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DE102008005264A1 - Converting carbon dioxide into oxygen and glucose for use in fuel preparation, involves utilizing algae battery for collecting carbon dioxide from power plant emissions, and converting collected carbon dioxide into glucose and oxygen - Google Patents

Converting carbon dioxide into oxygen and glucose for use in fuel preparation, involves utilizing algae battery for collecting carbon dioxide from power plant emissions, and converting collected carbon dioxide into glucose and oxygen Download PDF

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DE102008005264A1
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Abstract

Carbon dioxide conversion involves utilizing algae battery for collecting carbon dioxide from power plant emissions, and converting collected carbon dioxide into glucose and oxygen by using algae battery. The conversion is accomplished with help of photosynthesis and water.

Description

1. Aktuelle Situation1. Current situation

Wir leben in einer hoch entwickelten Industriegesellschaft. Viele elektrische Geräte vereinfachen und bereichern unseren Alltag, denn nahezu niemand wäscht seine Wäsche heutzutage noch per Hand, dazu gibt es ja die Waschmaschine, und elektrische Herdplatten sind zum Kochen komfortabler, als die früheren mit Holz befeuerten Öfen. Auch erhöhen elektrische und elektronische Geräte unsere Effektivität erheblich. Da ist zuerst mal die gesamte Computertechnik zu nennen, ohne Computer würde in unserer modernen Gesellschaft nichts mehr funktionieren. Praktisch alles ist computergesteuert bzw. von computergesteuerten Systemen abhängig, nur um einige brisante Beispiele zu nennen: Verkehrsampeln würden sich ohne Computer nicht mehr umschalten, dies würde ein Verkehrschaos ungeahnten Ausmaßes verursachen. Auch in der Medizin hat der Computer schon lange Einzug gehalten, und steuert dort lebenswichtige Systeme. Unsere gesamte Industrie basiert auf energiehungrigen elektrischen und elektronischen Maschinen und Anlagen. Um unseren Lebensstandard aufrecht zuhalten ist es also von immenser Bedeutung, bezahlbare elektrische Energie in ausreichender Menge und zu jeder Zeit verfügbar zu haben. Jedoch stellt sich die Frage: „Rechtfertigt diese Tatsache die im Zusammenhang mit der Bereitstellung jener Energie verbundenen Umweltschäden?" Selbst die scheinbar so saubere und Umweltschonende, da Kohlenstoffdioxid freie, und billige Energieproduktion durch Kernspaltung hat ihre Schattenseite. Man weiß bis heute nicht wo man die anfallenden radioaktiven Abfälle für die nächsten Jahrtausende sicher lagern kann, es existieren bisher nur Zwischenlager, welche das Abfallproblem nicht zu lösen vermögen, da diese keine geeigneten Endlagerstätten darstellen.We live in a highly developed industrial society. Many electrical equipment Simplify and enrich our everyday lives, because almost nobody washes his laundry Nowadays by hand, there is the washing machine, and Electric hobs are more comfortable to cook than the earlier ones Wood fired stoves. Also increase electrical and electronic devices significantly increase our effectiveness. First of all there is the entire computer technology, without a computer would in nothing works in our modern society. Practically everything is computer-controlled or from computer-controlled systems dependent, just to name a few explosive examples: traffic lights would turn Without computer switch no more, this would be a traffic chaos unimagined extent cause. The computer has also been used in medicine for a long time and controls vital systems there. Our entire Industry is based on energy hungry electrical and electronic Machinery and equipment. To uphold our standard of living So it's of immense importance, affordable electrical energy in sufficient quantity and at all times available. However the question: "Justifies this fact in connection with the provision of those Energy related environmental damage? "Even the seemingly so clean and environmentally friendly, since carbon dioxide free, and cheap Energy production through nuclear fission has its downside. you know until Today, not where you get the accumulating radioactive waste for the next millennia can safely store, there are so far only intermediate storage, which not to solve the waste problem capital, as these are not suitable final deposits.

Das Nonplusultra zur Erzeugung elektrischen Stroms sind natürlich die erneuerbaren Energien mit ihrer minimalen Umweltbelastung und ihren unerschöpflichen Primärenergiequellen, wie z. B. die Sonnenenergie, die bis zum Ende der Lebensdauer unseres Sterns auf der Erde vorhanden sein wird, also auch bis zum wahrscheinlichen Ende des Lebens auf der Erde, doch dies wird noch sieben Milliarden Jahre auf sich warten lassen.The Of course, the ultimate in generating electricity is the renewable energies with their minimal environmental impact and their inexhaustible Primary energy sources, such as For example, the solar energy that will last until the end of our life Star will be present on Earth, so too probable End of life on earth, but this will still be seven billion Years in coming.

