STENGER, Sebastian (In der Aue 14, Flörsbachtal, 63639, DE)
NEISES, Martina (Subbelrather Str. 345, Köln, 50825, DE)
CALL, Friedemann (Heinsberger Str. 14a, Übach-Palenberg, 53531, DE)
ROEB, Martin (Lommerwiese 31c, Königswinter, 53639, DE)
STENGER, Sebastian (In der Aue 14, Flörsbachtal, 63639, DE)
NEISES, Martina (Subbelrather Str. 345, Köln, 50825, DE)
CALL, Friedemann (Heinsberger Str. 14a, Übach-Palenberg, 53531, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Kreislaufführung von CO2 und CO, wobei in einem ersten Schritt, einem Verbrennungs- oder Reduktionsprozess, entstehendes CO2 in einem zweiten Schritt zu CO reduziert wird und das erhaltene CO wiederum als Brennstoff oder Reduktionsmittel im ersten Schritt eingesetzt und zu CO2 oxidiert wird. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man CO2 zu CO in einem thermochemischen Kreisprozess oder elektrochemisch reduziert. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den thermochemischen Kreisprozess oder den elektrochemischen Prozess mit Hilfe von erneuerbarer Energiequellen, insbesondere Solarenergie, Nuklearenergie, und/oder Energie aus Fusionsreaktoren durchführt. 4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem Kreisprozess ein Metalloxid, insbesondere Spinelle, Perowskite und/oder Mischkristalle, die als einer der Hauptkomponenten Cer-Oxide enthalten, einsetzt. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man ein unterstöchiometrisches Spinell, insbesondere AxFe3-xO4-d, wobei A ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Zn, Ni, Mn, Mg und Ce umfasst, einsetzt. 6. Verwendung eines Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Reduktion des C02-Ausstoßes industrieller Großanlagen, insbesondere fossilbefeuerter Kraftwerke, Hochöfen zur Produktion und Veredlung von Metallen, Erdgasaufbereitungsanlagen, Ammoniaksyntheseanlagen oder Zementanlagen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration und Wiederverwendung von C0 2 -haltigen Industrieabgasen.
Kern der Erfindung ist die Reduktion von CO2 zu CO und insbesondere die Rückführung des CO in den Ausgangsprozess, in welchem CO als Brennstoff oder als Reduktionsmittel wiederverwendet werden kann. Die Reduktion von CO2 in CO erfolgt emissionsfrei in einem
thermochemischen Kreisprozess oder einem elektrochemischen Prozess, bei welchen lediglich O2 als Nebenprodukt anfällt. Die Energie stammt aus CO 2 -freien, insbesondere erneuerbaren Energiequellen.
In vielen industriellen Großanlagen werden fossile Brennstoffe in großen Mengen benötigt. Diese Brennstoffe, beispielsweise Erdöl, Erdgas oder Kohle, stehen nur begrenzt zur Verfügung. Ihre Gewinnung ist teuer und technisch teilweise hochkomplex. Bei der Verbrennung dieser Brennstoffe entsteht in großen Mengen CO2, ein Treibhausgas. Nach heutigem Stand der Technik werden in vielen industriellen Großanlagen die CO 2 -haltigen Abgase zwar von toxischen Stickstoff- und
Schwefelverbindungen gereinigt; die dann immer noch CO 2 -haltigen Abgase werden anschließend komplett in die Atmosphäre freigesetzt. Von der Natur wird CO2 durch Pflanzen im Rahmen der Photosynthese wieder abgebaut. Beginnend mit der Industrialisierung im 19.
Jahrhundert werden jedoch zunehmend fossile Brennstoffe verheizt, was zur Freisetzung enormer Mengen an CO2 führt. Diese Mengen können von Pflanzen nicht mehr abgebaut werden, so dass ein Großteil des CO2 in der Atmosphäre verbleibt. Die aus der Industrie erzeugten CÜ2-Mengen werden heute unter anderem als Hauptgrund für den Treibhauseffekt angesehen.
