BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und im Wasser, vorzugsweise Meerwasser. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.

Seit Beginn der industriellen Revolution im Jahr 1800 ist die atmosphärische CO2- Konzentration von zuvor stabilen 280 ppmv (parts per million by volume) auf 410 ppmv im Jahr 2020 gestiegen. Es wird vorhergesagt, dass sich dieser Anstieg fortsetzen bzw. noch verstärken wird, wenn keine Techniken zur Eindämmung der Kohlenstoffemissionen eingesetzt werden.

Das ratifizierte Pariser Abkommen nennt als Hauptziel, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf unter 2°C über dem vorindustriellen Niveau zu halten, was eine Reduzierung der C0 ₂ -Emissionen bis 2050 auf Null erfordert. Vorschläge zur Begrenzung dieser Emissionen umfassen die Verwendung von Biobrennstoffen, Sonnenenergie und Windturbinen. Die Reduktion der bisherigen C0 ₂ -Emissionen, also die Begrenzung des Anstiegs des C0 ₂ -Anteil in der Atmosphäre, reicht langfristig allerdings nicht aus, um das bisher durch eine Überproduktion von CO2 entstandene Missverhältnis von Sauerstoff und CO2 in der Atmosphäre zu korrigieren. Vielmehr besteht ein Bedarf, den CC -Anteil in der Atmosphäre langfristig nicht nur nicht weiter zu erhöhen, sondern vielmehr aktiv zu reduzieren.

Der natürliche Kohlenstoffkreislauf hat sich über lange Zeit derart eingestellt, dass CO2 in einer bestimmten Menge in der Atmosphäre vorhanden ist. Dabei spielen Pflanzen eine tragende Rolle, die durch Photosynthese den Kohlenstoff aus dem CO2 sorbieren und den Sauerstoffanteil an die Atmosphäre wieder abgeben. Das CO2 wird dadurch aus der Luft entfernt (über 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff werden auf diese Weise jährlich von den Pflanzen aufgenommen). Es ist allgemein bekannt, dass wachsender Wald besonders im Alter zwischen 10 und 40 Jahren sehr gut dafür geeignet ist, den Kohlenstoff aus dem in der Luft befindlichem CO2 zu binden und den Sauerstoff an die Atmosphäre abzugeben. Üblicherweise gibt ein solcher Wald auf einer Fläche von einem Hektar zirka 15 bis 30 Tonnen Sauerstoff pro Jahr an die Atmosphäre ab. Die Abgabemenge von Sauerstoff hängt hierbei von der Art des Waldes ab (Laubwald, Nadelwald oder Mischwald).

Der natürliche Wald hat den Nachteil, dass die effektive C0 ₂ -Bindung beziehungsweise Sauerstoffproduktion auf den vorgenannten Alterszeitraum eingeschränkt ist. Eine weitere Einschränkung stellt die Abhängigkeit des Photosynthesevorgangs von Sonnenlicht dar. Während der Wald bei Tageslicht CO2 binden und somit Sauerstoff produzieren kann, ist dies bei Nacht nicht möglich. Des Weiteren müssen nach dem Verrotten oder Fällen von Bäumen wieder neue Bäume gepflanzt werden, um den natürlichen C0 ₂ -Kreislauf aufrecht zu erhalten. Dies zieht einen hohen Aufwand mit sich.

Da der Waldbestand in den vergangenen Jahrzehnten drastisch gesunken ist und fortwährend weiter zurückgeht, ist es unerlässlich, neue Technologien zu entwickeln, die in kurzer Zeit umgesetzt werden können und in der Lage sind, den noch bestehenden natürlichen Wald in seiner Funktion zu unterstützen sowie die globale Erwärmung nicht nur zu verlangsamen, sondern dazu beizutragen, die durch die Industrialisierung bewirkte globale Erwärmung zumindest in Teilen aktiv rückgängig zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage anzugeben, die durch einen kontinuierlichen Prozess den natürlichen Wald in seiner Funktion unterstützt und dadurch die globale Erwärmung nicht nur verlangsamt, sondern langfristig zumindest in Teilen rückgängig macht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Anlage durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 17 gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch eine Anlage, insbesondere ein Kraftwerk, zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und anteilig im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, gelöst, wobei die Anlage Folgendes umfasst:

- wenigstens eine Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung zur Aufnahme einer Wassermenge verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen;

- wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit mit einer Karbonisierungseinheit zur Kohlenstoffsynthese, insbesondere einer Bosch-Reaktionseinheit, verbindet;

- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit zur Reinigung von Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass zur Zufuhr der Umgebungsluft und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren; und

- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit der Karbonisierungseinheit verbindet.

Die Elektrolyseeinheit weist wenigstens einen Sauerstoffauslass zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Luftauslass zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft auf, wobei der Sauerstoffauslass und der Luftauslass in die Außenatmosphäre münden. Die Karbonisierungseinheit weist einen Kohlenstoffauslass zur Entnahme von Kohlenstoff auf.

Die Anlage weist ferner wenigstens eine Stromerzeugungseinheit zur autarken Stromversorgung der Anlage auf, wobei die Stromerzeugungseinheit zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage ist die

Stromerzeugungseinheit wenigstens eine Photovoltaikeinheit zur Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Die Nutzung einer Photovoltaikeinheit ist besonders bevorzugt, da hier die Energieerzeugungskosten besonders gering sind. Gegenüber anderen Technologien zur regenerativen Energieerzeugung ist die Energieerzeugung mittels Photovoltaik um das Dreifache bis Zehnfache kostengünstiger. Dies gilt insbesondere, wenn die Anlage in einer Region mit hoher Sonnenstundendauer aufgebaut ist, beispielsweise in Saudi-Arabien.

Auch wenn eine Energieerzeugung durch Photovoltaik bevorzugt ist, kann die Stromerzeugungseinheit zusätzlich oder alternativ wenigstens eine Windkrafteinheit zur Umwandlung von Windenergie in Strom aufweisen. Die Windkrafteinheit kann ein oder mehrere Windräder umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Stromerzeugungseinheit wenigstens eine Wasserkrafteinheit zur Umwandlung von Wasserenergie in Strom umfassen. Die Wasserkrafteinheit kann wenigstens ein Wasserkraftwerk, insbesondere Flusskraftwerk oder Pumpspeicherkraftwerk sein. Die Wasserkrafteinheit kann zusätzlich oder alternativ ein Wellenkraftwerk umfassen. Ferner kann die Stromerzeugungseinheit zusätzlich oder alternativ wenigstens eine thermische Einheit zur Umwandlung von Wärmeenergie in Strom sein. Die thermische Einheit kann dazu angepasst sein, Wärme aus wenigstens einer unter der Erdoberfläche liegenden Erdschicht in Strom umzuwandeln. Andere thermische Einheiten sind möglich.

Die Anlage kann ferner wenigstens einen Pufferspeicher zum Speichern von Energie aufweisen. Beispielsweise kann der Pufferspeicher dazu angepasst sein, elektrischen Strom zu speichern. Alternativ kann der Pufferspeicher dazu angepasst sein, Wasserstoff zu speichern. Letzteres ist besonders bevorzugt. Durch den Pufferspeicher wird die Energieversorgung der Anlage auch in der Nacht ermöglicht, sodass die Anlage ohne Betriebsunterbrechung betrieben werden. Die Anlage und das Verfahren können so kontinuierlich betrieben werden.

Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Um Sauerstoff zur Abgabe in die Außenatmosphäre herzustellen, ist für die Anlage lediglich Wasser als Basisstoff erforderlich, der durch einen Elektrolyseprozess in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Dieser Prozess wird als Wasserelektrolyse bezeichnet. Die Elektrolyseeinheit ist zur Aufnahme einer Wassermenge für den Elektrolyseprozess mit der Wasserzuführleitung verbunden. Die Wassermenge kann eine Süßwassermenge oder eine entsalzte Meerwassermenge sein. Des Weiteren kann wenigstens eine Aufbereitungseinheit, insbesondere eine Entsalzungseinheit, vorgesehen sein, die die Wassermenge vor dem Elektrolyseprozess aufbereitet, insbesondere reinigt und/oder entsalzt.