Die Erneuerbaren Energien haben allerdings einen Entscheidenden Nachteil gegenüber herkömmlichen Kraftwerken, die ihre Energie aus fossilen Brennstoffen bzw. Uran gewinnen. Sind in Anschaffung und Betrieb viel teurer als die soeben erwähnten Kraftwerke. Eine weitere Anforderung, die an heutige wie auch zukünftige elektrischen Strom produzierende Anlagen gestellt wird ist, dass sie innerhalb kürzester Zeit mit möglichst hoher Gesamtleistung installiert werden können, denn der Energiehunger der Nation wächst stetig. Diese Anforderung erfüllen Wärmekraftwerke wie Gas- oder Kohlekraftwerke am ehesten. Jedoch sind diese Kraftwerke sehr umstritten, da sie mit einem sehr geringen Wirkungsgrad, bei modernen Kohlekraftwerken circa vierzig bis fünfundvierzig Prozent, und einem hohen Kohlenstoffdioxidausstoß aufwarten. Es werden jedoch momentan Techniken entwickelt um dieses Gas vom restlichen Abgasgemisch, größtenteils Wasserdampf, abzuscheiden. Man plant das abgeschiedene Gas dann in unterirdische Kavernen zu pumpen. Dies ist jedoch sehr energieaufwendig und mit hohen Mehrkosten verbunden.The However, renewable energies have a decisive disadvantage across from usual Power plants that use their energy from fossil fuels or uranium win. Are much more expensive to purchase and operate than the just mentioned Power plants. Another requirement for today's as well as future electric Power generating equipment is provided that they are within short Time with as possible high total power can be installed, because of energy hunger the nation is growing steadily. Fulfill this requirement Thermal power stations like gas or coal power plants most likely. However, these are power plants very controversial, as they are at a very low efficiency, at modern coal-fired power plants about forty to forty-five percent, and one high carbon dioxide emissions come up. However, techniques are currently being developed around this gas from remaining exhaust gas mixture, mostly Steam, to be separated. One then plans the separated gas to pump into underground caverns. However, this is very energy consuming and associated with high additional costs.

2. Meine Idee2. My idea

Aus diesem Grund habe ich mir überlegt, wie man das abgeschiedene Kohlenstoffdioxid auch wirtschaftlich nutzen könnte. Die aktuelle Diskussion über Biodiesel und Bioethanol als Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge inspirierte mich letztendlich zu folgender Idee: Man könnte riesige Grünpflanzenfarmen anlegen, die dieses Gas mit Hilfe der Sonneneinstrahlung in Sauerstoff und Biomasse umwandeln. Dabei entstehen große Mengen an Biomasse. Der in den Pflanzen gespeicherte Zucker kann unter technisch geringem Aufwand zu Ethanol verarbeitet werden. Hiermit können nun Kraftfahrzeuge angetrieben werden. Brasilien ist ein gutes Beispiel dafür, dass eine Kraftstoffwirtschaft auf Ethanolbasis sehr gut funktionieren kann. Diese Technik kann uns also unabhängiger von Erdölimporten aus dem Ausland machen. Dies würde die Spritpreise stabilisieren und die Umweltbelastung durch den Kohlenstoffdioxidausstoß des Kraftfahrzeugverkehrs deutlich verringern, da die Menge an ausgestoßenem Kohlenstoffdioxid letztendlich nur der durch die Pflanzen aufgenommenen Menge entspricht und dieses auch ohne diese weitere Nutzung an die Atmosphäre abgegeben würde. Somit wird also die Energieausbeute des in den Energiekraftwerken genutzten fossilen Brennstoffs indirekt verbessert. Außerdem lässt sich mit einem Teil der Abgaswärme die Anlage heizen, sodass die genutzten pflanzen bei konstanter Temperatur gelagert werden können. Dies verbessert den Glucoseertrag, der bei konstanten 35° am höchsten ist, und stellt im Winter sicher, dass die Pflanzen nicht durch Frost zerstört werden.Out That's why I thought, how to make the deposited carbon dioxide also economical could use. The current discussion about Biodiesel and bioethanol as fuels for motor vehicles inspired I finally came to the following idea: You could huge green plants farms create this gas with the help of solar radiation into oxygen and convert biomass. This results in large amounts of biomass. Of the stored sugar in the plants can be technically low Effort to be processed into ethanol. This can now be powered by motor vehicles become. Brazil is a good example of a fuel economy ethanol-based can work very well. This technique can us so independent from oil imports from abroad. This would stabilize the fuel prices and the environmental impact of the Carbon dioxide emissions of the Significantly reduce motor vehicle traffic, since the amount of carbon dioxide emitted ultimately only the amount absorbed by the plants and this delivered to the atmosphere without this further use would. Thus, therefore, the energy yield of the energy in the power plants used indirectly improved fossil fuel. In addition, can be with a part of the exhaust heat heat the plant so that the plants used remain at a constant level Temperature can be stored. This improves the glucose yield, which is highest at a constant 35 ° C, and ensures in winter that the plants are not affected by frost destroyed become.

2.1 Das Problem2.1 The problem

Die Photosynthese der Pflanzen funktioniert nur bei Sonnenlicht. Und man benötigt eine sehr große Anbaufläche für die Pflanzen. Dies wäre sehr kostenintensiv und würde landwirtschaftliche Nutzfläche verschwenden. Außerdem müssen die Pflanzen von der Umwelt durch ein Gebäude hermetisch abgeschlossen sein, da das Kohlenstoffdioxidgas nicht in die Umwelt gelangen soll, sondern von diesen in unschädliches Sauerstoffgas und Glucose umgewandelt werden. Doch man benötigt eine enorme Biomasse um dieses Projekt verwirklichen zu können. Wie bringt man diese Masse an Pflanzen in einem Gebäude unter? (Kapitel 4.1, 2. Abs.)The Photosynthesis of plants only works in sunlight. And you need a very large acreage for the plants. This would be very expensive and would agricultural area waste. Furthermore have to the plants are hermetically sealed from the environment by a building because the carbon dioxide gas should not get into the environment, but harmless of these Oxygen gas and glucose are converted. But you need one enormous biomass to realize this project. As do you accommodate this mass of plants in a building? (Chapter 4.1, 2nd paragraph)

2.2 Die Lagerung von CO2 2.2 The storage of CO 2

Da die Sonneneinstrahlung tageszeitabhängig schwankt, müsste man zu dunklen Tageszeiten das produzierte Kohlenstoffdioxid lagern. Das gelagerte Kohlenstoffdioxid kann man zur nächsten Mittagszeit wieder aus dem Lager abpumpen und über die Pflanzenfarm leiten, da die Sonneneinstrahlung zu dieser Zeit am höchsten ist, und die Photosyntheseleistung direkt proportional zur Sonneneinstrahlung ansteigt bzw. sinkt.There the solar radiation varies with the time of day, you would have to store the carbon dioxide produced at dark times of the day. The stored carbon dioxide can be turned off again at lunchtime pump out and over direct the plant farm, as the solar radiation at this time the highest and the photosynthetic power is directly proportional to the solar radiation rises or falls.

