ Aerosols 20 aus Präkursor-Aerosolen 52, 54, die ausschließlich aus Chlorid-haltigem Edukt erzeugt werden, gelingt auch dadurch, dass der beschriebenen Flüssig-Chlorid-Rotations-Vernebelungsvorrichtung 160, 170 von beispielsweise Titantetrachlorid die beschriebenen Gas- und/oder Dampf-Rotations-Emissionsvorrichtung von Nitrat- oder Salpetersäurebildenden Gasen derart beigestellt wird, dass beide Emissionsquellen eine gut gemischte Emissionswolke bilden in der sich das „Aqua- Regia“ Aerosol 20 selbständig bildet Vorzugsweise geschieht das in der Weise, dass die Rotationsachsen der beiden rotierenden Emissionseinrichtungen für Aerosol aus der Flüssigphase und aus der Gasphase weitgehend derart zur Übereinstimmung gebracht werden, dass die rotierenden scheibenförmigen Kammern in einem geringen Abstand, beispielsweise von wenigen Zentimetern, parallel zueinander angeordnet sind
Windturbinen lassen sich auf Plattformen auch auf weitgehend ebenen Gletschereisregionen aufstellen und eignen sich besonders dort wegen des gleichförmigen zur Küste hinströmenden katabatischen Windes und hinsichtlich ihrer turmartigen Bauweise als Träger der beschriebenen Einrichtungen zur Herstellung von „Aqua Regia“-Aerosolwolken 20 Zusätzlich kann der damit erzeugte elektrische Strom für die verschiedenen Belange der „Aqua Regia“-Aerosol Herstellung genutzt werden
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die gegebenenfalls nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchem der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist
Bezugszeichenliste:
1 Dampferzeuger (z.B. Salpetersäuredampferzeuger oder Salzsäuredampferzeuger ggf mit Luftzuleitungsfntte)
2 Heizeinrichtung für den Dampferzeuger
3 Zulauf
4 Luftzuführung
5 (Plasma)Reaktor
6 Zuleitung
7 Luftzuleitung
8 Sublimator
9 Heizeinrichtung des Sublimators
10 Zuführung, insbesondere als Feststoff-Zuführung von wasserfreiem Ferrichlorid und/oder wasserfreiem
Ferrichlorid-Aluminiumchlorid-Gemisch
11 Trägergas
12 Vorlagebehälter 12a zweiter Vorlagebehälter 13 Vernebelungsanlage
13a zweite Vernebelungsanlage
14 Zulauf
14a zweiter Zulauf
15 Gasstrahl-Vakuumpumpe
16 Trägergaserzeuger
16a Schiffsdieselantrieb
16b Kraftstofftank (insbesondere für schwefelhaltiges Schweröl)
17 Energiezuführung zum Trägergaserzeuger
18 Luftzuführung
19 Auslass
20 Aerosol, Chlorid-Gemisch-Aerosol
21 Statikmischer
22 Zuführung von Metallpellets (Feststoff-Zuführung)
23 Metallchlorierung
24 Chlorgaszuführung
25 Schwefelverbrennungsofen
26 Schwefelaerosolbrenner
27 Zulauf für flüssigen Schwefel zur Verbrennung
28 Verbrennungsluftzuführung
29 Druckgaserzeuger für die Gasstrahl-Vakuumpumpe
30 Luftzuführung in den Druckgaserzeuger
31 Gasstrahlvakuumpumpe
32 Vorlagebehälter
33 Zulauf
36 Auslass der ersten Einrichtung
37 Auslass der zweiten Einrichtung
38 Auslass des Trägergaserzeugers
40 Reaktionsraum
41 Schornstein oder Auspuff
42 Engstelle des Schornsteins oder Auspuffs
52 Erster Präkursor
54 Zweiter Präkursor
56 Trägergas
62 Heizeinrichtung
64 Speiseleitung
66 Ventil
81 Sublimationskammer
82 Vorratsbehälter 83 Ferrichlorid- oder Ferrichlorid-Aluminiumchlorid-Kristallgut
84 Trägerplatte
85 Sublimator-Bett
86 Mahlkörper
87 Oberfläche (beheizt bzw isoliert)
100 Vorrichtung
101 Abgasaufbereitungsanlage
102 Geräteraum
104 Zuleitung
105 Zuleitung
106 Luftzufuhr
107 Wassereinlauf
108 Vorhalteraum
109 Zuleitung
110 Metallmaterial
159 Reservoir
160 Drehverteiler
161 statisches Zuleitungsrohr
162 Kupplungselement
163 Dichtungselement
164 rotierendes Zuleitungsrohr
165 Sternverteiler
166 Auslass
167 Sternarm
168 Rotationsachse
169 Reservoir
170 Drehverteiler
171 rotierendes Zuleitungsrohr
172 Nebelerzeuger, rotiert z B entgegengesetzt
