Das Paris- Agreement vom Dezember 2015 stellt die Staatengemeinschaft vor die Herausforderung die Erhöhung der mittleren Erdtemperatur bis 2100 und darüber hinaus unter einem Wert von 2°C zu halten. Zu diesem Zweck sind Maßnahmen erforderlich, die durch einen erhöhten Aufwand der Prozesstechnik bewirken, dass die Effizienz der Umwandlung von C0 ₂ in brauchbares regenerativ erzeugtes Material deutlich gesteigert wird. Dieses Material setzt sich im Wesentlichen aus zwei Kategorien von Materialien zusammen, welche die Weltwirtschaft treiben. Die eine Kategorie umfasst Materialien wie Treibstoffe, Schmieröle und andere flüssige oder gasförmige Brennstoffe für den Betrieb von Gasturbinen, Dieselkraftwerken, den Antrieb von Flugzeugen, Fahrzeugen und Schiffen, sowie die Heizung von Gebäuden oder auch den Betrieb von Kochherden.

Die zweite Kategorie umfasst die Erzeugung von Bau- und Konstruktionsmaterialien, die aus C0 ₂ hergestellt werden können.

Aus den Berechnungen der Klimaforschung geht hervor, dass ein quasi-linearer Zusammenhang zwischen C0 ₂ -Konzentration in der Atmosphäre und der ^' Erderwärmung in Form der Erhöhung der mittleren Erdatmosphärentemperatur besteht. Diese wissenschaftliche Erkenntnis legt nahe, dass eine weitere Konzentration von C0 ₂ in der Atmosphäre verhindert werden muss und idealerweise auch wieder auf vorindustriellen Level zu senken ist.

Um dies zu erreichen werden verschiedene Maßnahmen diskutiert. Einerseits sollen durch die Einführung von regenerativen Energiequellen wie Wind-, Wasser- und Sonnenkraft fossile Brennstoffe für die Energieerzeugung ersetzt werden. Die Erfahrung mit der Einführung der Windkraft- und Photo voltaikanlagen zum Beispiel in Deutschland hat zu der Erkenntnis geführt, dass diese Maßnahmen zwar zielführend sind, jedoch nicht ausreichen, um die globale Erd-Temperatur unter Kontrolle zu halten. Der Stand der Technik beschreibt Verfahren, mit denen entweder über die Erzeugung von Biomasse wie zum Beispiel durch Algenwachstum mit sequestriertem oder natürlichem C0 ₂ Treibstoffe wie Biodiesel oder Kerosin gewonnen werden, oder auch mit Hilfe der Fischer-Tropsch- Synthese diese industrie-relevanten Stoffe aus sequestriertem C0 ₂ und Wasserstoff gewonnen werden. Beide Verfahren sind technisch möglich, haben jedoch unterschiedliche Wirkungsgrade und damit verbunden unterschiedliche Kosten. Beide Verfahren haben jedoch auch unterschiedliche Ausgangsstoffe und unterschiedliche wertvolle Nebenprodukte, insbesondere zum Beispiel auch dann, wenn der durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff als Nebenprodukt Sauerstoff abwirft.

