DE19912952C2 - Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung desselben - Google Patents
Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung desselbenInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung von
Kohlendioxid aus chemischen Prozessen durch Assimilation mit Hilfe der Photo
synthese zu Biomasse und Sauerstoff.
Chemische Prozesse wie das Kalkbrennen liefern bekanntlich neben Calciumoxid
auch in erheblichen Mengen Kohlendioxid. Dieses Kohlendioxid wird bisher un
benutzt in die Atmosphäre geleitet und trägt somit zu dem sogenannten Treib
hauseffekt bei. Weitere Menge an Kohlendioxid bilden sich beispielsweise bei er
chemischen Umsetzung von Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffen und Kohlenhyd
raten durch Oxidation. Sofern dieses Kohlendioxid in Form von Metallcarbonaten
aufgefangen wird, läßt sich durch Erhitzung der Metallcarbonate relativ reines
und konzentriertes Kohlendioxid gewinnen.
Während das Kalkbrennen bei Temperaturen von ca. 900°C stattfindet und so
mit relativ energieintensiv ist, gibt es eine Reihe von andere Metallcarbonaten,
die sich auch schon bei deutlich niedrigeren Temperaturen zersetzen und Koh
lendioxid abspalten. Zum Auffangen und Binden von Kohlendioxid kommen
somit prinzipiell in Frage auch Lithiumhydroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Blei
oxid und Cadmiumoxid. Besonders geeignet erscheint Zinkoxid, da sich das
Zinkcarbonat bereits bei Temperaturen von 300°C wieder zersetzt und mehr
oder weniger reines CO2 liefert.
Außer der weitverbreiteten Oxidation von Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffen,
Kohlenhydraten, nämlich der üblichen Verbrennung, bildet sich CO2 auch in
Alkalihydroxidschmelzen unter Bildung von Alkalicarbonat, Alkalihydriden und
Wasserstoff. So finden unter diesen Bedingungen beispielsweise folgende Reak
tionen statt:
3NaOH + C → Na2CO3 + NaH + H2 (1) oder
3NaOH + C → Na2CO3 + NaH + H2 (1) oder
9NaOH + C3H8 → 3Na2CO3 + 3NaH + 7H2 (2)
9LiOH + C3H8 → 3Li2CO3 + 3LiH + 7H2 (5)
Gewünschtenfalls können diese Carbonate auch mit anderen Metalloxiden oder -
hydroxiden umgesetzt werden, wobei die Trennung von Wasserstoff und Koh
lendioxid besonders einfach mit Hilfe von Zinkoxid oder anderen Zinksalzen
erfolgen kann.
Da diese Reaktionen reversibel sind, kann beispielsweise die Bildung von Zink
carbonat bei Raumtemperatur erfolgen und bei Temperaturen von ca. 300°C das
gebildete Zinkcarbonat wieder in Zinkoxid und Kohlendioxid aufgespalten wer
den.
Zu diesen Reaktionen vergleiche auch DE 33 13 889, Seite 6 unten.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses aus chemischen Prozessen
stammende Kohlendioxid zu verwerten durch Assimilation mit Hilfe der Photo
synthese, wobei Biomasse und Sauerstoff entstehen und wobei Suspensionen
von Algen in gerührten Bioreaktoren aus einem für UV-Licht durchlässigen Ma
terial unter gleichzeitigem Einsatz von Sonnenlicht- und Kunstlichtquellen ge
züchtet werden und wobei das Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid angereicherte
Gasgemisch in die Suspension eingerührt wird, die mit Kohlendioxid angerei
cherte Suspension an der Gefäßwand und den Kunstlichtquellen vorbeigeführt
wird und das bezüglich Kohlendioxid abgereicherte Gasgemisch gegebenenfalls
unter Beimischung von weiterem Kohlendioxid in den jeweils nächsten Bioreak
tor geleitet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 sowie die
bevorzugten Ausführungsformen der Unteransprüche 2 bis 4.
Das für die Photosynthese notwendige Licht kann teilweise durch Sonnenlicht
und teilweise durch Kunstlichtquellen geliefert werden. Das Sonnenlicht kann vor
allem durch das UV-Licht durchlässige Material des Mantels des Reaktors ein
dringen. Geeignet ist beispielsweise das für UV-Licht durchlässige Polyacrylatglas
(Plexiglas®).
Die Energie für die Kunstlichtquellen im Inneren der Bioreaktoren wird vorzugs
weise durch Photovoltaik geliefert. Darüber hinaus kann weitere Energie zur
Stromerzeugung gewonnen werden durch Verbrennung des in einigen der oben
genannten Reaktionen anfallenden Wasserstoffs bzw. der Metallhydride.