173 Zerstäuber bzw Lochblech
174 Prallelement
175 Sternverteiler
176 Auslass
177 Sternarm
178 Rotationsachse
179 Reservoir
181 Rotorblatt
185 modifizierte Windkraftanlage

Claims

27
Patentansprüche:
1 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20), umfassend: eine Anionen enthaltende Massenzusammensetzung aufweisend ein Massenverhältnis von Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu Chloriden von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden, und einem pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1
2 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Massenzusammensetzung ferner umfassend Metallelemente in einem Massenverhältnis von 1 Anteil Metallelemente zu 1000 Anteilen der Anionen bis 1 Anteil Metallelemente zu 3 Anteilen Anionen, wobei die Metallelemente insbesondere in Form von Metallverbindungen vorliegen, und/oder wobei die Metallelemente insbesondere Ferriionen bzw -kationen, Ferroionen bzw -kationen, Ferrioxide, Ferrihydroxide, Eisen(lll)oxidhydrat, Mangankationen, Mangan(IV)oxide, Manganationen, Permanganationen, Titanverbindungen wie Titandioxid, Titantetrachlorid und/oder ein Hydrolyseprodukt von Titantetrachlorid umfassen
3 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Massenzusammensetzung die Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen als Metall-Stickstoff-Sauerstoff- Verbindungen umfasst, diese aufweisend zumindest einen Stoff aus der Gruppe Metallnitrat, Metallnitrit, Eisennitrat, Eisennitrit, Titandioxid, Hydrolyseprodukte von Titantetrachlorid, Siliciumtetrachlorid, Aluminiumchlorid, Eisen(lll)chlorid, Salpetersäure, Oxidationsprodukte und/oder Hydrolyseprodukte von NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5, NOCI, NO2CI, NO3CI
4 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Massenverhältnis zwischen Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu den Chloriden zwischen 0,5 Anteilen zu 100 Anteilen und 10 Anteilen zu 1 Anteil in der kondensierten Aerosolphase liegt, und/oder wobei je ein Anteil Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen, insbesondere in der kondensierten Phase des Aerosols, zu mindestens einem Anteil Nitrat und/oder mindestens einem Anteil Salpetersäure oxidiert und/oder hydrolysiert, und/oder wobei die Massenzusammensetzung Salpetersäure in einem solchen Anteil umfasst, dass der pH-Wert des Aerosols zwischen kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 eingestellt ist
5 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aerosol Tröpfchen oder Partikel in einer Wolke oder Fahne aufweist, und/oder wobei die Massenzusammensetzung nach der abgeschlossenen chemisch-physikalischen Umsetzung in der Atmosphäre zu einem überwiegenden Anteil in der kondensierten Phase vorliegt, also insbesondere die Tröpfchen oder Partikel in der Massenzusammensetzung dominieren, und/oder wobei die Massenzusammensetzung während der chemisch-physikalischen Umsetzung nach der Emission des Aerosols zum Teil bis zu einem überwiegenden Anteil als flüchtige oder dampfförmige Komponenten in der Gasphase vorliegt
6 Selbstaktivierendes photoaktives Aerosol (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Chloride in Form von Chloridanionen und/oder in gelösten oder gasförmigen Chloridverbindungen vorliegen, und/oder wobei die Chloride das Element Chlor in Form von Chloridanionen und/oder in mindestens einer der gelösten oder gasförmigen Zustände aus der Gruppe atomares Chlor, elementares Chlor, Chlorwasserstoff, Nitrosylchlorid, Nitrylchlorid oder Chlornitrat umfassen