Ist die aufgenommene Wassermenge durch die Elektrolyseeinheit in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge aufgeteilt, wird die abgetrennte Sauerstoffteilmenge durch den Sauerstoffauslass der Elektrolyseeinheit in die Außenatmosphäre abgeführt. Dadurch wird die Luft der Außenatmosphäre mit frischem Sauerstoff vermischt und der natürliche Wald bei der Sauerstoffproduktion unterstützt.

Der Sauerstoffauslass kann durch wenigstens eine Leitung, insbesondere eine Rohrleitung, gebildet sein, die sich von der Elektrolyseeinheit zur Außenatmosphäre hin erstreckt. Alternativ kann der Sauerstoffauslass durch einen Kamin gebildet sein, durch den die abgetrennte Sauerstoffteilmenge in die Atmosphäre abführbar ist. Zum Abführen der Sauerstoffteilmenge kann wenigstens ein Ventilator, insbesondere ein Gebläse, zwischen der Elektrolyseeinheit und dem Sauerstoffauslass angeordnet sein.

Die abgetrennte Wasserstoffteilmenge wird mittels der

Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise zur Karbonisierungseinheit geleitet. Die Wasserstofftransporteinrichtung kann eine Rohrleitung sein, die mit der Elektrolyseeinheit und der Karbonisierungseinheit verbunden ist. Die Anlage kann einen Wasserstoffzwischenspeicher aufweisen, der die Wasserstoffteilmenge vor der Zufuhr an die Karbonisierungseinheit zwischenspeichert. Die Wasserstofftransporteinrichtung verbindet dann bevorzugt die Elektrolyseeinheit mit dem Wasserstoffzwischenspeicher und diesen wiederum mit der Karbonisierungseinheit. Der Wasserstoffzwischenspeicher kann ein Behälter, insbesondere ein Druckbehälter sein.

Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit ist dazu angepasst, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren. Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit dient daher zur Reinigung der Umgebungsluft der Außenatmosphäre von Kohlenstoffdioxid. Dazu weist die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit die Sorbereinrichtung auf, die dazu angepasst ist, wenigstens eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu entnehmen. Die Sorbereinrichtung ist bevorzugt ein Amintauscher. Andere Sorbereinrichtungen zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus Luft sind möglich.

Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit hat den Vorteil, dass die C0 ₂ -Konzentration in der Atmosphäre reduziert und somit der ursprünglichen Konzentration vor der Industrialisierung wieder angenähert wird. Dies stellt eine Teilfunktion des natürlichen Waldes dar, sodass dieser weiter unterstützt wird. Vorteilhaft wird dadurch die globale Erwärmung verlangsamt.

Durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung wird die extrahierte Kohlenstoffdioxidmenge an die Karbonisierungseinheit geleitet. Die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung kann eine Rohrleitung sein, die mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit und der Karbonisierungseinheit verbunden ist. Die Anlage kann einen Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher aufweisen, in dem die Kohlenstoffdioxidmenge durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung vor der Weiterleitung an die Karbonisierungseinheit zwischengespeichert wird. Die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung kann die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit dem Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher und mit der Karbonisierungseinheit verbinden. Der Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher kann ein Behälter, insbesondere ein Druckbehälter, sein.

Die Karbonisierungseinheit verarbeitet die durch die

Wasserstofftransporteinrichtung zugeführte Wasserstoffteilmenge und die durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zugeführte Kohlenstoffdioxidmenge zu Wasser und Kohlenstoff. Dazu kommt vorzugsweise eine Bosch-Reaktion zum Einsatz. Andere Karbonisierungsverfahren sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Karbonisierungseinheit zur Durchführung eines Kvaerner-Prozesses oder eines C0 ₂ -Plasmabrenner-Verfahrens ausgebildet sein. Das Kohlenstoffdioxid der Kohlenstoffdioxidmenge wird also in Kohlenstoff und Sauerstoff aufgespalten, wobei sich der Sauerstoff zusammen mit dem Wasserstoff der Wasserstoffteilmenge zu Wasser verbindet. Der Kohlenstoff kann über den Kohlenstoffauslass der Karbonisierungseinheit entnommen werden, beispielsweise für eine Weiterverarbeitung oder Speicherung. Auf diese Weise wird der Kohlenstoffdioxidanteil in atmosphärischer Luft effizient reduziert. Die hier beschriebene Anlage bildet ein Mittel, mit dem der Kohlenstoffdioxidanteil der atmosphärischen Luft reduziert werden kann. Mit anderen Worten wird durch die Anlage eine unerwünschte Verringerung des Sauerstoffanteils verhindert, indem der C0 ₂ -Anteil in der Luft reduziert wird. Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird somit eine Mengenregulierung der Bestandteile in der atmosphärischen Luft ermöglicht, sodass ein bestehendes Ungleichgewicht der Mengen der Luftbestandteile ausgeglichen werden kann.

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die Anlage unabhängig von einer Tages- und Nachtzeit kontinuierlich betreibbar ist. Im Unterschied zu natürlichem Wald, der für die Photosynthese Sonnenlicht benötigt, ist durch die Anlage Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre fortwährend entnehmbar sowie Sauerstoff der Atmosphäre kontinuierlich zuführbar. Des Weiteren ist die Sauerstoffabgabe- sowie Kohlenstoffdioxidentnahmeleistung der Anlage im Wesentlichen unabhängig von einer Lebensdauer der Anlage. Durch den Betrieb der Anlage ist in einem kontinuierlichen Prozess Sauerstoff herstellbar und Kohlenstoffdioxid sorbierbar und durch die Karbonisierung langfristig aus der Atmosphäre entfernbar. Dadurch wird der natürliche Wald nicht nur zuverlässig unterstützt, sondern dessen Funktion zudem übertroffen, da die Speicherung des aus der Atmosphäre entnommenen Kohlenstoffs langfristig erfolgt und das Risiko reduziert ist, dass der Kohlenstoff durch Verbrennung beispielsweise von Waldflächen wieder freigesetzt wird. Insofern ist es vorteilhaft, wenn der in der Karbonisierungseinheit erzeugte Kohlenstoff einem Kohlenstoffspeicher zugeführt wird. Der Kohlenstoffspeicher kann insbesondere ein Meer bzw. ein Meeresboden sein. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff, insbesondere in Form von Graphit, auf dem Meeresboden dauerhaft gelagert werden.

Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anlage als Großkraftwerk in Küstengegenden, insbesondere mit See- oder Meerzugang, betreibbar, da Wasser zur Sauerstoffherstellung in sehr großen Mengen zur Verfügung steht. Vorzugsweise ist die Anlage für den Betrieb in sehr trockenen Gebieten, insbesondere Wüsten, ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass derartige Gebiete, in denen keine oder nur mehr geringe Vegetation vorherrscht, durch sinnvolle Nutzung aufgewertet werden. Die erfindungsgemäße Anlage bildet im Wesentlichen einen künstlichen Wald, der eine Funktion des natürlichen Waldes übernimmt und/oder den natürlichen Wald in seiner Funktion unterstützt. Ferner kann die Anlage in Kombination mit einer Photovoltaikanlage vollständig energieautark, d.h. ohne die Nutzung von fossilen Brennstoffen betrieben werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Wasserstofftransporteinrichtung und die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zusätzlich mit einer Methanolsyntheseeinheit zur Herstellung von Methanol verbunden sein, wobei die Methanolsyntheseeinheit einen Methanolauslass zur Entnahme von Methanol aufweist. Die Anlage kann somit auch genutzt werden, um einen CC -neutralen Kraftstoff, nämlich C0 ₂ -neutral hergestelltes Methanol, herzustellen. Dies gilt insbesondere, wenn die Energieversorgung der Anlage ausschließlich durch regenerative Energien, insbesondere eine Photovoltaikeinheit, erfolgt.