Eine weitere zielführende Möglichkeit der Begrenzung der Erderwärmung ist die Wandlung von C0 ₂ , welches aus fossilen oder natürlichen Quellen stammt, in Werkstoffe und Baumaterialien, so wie in der PCT/EP2009/008497 beschrieben. C0 ₂ -Sequestrierungsmaßnahmen sind zu Beginn einer solchen neuen Materialerzeugungs-Prozesskette deshalb notwendig, da das benötigte C0 ₂ aus diesen Quellen wesentlich kostengünstiger zu gewinnen bzw. zu sequestrieren ist, als direkt aus der Luft, die nur eine vergleichsweise niedrige C0 ₂ -Konzentration hat. Eine energie- und masseneffiziente Methode zur Adsorption und Bindung von C0 ₂ aus atmosphärischen oder sequestrierten Quellen ist die Produktion von Algenbiomasse, die bedingt durch die hohe Wachstumsrate der Organismen etwa 20 fach besser als die gleichwertige C0 ₂ Bindung mit terrestrischen Pflanzen ist. Die großtechnische Produktion von Algenbiomasse empfiehlt sich aus ökonomischen Gründen hierbei in technisch einfachen offenen Kultivierungsbecken, die kostengünstig in industriellen Maßstaben skalierbar sind. Eine Alternative zur Gewinnung natürlichen C0 ₂ ist die Verstromung, Vergasung oder sonstige energetische Verwertung von natürlicher Algenmasse und insbesondere die Sequestrierung des C0 ₂ aus deren Rauchgasen. Um die Energie- Erzeugungsprozesse so schnell wie möglich in einen regenerativen Status zu fahren und dem Umstand Rechenschaft zu tragen, dass derzeit ein Abschalten von fossilen Stromerzeugungssystemen nicht möglich ist, ohne die Weltwirtschaft zu gefährden, andererseits die Emission von C0 ₂ so schnell wie möglich zu stoppen ist, müssen völlig neue Prozesse eingeführt werden, welche C0 ₂ so schnell es geht in einen festen stabilen Aggregatzustand von Kohlenstoff-Verbindungen versetzen. Idealerweise sollte ein solcher Stoff als Baustoff und Konstruktionsmaterial nutzbar sein. Zu diesem Zweck werden mit diesem Verfahren auf kostengünstige Weise mit vertretbarem Flächenbedarf aus dem C0 ₂ Carbonfaser über mehrere verschiedene alternative Wege bzw. Prozessketten Carbonfaser-Basismaterial, so genannte Precursoren, erzeugt, aus denen dann mit Hilfe von Verkohlung (Pyrolyse) zugfeste und vor allem sehr steife Carbonfasern produziert werden, die einen über Millionen Jahre stabilen festen Aggregatzustand haben. Zunächst wird zum Beispiel aus Kohlekraftwerken sequestriertes C0 ₂ zusätzlich zu dem aus der Luft aufgenommenem C0 ₂ in Algentanks eingeleitet, um zu verhindern, dass dieses C0 ₂ in die Atmosphäre gelangt. Bei den hier beschriebenen Prozessen wird aus den Fetten und Ölen der Algenbiomasse zum Beispiel Glycerin (Glycerol) gewonnen, wobei zunächst auch eine verhältnismäßig große Menge an Biodiesel als Basis für Treibstoff wie Kerosin oder LKW- und Schiffs-Treibstoff entsteht. Dieser Treibstoff kann in einer späteren Phase der Installation von Anlagen in Biodiesel- Kraftwerken entweder auch zur Stromerzeugung verbrannt werden, wobei das dabei sequestrierte C0 ₂ wieder in die Algentanks geleitet wird und auf diese Weise im Kreis geführt ist, oder zum Beispiel durch Vergasung der Precursor-Herstellung ganz oder teilweise zugeführt werden. Ziel ist es, auf diese Weise das Verhältnis der Produktion von für die Industrie wertvollen Baustoff und für die Industrie ebenso wertvollen Treibstoff nach Bedarf zu steuern. Dieser Bedarf kann heute zum Beispiel ganz anders aussehen, als in Zukunft. Zusätzlich zu dem sequestrierten C0 ₂ nehmen die vorzugsweise in sonnenreichen Gegenden installierten Algenkultivierungsbecken freies C0 ₂ aus der Umgebungsluft auf, wenn die Luft vorzugsweise mit entsprechender Technik unter hohem Druck und mit feinsten Düsen direkt an das Algentank- Wasser gepumpt wird. Die eigentliche Neuheit jedoch basiert auf der Erkenntnis, dass neben Treibstoff, der bereits heute aus C0 ₂ gewonnen werden kann, aus den oben beschriebenen Verfahren auch Grundchemikalien wie Polyacrylnitril oder andere brauchbare Ausgangsstoffe gewonnen werden können, welche die Ausgangsmaterialien für die Carbonfaserherstellung darstellen. Carbonfasern werden zwar schon heute als das Material der Zukunft gehandelt, sind jedoch vor dem Hintergrund der Klimaproblematik bisher wenig diskutiert worden, weil zu energieaufwändig in der Materialherstellung und deshalb zu gering in der Masse, um klimarelevant zu sein. Das wird sich mit dieser Erfindung ändern. Die Herstellung von Carbonfasern aus ölhaltiger Algenbiomasse und deren Fetten und Ölen ist zwar bereits ansatzweise beschrieben, unklar ist bisher gewesen, ob die notwendigen Mengen aus Algenbiomasse auf vertretbaren Flächen überhaupt möglich sind.