7 Verwendung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche unter Einwirkung künstlicher oder natürlicher Strahlung, insbesondere Lichts und weiter insbesondere Sonnenlichts, zum Abbau von Methan und/oder gasförmigen, dampfförmigen oder aerosolförmigen organischen treibhauswirksamen organischen Stoffen
8 Verfahren zur Herstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20), beispielsweise gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, und insbesondere zum Abbau von Methan und/oder gasförmigen, dampfförmigen oder aerosolförmigen organischen treibhauswirksamen organischen Stoffen, das Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen eines ersten Präkursors (52) mit Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen,
Bereitstellen eines zweiten Präkursors (54) mit Chloriden,
Mischen des ersten und zweiten Präkursors und Einstellen eines Massenverhältnisses im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden zur Erzeugung eines Chlorid-Gemisch-Aerosols (20), Moderieren des pH-Werts in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1
9 Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Chlorid-Gemisch-Aerosol (20) ferner Metallverbindungen umfasst in Form von Kationen, Molekülen, Oxiden, Hydroxiden, Partikel und/oder chemisch gebundenen Elementen, insbesondere des Eisens und/oder des Titans, wobei die Metallverbindungen als, Ferrochlorid, Ferrichlorid, Ferronitrat, Ferrinitrat, ferrihaltiges Hydrolysat von Ferrichlorid oder Ferrinitrat, Eisenpentacarbonyl, Titantetrachlorid und/oder titanhaltiges Hydrolysat von Titantetrachlorid vorliegen können, und/oder wobei das Chlorid-Gemisch-Aerosol (20) einen Anteil in auskondensierter Phase umfasst, beispielsweise Tröpfchen oder Partikel, und/oder wobei der zweite Präkursor (54) die Chloride in Form einer Chlorverbindung umfasst, insbesondere aus zumindest einer aus Chloride, Chlorwasserstoff, Chlor, Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid, Eisen(lll)chlorid, Eisen(ll)chlorid
10 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei dem Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols (20) ein Chlorid-Aerosol und/oder ein Hilfsgas (11, 56) eingesetzt wird, und/oder wobei der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols (20) durch Verdüsung und/oder mittels Ultraschall- Vibration durchgeführt wird, insbesondere unter erhöhtem Atmosphärendruck, und/oder wobei der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols (20) unter Anwendung eines nicht-thermischen Vernebelungsverfahrens durchgeführt wird, und/oder wobei der Schritt Mischen des Chlorid-Gemisch-Aerosols (20) unter Anwendung wenigstens eines aus Gasstrahlvakuumpumpe (15, 31) oder statischer Mischer (21) als Misch- und Reaktionsorgan vollzogen wird, und/oder für das Bereitstellen des Chlorid-Gemisch-Aerosols (20) Vernebeln einer wässrigen Chlorid-Salzlösung (54), insbesondere zusätzlich umfassend Nitratanionen (52), die Chlorid-Salzlösung insbesondere aufweisend einen Salzgehalt von 2 % oder mehr oder auch 5% oder mehr
11 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
Beifügen zumindest eines Stoffes aus der Gruppe Meerwasser, schwefelorganische Verbindungen, Elementarschwefel, Dieselabgas, plasmachemisch umgesetzte Luft, Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zur Erzeugung einer "Aqua-Regia"-Vorläufersubstanz
12 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ferner der erste Präkursor (52) zumindest einen Stoff aus der Gruppe Metallnitrat, Metallnitrit, Eisennitrat, Eisennitrit, Titandioxid, Hydrolyseprodukt von Titantetrachlorid, Salpetersäure, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5 umfasst, und/oder in dem ersten Präkursor (52) das Atomverhältnis zwischen Sauerstoff und Stickstoff größer oder gleich 1 ist, insbesondere größer oder gleich 1,5 zu 1, und/oder der zweite Präkursor (54) Chlorverbindungen umfasst, insbesondere zumindest eines aus Chlorwasserstoff, Chlor, Metallchlorid, Ferrichlorid, Siliciumtetrachlorid, Titantetrachlorid,