Auch das Problem der jahreszeitlichen Schwankungen der Photosyntheseleistung lässt sich durch Zwischenlagerung lösen.Also the problem of seasonal fluctuations in photosynthetic performance let yourself loosen by intermediate storage.

Die Zwischenlagerung kann zum Beispiel in unterirdischen Hohlräumen durchgeführt werden. Dies ist sehr aufwendig, jedoch notwendig. (Mehr dazu siehe 4.2)The Interim storage can be carried out, for example, in underground cavities. This is very expensive, but necessary. (See 4.2 for more)

3.1 Wieviel Kohlenstoffdioxid produziert eigentlich ein durchschnittliches deutsches Braunkohlekraftwerk?3.1 How much carbon dioxide is produced actually an average German lignite power plant?

Das Kraftwerk Niederaußem wird mit seinem neuen Block Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagetechnik (BoA), wohl der Vorreiter für zukünftige Braunkohlekraftwerke sein. Da in Zukunft sehr viele Braunkohlekraftwerke modernisiert bzw. neu errichtet werden, nehme ich dieses Kraftwerk als Beispiel für ein zukünftiges durchschnittliches Braunkohlekraftwerk. Es hat eine Installierte Leistung von 1012 MW Brutto und einen Wirkungsgrad von 43%.3 The Niederaussem power plant, with its new block of lignite-fired power plants with optimized plant technology (BoA), will probably be the pioneer for future lignite-fired power plants. As many lignite-fired power plants will be modernized or rebuilt in the future, I will take this power plant as an example of a future average lignite-fired power plant. It has an installed capacity of 1012 MW gross and an efficiency of 43%. 3

Reaktion von Kohlenstoff mit Sauerstoff:Reaction of carbon with oxygen:

  • C + O2 → CO2 + Wärme C + O 2 → CO 2 + heat

Reiner Kohlenstoff (Graphit) und Sauerstoffgas enthalten jeweils 0 Hf 0 in kJ/mol und Kohlenstoffdioxidgas enthält –393,8 Hf 0 in kJ/mol. Das heißt bei der Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenstoff werden 393,8 Hf 0 in kJ/mol frei.Purity carbon (graphite) and oxygen gas each containing 0 H f 0 contains in kJ / mol, and carbon dioxide gas -393.8 H f 0 in kJ / mol. That is, in the reaction of oxygen with carbon 393.8 H f 0 are released in kJ / mol.

(1,012·10^6) kJ/393,8 kJ/mol=) 2,57·10^3 mol Kohlenstoffdioxid entstehen pro Sekunde bei einem Wirkungsgrad von 100%. Bei einem realen Wirkungsgrad von 43% entstehen (2,57·10^3·mol (100/43)=)5976.74 mol Kohlenstoffdioxidgas pro Sekunde.(1.012 x 10 ^ 6) kJ / 393.8 kJ / mol =) 2.57 × 10 -3 mol carbon dioxide are produced per second at an efficiency of 100%. At a real efficiency of 43% arise (2.57 · 10 ^ 3 · mol (100/43) =) 5976.74 mol carbon dioxide gas per second.

Das würde bedeuten, dass in diesem Kraftwerksblock ca. 61,68 m3 (bei 24°C warmer Gas) Kohlenstoffdioxidgas pro Sekunde entstehen würde wenn der Wirkungsgrad der Anlage bei 100% liegen würde. Da der Wirkungsgrad jedoch 43% beträgt, muss der Kohlenstoffdioxidausstoß pro Sekunde ((100/43)·61,68 m3=) 143.44 m3 betragen.This would mean that in this power plant block about 61.68 m 3 (at 24 ° C warm gas) carbon dioxide gas per second would arise if the efficiency of the system would be 100%. However, since the efficiency is 43%, the carbon dioxide output per second ((100/43) x 61.68 m 3 =) must be 143.44 m 3 .

3.2 Wie viel Glukose entsteht dabei?3.2 How much glucose is produced?

Photosynthesegleichung (Nettoreaktionsgleichung):Photosynthesis equation (net reaction equation):

  • 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 ΔH0 = +2870 kJ / mol 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ΔH 0 = + 2870 kJ / mol

Wenn das gesamte entstehende Kohlenstoffdioxid von den Pflanzen verbraucht wird, entstehen (5976.74 mol/6 mol=) 996, 12 mol Glucose pro Sekunde. Das entspricht (180 g/mol·996.12 mol = 179301.6 g =) 179.30 kg (gerundet) Glukose pro Sekunde. Dies entspräche einer Tagesproduktion von 15000 t (gerundet) bzw. einer Jahresproduktion von 5,7·10^6 t (gerundet) vorausgesetzt, das Kraftwerk produziert 365 Tage im Jahr die gleiche Leistung. Zur Veranschaulichung: siehe 1.When all the resulting carbon dioxide is consumed by the plants, (5976.74 mol / 6 mol =) 996, 12 moles of glucose per second. This corresponds to (180 g / mol · 996.12 mol = 179301.6 g =) 179.30 kg (rounded) glucose per second. This would correspond to a daily production of 15,000 t (rounded) or an annual production of 5.7 · 10 ^ 6 t (rounded), provided the power plant produces the same output 365 days a year. For illustration: see 1 ,