In den kommenden Jahren wird das Hauptaugenmerk des Klimaschutzes unter anderem darauf liegen, die Mobilität der Menschen möglichst klimaneutral, insbesondere CC^-neutral, aufrecht zu erhalten. Hier ist regenerativ erzeugtes Methanol ein wesentlicher Energieträger, der bisherige fossile Kraftstoffe ablösen kann. Insofern kann die Anlage zunächst hauptsächlich oder vollständig zur Erzeugung von Methanol eingesetzt werden, um der anfangs hohen Nachfrage nachzukommen. Sobald die Nachfrage nachlässt, weil beispielsweise die klimaneutrale Mobilität flächendeckend erreicht wurde oder Mobilität, insbesondere im Zuge der Digitalisierung, an Bedeutung verliert, kann die Anlage so betrieben werden, dass sukzessive der Anteil der Methanolherstellung reduziert und der Anteil der Karbonisierung und Kohlenstoffspeicherung erhöht werden. So könnte die Anlage im Jahr 2035 beispielsweise so betrieben werden, dass sie zu 20% Graphit zur Speicherung und zu 80% Methanol hervorbringt, wogegen dieselbe Anlage im Jahr 2050 50% Graphit zur Speicherung und zu 50% Methanol und im Jahr 2070 90% Graphit zur Speicherung und zu 10% Methanol erzeugt.

Da bei der Karbonisierung in der Karbonisierungseinheit Wasser, insbesondere reines Wasser, erzeugt wird, kann die Effizienz der Anlage vorteilhaft gesteigert werden, wenn zumindest ein Teil des Wassers an die Elektrolyseeinheit zurückgeleitet wird und so zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung steht. Insofern ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage vorgesehen, dass die Karbonisierungseinheit mittels einer Wassertransporteinrichtung mit der Elektrolyseeinheit verbunden ist.

Die Karbonisierungseinheit, insbesondere der Kohlenstoffauslass, ist vorzugsweise mittels einer Kohlenstofftransporteinrichtung mit einem Kohlenstoffspeicher verbunden. Dies ermöglicht die langfristige Speicherung des Kohlenstoffs und bewirkt so den gewünschten Effekt, den Kohlenstoffanteil in der Atmosphäre zu reduzieren und so das bisher durch die Industrialisierung entstandene Missverhältnis von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff zumindest teilweise zu revidieren.

Die Kohlenstofftransporteinrichtung kann zumindest abschnittsweise durch eine Wasserrückführleitung gebildet sein. Die Wasserrückführleitung kann insbesondere in einem Wasserreservoir, vorzugsweise dem Meer, münden. So kann der Kohlenstoff bzw. das Graphit langfristig auf dem Meeresboden eingelagert werden. Es ist zwar auch möglich, den Kohlenstoff als Aktivkohle zu handeln. Das übergeordnete Ziel der Erfindung, den Kohlenstoffanteil in der Atmosphäre langfristig zu reduzieren, wird jedoch zuverlässig erreicht, wenn der Kohlenstoff dauerhaft eingelagert wird. Der Meeresboden eignet sich dabei besonders als Kohlenstoffspeicher.

Insofern ist es bevorzugt, wenn die Wasserrückführleitung salzwasserbeständig ist. Ebenso kann die Wasserzuführleitung salzwasserbeständig sein. Insbesondere können die Wasserzuführleitung und die Wasserrückführleitung in ein Wasserreservoir, insbesondere ein Meer, münden, um Salzwasser aus dem Wasserreservoir aufzunehmen oder in das Wasserreservoir zurückzuführen. Wenn die Kohlenstofftransporteinrichtung zumindest abschnittsweise durch die Wasserrückführleitung gebildet ist, kann über die Wasserrückführleitung auch der Kohlenstoff in das Wasserreservoir geleitet werden.

Die Wasserzuführleitung kann eine Entsalzungseinrichtung aufweisen, um das Meerwasser vor der Zuleitung an die Elektrolyseeinheit zu entsalzen.

Vorzugsweise weist die Karbonisierungseinheit einen Katalysator aufweist, der Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Ruthenium umfasst. Dies gilt insbesondere, wenn die Karbonisierungseinheit als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildet ist.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit vorgesehen ist, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge mit der Wasserzuführleitung verbunden ist. Im Wasser, insbesondere Meerwasser ist ein beträchtlicher Anteil an Kohlenstoff in Form von CO2 enthalten, der auf diese Weise langfristig in Form von Graphit gespeichert werden kann. Die Reduktion des Kohlenstoffdioxids aus dem Meerwasser wirkt sich ebenfalls auf den C0 ₂ -Anteil in der Atmosphäre aus, da durch die Reduktion des C02-Anteil im Meerwasser weniger CO2 ausgast und in die Atmosphäre gelangt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrolyseeinheit eine Abgabeleistung einer Sauerstoffteilmenge pro Jahr von mindestens 700000 Tonnen und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit eine Extraktionsleistung einer Kohlenstoffdioxidmenge pro Jahr von mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen, insbesondere 640000 Tonnen, auf. Die Elektrolyseeinheit kann dazu angepasst sein, aus einer Wassermenge von mindestens 1,5 kg, insbesondere von mindestens 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,2 kg, insbesondere von mindestens 1,5 kg, und/oder eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,1 kg, insbesondere von mindestens 0,15 kg, abzutrennen.

Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit kann dazu angepasst sein, aus einer Umgebungsluftmenge von mindestens 3300 kg eine Kohlenstoffdioxidmenge von mindestens 1,1 kg, insbesondere mindestens 1,3 kg, vorzugsweise 1,375 kg, zu extrahieren.

Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage, insbesondere ein Kraftwerk, zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und im Wasser, vorzugsweise Meerwasser, für die Herstellung eines Flüssigkraftstoffes, wobei die Anlage folgendes umfasst:

- wenigstens eine Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung, die mit wenigstens einer Wasserzuführleitung zur Aufnahme einer Wassermenge verbunden und dazu angepasst ist, eine aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen; - wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung, die die Elektrolyseeinheit mit einer Methanolsyntheseeinheit zur Herstellung von Methanol verbindet;

- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Extraktionseinheit, die zur Extraktion von Kohlenstoffdioxid aus der Wassermenge mit der Wasserzuführleitung verbunden ist;

- wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit zur Reinigung von Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre, die wenigstens einen Lufteinlass zur Zufuhr der Umgebungsluft und wenigstens eine nachgeordnete Sorbereinrichtung aufweist, die dazu angepasst ist, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft zu extrahieren; und

- wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit der Methanolsyntheseeinheit verbindet, wobei die Elektrolyseeinheit wenigstens einen Sauerstoffauslass zur Abgabe der Sauerstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Luftauslass zur Abgabe von gereinigter Umgebungsluft aufweist, wobei der Sauerstoffauslass und der Luftauslass in die Außenatmosphäre münden, und wobei die Methanolsyntheseeinheit einen Methanolauslass zur Entnahme von Methanol aufweist.

Die Anlage weist ferner wenigstens eine Stromerzeugungseinheit zur autarken Stromversorgung der Anlage auf, wobei die Stromerzeugungseinheit zur Stromerzeugung eine oder mehrere, insbesondere ausschließlich, regenerative Energiequellen nutzt.