13 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Schritt Bereitstellen des ersten Präkursors (52) Verwendung eines plasmachemischen Prozesses und/oder eines Plasmareaktors (5), zur Erzeugung eines Plasmas aus atmosphärischer Luft, insbesondere zur Erzeugung der Sauerstoff-Stickstoff-Verbindungen aus dem in der atmosphärischen Luft enthaltenen Sauerstoff und/oder Stickstoff
14 Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei in dem plasmachemischen Prozess ein nicht-thermisches Plasma erzeugt oder aufrechterhalten wird, wie zum Beispiel Plasma-Glimmentladung, Korona-Entladung, stille elektrische Entladung mit oder ohne Wasserkontakt, kapazitive oder induktive Hochfrequenzentladung, Mikrowellenentladung, dielektrisch behinderte Entladung, Luft- Plasma- Jet mit Wasserkontakt, oder gleitende Lichtbogenentladung mit Wasserkontakt, wobei der Prozess insbesondere unter Vakuum oder unter atmosphärischem Druck durchführbar ist, oder wobei in dem plasmachemischen Prozess ein Hochtemperatur-Plasma erzeugt oder aufrechterhalten wird, und/oder wobei ein Volumenanteil des mit dem plasmachemischen Prozesses und/oder des Plasmareaktors erzeugten ersten Präkursors 1 Vol% oder mehr, beispielsweise 2,5 Vol% oder mehr oder 5 Vol% oder mehr, des herzustellenden selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols, insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, beträgt
15 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner bei dem Schritt Bereitstellen des zweiten Präkursors (54) Verwendung einer Sublimationsvorrichtung (8) für ein Haufwerk-Bett (85), insbesondere bestehend aus oder umfassend wasserfreies Eisenchlorid (83)
16 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mischen des ersten und zweiten Präkursors (52, 54) miteinander in einer teilgeschlossenen Umgebung durchgeführt wird, beispielsweise einer Einhausung wie einem Schornstein oder Auspuff (41), und/oder wobei nach dem Schritt Mischen des ersten und zweiten Präkursors (52, 54) ein Ausstößen des gemischten selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20) erfolgt, insbesondere unter Einsatz eines Druckgases (56), wobei das Druckgas ein vakuumerzeugendes Druckgas sein kann, und/oder wobei das Ausstößen des gemischten selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20) von zumindest einer der folgenden Bereitstellungsorte aus erfolgt: Schiff, schwimmende Plattform, Bohrinsel, Flugzeug, Ballon, Zeppelin, Kühlturm, Schornstein, Auspuff, Gittermast, Berggipfel, Aufwindkraftwerk, Windturbine, die vorgenannten Onshore, Offshore oder Gletscher-getragen möglich
17 Vorrichtung (100) zur Bereitstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20), beispielsweise nach einem der vorstehenden Ansprüche, und/oder insbesondere unter einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Vorrichtung umfassend: einen Reaktionsraum (40), eine mit dem Reaktionsraum verbundene erste Einrichtung (1, 5, 13, 13a, 25) zur Bereitstellung eines ersten Präkursors (52) Stickstoff-enthaltender Verbindungen, beispielsweise umfassend Nitratanionen und/oder Stickstoff- Sauerstoff-Verbindungen, in dem Reaktionsraum, eine mit dem Reaktionsraum verbundene zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) zur Bereitstellung eines zweiten Präkursors (54) mit Chlor oder Chloriden in dem Reaktionsraum, eine Trägergas-Bereitstellungseinrichtung (16) zur Bereitstellung eines Trägergases (56) in dem Reaktionsraum, wobei die Vorrichtung hergerichtet ist, in dem Reaktionsraum eine Mischung des ersten und zweiten Präkursors herbeizuführen und dabei ein Massenverhältnis im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff- Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden einzustellen, wobei die Vorrichtung ferner hergerichtet ist, den pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 zu moderieren