Heutzutage wird nur in einigen wenigen Fällen die CO2-Emission aktiv reduziert, entweder durch Effizienzsteigerung beim
Verbrennungsprozess oder durch Abtrennung und Einlagerung von CO2; die stoffliche Wiederverwertung von CO2 aus industriellen Abgasen ist weitgehend unbekannt. Nichtsdestotrotz sind verschiedene Methoden bekannt, bei denen zum Beispiel folgende Gesichtspunkte der
Nachbereitung der Abgase berücksichtigt werden :
1. aktive Reduktion der CO2 Emission beispielsweise durch Absorptionsreaktionen wie die Bindung von CO2 beispielsweise in
2. Nutzung zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen
3. direkte Rückführung zur Ausgangsreaktion als Wärmeträger (Nutzung der sensiblen Wärme der Verbrennungsprodukte)
Diese Methoden sind jedoch entweder Energie und/oder Material intensiv (1. und 2.) beziehungsweise tragen nur teilweise zu einer aktiven Reduzierung der CO2 Emissionen bei (3.). Diejenigen Verfahren, die im ersten Schritt das CO2 aus dem Abgas abtrennen müssen, sind aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten schwer zu realisieren, da für die Wäsche Chemikalien verwendet werden, bei denen die Regeneration Energie intensiv ist. Zum Beispiel bei der Aminwäsche führt die
Regeneration der Amine um eine Reduzierung des Wirkungsgrades eines konventionellen Kohlekraftwerkes um bis zu 15 Prozentpunkte, was zu einem 66% höheren Kohlebedarf führt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden bekannt, um eine Reduzierung der Kohlendioxid (C0 2 )-Emission bei fossil-befeuerten Kraftwerksanlagen zu erreichen, indem man Kohlendioxid aus dem Abgas abtrennt, wie beispielsweise in US 2010/021981 AI oder
EP 2 105 188 AI beschrieben. Zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch sind allgemein verschiedene Methoden bekannt. Insbesondere zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Abgas nach einem Verbrennungsprozess (Post-combustion CO 2 Separation) ist die Methode der„Absorption-Desorption" oder der
„Tieftemperaturabscheidung" (Cryogenic) bekannt. In großtechnischem Maßstab wird das beschriebene Abtrennen von Kohlendioxid mit dem Absorptions-Desorptionsverfahren mit einem Waschmittel (Aminwäsche oder Carbonatwäsche) durchgeführt.
Eine entsprechende Abtrennung von CO 2 aus Abgasen wird
beispielsweise in WO 2007/094675 AI beschrieben. Mit Hilfe eines Absorptionsprozesses wird CO 2 eingesammelt und später über einen Desorptionsprozess wieder freigesetzt. Eine Wiederverwertung des CO 2 erfolgt nicht.
Als Methode zur aktiven Reduzierung der CO 2 -Emission ist auch„carbon capture and storage" (CCS) bekannt, wobei es bisher nur bei 2 Pilotanlagen bei der Erdgasaufbereitung eingesetzt wurde und sich ansonsten in der Testphase befindet. Bei dieser Methode wird
beispielsweise durch C0 2 -Wäsche abgeschiedenes CÜ 2 in Kavernen in der Erde eingelagert und kann so nicht in die Atmosphäre gelangen. Dies führt jedoch nicht zu einer verringerten C0 2 -Entstehung im eigentlichen Prozess. Geeignete Kavernen zur C0 2 -Einlagerung sind nur begrenzt verfügbar. Das Gas müsste vom CÜ 2 -Erzeuger zur Lagerstätte über teilweise sehr große Distanzen transportiert werden. Die Kapazität würde in Deutschland beispielweise nur für eine Kraftwerksgeneration reichen.
Darüber hinaus sind Methoden bekannt um das von CO 2 teilweise befreite Gas in die Kraftwerksanlagen wieder zurückzuführen. Dabei wird das CO 2 befreite Abgas unter Zusatz von hochreaktiven
Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff wieder als Brennstoff benutzt und der Kraftwerksanlage zugeführt, wie dies beispielsweise in
DE 10 2004 036 767 AI beschrieben ist.
Es sind weiterhin Methoden bekannt, die CO 2 zusammen mit anderen Ausgangsstoffen zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe mit Hilfe eines Sauerstoffionenleiters (dotiertes Zirkonoxid) bzw. einer SOEC (Solid Oxide Electrolytic Cell) verwenden. Dabei wird an einem
Sauerstoffionenleiter/einer SOEC eine Spannung angelegt und so CO 2 zu CO und H 2 O zu H 2 reduziert. Die Reduktion von CO 2 in einer SOEC wurde beispielsweise von T.J. Huang und C.-L. Chou (Electrochemical CO 2 reduction with power generation in SOFCs with Cu-added LSCF- GDC cathode, Electrochemistry Communications 11 (2009) 1464-1467) beschrieben. Dieses Synthesegas kann dann durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise einer Fischer Tropsch Synthese, zu Kohlenwasserstoffen weiterverarbeitet werden. Anordnungen einer SOEC zur Nutzung von CO2 aus Abgasen aus einem konventionellen Kraftwerk zur Synthese von Kraftstoffen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus DE 10 2006 012 313 AI, bekannt.
