Beschreibung

Brennstoffe und Rauchgemische zur Klimakühlung und Vorrichtungen zur Herstellung eines solchen Rauchgemisches

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoff, mit dessen massenhafter Verbrennung und dem dadurch entstehenden Rauch ein Beitrag zur Klimakühlung geleistet werden soll.

Es ist bekannt, dass in ausreichendem Maße in die Troposphäre eingebrachter Rauch eine kühlende Klimawirkung aufweist, da durch den Rauch sowohl der Albedo erhöht als auch Methan abgebaut wird. Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, diese Wirkungen zu erhöhen.

Es konnte ermittelt werden, dass sich die genannten Wirkungen nicht nur addieren, sondern auf ein Vielfaches steigern lassen, wenn die beiden Elemente Eisen und Schwefel in geeignetem Anteil im Rauch enthalten sind.

Ein solcher klimawirksamer Rauch wird z. B. durch eine Verbrennung eines erfindungsgemäßen Brennstoffes gemäß Anspruch 1 erzielt, der einen Schwefelgehalt von mindestens 10 mg/kg und einen Eisengehalt von mindestens 0,5 mg/kg aufweist. überraschend ist, dass dieser überproportional wirksame Kühleffekt bereits bei diesen Werten einsetzt. Besonders massiv macht sich dann der Kühleffekt bei Eisengehalten in dem erfindungsgemäßen Brennstoff von 5 mg/kg Eisen und darüber sowie 10 mg/kg Schwefel und darüber bemerkbar und nimmt dann mit weiter zunehmenden Eisen- und auch Schwefelgehalten des Brennstoffs fortlaufend noch weiter zu.

Unter einem Brennstoff sollen sowohl reine Brennstoffe, die lediglich zur Erzeugung von Rauch verbrannt werden,

aber auch Treibstoffe verstanden werden, die in Verbrennungsmotoren und Turbinen zum Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden. Solche Treibstoffe können systematisch in Flugzeugen verwendet werden, um so vielbeflogene Gebiete (z. B. Transatlantikflugverkehrsrouten) mit einer klimagünstigen Rauchschicht zu überdecken.

Brennstoffe, die einen Rauch erzeugen, der das Eisen überwiegend in wasserunlöslicher Form enthält, gehören dabei nicht zu den bevorzugten Brennstoffen, weil bekannt geworden ist, dass bei der Inhalation fester, wasserunlöslicher, eisenhaltiger Partikel Beeinträchtigungen der Lungenfunktion eintreten können. Dies ist in der Regel dann nicht der Fall, wenn der Eisengehalt den Schwefelgehalt im Brennstoff nicht um mehr als das Doppelte überschreitet. überall dort, wo die von den erfindungsgemäßen Brennstoffen erzeugten Rauchimmissionen auf kurzem Weg zwischen Emissions- und Immissionsort auf urbane Bereiche einwirken können, wird daher gemäß Anspruch 2 vorgezogen, dass der erfindungsgemäße Brennstoff bzw. das erfindungsgemäße Rauchgemisch dadurch ausgezeichnet ist, dass sein Eisengehalt höchstens das Doppelte des Gewichts des darin enthaltenen Schwefelgehalts betragen soll .

Je nach Rauchemissionsort nimmt der aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen gebildete Schwefel- und eisenhaltige Rauch die dort in der Atmosphäre vorhandenen Schwefelverbindungen und anderen Stoffe, wie z. B. Chloride, Chlor, Nitrate, Stickoxide usw. auf unter Bindung als lösliche oder gelöste Eisensalze. Deshalb darf für die Bildung des erfindungsgemäßen Rauches, der entfernt vom Immissions- ort, wie z. B. über dem offenen Ozean oder auch in großer Höhe freigesetzt wird, ohne Weiteres ein Eisengehalt im Treibstoff ausgewählt werden, der seinen Schwefelgehalt um mehr als das Doppelte übersteigt, da in solchen Fällen

die Immission eisenhaltiger, wasserunlöslicher Partikel eingeschränkt ist bzw. nicht auftreten kann.

Bei Eisen- und/oder Schwefel-Gehalten in mineralölhaltigen Brennstoffen von mehr als 10 Gewichtsprozent lässt die spezifische Kühlleistung wieder nach, weil die Partikel im Rauch erheblich zur Agglomeration neigen. Solche Stoffe sind daher nicht bevorzugt.