3.3 Welche Menge Ethanol ließe sich daraus gewinnen?3.3 What amount of ethanol could be used? win from it?

Die Nettoreaktionsgleichung für die Umsetzung von Glucose in Ethanol lautet: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP The net reaction equation for the conversion of glucose into ethanol is: C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P i → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP

Das bedeutet, das bei einem Umsetzungswirkungsgrad von 100% bedeutet dies eine Ethanoljahresproduktion von (996, 12 mol·602·8760·2=) 6,28·10^10 mol Glucose. Das entspricht (996, 12 mol·602·8760·2·46 g/mol·(1/1000)=) 2,89·10^9 kg (gerundet) bzw. (2,89·10^9 kg/0,79 kg/dm3=) 3,66·10^9 l Ethanol.That is, at a conversion efficiency of 100%, this means an annual ethanol production of (996, 12 mol · 60 2 · 8760 · 2 =) 6.28 · 10 ^ 10 moles of glucose. This corresponds to (996, 12 mol · 60 2 · 8760 · 2 · 46 g / mol · (1/1000) =) 2.89 · 10 ^ 9 kg (rounded) or (2.89 · 10 ^ 9 kg / 0.79 kg / dm 3 =) 3.66 × 10 9 l ethanol.

Es könnte als E100 oder mit 15% Benzinanteil als E85 verwendet werden. Es existieren bereits viele Serienmodelle in den Katalogen der Automobilindustrie, die mit E85 fahren können. An Tankstellen wird er für rund 92 cent pro Liter angeboten. Der Mehrverbrauch liegt bei 30%, sodass das Autofahren bei einem Benzinpreis von 1,35 EUR ca. 10% billiger wäre.It could used as E100 or with 15% gasoline as E85. It Many series models already exist in the catalogs of the automotive industry, that can drive with E85. At petrol stations he is for around 92 cents per liter offered. The additional consumption is 30%, so driving at a price of 1.35 EUR petrol about 10% cheaper would.

Der Verkauf des Ethanols als E85 würde einen Gewinn von ((da E85 nahezu die gleiche Dichte wie Ethanol hat, kann man den Dichteunterschied vernachlässigen) 0,92 EUR – (1.35EUR·0,15)=) 0,7175 EUR pro Liter einbringen (bei einem Benzinpreis von 1,35 und einem E85-Preis von 92 cent). Verkauft man die komplette Menge des produzierten Ethanols, so lässt sich ein Gewinn von 2,62605 Milliarden EUR erzielen. (Ethanol-Molekül: 2)The sale of ethanol as E85 would bring a gain of (since E85 has almost the same density as ethanol, one can neglect the density difference) 0.92 EUR - (1.35EUR · 0.15) =) 0.7175 EUR per liter (at a price of 1.35 and an E85 price of 92 cents). Selling the full amount of ethanol produced yields a profit of EUR 2.62605 billion. (Ethanol molecule: 2 )

4 Realisierung4 realization

4.1 Wie viel Biomasse wird dafür benötigt?4.1 How much biomass is needed?

Sorgt man in der Farm für tropisches Klima, und pflanzt an das Klima angepasste kleinwüchsige sehr produktive Pflanzen, z. B. Farne, so würden diese, wenn sie sehr dicht gepflanzt würden, eine ähnlich hohe Photosynthese-Nettoprimärproduktion erbringen, wie der tropische Regenwald. Die Photosynthese-Nettoprimärproduktion ist angegeben als Kohlenstoff-Masse in der gebildeten Biomasse. Folgende Rechnung ergibt die erforderliche Fläche, die benötigt wird, um einen CO2-Ausstoß von 5976,74 mol/Sekunde verarbeiten zu können (Die genannte Ausstoßmenge ist ein Schätzwert für ein typisches Kohlekraftwerk.):
5976,74 mol/Sekunde·31,536·(10^6 Sekunden/a)·12 g/mol·(1/1000 kg/g) = 2,26·10^9 kg/a (gerundet). Nehmen wir nun an, dass die Photosynthese-Nettoprimärproduktion in unserer Farm ein Kilogramm pro Jahr und Quadratmeter beträgt, so benötigt man für die Umsetzung des gesamten produzierten Kohlenstoffdioxids 2,26·10^9 m2 Biomasse. Dies wäre in etwa die Fläche Algeriens.
Provides the farm for tropical climate, and plants adapted to the climate small, very productive plants, such. Ferns, they would, if planted very densely, produce a similarly high photosynthetic net primary production as the tropical rainforest. Photosynthesis net primary production is reported as carbon mass in the biomass formed. The following calculation gives the required area needed to process a CO 2 output of 5976.74 mol / second (The stated output is an estimate for a typical coal-fired power plant):
5976.74 mol / second · 31,536 · (10 ^ 6 seconds / a) · 12 g / mol · (1/1000 kg / g) = 2.26 · 10 ^ 9 kg / a (rounded). Assuming that the net photosynthesis of primary production in our farm is one kilogram per year per square meter, it takes 2.26 x 10 ^ 9 m 2 of biomass to convert all the carbon dioxide produced. This would be about the size of Algeria.