Bei dieser Anlage besteht der Vorteil darin, dass nicht nur das Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, sondern auch das im Wasser gebundene Kohlenstoffdioxid genutzt wird, um Methanol als klimaneutralen Flüssigkraftstoff zu erzeugen. Das erhöht die für die Methanolherstellung verfügbaren Rohstoffquellen und bietet insofern eine Ausfallsicherheit. Gleichzeitig wird das Ziel, den Kohlenstoffdioxidanteil in der Atmosphäre zu reduzieren, weiterverfolgt.

Die mit Bezug auf die Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft oben erläuterten Weiterbildungen und Vorteile gelten insoweit entsprechend auch für die Anlage zur Erzeugung von Flüssigkraftstoff.

Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft, insbesondere zur Verbesserung atmosphärischer Luftqualität, insbesondere zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Anlage, wobei bei dem Verfahren

- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung eine Wassermenge aufgenommen wird und die aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird;

- die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Karbonisierungseinheit geleitet wird;

- Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit gereinigt wird, wobei die Umgebungsluft durch wenigstens einen Lufteinlass einer nachgeordneten Sorbereinrichtung zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft extrahiert wird; und

- die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Karbonisierungseinheit geleitet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Sauerstoffteilmenge und die gereinigte Umgebungsluft an die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge werden in der Karbonisierungseinheit, vorzugsweise einer Bosch-Reaktionseinheit, zu Wasser, Kohlenstoff und Wärme umgewandelt. Dadurch wird eine Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der atmosphärischen Luft und somit der Ausgleich eines bestehenden Ungleichgewichts der Mengen der Luftbestandteile ermöglicht.

Bei dem Verfahren wird die Anlage wird autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt.

Bevorzugte Weiterbildungen und Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Anlagen offenbarten Weiterbildungen und Vorteilen.

So kann die Bosch-Reaktionseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Wasserrückführeinrichtung mit der Elektrolyseeinheit verbunden sein. Insbesondere kann das in der Karbonisierungseinheit entstehende Wasser von der Karbonisierungseinheit zur Elektrolyseeinheit geleitet und darin zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden. Damit wird die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht, da der Anteil an Frischwasser, der dem Prozess für die Elektrolyse zugeführt werden muss, reduziert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Karbonisierungseinheit, insbesondere der Kohlenstoffauslass, mittels einer Kohlenstofftransporteinrichtung mit einem Kohlenstoffspeicher verbunden ist. Der Kohlenstoff, der in der Karbonisierungseinheit hergestellt wird, kann so dem Kohlenstoffspeicher zur langfristigen Speicherung zugeführt werden. Der Kohlenstoffspeicher kann insbesondere ein natürlicher Speicher, beispielsweise ein Meeresgrund sein. Konkret kann der aus der Karbonisierungseinheit entnommene Kohlenstoff, der gesteinsartig verfestigt sein kann (Graphit), langfristig im Meer gelagert werden. Es ist aber auch möglich, zumindest einen Teil des Kohlenstoffs zur industriellen Weiterverarbeitung, beispielsweise für die Herstellung von Kohlefasern, bereitzustellen. Letzteres ist jedoch nicht hauptsächlich beabsichtigt, weil durch die Weiterverarbeitung und ggf. spätere Verbrennung weiterverarbeiteter Produkte keine Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der Atmosphäre erreicht wird. Eine vertretbare Form der Weiterverarbeitung besteht darin, das Graphit als Düngemittel bzw. zur Bodenaufbesserung in der Landwirtschaft zu nutzen. Da für den Weitertransport des Graphits in die entsprechenden Regionen Energie benötigt wird, die meist zu einem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre führt, sinkt damit jedoch die Effizienz im Hinblick auf die Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in der Atmosphäre.

Die bei der Karbonisierung in der Karbonisierungseinheit, insbesondere bei einer Bosch-Reaktion in der Bosch-Reaktionseinheit, entstehende Wärme kann zur Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit geleitet und dort als Energie für die Kohlenstoffsorption genutzt werden. Auf diese Weise wird die Effizienz des gesamten Verfahrens weiter gesteigert und der Primärenergiebedarf der Anlage bzw. des Verfahrens reduziert.

Vorzugsweise beträgt die Prozesstemperatur für die zur Karbonisierung bevorzugte eingesetzte Bosch-Reaktion, die zur Erzeugung von Kohlenstoff aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in der als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildeten Karbonisierungseinheit erfolgt, zwischen 530°C und 730°C.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Elektrolyseeinheit eine Abgabeleistung einer Sauerstoffteilmenge pro Jahr von mindestens 700000 Tonnen auf. Bevorzugt ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von mindestens 500000 Tonnen, insbesondere von mindestens 700000 Tonnen, insbesondere von 750000 Tonnen, mindestens 700000 Tonnen Sauerstoff pro Jahr herzustellen. Im Vergleich zu natürlichem Wald, der eine jährliche Sauerstoff-Abgabeleistung von 15 bis 30 Tonnen pro Hektar aufweist, produziert die Anlage bei dieser Ausführungsform und mit einer beispielhaft angenommenen Fläche von zirka 12 Quadratkilometer um das 5-fache bis 40- fache mehr Sauerstoff pro Jahr.

Alternativ oder zusätzlich weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit vorzugsweise eine Extraktionsleistung einer Kohlenstoffdioxidmenge pro Jahr von mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen auf. Bevorzugt ist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit dazu angepasst, aus einer Luftmenge von 1450 bis 1600 Megatonnen, insbesondere von 1570 Megatonnen, mindestens 400000 Tonnen, insbesondere 600000 Tonnen, insbesondere 640000 Tonnen, Kohlenstoffdioxid pro Jahr abzutrennen. Dadurch wird die C0 ₂ -Konzentration durch einen kontinuierlichen Prozess in der Luft in erheblichen Mengen reduziert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von mindestens 1,5 kg, insbesondere von mindestens 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,2 kg, insbesondere von mindestens 1,5 kg, und/oder eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,1 kg, insbesondere von mindestens 0,15 kg abzutrennen. Bevorzugt ist die Elektrolyseeinheit dazu angepasst, aus einer Wassermenge von 1,7 kg, eine Sauerstoffteilmenge von mindestens 1,4 kg, insbesondere mindestens, 1,45 kg, vorzugsweise 1,5 kg, und eine Wasserstoffteilmenge von mindestens 0,18 kg, vorzugsweise 1,1875 kg, abzutrennen. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Elektrolyseeinheit höchst effizient ausgelegt ist und sehr große Mengen an Sauerstoff und Wasserstoff produziert werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit dazu angepasst, aus einer Umgebungsluftmenge von mindestens 3300 kg eine Kohlenstoffdioxidmenge von mindestens 1,1 kg bis 2kg, insbesondere mindestens 1,3 kg, vorzugsweise 1,375 kg, zu extrahieren. Dadurch wird die erhebliche Reduzierung der C0 ₂ -Konzentration in der Luft ermöglicht.

Bevorzugt weisen die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit jeweils wenigstens einen Montagebereich auf, der mit einem Fundament, insbesondere eines Gebäudes und/oder Bauwerks, verbindbar oder verbunden ist. Durch die Montagebereiche sind die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit bevorzugt mit dem Fundament fest verbunden. Alternativ kann die jeweilige Einheit mit jeweils einem separaten Fundament verbunden sein.

Bei der Ausgestaltung der Anlage als Großkraftwerk sind die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit in großem Maßstab ausgebildet. Die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit können jeweils in einem separaten Betriebsgebäude angeordnet sein. Die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit können in separaten Betriebsgebäuden angeordnet sein, die unmittelbar oder mittelbar aneinander angrenzen. Alternativ können die Elektrolyseeinheit und/oder die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit jeweils in einem Betriebsgebäude gemeinsam angeordnet sein. Eine Kombination aus separater Anordnung und gemeinsamer Anordnung der jeweiligen Elektrolyseeinheit und/oder Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit ist möglich.