Weiterhin sind auch Methoden zur thermochemischen Reduktion von CO2 zu CO bekannt sowie die Nutzung des entstandenen CO in
Kombination mit Wasserstoff zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen als Brennstoff (beispielsweise M.D. Allendorf, A.H. McDaniel, J. Scheffe, A.W. Weimer; Phase Equilibrium Modeling of CO2 and H2O Splitting by Ferrites, SolarPaces Symposium, Berlin, 15-18. Sept. 2009; R. D.
Green, C.-C. Liu, S.B. Adler: Carbon dioxide reduction on gado-lina- doped ceria cathodes, Solid State Ionics 179 (2008), 647-660 oder T. Kodama et al., Efficient Thermochemical Cycle for CO2 Gasification of Coal Using a Redox System of Reactive Iron-Based Oxide, Energy & Fuels 12 (1998), 775-781). Einen allgemeinen Überblick über den Stand der derzeitigen Forschung gibt T. Kodama et al. : Thermochemical Cycles for High-Temperature Solar Hydrogen Production, Chem. Rev. 107 (2007), 4048-4077.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Abscheiden und Rezyklieren von Kohlendioxid aus Hochofengas wird in CN 101575653 A
beschrieben. Durch chemische Adsorption wird CO2 adsorbiert und abgetrennt. Dieses wird dann zusammen mit neu zugeführtem CO2 dem Verbrennungsprozess als Wärmeträger oder inertes Trägergas
zugeführt, wodurch Brennstoffe eingespart werden können.
In WO 2009/152508 AI wird CO 2 -haltiges Abgas mit
Kohlenwasserstoffhaltigen Materialien wie z.B. Biomasse zur Reaktion gebracht. Hierdurch entsteht ein Gasgemisch aus kurzkettigen
Kohlenwasserstoffen, CO und H2. Dieses Gemisch wird erneut als Brennstoff eingesetzt.
Ein Hochofenprozess mit maximaler Verwendung von regeneriertem Gichtgas ist aus DE-A-2 257 922 bekannt.
Aus dem Stand der Technik sind demnach keine Verfahren oder
Anordnungen bekannt, bei denen ohne energetische Einbußen der Ausgangsanlage das emittierte CO2 aktiv reduziert wird und das ehemalige Abgas aktiv als Reaktand wiederverwendet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein
Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht CC^-haltige Abgase industrieller Großanlagen zu rezyklieren beziehungsweise
wiederzuverwerten. Hierdurch soll die CO2-Emission industrieller Großanlagen reduziert und gleichzeitig die Menge des benötigten Primärbrennstoffes und/oder Primärreduktionsmittels durch die
Rezyklierung der Abgase reduziert werden. Ein weiteres Ziel besteht in der Nutzbarmachung von CO2-emissionsfreier Energie, wie
beispielsweise solarer oder nuklearer Energie, in Form von Speicherung als Reaktivgas.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kreislaufführung von CO2 und CO, wobei in einem ersten Schritt, einem Verbrennungs- oder Reduktionsprozess, entstehendes CO2 in einem zweiten Schritt emissionsfrei und ohne Verwendung kohlenstoffhaltiger
Reduktionsmittel zu CO reduziert wird und das erhaltene CO wiederum als Brennstoff oder Reduktionsmittel im ersten Schritt eingesetzt und zu CO2 oxidiert wird.
Die Reduktion von CO 2 zu CO im zweiten Schritt der Kreislaufführung kann erfindungsgemäß in einem thermochemischen Kreisprozess oder einem elektrochemischen Prozess erfolgen.
Die Abgase industrieller Großanlagen weisen nach der Reinigung mit bekannten Methoden, wie Elektrofiltern, Rauchgasentschwefelung oder selektiver katalytischer Reduktion mit Ammoniak, als Hauptbestandteile Stickstoff (N2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) auf. Durch eine Reduktion von CO2 aus dem Abgas kann nun durch thermochemische
Kreisprozesse oder elektrochemische Prozesse CO generiert werden, das dem Ausgangsprozess als Brennstoff oder Reduktionsmittel wieder zugeführt werden kann. Die zur thermochemischen oder
elektrochemischen Reduktion benötigte Energie stammt aus solchen Energiequellen, welche als emissionsfrei anzusehen sind, bei welchen also kein weiteres CO2 entsteht. Erfindungsgemäß führt man den
Reduktionsprozess mit Hilfe von erneuerbaren Energiequellen,
Nuklearenergie und/oder Energie aus Fusionsreaktoren durch. Als erneuerbare Energiequellen eignen sich alle bekannten Energiequellen, wie Wind, Wasser oder Solarenergie, wobei Solarenergie bevorzugt ist, da sie sowohl die Reaktionswärme bei der benötigen
Reaktionstemperatur als auch Strom liefern kann.