Also muss man eine andere Pflanze nutzen, aber welche Pflanze kann das sein? Ich kam zu dem Schluss, dass Algen die beste Wahl wären, denn nach Wikipedia haben Seen eine Photosynthese-Nettoprimärproduktion von 2008/m2·a. Angenommen, dass 1% des Sees aus Algen besteht, diese 1% also die komplette Produktion erbringen, würde das ja bedeuten das, wenn man den Wasseranteil entfernen würde und dieser m2 nur mit Algen bedeckt wäre, so hätten Algen demnach eine Photosynthese-Nettoprimärproduktion von
((200 g/m2·a)·100=)20000 g/m2·a.
So you have to use another plant, but which plant can that be? I came to the conclusion that algae would be the best choice, because according to Wikipedia lakes have a net photosynthesis production of 2008 / m 2 · a. Assuming that 1% of the lake is made up of algae, that is 1% of the total production, that would mean that if you remove the water content and this m 2 is only covered with algae, algae would have a net photosynthesis production from
((200 g / m2 · a) · 100 =) 20000 g / m2 · a.

Für die Unterbringung der Algen nutzt man am besten ein sehr dichtes Nanogitter aus einer Titanlegierung. Denn das Gitter muss extrem stabil, widerstandsfähig und es muss rostfrei sein. Jeweils ein 1 m2 großes Quadrat dieses Gitters hängt mit seinen vier Ecken an vier massiven Säulen aus rostfreiem Edelstahl mit einem Durchmesser von jeweils 10 cm. Und zwischen den Quadraten befindet sich jeweils ein Abstand von 10 cm, damit das Kohlenstoffdioxidgas besser zu den Algen gelangen kann. Außerdem würde man am Besten alle Zehn Meter eine Zwischendecke aus Gasdichtem Hartkunststoff einfügen. Diese gäbe zum einen den Säulen mehr Stabilität und zum anderen würde dies das gleichmäßige Verteilen des Gases an die Algen erleichtern. Eine Stärke von 2 cm würde ausreichen.For the accommodation of the algae it is best to use a very dense nanogitter made of a titanium alloy. Because the grid must be extremely stable, resistant and it must be rust-free. Each 1 m 2 square of this grid hangs with its four corners on four solid columns of stainless steel with a diameter of 10 cm. And between the squares is a distance of 10 cm, so that the carbon dioxide gas can get better to the algae. In addition, it would be best every ten meters insert a false ceiling of gas-tight hard plastic. On the one hand this would give the columns more stability and on the other hand this would facilitate the uniform distribution of the gas to the algae. A thickness of 2 cm would be enough.

Beispielgraphik (3 gelb Säulen, grau Nanogitter):

Figure 00050001
Example graphic ( 3 yellow columns, gray nano-grid):
Figure 00050001

Die für die Algen benötigte Fläche beträgt demnach also 1,130894836·10^8 m2. Das benötigte Bauwerk könnte also folgendermaßen aussehen: Ein Gebäude von 7000 m2 Grundfläche müsste 80,78 m (gerundet) hoch sein. Je nach dem wie hoch die örtlichen Grundstückskosten sind müsste man überlegen, ob es günstiger ist eine größere Grundfläche und eine entsprechend niedrigere Höhe zu wählen oder umgekehrt. In meinem Beispiel sind jedoch die Säulen und notwendige Zwischenböden nicht mit einberechnet. Die reale Grundfläche wäre aufgrund der Zwischenräume um 1461,6334 m2 größer. Und das Gebäude wäre um (2 cm·8 =) 16 cm höher.Accordingly, the area required for the algae is 1.130894836 · 10 ^ 8 m 2 . The needed construction So the work could look like this: A building of 7000 m 2 floor area would have to be 80.78 m (rounded) high. Depending on how high the local land costs are you would have to consider whether it is cheaper to choose a larger footprint and a correspondingly lower height or vice versa. In my example, however, the columns and necessary intermediate floors are not included. The real base area would be larger due to the gaps around 1461.6334 m 2 . And the building would be 16 cm higher (2 cm x 8 =).

Das Verhältnis von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid kann von Sensoren erfasst, und somit durch einen Computer entsprechend dem Idealwert von ungefähr 10% Sauerstoff angepasst werden (auch Pflanzen benötigen Sauerstoff für ihre Zellatmung)The relationship of oxygen and carbon dioxide can be detected by sensors, and thus by a computer according to the ideal value of about 10% oxygen adapted (plants also need oxygen for their cellular respiration)