Das für die Photosynthese notwendige Kohlendioxid wird aus oder der thermi
schen Zersetzung von Metallcarbonaten gewonnen. Diese Metallcarbonate kön
nen beispielsweise gewonnen werden aus der thermischen Umsetzung von koh
lenstoffhaltigen organischen Substanzen oder Reststoffen unter Luftausschluß in
Alkalihydroxidschmelzen unter gleichzeitiger Bildung von Metallhydriden und
Wasserstoff. Diese Metallhydride und dieser Wasserstoff können dann entweder
zur Stromerzeugung für die inneren Kunstlichtquellen der Bioreaktoren verwen
det werden oder aber auch in sonstiger Weise verwertet werden, da sowohl
Wasserstoff als auch Metallhydride wirtschaftlich wertvolle Materialien sind.
Die Bioreaktoren zur Züchtung von Algen gemäß des erfindungsgemäßen Ver
fahrens bestehen vor allem aus einem UV-Licht durchlässigen Mantel, im Inne
ren befindlichen UV-Lichtquellen, Einrichtungen zum Rühren der Algensuspensi
onen, Einrichtungen zum Einleiten von Kohlendioxid und/oder mit Kohlendioxid
angereicherten Gas, Einrichtungen zur Ableitung von bezüglich Kohlendioxid
abgereichertem Gas, Einrichtungen zum Einleitung von Nährlösung, Einrichtun
gen zur Ableitung der Algensuspension sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur
Steuerung der übrigen Einrichtungen des Bioreaktors.
Vorzugsweise weist der Bioreaktor einen konischen Boden auf mit einer Einrich
tung zur Einleitung von Kohlendioxid und/oder mit Kohlendioxid angereichertem
Gas. Diese Ausgestaltung verhindert ein unerwünschtes Absetzen der Algensus
pension in dem unteren Trichter und führt gleichzeitig zu einer Aufwirbelung und
Rühren der Suspension.
Das aus dem jeweiligen Bioreaktor entnommene, bezüglich Kohlendioxid abge
reicherte Gas kann entweder unmittelbar oder nach Anreicherung mit weiterem
Kohlendioxid in den nächsten Bioreaktor überführt werden.
Ein typischer für das Verfahren geeigneter Bioreaktor ist in der anliegenden
Fig. 1 dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für Kohlendioxidgewinnung und -verwertung
gemäß Unteransprüchen der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 1 bedeutet
1 der Bioreaktor
2 einen aus Plexiglas® gefertigten zylindrischen Behälter mit konischem Boden
3 einen Rührmotor
4 eine Antriebswelle
5 eine Begasungsturbine
6 zylindrische Einbauten
7 Leuchtkörper, die sich in den zylindrischen Einbauten befinden
8 eine Gasleitung für die Einleitung von Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid angereichertem Gasgemisch
9 einen im konischen Teil des Bioreaktors ringförmig angeordneter Gasvertei ler zur Einleitung von weiterem Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid angerei chertem Gas
10 einen abnehmbarer aber fest verschlossenen Deckel des Bioreaktors
11 Zuleitung für elektrischen Strom für die Leuchtkörper 7
12 Ablaßventil am Ende des konischen Bodens zur Entnahme der Algensuspen sion
13 der vorzugsweise auch aus Plexiglas hergestellte zylindrische Teil des Biore aktors
14 eine Leitung für den Austritt des bezüglich Kohlendioxid abgereicherten Gasgemisches, welche vorzugsweise in den nächsten Bioreaktor geführt wird.
2 einen aus Plexiglas® gefertigten zylindrischen Behälter mit konischem Boden
3 einen Rührmotor
4 eine Antriebswelle
5 eine Begasungsturbine
6 zylindrische Einbauten
7 Leuchtkörper, die sich in den zylindrischen Einbauten befinden
8 eine Gasleitung für die Einleitung von Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid angereichertem Gasgemisch
9 einen im konischen Teil des Bioreaktors ringförmig angeordneter Gasvertei ler zur Einleitung von weiterem Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid angerei chertem Gas
10 einen abnehmbarer aber fest verschlossenen Deckel des Bioreaktors
11 Zuleitung für elektrischen Strom für die Leuchtkörper 7
12 Ablaßventil am Ende des konischen Bodens zur Entnahme der Algensuspen sion
13 der vorzugsweise auch aus Plexiglas hergestellte zylindrische Teil des Biore aktors
14 eine Leitung für den Austritt des bezüglich Kohlendioxid abgereicherten Gasgemisches, welche vorzugsweise in den nächsten Bioreaktor geführt wird.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen prinzipiell verschiedene Arten von
Rot- und Grünalgen in Fragen, welche als Farbträger das Carotinoid Fucoxanthin
oder Chlorophyll enthalten. Aus den Algen lassen sich neben Aminosäuren oder
Eiweißen vor allem auch Polysaccharide wie Alginsäure, Carageen, Laminarin
etc. gewinnen. Einige Algenarten sind darüber hinaus in der Lage, auch Stick
stoff und Phosphor sowie Spurenelemente Kupfer und Jod zu speichern, so daß
sie als Beifutter in der Viehzucht oder als Düngemittel verwendet werden kön
nen. Schließlich können aus Algen auch Nahrungsergänzungsmittel für die
menschliche Ernährung gewonnen werden.