18 Vorrichtung (100) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die erste Einrichtung (1, 5, 13, 13a, 25) einen Plasmareaktor (5) umfasst zur Erzeugung eines Plasmas aus atmosphärischer Luft, insbesondere zur Erzeugung der Sauerstoff- Stickstoff-Verbindungen aus dem in der atmosphärischen Luft enthaltenen Sauerstoff und/oder Stickstoff
19 Vorrichtung (100) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Plasmareaktor (5) ein nicht-thermisches Plasma erzeugt oder aufrechterhält, und/oder wobei der Plasmareaktor (5) insbesondere eines der folgenden Verfahren umfasst: Plasma-Glimmentladung, Korona-Entladung, stille elektrische Entladung mit oder ohne Wasserkontakt, kapazitive oder induktive Hochfrequenzentladung, Mikrowellenentladung, dielektrisch behinderte Entladung, Luft-Plasma-Jet mit Wasserkontakt, oder gleitende Lichtbogenentladung mit Wasserkontakt, und/oder wobei der Plasmareaktor (5) unter Vakuum oder unter atmosphärischem Druck betrieben wird, und/oder wobei der Plasmareaktor (5) ein Hochtemperatur-Plasma bereitstellt oder aufrechterhält Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägergas-Bereitstellungseinrichtung (16) zumindest eines der folgenden Merkmale umfasst: einen Gasstrahl, eine Druckgasanlage, eine Absaugeinrichtung, und/oder wobei die Vorrichtung hergerichtet ist, dass die erste Einrichtung (1, 5, 13, 13a, 25) über einen NOx-Auslass (36) mit dem Reaktionsraum (40) verbunden ist und/oder die zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) über einen Chlorid-Auslass (37) mit dem Reaktionsraum (40) verbunden ist, und/oder die erste Einrichtung (1, 5, 13, 13a, 25) und die zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) über einen gemeinsamen NOx/Chlorid-Auslass (36, 37) mit dem Reaktionsraum verbunden sind Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zumindest eines der folgenden Merkmale oder Einrichtungen umfasst:
- eine Verdüsungsanlage (13),
- eine Ultraschall-Vibrationseinrichtung,
- eine Zentrifugalpumpe (160, 170) zur Förderung und Emission von gas- oder dampfförmigen Medien,
- eine Zentrifugalpumpe (160, 170) zur Förderung von flüssigen Medien und ihrer Vernebelung,
- eine Vernebelungsanlage (1), insbesondere zur Durchführung eines Vernebelungsverfahrens durch Kondensation und/oder Hydrolyse,
- eine Chlorierungsanlage (8), insbesondere zur Eisenchlorierung,
- eine Gasstrahlvakuumpumpe (15, 31), und/oder
- einen statischen Mischer (21) als Misch- und Reaktionsorgan, welche beispielsweise im oder am Reaktionsraum (40) angeordnet ist Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei die zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) ferner eine Sublimationsvorrichtung (8) für ein Haufwerk-Bett (83) umfasst, das Haufwerk-Bett insbesondere bestehend aus oder umfassend wasserfreies Eisenchlorid, insbesondere Ferrichlorid und/oder Ferrichlorid-Aluminiumchlorid-Gemisch Vorrichtung (100) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Haufwerk-Bett (83) gekennzeichnet ist durch zumindest eines der folgenden Merkmale:
- eine Durchmischungsvorrichtung bereitstellend zumindest eine der Bewegungen Rühren, Vibrieren, Schütteln, Umwälzen, Fluidisierung mittels Inertgasdurchströmung,
- die Durchmischungsvorrichtung bereitstellend Mahlhilfen (86), wie zum Beispiel Keramikkugeln,
- eine Evakuierungseinrichtung,