4.2 Zur Photosynthese wird Licht benötigt.4.2 Light is needed for photosynthesis.

Ein solches Projekt ließe sich auf dem Kraftwerksgelände realisieren, denn die Grundfläche des benötigten Gebäudes wäre in meinem Beispiel ungefähr so groß wie ein Fußballfeld mit Laufbahn. Ein weiteres Problem stellt die Versorgung mit ausreichendem Sonnenlicht dar, denn nun sind die Algen zwar Platz sparend angeordnet, liegen aber nun im Dunkeln. Ohne Licht funktioniert bekanntlich keine Photosynthese. Doch wie sollen die Sonnenstrahlen bis zu den Pflanzen gelangen? Selbst wenn man das Gebäude aus Glas baut wird die Sonneneinstrahlung ungleichmäßig verteilt und die Pflanzen im Zentrum der Halle stünden trotzdem im Dunkeln. Die Lösung des Problems könnte aus großen Parabolspiegeln bestehen, die um die Farm verteilt stehen, der Sonne nachgeführt werden und das eingefangene Licht auf Spiegel auf dem Dach des Gebäudes leiten. Diese leiten das konzentrierte Sonnenlicht nun durch UVB-Filter zu anderen Spiegel in der Halle, die das Licht so streuen, dass es gleichmäßig im Raum verteilt wird, dies setzt natürlich voraus, das die Zwischenböden absolut Lichtdurchlässig und völlig entspiegelt sind. Die UVB-Filter sind nötig, da UVB-Strahlung die Photosyntheseleistung der Pflanzen negativ beeinflusst. Bei rotem und blauem Licht ist die Photosynthese am Effektivsten.One such project on the power plant site realize, because the base area of the needed building would be in my example about as big as a football field with career. Another problem is the supply of sufficient Sunlight, because now the algae are indeed space-saving, but are now in the dark. Without light works known no photosynthesis. But how are the sunbeams up to the Get plants? Even if you build the building from glass, the Solar radiation unevenly distributed and the plants in the center of the hall would still be in the dark. The solution of the problem could from big ones Parabolic mirrors, which are distributed around the farm, the sun tracked and guide the captured light to mirrors on the roof of the building. These direct the concentrated sunlight through UVB filters to other mirrors in the hall that scatter the light so that it evenly in the room distributed, this of course sets advance, that the intermediate floors absolutely translucent and completely are anti-reflective. The UVB filters are necessary as UVB radiation is the photosynthetic power of plants negatively affected. With red and blue light is photosynthesis is the most effective.

5. Finanzierung5. Financing

5.1 Kosten des Projekts5.1 Cost of the project

Die Baukosten des Gebäudes schätze ich auf circa zwanzig bis dreißig Millionen Euro. Da der Parabolspiegel, der sich dafür sehr gut eignen würde noch getestet wird, lässt sich über den Beschaffungspreis dieses Bauteils nur sehr wenig sagen. Ich schätze, dass Thyssen-Krupp einen Stückpreis von circa einer Million Euro verlangen wird. Das für die Gitter verwendete Titan wird wahrscheinlich das teuerste am ganzen Projekt sein, da dieses Metall momentan besonders in der Flugzeugindustrie sehr gefragt ist, jedoch nur in begrenzter Menge auf dem Markt vorhanden ist. Da der Preis für Titan und seine Legierungen aber sehr starken Schwankungen unterliegt, ist über dessen zukünftigen Preis schwer etwas zu sagen. Die Algen werden kaum ins Gewicht fallen, besonders, da man für diese Nutzung keine Algen benötigt, die etwa zur Nahrungsproduktion oder Dieselproduktion verwendet werden. Die benötigten Mikroalgen fallen dabei kaum ins Gewicht. Sie sind sehr billig auf dem Markt zu kaufen, und vermehren sich sehr rapide, dabei stellen sie kaum Ansprüche an ihr Wachstumsumfeld, es sind sehr genügsame Pflanzen. Damit die Pflanzen wachsen können müssen sie immer mit Wasser benetzt sein, dies könnte man Beregnungsanlagen an den Edelstahlsäulen gewährleisten, das sich am Boden sammelnde Wasser kann natürlich wieder aufgefangen und wiederverwendet werden. Diese Beregnungsanlagen ermöglichen auch das Verteilen der Algen zu Anfang, in dem diese dem Wasser zugesetzt werden und mit relativ wenig Wasser auf die Nanogitter gespült werden. Auch bei der Ernte helfen wieder diese Beregnungsanlagen. Durch starke Vibrationen, die über die Säulen übertragen werden, lösen sich die Algen aus deren festen Sitz im Nanogitter und werden anschließend mit viel Wasser von ihren Plattformen gespült und auf den Zwischenböden aufgefangen. Von dort können sie über ein Rohrleitungssystem abgepumpt werden und anschließend aus dem Wasser gefiltert werden. Der in ihnen enthaltene Glucoseanteil kann nun durch entsprechende Fabriken gewonnen werden, und industriell zu Ethanol verarbeitet werden. So wäre ein sehr kostengünstiges System vorhanden, welches den Betrieb der Anlage gewährleistet. Allerdings ist die Instandhaltung nur über diverse ferngesteuerte Roboter möglich, da die Abstände zwischen den Nanogitterquadraten zu gering sind, als dass ein Mensch sich dort aufhalten könnte. Diese Roboter würden die Edelstahlsäulen als Schienen benutzen und an dünnen Stahlseilen nach oben gezogen und wieder hinab gelassen werden. Als Nebeneffekt werden die Personalkosten minimiert, denn ein einziger Techniker könnte so von seinem Computer aus die gesamte Anlage steuern.The Construction costs of the building wealth I'm about twenty to thirty Million Euros. Because the parabolic mirror, which is very good would be suitable still being tested leaves over say very little about the purchase price of this component. I guess that Thyssen-Krupp a unit price will demand about one million euros. That for the grid used titanium will probably be the most expensive on the whole project, as this metal is currently very much in the aircraft industry especially but only a limited amount is available on the market is. As the price for Titanium and its alloys but is subject to very strong fluctuations, is over its future Price hard to say something. The algae will hardly matter, especially as you go for this use does not require algae, used for food production or diesel production become. The necessities Microalgae hardly matter. They are very cheap to buy the market, and multiply very rapidly, putting it she hardly claims in their growth environment, they are very frugal plants. So that the plants can grow have to they are always wetted with water, this could be irrigation systems at the stainless steel columns guarantee, the water collecting on the ground can of course be caught again and be reused. These irrigation systems allow also distributing the algae in the beginning, in which this the water be added and with relatively little water on the nano grid rinsed become. The irrigation systems will also help with the harvest. Due to strong vibrations, over transfer the columns be solved The algae from their tight seat in the nano grid and are then with a lot of water was washed from their platforms and collected on the shelves. From there you can she over a piping system are pumped out and then out to be filtered in the water. The amount of glucose contained in them can now be obtained by appropriate factories, and industrially to be processed into ethanol. So that would be a very cost effective System available, which ensures the operation of the system. However, the maintenance is only about various remote-controlled Robot possible, because the distances between the nano grid squares are too small, than that a human could stay there. These robots would the stainless steel columns use as rails and on thin ones Steel cables are pulled up and lowered again. As a side effect, the staff costs are minimized, because a single Technician could so control the entire system from his computer.