Die thermochemische Spaltung von CO2 durch erneuerbaren
Energiequellen, Nuklearenergie und/oder Energie aus Fusionsreaktoren, insbesondere durch Solarenergie, beispielsweise in Form konzentrierter Solarstrahlung, kann als eigene Technologie zur Herstellung von CO angesehen werden. Aufgrund thermodynamischer Beschränkungen ist die direkte Spaltung von CO2 kaum möglich, da hierfür sehr hohe Temperaturen erforderlich sind. Erst bei Temperaturen von über
2000 °C erfolgt die Abspaltung von Sauerstoff gemäß der Reaktion: mit nennenswerten Umsätzen. Solch hohe Temperaturen beanspruchen jedoch jegliches Material und stellen somit hohe Anforderungen an entsprechende Reaktoren.
Der Einsatz von Redoxmaterialien ermöglicht das Arbeiten auch bei geringeren Temperaturen. Die thermochemische Reduktion von CO2 zu CO in einem entsprechenden Kreisprozess ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt (M.D. Allendorf et al., loc. cit.). Hierbei werden zunächst an einem reduzierten Metalloxid (MO) die CO2-haltigen Abgase zu CO reduziert:
MOred + CO 2 MOox + CO
Das CO kann dabei direkt wieder aus dem Kreisprozess weggeführt werden. Im zweiten Schritt wird der im Metalloxid gespeicherte
Sauerstoff bei einer höheren Temperatur wieder abgegeben:
MO ox O 2 + MOred
Hierbei steht "MO" für das eingesetzte Metalloxid und die Indizes "red" und "ox" für die reduzierte beziehungsweise oxidierte Form. Die Spaltung erfolgt in einem solchen thermochemischen Prozess bereits bei Temperaturen im Bereich von 800 °C bis 1200 °C mit nennenswerten Umsätzen.
Bei den elektrochemischen Verfahren sind es vor allem invers
betriebene Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOEC), die in der Lage sind CO2 zu CO und CO zu spalten. Auch diese Prozesse sind Gegenstand der aktuellen Forschung (S. Ebbesen and M. Mogensen, Electrolysis of carbon dioxide in Solid Oxide Electrolysis Cells, Journal of Power
Sources 193 (2009) 349-358).
Nicht bekannt ist jedoch ein Verfahren, bei welchem ein thermischer Kreisprozess oder ein elektrochemischer Prozess zur Reduktion von CO2 zu CO in eine CO2-ausstoßende industrielle Großanlage implementiert wird. Dadurch besteht jedoch die Möglichkeit, den Kohlenstoff-haltigen Anteil der entstehenden Abgase dem ersten Schritt (Ausgangsprozess), also dem Verbrennungsprozess und/oder Reduktionsprozess, als
Rohstoff wieder zuzuführen.
Durch direkte Wiederverwendung und Rückführung des CO in den Ausgangsprozess, dem ersten Schritt der Kreislaufführung, werden fossile Brennstoffe, insbesondere Kohle, eingespart. Auf diese Weise wird CO2 nicht mehr nur als Abfallprodukt angesehen, sondern kann als Rohstoff benutzt werden. Darüber hinaus kann die Emission von CO2 in industriellen Großanlagen reduziert werden.
Durch die beschriebene Prozessführung kann dem Ausgangsprozess das regenerierte, an CO angereicherte Abgas zugeführt werden. Das in den thermischen oder elektrochemischen Prozessen entstehende CO und O2 entsteht in reiner, also nicht gebundener Form. Eine anschließende aufwendige Trennung oder Aufreinigung von anderen eventuell anfallenden Nebenprodukten ist nicht notwendig. Diese Form der direkten Wiederverwendung hat Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, bei dem aufgrund der nicht direkt erfolgenden
Wiederverwendung mit erheblichen Energieverlusten und damit mit einem entsprechenden Mehraufwand an Primärenergieträger zu rechnen ist. Das beschriebene Verfahren ermöglicht die Abdeckung des
Mehraufwands an Energie zur Wiederverwertung des CO2-Anteils im Abgas durch emissionsfreie Energiequellen, insbesondere erneuerbare Energien und Nuklearenergie.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich da, wo CO im Ausgangsprozess wieder als Reduktionsmittel eingesetzt wird, wie beispielsweise beim
Hochofenverfahren zur Eisenerzreduktion. Das benötigte
Reduktionsmittel CO kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Abgasen gezielt hergestellt und gezielt dem Ausgangsprozess zugeführt werden.