Eine der Möglichkeiten ist die Herstellung von Acrylnitril aus den Fetten, fetten Ölen oder Ölen der Algenbiomasse. Triglyceride, Triglyzeride, auch Glycerol- Triester, seltener veraltet bezeichnet als Neutralfette, sind dreifache Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit drei Säuremolekülen und sollten nach der IUPAC-Empfehlung ausschließlich als Triacylglycerole, kurz TAGs, (bzw. exakter Tri-O-acylglycerole) bezeichnet werden. Die Vorsilbe Tri verweist auf drei Acyl- Säurereste, die mit Glycerin verestert sind.

Triacylglycerole mit drei Fettsäuren sind die Verbindungen in Fetten und fetten Ölen. Natürliche Fette bestehen zum überwiegenden Teil aus Triglycerolen mit drei langkettigen Fettsäuren, die meist aus unverzweigten Ketten mit 4 bis 26, typischerweise 12 bis 22 Kohlenstoff- Atomen bestehen. Diese sind bei Raumtemperatur flüssig, und werden auch als Öle oder, um sie von Mineralölen oder ätherischen Ölen zu unterscheiden, fette Öle bezeichnet. Reine Triacylglycerole von Fettsäuren werden auch als Neutralfette bezeichnet. Geeignete Algenstämme, unter anderem auch Salzwasseralgen, sind in der Lage große Mengen dieser fetten Öle zu produzieren.

Zudem stellt sich die Frage, ob diese Prozesse in sonnenreichen Regionen allein darstellbar sind, in denen wenige bis gar keine C0 ₂ -Emissionen anfallen, so wie in den klimatisch eher kalten Industrieregionen. Bei entsprechenden Berechnungen ist die Erkenntnis entstanden, dass sowohl die Algenbiomasse-Produktion und deren Umwandlung in erneuerbare chemische Grundstoffe (wie z.B. Biodiesel oder Biokerosin) mit dem Nebenprodukt Glycerin, wie auch das Fischer-Tropsch- Verfahren über den Umweg der Methanol-Produktion in der Lage sind, Acrylnitril als Basisstoff für die Produktion von Carbonfasern zu erzeugen. Das Methanol wird zu diesem Zweck zunächst in Propen gewandelt, welches dann im nächsten Schritt Acrylnitril und anschließend Polyacrylnitril produzierbar macht. Die Kombination dieser Prozesse wird in dieser Patentanmeldung als ein Mittel beschrieben, um die Produktion von Carbonfasern aus C0 ₂ sowohl in sonnenreichen Ländern mit derzeit wenig Industrie und in Ländern mit wenig Sonne und viel Industrie und den damit verbundenen C0 ₂ -Emissionen zu propagieren. Nicht all diese Prozesse werden die gleiche Effizienz haben, jedoch spielen die Transportwege und Kosten von Material, also von sequestriertem C0 ₂ und von produziertem Baumaterial, bei der Betrachtung von Gesamtbilanzen auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Deshalb wird den synthetischen Prozessen in dieser Patentschrift der gleiche Stellenwert eingeräumt, wie der wesentlich energie-effizientere Weg über die Algenbiomasse. Beide Prozesse haben bezogen auf die jeweilige Region den gleichen gesellschaftspolitischen Stellenwert beim Kampf gegen den Klimawandel, jede Region kann mit dieser Erfindung das Best-Mögliche aus der jeweiligen Situation heraus tun.

