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Umweltfreundliche Kohlenwasserstoffkonvertierung unter 300ºC

In frühen Zeiten der Erde, war die CO2 Konzentration der Atmosphäre mehr als 500 mal höher als heute. Über Jahrmillionen wurde dieser vorhandene Kohlenstoff nach und nach von Pflanzen in organische Masse umgewandelt bzw. eingebunden. Dort wo sich grosse Mengen organischer Reste über undurchlässigen Bodenschichten unter Luftabschluss sammeln, und mineralischer Lehm als Katalystor wirken konnte, wurden die langen Molekülketten der pflanzlichen Reste in Millionen von Jahren wieder in einfachere Verbindungen zerlegt. So entstand bei Durchschnittstemperaturen von 14º-19º C Erdöl und Erdgas. Durch die nur sehr geringen Mengen an im Lehm enthaltenen Mineralien und der geringen Temperaturen benötigte dieser Vorgang Millionen von Jahre.

Durch optimierte Reaktionstemperaturen, eine auf Spaltung der molekularen Ketten hin optimierte Vorprozessbehandlung umzuwandelnder Materialien und die Verwendung eines hochkonzentrierten Katalysatormixes, kann diese natürliche Umwandlungszeit auf nur wenige Minuten reduziert werden. Diese Erkenntnisse nutzt das neue Verfahren zur umweltfreundlichen Produktion von Dieselkraftstoff aus kohlenstoffhaltigen Reststoffen. Es kann im weitesten Sinne als die technische Optimierung eines ursprünglichen und natürlichen Prozesses betrachtet werden kann.

KDV - 150

Diesel - Kraftstoff - Herstellung - aus kohlenstoffhaltigen Reststoffen

umweltfreundlich - hocheffizient - mit Prozesstemperaturen unter 300ºC

Ausgangsmaterialien organischer oder fossiler Herkunft

besonders effizient kann Dieselkraftstoff aus den folgenden Materialien gewonnen werden:

• aus Energiepflanzen und landwirtschaftlichen Abfällen
• aus dem kohlenstoffhaltigen Teil von Hausmüll und Industrieabfällen
• aus fast jeder Art von Plastik und PVC
• aus Gummi und vorzerkleinerten Altreifen
• aus Altöl, Wachsen, Schmierstoffen, Rohöl
• aus Abfällen der Nahrungsmittelindustrie
• aus getrocknetem Klärschlamm
• aus Sägemehl

Prozessbeschreibung :

• Eine Anlage besteht aus mehreren miteinander korrespondierenden Kreisläufen (Materialeintrag,Vorkreis,Reaktionskreis,Reststoffaustrag)
• Der Umwandlungsprozess findet bei leichtem Unterdruck und Temperaturen zwischen 270°C und 300°C statt
• als Trägermedium für das zu verarbeitende Material dient Öl
• Reaktionsbeschleunigung erfolgt durch ionentauschenden Katalysator
• Wärmeenergie-Einbringung und Schaffung der Reaktionsvorraussetzungen erfolgt mechanisch             
  

Die hohe Wirtschaftlichkeit wird durch die folgenden Punkte erreicht:

• Die Produktion von hochwertigem Kraftstoff erfolgt aus organischen und/oder fossilen Abfallstoffen welche auch gemischt werden können
• die Aufspaltung der langen Kohlenwasserstoffketten erfolgt ohne Druck und bei relativ geringen Temperaturen
• vergleichsweise geringer Energieaufwand durch Erwärmung auf einen maximalen Temperaturbereich von 270 °C – 300 °C
• Extraktion von bis zu 90% der im Eingangsstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe
• Feste Einbindung aller enthaltenen bedenklicher Halogene und Gifte in Salze
• Produktion von sehr hochwertigem Diesel Kraftstoff (58-68 Cetan)
• Keine Emmissionen aus dem Prozess selbst, lediglich vom Dieselagregat der Energieversorgung
• Energetisch selbstversorgend bei Verwendung von Dieselagregat
• bis zu 3 mal höherer Wirkunggrad gemessen an der Effizienz anderer thermischer Prozesse wie Müllverbrennungsanlagen, Pyrolyse, oder Vergasung

Punkte zum Thema Umweltschutz:

• Volumen-Reduzierung von Abfall (ca. 95% des organischen Anteils) wodurch Müllverbrennung vermieden und Mülldeponie auf ein Minimum reduziert werden kann
• CO2 neutrale Energiequelle bei Verwendung von organischer Biomasse
• Ökonomisch ausserordentlich interessante Alternative zur herkömmlichen Produktion von fossilen Kraftstoffen
• Ökonomisch ausserordentlich interessante Alternative zur herkömmlichen Produktion von Biodiesel aus nachwachsenden Rohstoffen
• Umweltfreundlicher und sinnvoller Prozess durch die ausserordentliche hohe Ausnutzung des Kohlenstoffgehaltes der Abfälle
• Dezentrale Verarbeitung von Reststoffen möglich durch Verwendung von kleiner Anlagengrösse
• Arbeitstemperaturen liegen weit unter den Temperaturen wo Dioxine entstehen (deren Entstehung bei Müllverbrennungsanlagen unvermeidlich ist)
• Zuverlässige Zerstörung von Pathoghenen und Prionen aus der Nahrungsmittelherstellung, der Tierkörperverwertung oder aus Klinik-Abfällen
• Die Nebenprodukte aus dem Verfahren sind absolut unbedenklich