Zur Absenkung der zur Reduktion benötigten Reaktionstemperatur kann ein Metalloxid eingesetzt werden. Hierfür eignen sich insbesondere Spinelle, Perowskite und/oder Mischkristalle, die als eine der
Hauptkomponenten Ceroxid beispielsweise in Form von Ce 2 O 3 und/oder CeO2 enthalten.
Wird ein Spinell als Metalloxid eingesetzt, so wird bevorzugt ein unterstöchiometrisches Spinell verwendet, insbesondere A x Fe3- x O4-d, wobei A ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Zn, Ni, Mn, Mg und Ce umfasst. Diese Spinelle können nichtstöchiometrisch Sauerstoff-Atome bis zu einem gewissen Maß ein- und auch wieder auslagern,
ausgedrückt durch "d". Sie werden auch als oxygen-deficient spinel ferrites (ODF) bezeichnet.
Auch Perowskite können, vergleichbar mit Spinells, Sauerstoff-Atome nichtstöchiometrisch ein- und auslagern. Geeignete Perowskite besitzen die allgemeine Form AB03-d, wobei A und B Übergangsmetalle, beispielsweise Lanthanoide, insbesondere Cer, umfassen. Die Zahl der Sauerstoff-Atome, die in der Kristallstruktur eingelagert werden können entspricht auch hier "d".
Die Verwendung eines entsprechenden Metalloxids ermöglicht es, auch bei Temperaturen deutlich unterhalb 2000 °C eine nennenswerte Spaltung von CO2 in CO zu erreichen. Insbesondere Spinelle führen zu einer geringen notwendigen Reaktionstemperatur.
Bei der Reduktion von CO2 zu CO haben sich unterstöchiometrische Spinelle als besonders reaktiv erwiesen. Insbesondere die Verwendung von A x Fe3- x O4-d, wobei A ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Zn, Ni, Mn, Mg und Ce umfasst und d die Menge an einlagerbarem Sauerstoff angibt, führt zu einer hohen Umsatzrate, wobei Temperaturen im
Bereich von 800 °C bis 1200 °C benötigt werden.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Ferriten Fe3Ü4 zur Spaltung von CO2 bekannt. Diese müssen jedoch zunächst mit
Wasserstoff aktiviert werden. Die Anschließende CC^-Spaltung kann dann zwar bereits bei Temperaturen von etwa 300 °C durchgeführt werden. Allerdings wird zur Aktivierung der Ferrrite, was erst zur Ausbildung des benötigten unterstöchiometrischen Spinells führt, Wasserstoff in großen Mengen benötigt. Da Wasserstoff teuer ist, ist dieses Verfahren wirtschaftlich uninteressant.
Ein entsprechender C02-emissionsfreier thermochemischer Kreisprozess oder elektrochemischer Prozess zur Reduktion von CO2 zu CO kann in eine industrielle Großanlage, bei welcher CO2-haltige Abgase anfallen, implementiert werden.
Fig. 1 zeigt die schematische Implementierung eines Kreisprozesses zur (solarbeheizten-) thermochemischen CO2 Spaltung in ein
konventionelles Kohlekraftwerk. Von links unten beginnend :
• Kohle wird in einem Kraftwerk durch Verbrennen in elektrische Energie umgewandelt.
• Dabei entstehen Abgase, die durch bekannte Methoden von Asche, Rußpartikel und schwefelhaltigen Gasen gereinigt werden. Anschließend werden durch selektive Katalyse mit beispielsweise NH 3 Stickoxide in molekularen Stickstoff umgesetzt.
• Nach diesen Prozessen wird das gereinigte Abgas, welches nun vornehmlich CO2 und N2 enthält, einem (solarbeheizten-) thermochemischen Kreisprozess zugeführt. Dabei wird CO2 zu CO umgesetzt, welches wieder dem Verbrennungsreaktor des Kohlekraftwerkes zugeführt wird. Das entstehende O2 kann vom Kreisprozess abgeführt werden.