Das Projekt würde sich sehr schnell amortisieren, da die Anlage sehr produktiv wäre. Bei einem Gewinn von 2,62605 Milliarden EUR der durch den Verkaufserlös des produzierten Ethanols pro Jahr hervorginge und geschätzten Jahresbetriebskosten von ungefähr zehn Millionen Euro ergäbe sich ein Jahresplus von 2,61605 Milliarden Euro (Steuern vernachlässige ich in diesem Rechenbeispiel).
(100000000 EUR/(2616050000(EUR/Tag)/365))= 14 Tage (gerundet)
The project would pay for itself very quickly because the plant would be very productive. With a profit of 2.62605 billion euros, which resulted from the sales proceeds of the produced ethanol per year and estimated annual operating costs of about ten million euros would result in an annual increase of 2.61605 billion euros (I neglect taxes in this calculation example).
(100000000 EUR / (2616050000 (EUR / day) / 365)) = 14 days (rounded)

Diese Rechnung zeigt also, dass sich die Anlage nach nur vierzehn Tagen bezahlt gemacht hat. Es dürfte demnach kein Problem darin bestehen Investoren für dieses Projekt zu gewinnen, da es ein sehr lukratives Geschäft verspricht.These Invoice shows that the plant after only fourteen days paid. It should be therefore, there is no problem in attracting investors to this project, as it is a very lucrative business promises.

5.2 Förderung durch das „Erneuerbare Energien Gesetz"5.2 Promotion through the "renewable Energies law "

Auch eine Förderung durch das „Erneuerbare Energien Gesetz" wäre denkbar, denn diese Technik schützt das Klima, sie ist neuartig und hat ein sehr hohes potential. Doch um eine Förderung zu erlangen erfordert es, dass gewisse politische Rahmenbedingungen geschaffen werden. Als Erstes müsste die Technologie als umweltschonend eingestuft und akzeptiert werden. Des Weiteren müsste eine Gemeinde dem Bau zustimmen und die Umweltverträglichkeit muss bewiesen werden. Der Nachteil der dieses Weges ist, dass er wie alle politischen Entscheidungen sehr lange dauert. In der Zwischen könnten schon Konkurrenzprodukte den Markt beherrschen. Dies würde die Realisierung dieses Projektes sehr erschweren oder sie gar unmöglich machen.Also a promotion through the "renewable Energies law "would be conceivable because this technique protects the climate, it is new and has a very high potential. But for a promotion To obtain it requires that certain political framework be created. First thing would have to the technology is considered environmentally friendly and accepted. Furthermore, would have a community agree to the construction and environmental sustainability must be proved. The downside of this path is that he as all political decisions take a long time. In between could even competing products dominate the market. This would be the Realization of this project very difficult or even impossible.

Deshalb sollte man lieber nach finanzkräftigen Investoren, wie zum Beispiel die Energieversorger selbst, suchen, um eine schnelle Realisierung zu ermöglichen. Nach dem Baubeginn wird die Politik ohnehin auf diese Technik aufmerksam, und nimmt es unter Umständen vielleicht sogar in das Förderprogramm des „EEG". Dies würde dann die Realisierung von weiteren Anlagen an anderen Kohlekraftwerken vereinfachen.Therefore you should rather after financially strong Investors, such as the energy providers themselves, are looking for to enable a quick realization. After the start of construction In any case, the policy becomes aware of this technology anyway and decreases it may be maybe even in the support program of the "EEG." This would then the realization of further plants at other coal power plants simplify.

Zusammenfassung und ResümeeSummary and summary

Die Idee ist also durchaus realisierbar. Es ist nun für genügend Licht gesorgt, sodass die Photosynthese stattfinden kann. Große Parabolspiegel sammeln das benötigte Sonnenlicht ein und leiten dies gebündelt an andere Spiegel weiter. Diese Spiegel streuen nun das Licht gleichmäßig in dem Gebäude, in dem die Pflanzen wachsen.The Idea is therefore quite feasible. It is now enough light taken care of so that photosynthesis can take place. Big parabolic mirrors Collect the needed Sunlight and pass this bundled to other mirrors. These mirrors now scatter the light evenly throughout the building, in the plants grow.