Insgesamt sind die Anlage und das damit durchgeführte Verfahren vorzugsweise so ausgelegt, dass jährlich wenigstens 50.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 100.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 150.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 200.000 Tonnen, insbesondere wenigstens 250.000 Tonnen, Graphit hergestellt werden können.

Die Anlage kann eine eigene Infrastruktur aufweisen. Beispielsweise kann die Anlage wenigstens eine Zufahrtsstraße umfassen. Des Weiteren kann die Anlage aus mehreren Bauwerken bestehen. Dies können beispielsweise industrielle Betriebsgebäude sein. Zusätzlich ist es möglich, dass die Anlage einen Flafen für Schiffe umfasst. Ferner können Stromtrassen vorgesehen sein, um die Anlage mit Strom beispielsweise aus einer Photovoltaikeinheit zu versorgen.

Bei der Ausgestaltung als Kleinkraftwerk kann die Anlage in wenigstens einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann die Anlage einhüllen. Das Gehäuse kann aus Kunststoff und/oder Metall ausgebildet sein. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Anlage in kommunalen Gebäuden als Teil einer Lüftungsanlage oder in Städten zur Verbesserung der Luftqualität zum Einsatz kommen kann.

Vorzugsweise umfasst die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit wenigstens einen Kamin und wenigstens einen quer zum Kamin verlaufenden Strömungskanal, der an einem in Einbaulage unten angeordneten Bereich mit dem Kamin verbunden ist. Der Kamin weist bevorzugt den Luftauslass und der Strömungskanal den Lufteinlass auf. Weiter bevorzugt ist die Sorbereinrichtung in Strömungsrichtung zwischen dem Strömungskanal und dem Kamin angeordnet. Der Strömungskanal ist bevorzugt länglich und bildet einen Bereich zum Zuführen von Umgebungsluft zu der Sorbereinrichtung. Der Kamin ist der Sorbereinrichtung nachgeschaltet und führt die gereinigte Umgebungsluft von der Sorbereinrichtung in die Außenatmosphäre ab.

Der Kamin kann zum Strömungskanal im Wesentlichen senkrecht angeordnet sein. Der Luftauslass und der Lufteinlass weisen vorzugsweise einen Höhenversatz zueinander auf. Mit anderen Worten sind der Lufteinlass und der Luftauslass vorzugsweise vertikal versetzt. Die Sorbereinrichtung ist bevorzugt mit Umgebungsluft durchströmbar. Hier ist vorteilhaft, dass durch die Ausgestaltung der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit mit dem Kamin und dem Strömungskanal eine natürliche Ventilation realisiert wird, sodass kein elektrisch betriebener Ventilator zur Luftbeschleunigung erforderlich ist.

Dennoch ist es möglich, dass bei einer weiteren Ausführungsform ein Ventilator, insbesondere ein Gebläse, vorgesehen ist, der zu reinigende Umgebungsluft der Sorbereinrichtung zuführt. Dies kann beispielsweise beim Anfahren der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit erforderlich sein, um den natürlichen Kaminzug in der Anfangsphase des Betriebs zu erzeugen. Der wenigstens eine Kamin kann einen Durchmesser zwischen 20 Meter und 30 Meter und eine Höhe zwischen 50 Meter und 200 Meter aufweisen. Der Durchmesser des Kamins bezieht sich auf die Größe des Luftauslasses. Es ist möglich, dass der Kamin im Anschlussbereich des Strömungskanals einen größeren Durchmesser aufweist, als im Bereich des Luftauslasses. Bevorzugt weist der Kamin einen Durchmesser von 25 Meter und eine Höhe von 100 Meter auf. Durch derartige Abmessungen des Kamins wird eine optimierte natürliche Ventilation ermöglicht.

Beispielsweise wird bei einem Durchmesser von 25 Meter und einer Höhe von 100 Meter des Kamins sowie bei einer ersten Temperatur der Umgebungsluft außerhalb der Sorptionseinheit von 40°C und einer zweiten Temperatur der Umgebungsluft innerhalb der Sorptionseinheit, insbesondere im Strömungskanal und/oder im Kamin, eine Luftventilation bzw. eine Luftdurchströmmenge, insbesondere eine gereinigte Umgebungsluftmenge, mit einer Anzahl von vierzig Kaminen von mindestens 1800 Megatonnen pro Jahr erreicht.

Der Strömungskanal weist vorzugsweise zur Sonnenstrahlabsorption eine in Einbaulage oben angeordnete Fläche, insbesondere zumindest abschnittsweise dunkelfarbige Fläche, auf, um die in den Strömungskanal befindliche Umgebungsluft durch Strahlungswärme zu erwärmen. Der Strömungskanal ist bevorzugt direkt unterhalb der oben angeordneten Fläche angeordnet. Die in Einbaulage oben angeordnete Fläche kann im Wesentlichen schwarz sein. Die oben angeordnete Fläche kann Teil wenigstens eines Blechs sein. Es ist alternativ möglich, dass die oben angeordnete Fläche Teil wenigstens einer Platte ist. Hierbei wird die natürliche Ventilation zur Luftbewegung zwischen dem Strömungskanal und dem Kamin weiter verbessert.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die oben angeordnete Fläche zumindest abschnittsweise dunkelfarbig und zumindest abschnittsweise hellfarbig ausgestaltet. Dadurch wird eine Absorption sowie Reflektion von Sonnenstrahlen ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die oben angeordnete Fläche Teil eines flächigen Anlagenbereichs, an dessen Längsseite mehrere Kamine, insbesondere vierzig Kamine, in Reihe angeordnet sind, wobei unterhalb der oben angeordneten Fläche zu jeweils einem der Kamin hin ein Strömungskanal verläuft. Die Strömungskanäle können jeweils durch eine Trennwand voneinander getrennt sein. Die Strömungskanäle verlaufen vorzugsweise parallel und sind Teil des flächigen Anlagenbereichs. Dadurch weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit einen platzsparenden und vereinheitlichten Aufbau auf.

Der flächige Anlagenbereich kann in der Draufsicht rechteckig ausgebildet sein.

Es ist auch möglich, dass der flächige Anlagenbereich in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet ist. Der flächige Anlagenbereich grenzt bevorzugt unmittelbar an die weiteren Einheiten der Anlage an, um die Leitungen kurz zu halten.

Bei einer Ausführungsform weist der flächige Anlagenbereich wenigstens eine Photovoltaikeinheit auf, die auf der oben angeordneten Fläche angeordnet ist. Die Photovoltaikeinheit kann mit der Elektrolyseeinheit zur Stromversorgung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Photovoltaikeinheit zur Stromversorgung mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit verbunden sein. Die Photovoltaikeinheit kann auf der oben angeordneten Fläche als Photovoltaikfeld ausgebildet sein. Durch die Photovoltaikeinheit ist die Anlage energieautark betreibbar. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Anlage ausschließlich mit Strom aus Sonnenenergie betrieben und somit auf fossile Brennstoffe zur Energieerzeugung zur Gänze verzichtet wird.

Offenbart und beansprucht wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Anlage zur Nutzung des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft für die Fierstellung eines Flüssigkraftstoffes, insbesondere einer Anlage zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und zur Nutzung dieses Kohlenstoffdioxidanteils zumindest teilweise für die Fierstellung eines Flüssigkraftstoffes. Bei dem Verfahren wird

- von wenigstens einer Elektrolyseeinheit zur Sauerstoffherstellung durch wenigstens eine Wasserzuführleitung eine Wassermenge aufgenommen und die aufgenommene Wassermenge durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt; - die Wasserstoffteilmenge durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung zumindest teilweise an eine Methanolsyntheseeinheit geleitet;

- Umgebungsluft einer die Anlage umgebenden Außenatmosphäre durch wenigstens eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit gereinigt, wobei die

Umgebungsluft durch wenigstens einen Lufteinlass einer nachgeordneten Sorbereinrichtung zugeführt wird und anschließend durch die Sorbereinrichtung eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft extrahiert wird; und - die Kohlenstoffdioxidmenge durch wenigstens eine

Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung zur Methanolsyntheseeinheit (34) geleitet, wobei die Sauerstoffteilmenge und die gereinigte Umgebungsluft in die Außenatmosphäre abgegeben und die Wasserstoffteilmenge und die Kohlenstoffdioxidmenge in der Methanolsyntheseeinheit zu Methanol umgewandelt werden.