• Beide Reaktionen des thermochemischen Kreisprozesses laufen bei Temperaturen von 800 °C bzw. 1200 °C ab. Die benötigte Wärmeenergie wird beispielsweise durch eine Solarturmanlage bereitgestellt. In Perioden, in denen der Solarbetrieb des Solarkraftwerks nicht möglich ist, wird auf einen Wärmespeicher zurückgegriffen, der sowohl vom Kohlekraftwerk als auch von der Solarturmanlage gespeist werden kann.
Prinzipiell eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung bei allen industriellen Großanlagen, in welchen CO2 als Abfallprodukt anfällt. Insbesondere bei fossil-befeuerten Kraftwerken, Hochöfen zur Produktion und Veredelung von Metallen, Erdgasaufbereitungsanlagen, Ammoniak-Syntheseanlagen oder Zementanlagen, welche mit CO als Brenngas und/oder Reduktionsmittel betrieben werden können, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Verringerung der benötigten fossilen Brennstoffe und damit zu einer Verringerung der Herstellungsund Produktionskosten. Dies führt dann auch zu einer Absenkung der CO 2 -Emission.
Die Reduktion von CO 2 zu CO kann in unterschiedlichen Reaktoren durchgeführt werden. Fig. 2 zeigt einen zwei-Kammer Reaktor. In den beiden getrennten Kammern ist jeweils ein zylinderförmiger Monolith enthalten, welcher mit einem Metalloxid beschichtet ist. Hieran kann dann die Spaltung von CO 2 in CO stattfinden. Ein solcher Aufbau ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb. Während in einer ersten Kammer die Reduktionsreaktion stattfinden kann, kann in einer zweiten Kammer die Regeneration des Metalloxids erfolgen. Eingelagerter Sauerstoff wird hier aus der Kristallstruktur des eingesetzten
Metalloxids wieder ausgeschieden. Daneben wäre auch der Einsatz eines "counter rotating ring" Reaktors, wie in Fig. 3 gezeigt, oder eines
Wirbelschichtreaktors, wie in Fig. 4 gezeigt, möglich.
Neben der Implementierung des Reduktionsverfahrens in eine
entsprechende industrielle Großanlage ist es auch möglich, die entstandenen C0 2 -haltigen Abgase zu einer hiervon entfernt stehenden Reduktionsanlage zu transportieren. Das CO, welches im
Reduktionsprozess entsteht, kann dann wieder zu der ursprünglichen Anlage zurücktransportiert werden.
Auch für den Fall, dass eine direkte Verwendung von CO im
Ausgangsprozess nicht möglich ist, ist ein erfindungsgemäßes Verfahren anwendbar. Hier können verschiedene Anlagen miteinander gekoppelt werden. Alternativ kann das im Reduktionsprozess entstandene CO dann auch zu einer weiteren Anlage transportiert werden.
Ausführt! nqsbeispiel
Als Trägermaterial für das Metalloxid wurde eine Wabenstruktur aus Silizium infiltriertem Siliziumcarbid verwendet (Si-SiC). Bei diesem Material ist in die Zwischenräume der SiC-Matrix metallisches Si eingelagert, wodurch der Stoff porenfrei ist. In einer Hochtemperatur- Feststoff- Reaktion wurden die Oxide NiO, ZnO und Fe2O3 zum Spinell Nio,8Zn 0 ,2Fe2O4 umgesetzt. Mit diesem wurde der Träger beschichtet.
Der Träger wurde in eine Reaktionskammer eingebaut. Durch diese wurde CO2 in einer Konzentration von 1, 3 und 5 % geleitet. Mit Hilfe von konzentrierter Solarstrahlung wurde die Kammer auf 800 °C, 900 °C, 1000 °C und 1100 °C geheizt. Die Analyse der
Reaktionsprodukte erfolgte durch zwei NDIR-Spektrometer, mit welchen die Konzentration von CO und CO2 gemessen wurde.
Aus den gemessenen Daten wurde dann der Umsatzgrad bestimmt. Dieser wurde nach der folgenden Gleichung berechnet:
?i C0 2 ,ein
Der Umsatzgrad lag zwischen 0,02 und 0,3.
Ebenfalls wurde die CO-Selektivität bestimmt. Hierfür wurde die produzierte Stoffmenge ins Verhältnis zur verbrauchten CO2-Stoffmenge gesetzt:
Die Selektivität lag im Bereich von 0,05 bis 0,7.
Next Patent: A METHOD AND A SYSTEM FOR CALIBRATING A MULTI-VIEW THREE DIMENSIONAL CAMERA