Wichtig zu sehen ist, das es sich nicht um eine thermische Zersetzungsreaktion mit der Extraktion des Sauerstoffs in Form von H2O handelt, sondern um eine katalytische Diffusionsreaktion mit Extraktion des Sauerstoffs in Form von CO2. Das hat entscheidende Auswirkungen auf das H:C-Verhältnisses des Produktes. Bei der Pyrolyse z.B. entstehen neben Methan ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Wasserdampf, Koks und Dioxin, bei diesem Verfahren lediglich gesättigte Kohlenwasserstoffe und CO2.

Das Verfahren ist kein thermischer Prozess und hat deshalb neben dem deutlich geringeren Energiebedarf viele weitere Vorzüge gegenüber den bisher bekannten Verfahren die auf viel höherem Temperaturniveau arbeiten (z.B. Pyrolyse) Einer der wichtigsten Vorteile ist

die Vermeidung von Dioxin

Mit dem Begriff Dioxin bezeichnet man im allgemeinen eine bestimmte Familie von hochgiftigen Chemikalien, die sich in der chemischer Struktur und der Art der giftigen Auswirkungen ähnlich sind, wie z.B. polychlorine dibenzo dioxin (PCDDs), polychlorine dibenzo furans (PCDFs) PCDDs und PCDFs. Es handelt sich dabei aber nicht um chemischen Produkte, sondern um unerwünschte Nebenprodukte aus fast allen Formen thermischer Behandlung wie Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung etc.

Die Dioxinbildung ist mitverantwortlich für die drastische karzinogene Verschlechterung der Umwelt. Bei den derzeit in Verwendung stehenden thermischen Verfahren der Abfallentsorgung (Müllverbrennungsanlagen) entstehen durch die hohen notwendigen Temperaturen ständig grosse Mengen dieser hochgiftigen Substanzen, auch modernste Filteranlagen verhindern nicht das ein Teil davon über die Emmissionen in die Umwelt gelangt. (Ein bedauernswertes Beispiel für Dioxin ist z.B. die unter dem Namen Seveso-Gift bekannte Substanz, bei der vergleichsweise geringe (unabsichtlich) freigesetzte Mengen ganze Landstriche auf Jahrzehnte verseuchten

Die Vermeidung hochgiftiger Dioxine sollte deshalb heutzutage ein wichtiger Gesichtspunkte bei der Abfall-Entsorgung sein. Das neue Verfahren sorgt durch die Kombination von kationischen Katalysatoren (kristallisierten Natrium/Kalzium-Aluminium-Silikaten) und ihrer Regeneration mit zugegebenen Kalk dafür, daß die in den Eingangsstoffen gebundenen Säurekomponenten (PVC, Insektizide, Bromide) nicht mit dem Produkt (Diesel) reagieren können, da sie als Salz (Kochsalz, Kalziumchlorid) gebunden werden. Mit anderen Worten gesagt, sie sorgt dafür, das bei der Verarbeitung der Abfälle Dioxine überhaupt garnicht erst entstehen.

Wenn wir verhindern wollen, das die Krebssterberate der kommenden Generationen weiter drastischer ansteigt, müssen wir heute aufhören mit der Dioxinproduktion welche durch Verfahren wie Pyrolyse, Vergasung und insbesondere durch Müllverbrennung zwangsläufig erfolgt. Die Erde hat über 1 Mia. Jahre kein Dioxin produziert. Dioxin ist ein rein technisches Produkt, welches in besonders starkem Masse durch hohe Temperaturen bei der thermischen Behandlung der Reststoffe entsteht. Bei niedrigen Prozesstemperaturen unter 360ºC kann dieses gefährliche Umweltgift nicht entstehen. Die neue Technik führt somit zu einer erheblich umweltfreundlichen Reststoffbehandlung, eben ohne dabei krebserregende Schadstoffe zu erzeugen. Das umweltfreundlich erzeugte Produkt, ist ein direkt einsetzbarer, mit den aus Erdöl gewonnenen Kraftstoffen direkt vergleichbarer Diesel

• Der Umwandlungsprozess selbst findet in einem geschlossenen Kreislauf statt, daraus entstehen weder Rauch noch Staub noch sonstige Emmissionen
• Die Geräuschentwicklung der Anlage ist moderat
• Die Emissionen der gesamten Anlage sind die des (oder der) Dieselmotor(en) für die Energiezufuhr