Bei diesem Verfahren wird die Anlage ebenfalls autark mit Strom aus einer oder mehreren, insbesondere ausschließlich, regenerativen Energiequellen versorgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung der zugehörigen Anlage. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß Anspruch 17 beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen und Vorteile gelten entsprechend auch für das Verfahren gemäß Anspruch 23.

Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Anlage ausgestaltet sein kann.

In diesen zeigen, Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur

Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur

Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft und zur Herstellung eines klimaneutralen Flüssig kraftstoffs nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur

Herstellung eines klimaneutralen Flüssig kraftstoffs nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum

Betreiben der Anlagen gemäß Fig. 1 oder 2 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anlage 10 zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Anlage 10 umfasst eine Elektrolyseeinheit 11 zur Sauerstoffherstellung und eine Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 zur Reinigung von Umgebungsluft UL einer die Anlage 10 umgebenden Außenatmosphäre. Ferner umfasst die Anlage 10 eine Stromerzeugungseinheit 31 zur autarken Stromversorgung der Anlage 10, auf die später näher eingegangen wird.

Die Elektrolyseeinheit 11 ist dazu ausgebildet, eine Wassermenge M _H 2 _O durch Elektrolyse in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zu zerlegen. Die Elektrolyseeinheit 11 bildet somit eine Einheit zur Wasserelektrolyse. Die Elektrolyseeinheit 11 ist mit einer Wasserzuführleitung 13 zur Aufnahme der Wassermenge M _H 2 _O verbunden. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, ist zwischen der Elektrolyseeinheit 11 und der Wasserzuführleitung 13 eine Pumpeneinheit 25 angeordnet. Die Pumpeneinheit 25 weist wenigstens eine Pumpe zur Beförderung von Wasser aus einem Wasserreservoir 26 auf. Das Wasserreservoir 26 kann ein Meer mit Meerwasser sein. Alternativ kann das Wasserreservoir 26 ein See mit Süßwasser sein. Es ist auch möglich, dass die Wasserzuführleitung 13 mit einem Fluss verbunden ist, um Süßwasser für die Wasserelektrolyse zu entnehmen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage 10 ist die Wasserzuführleitung 13 mit einem Meer zur Entnahme von Meerwasser verbunden. Die Anlage 10 ist in Küstennahe angeordnet, um die zu überwindende Distanz zur Wasserzufuhr, insbesondere die Wasserzuführleitung 13 kurzzuhalten.

Die Pumpeneinheit 25 ist dazu ausgebildet, Meerwasser aus dem Meer zu fördern und weiteren Anlagenteilen bzw. Einheiten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Um das Meerwasser für den Elektrolysevorgang durch die Elektrolyseeinheit 11 aufzubereiten, weist die Anlage 10 eine Meerwasserentsalzungseinheit 27 auf. Die Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist mit der Pumpeneinheit 25 durch wenigstens eine Rohrleitung verbunden oder in die Pumpeneinheit 25 integriert. Die Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist dazu angepasst, aus der geförderten Meerwassermenge M 2o einen bestimmten Salzanteil herauszutrennen, so dass das Meerwasser nach dem Entsalzungsvorgang durch die Meerwasserentsalzungseinheit 27 einen verringerten Salzgehalt aufweist. Die entsalzte Meerwassermenge M _H 2 _O entspricht der Wassermenge M _H 2 _O , die durch die Elektrolyseeinheit 11 in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt wird. Die Elektrolyseeinheit 11 ist mit der Meerwasserentsalzungseinheit 27 durch mindestens eine Rohrleitung verbunden. Um das entsalzte Meerwasser von der Meerwasserentsalzungseinheit 27 zu der Elektrolyseeinheit 11 zu fördern, kann wenigstens eine weitere Pumpe zwischengeschaltet sein.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Elektrolyseeinheit 11 dazu ausgelegt, die aufgenommene Wassermenge M _H 2 _O in eine Wasserstoffteilmenge und eine Sauerstoffteilmenge M02 zu zerlegen. Zur Abgabe der erzeugten Sauerstoffteilmenge M02 weist die Elektrolyseeinheit 11 einen Sauerstoffauslass 16 auf, der in die Außenatmosphäre mündet. Es ist möglich, dass die Elektrolyseeinheit 11 einen oder mehrere Sauerstoffauslässe 16 zur Abgabe der erzeugten Sauerstoffteilmenge M02 aufweist.

Die Anlage 10 weist des Weiteren wenigstens eine nicht dargestellte Wasserstofftransporteinrichtung auf, die dazu angepasst ist, die aus der Wassermenge M _H 2 _O abgetrennte Wasserstoffteilmenge einer Karbonisierungseinheit 34 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Es ist möglich, dass die Anlage 10 dazu einen Wasserstoffzwischenspeicher aufweist, der mit der Wasserstofftransporteinrichtung verbunden ist. Die Wasserstofftransporteinrichtung führt nach dem Elektrolysevorgang die abgetrennte Wasserstoffteilmenge von der Elektrolyseeinheit 11 dem Wasserstoffzwischenspeicher oder der Karbonisierungseinheit 34 direkt zu. Alternativ ist es möglich, dass die Wasserstofftransporteinrichtung die Wasserstoffteilmenge einem weiteren nicht dargestellten Anlagenteil zuführt, um weiterverarbeitet zu werden.

Gemäß Fig. 1 weist die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 einen Lufteinlass 14 zur Zufuhr der Umgebungsluft UL und eine nachgeordnete Sorbereinrichtung 15 auf. Es ist möglich, dass die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 einen oder mehrere Lufteinlässe 14 aufweist. Die Sorbereinrichtung 15 ist mit dem Lufteinlass 14 verbunden. Die Sorbereinrichtung 15 ist dazu angepasst, eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der Umgebungsluft UL zu extrahieren. Die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 weist des Weiteren einen Luftauslass 17 auf. Der Luftauslass 17 dient zur Abgabe der von Kohlenstoffdioxid gereinigten Umgebungsluft UL'. Der Luftauslass 17 kann in Vertikalrichtung nach oben ausgerichtet und/oder Teil eines Kamins 19 sein.

Konkret ist die Sorbereinrichtung 15 zwischen dem Lufteinlass 14 und dem Luftauslass 17 angeordnet. Im Betrieb strömt die Umgebungsluft UL durch den Lufteinlass 14 zu der Sorbereinrichtung 15, die eine bestimmte Kohlenstoffdioxidmenge aus der Luft UL abtrennt, insbesondere filtert, wobei die gereinigte Umgebungsluft UL' nach der Sorbereinrichtung 15 durch den Luftauslass 17 in die Außenatmosphäre strömt. Generell ist es möglich, dass mehrere Lufteinlässe 14, mehrere Sorbereinrichtungen 15 und mehrere Luftauslässe 17 vorgesehen sind.

Konkret ist in Fig. 1 ein einzelner Kamin 19 mit einer Höhe H von 200 Meter dargestellt, der exemplarisch den äußeren Aufbau der Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit 12 zeigt. Der Luftauslass 17 mündet, wie in Fig. 1 dargestellt, ebenfalls wie der Sauerstoffauslass 16, in die Außenatmosphäre.