Nach Anspruch 3 enthält eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Brennstoffe daher einen Schwefelgehalt von höchstens 100 g/kg und einen Eisengehalt von höchstens 100 g/kg.

Vorzugsweise enthält der Brennstoff das Eisen als öllösliche Substanz, wie z. B. als Ferrocen, Ferrocenderivate, Eisencarbonyle, Eisennaphthenate, Eisenseifen und sonstige organische Bindung. Der Schwefel liegt darin vorzugsweise als öllösliche Schwefelverbindung vor, z. B. in der Form von Elementarschwefel, Schwefelkohlenstoff, organischen Sulfiden und Disulfiden, organischen Polysulfi- den, organischen Sulfonsäuren, organischen Sulfonaten, organischen Sulfoxiden, Schwefelwasserstoff, Merkaptanen und sonstigen organischen Bindungen.

Zur weiteren Aktivierung der kühlungswirksamen Raucheigenschaften kann der Rauch aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen mit chlorhaltigen Stoffen angereichert werden, vorzugsweise mit Chlorwasserstoff. Das kann z. B. durch Zumischung halogenorganischer Stoffe zum Brennstoff geschehen. Der im Sauerstoffüberschuss daraus gebildete Rauch ist dioxinfrei.

Um auch die Bildung leicht saurer Rauche zu vermeiden, können dem Brennstoff Alkalien zugefügt werden, z. B. Alkali- und Erdalkaliseifen, Alkali- oder Erdalkalikronen-

etherkomplexe, aber auch Zusätze Silicium- und/oder Titan-organischer Verbindungen, wie z. B. Silikonöle und Titanocen. Bei der Verbrennung der letztgenannten Nichtalkalien bilden sich auch Nitride, aus denen durch Hydrolyse Ammoniak als Alkalie entsteht.

Die erfindungsgemäßen Brennstoffe, insbesondere jene nach Anspruch 2, sind vor allem durch den Vorteil ausgezeichnet, dass der durch sie freigesetzte Rauch nicht oder nur sehr eingeschränkt zur Bildung stark saurer Niederschläge führen kann, weil das Rauchaerosol der Rauchgase ganz oder zumindest teilweise in der Form von Salzen bzw. Salzlösungen am Immissionsort einwirkt und nicht oder nur eingeschränkt als Säure.

Ein klimawirksamer Rauch entsteht auch bei der Vermischung der Rauche aus der getrennten Verbrennung von mehreren Brennstoffen, die in unterschiedlicher Menge Schwefel und Eisen enthalten. Entscheidend ist nur, dass die jeweiligen Schwefel- und Eisengehalte so gewählt werden, dass das Rauchgemisch einen Schwefel- und Eisengehalt aufweist, wie diese bei einer Verbrennung eines Brennstoffes nach Anspruch 1 bis 3 vorliegt.

Zur Erzeugung eines solchen Rauchgemisches können Vorrichtungen nach den Ansprüchen 6 und 7 Verwendung finden. Diese haben den Vorteil, dass schwefelhaltige Brennstoffe mit einem gegenüber dem Eisengehalt höheren Schwefelgehalt und eisenhaltige Brennstoffe mit einem gegenüber dem Schwefelgehalt höheren Eisengehalt getrennt voneinander zur Verfügung gestellt werden können.

Rauch aus der Verbrennung der erfindungsgemäßen Brennstoffe bzw. die erfindungsgemäßen Rauchgemische lassen sich in vielfältiger Weise herstellen. Es gelingt am einfachsten durch Verbrennung der erfindungsgemäßen Brenn-

Stoffe in Motoren bzw. Turbinen von Schiffen und Flugzeugen.

Eine weitere Möglichkeit ist z. B. die reine Verbrennung von Brennstoffen, die ein Gemisch aus Elementarschwefel und festen eisenorganischen Verbindungen, wie z. B. Fer- rocen, enthalten, oder die jeweils separate Verbrennung von Brennstoffen, die jeweils nur eine der genannten Substanzen enthalten, wobei ihre Rauche anschließend zu einem erfindungsgemäßen Rauchgemisch vermischt werden. Sowohl die getrennte Verbrennung fester oder flüssiger Brennstoffe als auch die Verbrennung erfindungsgemäßer Brennstoffe kann z. B. nach dem Kerzendochtprinzip erfolgen.