Nutzungsmöglichkeiten

Effizienter und umweltfreundlicher Weg um Biomasse in Kraftstoff umzuverwandeln

Reduzierung von Abfallvolumen und CO2 Emmissionen (aus 20 t Abfall zur Mülldeponie wird 1 t zur Mülldeponie)

Investition in aktiven Umweltschutz mit attraktiver Rendite

• CO2 Reduzierung
• Reduzierung von Abfallvolumen in Mülldeponien mit der Ratio 20:1
• Hocheffiziente Produktion von Bio-Diesel aus nachwachsenden Rohstoffen
• Sicheres umweltfreundliches Verfahren, durch die niedrigen Temperaturen entstehen keine Dioxine
• geschlossener Kreislauf ohne Emmissionen
• durch hohen Wirkungsgrad auch ohne Subventionen wirtschaftlich sehr profitabel
• Basiskomponente für Energieversorgungskonzepte (2,5 - 3 fache KWh Erzeugung durch Umwandlung in Diesel zum Generatorbetrieb für Stromerzeugung, im Vergleich zu direkter Verbrennung zur Stromerzeugung mit Dampfturbine)

Derzeit mit der Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Materialien aus Abfällen oder aus Energiepflanzen befasste Verfahren und deren Nachteile im Vergleich

Müllverbrennungsanlagen - Ein weitverbreitetes Verfahren bei dem teilweise als Nebenprodukt der Müllvernichtung durch thermische Behandlung Fernwärme oder Elekrizität erzeugt wird. Der Gesamtwirkungsgrad ist sehr gering, bedingt durch die grossen Mengen an Heizöl, Gas oder Energiepflanzen welche als Zufeuerung eingesetzt werden müssen

• sehr geringer Gesamt-Wirkungsgrad, besonders bei der Stromerzeugung
• hoher Verbrauch an zusätzlichen Brennstoffen
• Dioxin Produktion und giftige Emmissionen durch hohe Betriebstemperaturen
• giftige Restasche als Endprodukt aus dem Verfahren
• zu erwartende Erschwerung der Durchführbarkeit durch CO2 Zertifikate

Pyrolyse - Durch Aufspaltung der Molekülketten bei Erhitzung auf min. 800 ºC und daraus resultierender Vergasung wird durch Kondensierung flüssiger Kraftstoff gewonnen.

• deutlich geringerer Wirkungsgrad (durch die hohe Temperatur wird ein grosser Teil der potenziell zur Verfügung stehenden Kohlenstoffe verkokst oder in unbrauchbare Nebenprodukte umgewandelt)
• sehr grosser Energieaufwand wegen der hohen Betriebstemperaturen
• durch die hohen Temperaturen ist das Entstehen von Harzen, Koks und Dioxinen unvermeidbar
• giftige Rückstände nach dem Prozess

Vergasung - ähnlich der Pyrolyse. Das Eingangsmaterial wird ebenfalls durch Erhitzung zur Vergasung gebracht. Bei diesem Verfahren werden dann direkt Gas Motoren angetrieben welche an Generatoren zur Stromerzeugung gekoppelt sind.

• geringerer Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung
• Die Anlagen sind in Bezug auf das Eingangsmaterial sehr beschränkt
• Damit der Vorgang funktioniert muss das Eingangsmateriel sehr stark vorgetrocknet sein (hoher Energiebedarf)
• Die hohen Temperaturen bedingen die Entstehung von Harzen, Verkoksung und Produktion von Dioxin
• Hoher Vorprozessaufwand

Biologische Umwandlung - mit Hilfe von Enzymen oder Bakterien werden Energiepflanzen, Biomasse oder Zellulose in Brennstoff umgewandelt.

• sehr eingeschränkter Kreis von verwendbaren Materialien
• auf Zellulose basierende Verarbeitung langwierig
• umweltfreundliche Alternative aber keine Wirtschaftlichkeit

Fischer-Tropsch-Verfahren - Hauptsächlich verwendet zur Verflüssigung von Kohle. Diese wird zunächst in der Kohlevergasung mit Wasserdampf und Luft oder Sauerstoff zu Synthesegas umgesetzt, dieses wird anschließend katalytisch zu Kohlenwasserstoffen und Wasser umgesetzt.

• Gesamtwirkungsgrad gering
• Sehr schlechte Gesamt CO2 Balance des Verfahrens durch den hohen Energieaufwand und der damit einhergehenden CO2-Freisetzung bereits bei der Herstellung. Im Falle von Fischer-Tropsch-Kraftstoffen liegt die gesamte CO2-Freisetzung etwa doppelt so hoch wie bei entsprechenden Erdölprodukten.

Selbst effiziente Dampfturbinen-Generatoren wandelt nur 12-16% der zum Verdampfen des Wassers benötigten thermischen Energie in elektrische Energie um. Grosse Dieselgeneratoren haben dagegen einen Wirkungsgrad von 35-36 %, ein mit einer Diesel-Turbine gekoppelter Generator bis zu 38 %.

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