Beide Verfahren haben Vorteile und Nachteile. Der Vorteil der Algensynthese sind die Kosten. Da bei der Produktion von Glycerin jede Menge Biodiesel anfällt, der für die Energieversorgung in Form von Treibstoff, Stromerzeugung und Heizung genutzt werden kann und aufgrund seines hohen Wertes als regenerativer Energieträger die Kosten der Glycerin-Produktion klein hält und damit die Kosten des Acrylnitrü, hat das Verfahren den Nachteil, dass ein relativ großer Flächenverbrauch mit diesem Verfahren verbunden ist. Die Fischer-Tropsch-Synthese als Basis für die Erzeugung von Acrylnitrü aus Propen über den Zwischenschritt Methanol ist bisher im Stand der Technik nicht beschrieben und hat im Vergleich zur Herstellung aus Algenbiomasse den Vorteil eines vergleichsweise geringen Flächenverbrauchs, hat aber auch den Nachteil der im Vergleich höheren Kosten, die jedoch über einen zunächst entsprechend hohen C0 ₂ -Emissionshandelspreis ausgeglichen werden können. Am Ende jedoch möchte man langfristig ohne Emissionsrechte auskommen und deshalb den Herstellungspreis senken.

Dies kann erreicht werden durch eine Kombination der Verfahren, und zwar durch ein Mischungsverhältnis, welches der nötigen industriellen Transformation zufolge an diese neuen Verfahren angepasst werden kann. Ein Mischungsverhältnis von je 50 Prozent erscheint nach den Berechnungen derzeit langfristig als ein optimales Maß für dieses Verhältnis, welches sich aber durchaus durch Optimierung von Technologie auf der einen und auch der anderen Seite verändern kann und somit auch eine Funktion der Zeit ist. Am Anfang macht es sicher Sinn C0 ₂ in industriellen Ballungsräumen mit Hilfe von billigem Windstrom mit Fischer- Tropsch sofort zu verarbeiten, statt es auf eine lange Reise nach Nordafrika zu schicken. Sollte sich die Algeneffizienz über die Zeit in Nordafrika jedoch erhöhen, dann kann sich diese Sinnhaftigkeit in Zukunft auch ändern, der Algenanteil kann heraufgefahren werden, um den Preis für die Polyacrylnitrilfaser immer weiter abzusenken, bei gleichbleibendem Flächenverbrauch.

Bei der Elektrolyse zur Erzeugung der für das Fischer-Tropsch- Verfahren benötigten Mengen an Wasserstoff werden Sauerstoffrnengen frei, die für den Prozess der Produktion von Acrylnitril aus der Algenmasse benötigt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Gesamteffizienz und somit zu einer Senkung des Preises der Polyacrylnitrilfasern. Aus der Kombination der Verfahren ergeben sich weitere Vorteile als Nebenprodukt.

Einer der wesentlichen Vorteile der hier beschriebenen Kombination von Verfahren der algenbasierten Carbonfaser-Herstellung und des Fischer-Tropsch-Verfahrens, welches sich zunächst insbesondere für Industrien in der bereits industrialisierten Welt zur Herstellung von Carbonfasern anbietet, ist ein allmählicher, sanfter Transfer von Technologie in sonnenreiche und deshalb in der Regel ärmere Länder und die Verlagerung der Prozesse in solche Regionen, die heute wirtschaftlich noch benachteiligt sind, während die Klimaverhandlungen immer stärker auch dadurch bestimmt werden, dass ein gerechter Ausgleich des derzeit bestehenden Nord-Süd- Gefälles Schritt für Schritt eingeführt werden muss.

Die folgenden Prozesse bilden die Bausteine für die in den Ansprüchen der Anmeldung beanspruchten neuen Prozessketten, um aus C0 ₂ über Algenbiomasse Polyacrylnitril für die Herstellung von Bio-Carbonfasern zu erzeugen. Es werden im Folgenden 8 Prozessketten beschrieben, so wie in den Abbildungen 1 - 8 illustriert und die Reihenfolge der Prozesse mit den zugehörenden Masseströmen beschrieben:

1. Prozess-Kette 1, Alge^Biodiesel-Prozess-»GtM- MOBIL

(MtP)^SOHIO^DRALON

a) ohne MeOH-Zyklus und ohne energetische Biodieselnutzung b ohne MeOH-Zyklus, mit energetischer Biodiesel-Nutzung c) mit MeOH-Zyklus und ohne energetische Biodieselnutzung d) mit MeOH-Zyklus und mit energetischer Biodiesel-Nutzung

2. Prozess-Kette 2, Alge->Biodiesel-Prozess->GtAN -^DRALON

a ohne energetischer Biodiesel-Nutzung

b) mit energetischer Biodiesel-Nutzung

3. Prozess-Kette 3, Alge^BtL/MeOH-Synthese-Process-^MOBIL (MtP)->SOHIO^DRALON

4. Prozess-Kette 4, wie 1 aber mit vorgeschalteter MeOH- Produktion via BtL/MeOH-Synthese

a) ohne energetischer Biodiesel-Nutzung

b) mit energetischer Biodiesel-Nutzung

5. Prozess-Kette 5, C0 ₂ ^FTS+MeOH-Synthese-»MOBIL

(MtP)-»SOHIO->DRALON

a) ohne vorgeschalteter Elektrolyse für H ₂ -Versorgung b) mit vorgeschalteter Elektrolyse für H ₂ -Versorgung

6. Prozess-Kette 6, wie 1 aber mit vorgeschalteter MeOH- Produktion via FTS/MeOH-Synthese

a) ohne energetischer Biodiesel-Nutzung

b mit energetischer Biodiesel-Nutzung

7. Prozess-Kette 7, wie 6 aber mit autothermaler Reformierung

(ATR) des Biodiesel mit partieller Biodiesel-Oxidation und FTS/MeOH-Synthese

a) Hoch-Temperatur ATR, Luftzufuhr, max. Syngas b) Nieder-Temperatur ATR, Luftabschluss, max. Propylen c) wie a) aber mit +9% C0 ₂ Zufuhr in Richtung FTS

d) like a) aber mit +50% C0 ₂ Zufuhr in Richtung FTS

8. Prozess-Kette 8, wie 7a aber mit vorgeschalteter BtL-/MeOH-Synth.

Für die Syngas-Nutzung

a) 60% der gesamten Biomasse Zufuhr in Richtung BtL

b) 90% der gesamten Biomasse Zufuhr in Richtung BtL

9. Die Legende für die oben beschriebenen Prozesse in Bezug auf die Kennzeichnung in den Abbildungen ist in Abbildung dargestellt:

A Algen Wachstum in Salzwasser, Produktion von Algenbiomasse aus C0 ₂

B Algen Prozess 1 : Trennen in Nährstoffe und Triglyceride

C Algen Prozess 2: Splitting der Triglyceride in Glycerin und leichte Algenöle und Lipide

D Biodiesel-Prozess: Veresterung des Algenöls

E GtM-Process: Conversion von Glyzerin in Methanol

F MtP-process (MOBIL-Process): Conversion von methanol in

Propylen (Propen)

G SOHIO-Process: Acrylnitril Synthese aus Propylen

H DRALON-process: Alcrylnitril Polymerisation zu Polyacrylnitril- Fasern (Spinnlösung im Spinnbad wird zu PAN-Fasern)

X GtAN-Process (Fraunhofer-Patent): direkte Acrylnitril Synthesis aus Glycerin

Y BtL/MeOH-Prozess: Verflüssigung der Algenbiomasse und

Methanol Synthese

Z FTS/MeOH-Prozess: C0 ₂ Spaltung durch Fischer-Tropsch

Synthese und Methanol Synthese

ATR Autothermale Reformierung und partielle Oxidation des Biodiesel

CHP CHP Unit für die kombinierte Wärme- und Elektrizitätserzeugung durch Biodiesel-Verbrennung Die in den beiliegenden Zeichnungen 1 - 8 skizzierten und auf diese Weise übersichtlich beschriebenen Prozessketten, die der Bio-Carbonfaser-Produktion basierend auf Polyacrylnitril (PAN) zugrunde liegen, bilden die Grundlage für die folgenden Patentansprüche.