Vorzugsweise wird der Rauch in der Troposphäre oder in der Stratosphäre gebildet.

Zu den bevorzugten erfindungsgemäßen Brennstoffen zählen Gemische aus öllöslichen Eisenverbindungen mit schwefelhaltigen Erdölraffinaten wie z. B. Dieselölen, Kerosin, mit Elementarschwefel, Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff und sonstigen brennbaren Schwefelverbindungen.

Die Verbrennungseinrichtungen zur Erzeugung des Rauchs aus den erfindungsgemäßen Brennstoffen oder zur Bildung der erfindungsgemäßen Rauchgemische können auch angeordnet sein an Ballonen, auf Bohrinseln oder anderen z. B. eigens für diesen Zweck errichteten fliegenden, schwimmenden oder landgebundenen Einrichtungen. Bei den Ballonen werden Heißgasballone bevorzugt . Bevorzugtes Heißgas ist erhitzte Luft. Das Heißgas kann z. B. durch übertragung der bei der Verbrennung der Schwefel und Eisen enthaltenden Brennstoffe freigesetzten Wärme auf die Luft hergestellt werden.

Die Verbrennung erfindungsgemäßer Brennstoffe, in der Form von Lösungen, Schmelzen oder Aerosolen, kann auch z. B. mit ölbrennern geschehen. Gasförmige Schwefelphasen, wie z. B. Schwefelwasserstoff, können zusammen mit flüssigen eisenorganischen Phasen verbrannt werden, indem die flüssige Phase in der gasförmigen Phase vernebelt wird und dann anschließend verbrannt wird.

Vorteile der erfindungsgemäßen Brennstoff-Verbrennung:

1. Das Rauchaerosol bewirkt eine beschleunigte Rußagglomeration und Oxidation. Das minimiert die durch Ruß bedingte Atmosphärenerwärmung.

2. Der Rauch generiert beschleunigt Schwefelsäure, Sulfat und Eisen enthaltende, wasserdampfbindende Aerosolpartikel. In feuchter Luft bilden sich daraus Wolken mit hohem Weißgrad, die das Sonnenlicht mit hohem Wirkungsgrad zurückwerfen.

3. Der Rauch verursacht intensivierte chemische und photochemische Reaktionen mit den Atmosphärilien Chlorid, schwefel- und chlorhaltige organische Verbindungen, Chlorwasserstoff, Wasserstoffperoxid, organische Säuren, Wasserdampf, Stickoxide und Sonnenlicht. Das bewirkt seine Anreicherung mit Chlor-, Hydroxyl- und stickstoffhaltigen Radikalen in besonders hoher Ausbeute . Davon insbesondere die Chlor- und Hydroxylradikale beschleunigen den Methanabbau.

4. Der Rauch verfügt über eine intensivierte kataly- tische und photokatalytische Oxidationsbeschleuni- gung der organischen Atmosphärilien zu Kohlendioxid, und zwar ohne dazu jene Hydroxylradikale abzubauen, die im rauchfreien Bereich zum Abbau der organischen

Atmosphärilien verbraucht werden. Das beschleunigt wiederum den Methanabbau.

5. Auf das Meer gefallen führt die wasserlösliche Eisenfraktion des Rauchs zu spontanen Algenblüten. Das bewirkt atmosphärische Mehrbildung methanabbauender Chlorradikale durch algenstämmige Dichlor- methanbildung. Die Algenblüten binden Kohlendioxid als organische Kohlenstoffmasse, die sich im Meeresbodensediment in festes Methanhydrat und Kerogen umwandelt .

6. Die Verbrennung der erfindungsgemäßen Brennstoffe erfolgt direkt. Zur Bildung des erfindungsgemäßen Rauchgemischs können Brennstoffe auch zweistufig verbrannt werden, z. B. indem die eisenreiche Brennstoff-Komponente im heißen Verbrennungsabgasstrahl der schwefelreichen Brennstoff-Komponente erfolgt.