Die Züchtung derartiger Algen ist bisher nur in flachen Schalen oder in licht
durchlässigen Schläuchen erfolgt, in denen sich die Algen mittels Kohlendioxid
eintrag bewegen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, derartige lichtdurch
lässige Schläuche auf konischen Konstruktionen aufzuwickeln, so daß Längen bis
zu mehreren Kilometern entstanden. Industrielle Anwendung haben derartig
komplizierte Konstruktionen jedoch nicht gefunden. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist erstmals auch im größeren Maßstab durchführbar. Die Ernte der
Algen kann bei optimaler Temperatur und optimalen sonstigen Parametern des
Wachstums innerhalb weniger Tage erfolgen. Die Algensuspension wird dazu aus
dem Bodenventil abgelassen und anschließend aufgearbeitet. Zu typischen Ver
arbeitungsschritten zählen dann Filtration oder Zentrifugation, Vakuum- oder
Gefriertrocknung, Extraktion bezüglich bestimmter Inhaltsstoffe. Die abge
trennte Flüssigkeit kann gegebenenfalls nach Ergänzung und Reinigung erneut in
den Bioreaktoren eingesetzt und zur Algenzucht verwendet werden. Es ist somit
möglich, eine Algenzuchtanlage bestehend aus sogar mehreren 100 Bioreakto
ren in Gewächshäusern unterzubringen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen
durch Assimilation mit Hilfe der Photosynthese zu Biomasse und Sauer
stoff, wobei Suspensionen von Algen in gerührten Bioreaktoren aus einem
für UV-Licht durchlässigen Material unter gleichzeitigem Einsatz von Son
nenlicht- und Kunstlichtquellen gezüchtet werden und wobei das Kohlen
dioxid oder mit Kohlendioxid angereicherte Gasgemisch in die Suspension
eingerührt wird, die mit Kohlendioxid angereicherte Suspension an der
Gefäßwand und den Kunstlichtquellen vorbeigeführt wird und das bezüg
lich Kohlendioxid abgereicherte Gasgemisch gegebenenfalls unter Beimi
schung von weiterem Kohlendioxid in den jeweils nächsten Bioreaktor
geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid gewonnen
wird aus der thermischen Zersetzung von Metallcarbonaten, welche ge
wonnen werden aus der thermischen Umsetzung von kohlenstoffhaltigen
organischen Substanzen oder Reststoffen unter Luftausschluss in Alkali
hydroxidschmelzen unter gleichzeitiger Bildung von Metallhydriden und
Wasserstoff.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall
hydride und/oder der Wasserstoff verwendet werden zur Stromerzeugung
für die Kunstlichtquellen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stromerzeugung für die Kunstlichtquellen ganz oder teilweise mittels
Photovoltaik gewonnen wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass als Metallcarbonate verwendet werden Lithium-, Magnesium-
und/oder Zinkcarbonat.
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DE1999112952 DE19912952C2 (de) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung desselben |
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DE1999112952 DE19912952C2 (de) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung desselben |
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ID=7901998
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DE1999112952 Expired - Fee Related DE19912952C2 (de) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Verfahren zur Verwertung von Kohlendioxid aus chemischen Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung desselben |
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Country | Link |
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DE (1) | DE19912952C2 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103493732A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-08 | 天津海友佳音生物科技股份有限公司 | 一种带有孢子附着部件的可控温大型藻类悬浮培养装置 |
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DE19752542A1 (de) * | 1997-11-27 | 1999-07-01 | Umweltschutz Nord Gmbh & Co | Verfahren zur Reduzierung der Konzentration von Inhaltsstoffen in einem Gas und in einer Flüssigkeit und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
-
1999
- 1999-03-23 DE DE1999112952 patent/DE19912952C2/de not_active Expired - Fee Related
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Römpp Lexikon Biotechnologie, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1992, S. 123-125 * |
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CN103493732A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-08 | 天津海友佳音生物科技股份有限公司 | 一种带有孢子附着部件的可控温大型藻类悬浮培养装置 |
CN103493732B (zh) * | 2013-09-18 | 2016-05-18 | 天津海友佳音生物科技股份有限公司 | 一种带有孢子附着部件的可控温大型藻类悬浮培养装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19912952A1 (de) | 2000-10-05 |
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