Algen sind für diesen Einsatz am besten geeignet, da sie anspruchslos und widerstandsfähig sind. Des Weiteren lassen sie sich sehr Platz sparend anordnen (auf Wasser- und Lichtquantenpermeablen Gittern) und haben eine hohe Photosynthese-Nettoprimärproduktionsrate. Pflanzen produzieren mit Hilfe von Licht (besonders rotes und blaues Licht) aus Kohlenstoffdioxidgas und Wasser Glucose. Dieser auch Traubenzucker genannte Stoff ist sehr energiereich und lässt sich durch alkoholische Gärung in Ethanol umwandeln. Dieser Alkohol kann zum Beispiel Kraftfahrzeuge antreiben. Er wird als E85 an Tankstellen verkauft. Fahrzeuge, die mit E85 angetrieben werden produzieren bis zu achtzig Prozent weniger Kohlenstoffdioxidgas als herkömmliche mit Benzin betriebene.seaweed are for This insert is best suited because they are undemanding and resistant. Furthermore, they can be arranged in a very space-saving manner (on water and light quantum permeable gratings) and have a high photosynthesis net primary production rate. Plants produce with the help of light (especially red and blue Light) from carbon dioxide gas and water glucose. This one too Grape sugar called substance is very energetic and can be by alcoholic fermentation convert to ethanol. This alcohol can for example motor vehicles drive. It is sold as E85 at petrol stations. Vehicles that powered by E85 produce up to eighty percent less Carbon dioxide gas than conventional with Gasoline powered.

Um den Betrieb der Anlage zu steuern bedarf es nur einer Person, die die Kontrollcomputer bedient, da im Gebäude selber menschliche Arbeit Konstruktionsbedingt nicht möglich wäre, zumal der Kohlenstoffdioxidgehalt in der Luft gefährlich hoch ist.Around To control the operation of the plant requires only one person, the the control computer operates, as in the building itself human work Design not possible would be, especially the carbon dioxide content in the air is dangerously high.

Die Ernte und Bewässerung der Algen wird mithilfe von Beregnungsanlagen bewerkstelligt.The Harvest and irrigation the algae is managed by irrigation systems.

Die Baukosten für das Projekt belaufen sich auf schätzungsweise hundert Millionen Euro. Nach nur zwei Wochen würde sich die Anlage amortisieren.The Construction costs for The project is estimated to be a hundred million Euro. After only two weeks would to amortize the investment.

Die Finanzierung wäre demnach schnell zu bewerkstelligen, da Investoren ein sehr lukratives Geschäft erwarten könnten.The Financing would be Therefore fast to accomplish, since investors a very lucrative business could expect.

Zusammenfassend kann man also sagen, dass diese Technik der Umwelt und dem Portemonnaie des Eigentümers sehr zu Gute käme. Diese Anlage würde kein klimaschädliches Kohlenstoffdioxid verursachen, da das in den Motoren der Ethanol-Autos entstehende Kohlestoffdioxidgas ansonsten ohnehin von dem angezapften Kohlekraftwerk ausgestoßen worden wäre. Sie wäre, meiner Meinung nach, eine ideale Zwischenlösung, bis die hundertprozentig erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne effizient und günstig, in ausreichend großer Menge elektrischen Strom produzieren können und der Kraftstoff für motorgetriebene Fortbewegungsmittel Wasserstoff heißt. Zukünftiger Forschungsbedarf besteht besonders in der Optik, die die Pflanzen mit Sonnenlicht versorgen und in der Entwicklung der benötigten Spezialroboter.In summary So you can say that this technique is the environment and the wallet of the owner would be very beneficial. This plant would no climate damaging Cause carbon dioxide, since the resulting in the engines of ethanol cars Carbon dioxide gas otherwise anyway from the tapped coal power plant pushed out would have been. You would be in my opinion, an ideal interim solution until the hundred percent renewable energy such as wind and sun efficiently and cheaply, in big enough Amount of electricity can produce and the fuel for motor-driven Means of transport hydrogen is called. There is a future need for research especially in the optics that provide the plants with sunlight and in the development of the needed Special robots.

Claims (1)

Real Green Coal. Eine Batterie von Algen nimmt das aus Kraftwerksabgasen abgeschiedene Kohlenstoffdioxid auf und wandelt es mit Hilfe der Photosynthese und Wasser in Glucose und Sauerstoff um. Die Glucose kann später zur Kraftstoffgewinnung eingesetzt werden. Die oben genannte „Algenbatterie" verarbeitet das im Kraftwerk entstandene Kohlenstoffdioxidgas vollständig, so dass das Kohlenstoffdioxidgas nicht in die Atmosphäre gelangt, und somit das Klima geschützt wird. 1. Die Algen sind auf Nanogittern angesiedelt, welche sich in einem Klimatisierten Raum bei gleich bleibender Temperatur befinden. 2. Die Wasserversorgung der Algen wird über ein Beregnungssystem ermöglicht. So wird gewährleistet, dass die Algen ständig mit ausreichend Wasser versorgt werden. 3. Die Größe der Anlage richtet sich nach der Kraftwerksleistung. 4. Die Nanogitter sind an Metallsäulen aufgehängt. 5. Die Anlage kann durch eine einzige Person gesteuert und gewartet werden.Real Green Coal. A battery of algae takes the carbon dioxide separated from power plant exhaust gases It converts it into glucose with the help of photosynthesis and water and oxygen around. The glucose can later for fuel production be used. The above-mentioned "algae battery" processes the in the power plant resulting carbon dioxide gas completely, so that the carbon dioxide gas does not get into the atmosphere, and thus the climate is protected becomes. 1. The algae are based on nanogels, which in an air-conditioned room at a constant temperature are located. 2. The water supply of the algae is over Irrigation system allows. This ensures that algae is constantly be supplied with sufficient water. 3. The size of the plant depends on the power plant output. 4. The nano-grid are at metal columns suspended. 5th The system can be controlled and maintained by a single person become.
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