- eine Gasströmanlage und/oder Verdampferanlage zur Bereitstellung eines Inertgases oder Inertdampfes zur Durchströmung des Haufwerk-Betts, wobei der Inertdampf durch Verdampfung von mindestens einer der flüssigen Chlorverbindungen Siliciumtetrachlorid oder Titantetrachlorid bereitgestellt wird,
- eine Heizeinrichtung (9) zur Beheizung des Haufwerk-Betts,
- eine Temperatur-Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur in dem Ferrichlorid-Haufwerk-Bett und/oder in der Verdampferanlage zwischen 100 und 220°C Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Dampferzeuger (1) zur Erzeugung eines Salpetersäure-Dampfes unter Zuführung von Luft und Salpetersäure in den Dampferzeuger unter erhöhter Temperatur und/oder Druck, und/oder wobei die Vernebelungsanlage (13) zumindest eines aus Düsenvernebelung, Vernebelung durch rotierende Prallelemente (174), oder einen Ultraschall-Vibrations-Vernebelung von flüssigen oder wässrigen Chlorid- und/oder Nitrat-Lösungen bereitstellt zur Erzeugung eines Nitrat- und/oder Chlorid-Nebels Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) eine Umsetzungseinrichtung umfasst zur exothermen Umsetzung von Metallen oder Legierungen wie metallischem Eisen, Eisensilicid oder elementarem Silizium mit Chlorgas, insbesondere ferner umfassend eine Temperatur-Regeleinrichtung zur Regelung der Temperatur in der Umsetzungseinrichtung zwischen 450 °C bis 600 °C 31 Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung auf einem der folgenden Bereitstellungsorte hergerichtet und eingerichtet ist: Schiff, schwimmende Plattform, off-shore-Plattform mit Fundament, Bohrinsel, Flugzeug, Ballon, Zeppelin, Kühlturm, Schornstein (41), Auspuff, Gittermast, Berggipfel, Aufwindkraftwerk, Turbine, Windkraftwerk (185), Gletscher-getragene Plattform Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Reaktionsraum (40) in einer Einhausung angeordnet ist mit einem Auslass zur Freilassung des selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols (20), wobei der Reaktionsraum insbesondere in einem Kühlturm, Schornstein (41), Auspuff, Gittermast, Aufwindkraftwerk, Windkraftwerk (185) oder Turbine angeordnet ist Abgasaufbereitungsanlage (101) zur zumindest teilweisen Umwandlung von Abgasen und zur gleichzeitigen Bereitstellung eines selbstaktivierenden photoaktiven Aerosols beispielsweise nach einem der vorstehenden Ansprüche, und/oder insbesondere unter einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Abgasaufbereitungsanlage umfassend: einen in einem zur Abgasabführung hergerichteten Rohrabschnitt angeordneten Reaktionsraum (40), beispielsweise in einem Auspuff oder Schornstein (41), eine erste Einrichtung (1, 5, 13, 13a, 25) zur Bereitstellung eines ersten Präkursors (52) umfassend Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen in dem Reaktionsraum, eine zweite Einrichtung (1, 8, 13, 13a, 23) zur Bereitstellung eines zweiten Präkursors (54) mit Chloriden in dem Reaktionsraum, einen Abgasemittenten, wie einen Dieselmotor (16a), als Trägergas-Bereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung eines Trägergases (56) in dem Reaktionsraum, wobei die Vorrichtung hergerichtet ist, in dem Reaktionsraum eine Mischung des ersten und zweiten Präkursors herbeizuführen und dabei ein Massenverhältnis im Bereich von 1 Anteil Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff- Verbindungen zu 200 Anteilen Chloriden bis 10 Anteilen Nitratanionen und/oder Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen zu 1 Anteil Chloriden einzustellen, wobei die Vorrichtung ferner hergerichtet ist, den pH-Wert in einem Bereich von kleiner oder gleich 3 bis größer oder gleich -1 zu moderieren
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