Die Anlage 10 umfasst des Weiteren eine Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die aus der Umgebungsluft UL abgetrennte Kohlenstoffdioxidmenge einem Kohlenstoffdioxidzwischenspeicher und/oder der Karbonisierungseinheit 34 der Anlage 10 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise werden der Karbonisierungseinheit 34 somit zumindest ein Teil der Wasserstoffteilmenge und zumindest ein Teil der Kohlenstoffdioxidmenge zugeführt, sodass die extrahierte Kohlenstoffdioxidmenge mit der abgetrennten Wasserstoffteilmenge zu weiteren Zwischen- und/oder Endprodukten verarbeitet wird. Konkret können zumindest ein Teil der Kohlenstoffdioxidmenge und zumindest ein Teil der Wasserstoffteilmenge in einer Bosch-Reaktion, die in der Karbonisierungseinheit (34), die vorzugsweise als Bosch-Reaktionseinheit ausgebildet ist, durchgeführt wird, zu Wasser, Kohlenstoff (Graphit) und Wärme umgesetzt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Anlage 10 einen flächigen Anlagenbereich 23 auf. Der flächige Anlagenbereich 23 schließt an die Elektrolyseeinheit 11 direkt an. Auf dem flächigen Anlagenbereich 23 ist eine Stromerzeugungseinheit 31 angeordnet, die eine Photovoltaikeinheit 24 ist. Die Photovoltaikeinheit 24 ist mit den jeweiligen Einheiten der Anlage 10 zur Stromversorgung verbunden. Die Photovoltaikeinheit 24 ist derart angepasst, dass die gesamte Anlage 10 energieautark betreibbar ist. Darunter ist zu verstehen, dass der elektrische Strom zum Betrieb der gesamten Anlage 10 ausschließlich durch Sonnenenergie mittels der Photovoltaikeinheit 24 bereitgestellt wird. Mit anderen Worten werden für den Betrieb der Anlage 10 keine fossilen Energiequellen verwendet.

Der flächige Anlagenbereich 23 weist eine Längserstreckung 32 von zirka 5000 Meter und eine Quererstreckung 33 von zirka 2000 Meter auf. Mit anderen Worten ist der flächige Anlagenbereich der Anlage 10 auf einer Fläche von 10 Quadratkilometer ausgebildet. Der in Fig. 1 gezeigte Anlagenbereich beinhaltend die Elektrolyseeinheit 11 kann eine Teillängserstreckung 29 von zirka zwei Kilometer aufweisen. Andere Teillängs-, Längs- und Quererstreckungen 29, 32, 33 sind möglich.

Geht man von einer Gesamtfläche der Anlage 10 von zirka zwölf Quadratkilometer aus, produziert die Anlage 10 mindestens 580 Tonnen Sauerstoff pro Flektar (0,01 Quadratkilometer) pro Jahr. Im Vergleich zu einem herkömmlichen natürlichen Wald, der eine jährliche Sauerstoffmenge von 15 bis 30 Tonnen pro Flektar abgibt, weist die Anlage 10 eine um 5-mal bis 40-mal höhere Sauerstoffabgabe in die Atmosphäre auf. Die Anlage 10 kann daher als künstlicher Wald bezeichnet werden, der eine höhere Sauerstoffabgabeleistung als natürlicher Wald aufweist. Insofern bietet die erfindungsgemäße Anlage eine etwa 30-fach effizientere Flächennutzung als der natürliche Wald.

Die vorstehend beschriebene Meerwasserentsalzungseinheit 27 ist mit einer Wasserrückführleitung 28 verbunden, durch die eine rückzuführende Meerwassermenge M' _H 2 _O mit erhöhtem Salzgehalt in das Meer zurückgeführt wird. Konkret wird aus der entnommenen Meerwassermenge ein bestimmter Salzgehalt extrahiert und anschließend mit einem Teil der entnommenen Meerwassermenge als rückzuführende Wassermenge M' _H 2 _O wieder in das Meer zurückgeführt.

Dadurch ist ein Wasserkreislauf bereitgestellt, der für die Natur unschädlich ist.

Der bevorzugte Aufstellungsort der Anlage 10 ist in Küstennähe eines Meeres. Besonders bevorzugt ist die Anlage 10 in einer Wüste aufgebaut. Die Anlage 10 gemäß Fig. 1 ist ein Großkraftwerk. Die Anlage 10 weist wenigstens einen Montagebereich 18 auf, der mit einem Fundament eines Gebäudes und/oder eines Bauwerks verbunden ist. Generell ist es möglich, dass die Elektrolyseeinheit 11 und/oder die Kohlendioxid-Sorptionseinheit 12 in einem gemeinsamen Gebäude oder in separaten Gebäuden angeordnet sind.

Die Stromversorgungseinheit 31 weist bevorzugt einen nicht dargestellten Stromspeicher auf, der zur Stromversorgung der Anlage 10 im Nachtbetrieb angepasst ist.

Die Anlage 10 gemäß Fig. 2 ist zur Anlage 10 gemäß Fig. 1 weitgehend identisch und unterscheidet sich nur durch eine Ergänzung der Anlage 10 um eine Methanol-Syntheseeinheit 37. Die Methanol-Syntheseeinheit 37 ist mit der Elektrolyseeinheit 11 oder einem Wasserstoffzwischenspeicher durch eine Wasserstofftransporteinrichtung und mit der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 durch eine Kohlenstofftransporteinrichtung verbunden. Aus dem zugeführten Wasserstoff und Kohlenstoff synthetisiert die Methanol-Syntheseeinheit 37 Methanol, das über einen Methanolauslass 38 aus der Anlage 10 entnommen werden kann. Das Methanol kann insbesondere mittels eines Kraftstoffverteil Systems, das Schiffe, insbesondere Tankschiffe, Tankgüterzüge und/oder Tanklastwagen umfassen kann, an dezentrale Methanolabgabestellen weltweit verteilt werden. Die Methanolabgabestellen können Tankstellen sein, an welchen das Methanol zur Betankung von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Lokomotiven bereitgestellt wird.

Durch eine entsprechende Steuerung des Verfahrens in der Anlage 10 kann eingestellt werden, welcher Anteil des in der Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit sorbierten Kohlenstoffs für die Produktion des Flüssigkraftstoffs Methanol oder für die Produktion von Graphit zur Speicherung in einem Kohlenstoffspeicher genutzt wird. Anfangs wird voraussichtlich ein Verhältnis von 20% Graphit und 80% Methanol zweckmäßig sein, wobei der Anteil an Methanol im Verlauf sukzessive reduziert und der Anteil an Graphit erhöht werden wird, wenn der Bedarf an der Methanolproduktion insbesondere durch den Bau weiterer Anlagen 10 sinkt.

Generell umfassen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anlagen zusätzlich die Karbonisierungseinheit 34, die vorzugsweise eine Bosch-Reaktionseinheit ist. Insbesondere kann ein Reaktorgebäude vorgesehen sein, in welchem ein Reaktor, vorzugweise ein Wirbelschichtreaktor, angeordnet ist, wobei in dem Reaktor eine Bosch-Reaktion erfolgen kann. Die Karbonisierungseinheit 34 ist vorzugsweise in die Anlage 10 integral eingebunden, kann jedoch auch als separate Nebenanlage ausgebildet sein. Die Karbonisierungseinheit 34 weist einen Kohlenstoffauslass 36 auf, der in den dargestellten Ausführungsbeispielen durch die Wasserrückführleitung 28 gebildet ist oder in diese mündet. Die für die Elektrolyse erforderliche aus dem Wasserreservoir 26 entnommene Wassermenge M _H 2 _O wird in der Anlage 10 nicht vollständig in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Vielmehr bleibt eine Restmenge an Wasser, die als rückgeführte Wassermenge M' _H 2 _O über die Wasserrückführleitung 28 in das Wasserreservoir 26 zurückgeführt wird. Der in der Karbonisierungseinheit 34 erzeugte Graphit wird dabei vorzugsweise ebenfalls in das Wasserreservoir 26, das vorzugsweise das Meer ist, geleitet. Auf dem Meeresgrund bildet sich so ein Kegel von inertem Graphit, der zusätzlich als Riff genutzt werden kann und so die Artenvielfalt im Meer fördert.

In Fig. 3 ist eine Anlage 10 gezeigt, dass im Wesentlichen für die Übergangsphase gedacht ist, in welcher die Produktion eines klimaneutralen Flüssigkraftstoffs Priorität hat. Die Anlage 10 gemäß Fig. 3 entspricht im Wesentlichen der Anlage 10 gemäß Fig. 2, verzichtet jedoch auf die Karbonisierungseinheit 34. Diese kann jedoch später nachgerüstet werden. Die Anlage 10 gemäß Fig. 3 dient damit ausschließlich der Erzeugung eines Flüssigkraftstoffs, insbesondere von Methanol.

Für die in den Zeichnungen dargestellten Anlagen 10 gilt allgemein, dass das Kohlenstoffdioxid nicht nur über die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit aus der Luft entnommen werden kann. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Anlage 10 eine Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit aufweist, die mit der Wasserzuführleitung 13 verbunden ist und Kohlenstoffdioxid aus der entnommenen Wassermenge M _H 2 _O extrahiert. Die Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit kann alternativ zur Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 vorgesehen sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Kohlenstoffdioxidextraktionseinheit zusätzlich zur Kohlenstoffdioxid- Sorptionseinheit 12 vorgesehen ist.

Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben der Anlage 10 gemäß Fig. 1 und/oder gemäß Fig. 2 näher beschrieben.

In einem ersten Verfahrensschritt wird mittels der Elektrolyseeinheit 11 zur Sauerstoffherstellung durch die Wasserzuführleitung 13 eine Wassermenge M _H 2 _O aufgenommen. Anschließend wird die aufgenommene Wassermenge M _H 2 _O durch einen Elektrolysevorgang in eine Sauerstoffteilmenge M02 und eine Wasserstoffteilmenge zerlegt. Die Wasserstoffteilmenge wird durch wenigstens eine Wasserstofftransporteinrichtung einer Karbonisierungseinheit 34 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt, wobei die Karbonisierungseinheit 34 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Bosch-Reaktion ausführt.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird Umgebungsluft UL einer die Anlage 10 umgebenden Außenatmosphäre durch die Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit 12 gereinigt. Die Umgebungsluft UL wird durch mehrere Lufteinlässe 14 in die Strömungskanäle 21 eingeleitet, insbesondere eingesaugt, und den nachgeordneten Sorbereinrichtungen 15 zugeführt. Anschließend extrahieren die Sorbereinrichtungen 15 eine Kohlenstoffdioxidmenge aus der zugeführten Umgebungsluft UL. Die Kohlenstoffdioxidmenge wird durch die Kohlenstoffdioxidtransporteinrichtung der Bosch-Reaktion zugeführt. Anschließend wird die gewonnene Sauerstoffteilmenge M02 nach dem Zerlegungsvorgang und die gereinigte Umgebungsluft UL' nach der Extraktion der Kohlenstoffdioxidmenge in die Außenatmosphäre abgegeben. Dadurch wird der Sauerstoffanteil in der Luft erhöht und der C0 ₂ -Anteil in der Luft verringert.

Die Wasserstoffteilmenge wird ferner gemeinsam mit der Kohlenstoffdioxidmenge mittels der Bosch-Reaktion in Wasser, Kohlenstoff bzw. Graphit und Wärme umgewandelt, was anhand des Flussdiagramms gemäß Fig. 4 nachfolgend näher erläutert wird. Das hier beschriebene, insbesondere das in Fig. 4 gezeigte, Verfahren wird vorzugsweise in einer der Anlagen gemäß Fig. 1 und 2 durchgeführt.

Bei dem Verfahren wird Meerwasser entsalzt und das entsalzte Meerwasser anschließend mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Sauerstoff O2 wird an die Umgebungsluft, insbesondere in die Atmosphäre, abgeben, so dass der Sauerstoffanteil in der Umgebung der Anlage erhöht wird. Parallel dazu wird Kohlenstoffdioxid CO2 mittels einer Kohlenstoffdioxidsorption aus der Umgebungsluft UL, insbesondere der Atmosphäre, gesammelt. Das aus der Umgebungsluft UL entnommene Kohlenstoffdioxid bzw. die Kohlenstoffdioxidmenge wird ebenso wie der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff bzw. die Wasserstoffteilmenge an die Karbonisierungseinheit 34 geleitet. In einer Bosch-Reaktion, die mittels eines Katalysators, wie beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Ruthenium, durchgeführt wird, entstehen 1 Teil reiner Kohlenstoff (Graphit) und 2 Teile Wasser. Das Wasser wird vorzugweise an die Elektrolyse zurückgeleitet, um den Verbrauch von Meerwasser und den damit verbundenen Aufwand für dessen Entsalzung zu reduzieren.

Der Kohlenstoff bzw. Graphit kann anschließend über die

Kohlenstofftransporteinrichtung 35 einem Kohlenstoffspeicher zugeführt werden. Der Kohlenstoffspeicher kann beispielsweise das Wasserreservoir 26 bzw. das Meer sein. Da der in der Bosch-Reaktion entstehende Graphit kaum bis keine Verunreinigungen aufweist und gesteinsähnlich verfestigt ist, bestehen keine Bedenken, den Graphit im Meer zu verklappen.

Die Bosch-Reaktion erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 530°C und 730°C und besonders bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor. Bei Verwendung eines Wirbelschichtreaktors kann insbesondere Eisengranulat als Katalysator eingesetzt werden. Bei der Bosch-Reaktion fällt neben Wasser und Graphit Wärme als Produkt an. Diese Wärme wird effizient für die Kohlenstoffdioxidsorption genutzt. Dabei kann die Wärme als Energieträger für die Kohlenstoffdioxidsorption fungieren, beispielsweise um die natürliche Ventilation in den Kaminen 19 zu fördern. Die für die Elektrolyse, die Kohlenstoffdioxidsorption und die Bosch-Reaktion benötigte Energie stammt aus regenerativen Energiequellen, konkret der Photovoltaikeinheit 24, so dass hier keine zusätzliche Produktion von Kohlenstoffdioxid erfolgt.

Durch das hier beschriebene Verfahren ist es folglich möglich, Kohlenstoffdioxid effizient aus der Erdatmosphäre zu entnehmen und in seine Bestandteile Graphit und Sauerstoff aufzuteilen. Der Sauerstoff kann in die Atmosphäre zurückgeführt und den Graphit dauerhaft in einem Kohlenstoffspeicher, beispielweise dem Meer, eingelagert werden.

Mit der Erfindung wird effizient eine Verbesserung atmosphärischer Luftqualität erreicht.

Bezuaszeichenliste

10 Anlage

11 Elektrolyseeinheit

12 Kohlenstoffdioxid-Sorptionseinheit

13 Wasserzuführleitung

14 Lufteinlass

15 Sorbereinrichtung

16 Sauerstoffauslass

17 Luftauslass

18 Montagebereich

19 Kamin

23 flächiger Anlagenbereich

24 Photovoltaikeinheit

25 Pumpeneinheit

26 Wasserreservoir

27 Meerwasserentsalzungseinheit

28 Wasserrückführleitung

29 Teillängserstreckung

31 Stromerzeugungseinheit

32 Längserstreckung

33 Quererstreckung

34 Karbonisierungseinheit

35 Kohlenstofftransporteinrichtung

36 Kohlenstoffauslass

37 Methanol-Syntheseeinheit

38 Methanolauslass

UL Umgebungsluft

UL' gereinigte Umgebungsluft

M _H 2 _O entnommene Wassermenge M' _H 2 _O rückgeführte Wassermenge MQ2 Sauerstoffteilmenge