Verfahren zur Extraktion von Kohlendioxid aus Luft oder Gasgemischen und Gewinnung von Kohlendioxid als Reingas.

Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen existent mit denen eine Extraktion von Kohlendioxid aus Luft oder Gasgemischen vorgenommen werden kann. Gemeinsam ist diesen Verfahren, dass ein hoher prozessualer Aufwand sowie hohe Energieeinträge erforderlich sind, um zum einen eine weitgehend vollständige Extraktion von Kohlendioxid vorzunehmen und zum anderen das extrahierte Kohlendioxid als Reingas zu gewinnen. Eine vollständige Extraktion ist beispielweise erforderlich, wenn ein Bio-oder Klärgas aufgereinigt werden soll, um hierdurch ein reines Methangas zu erhalten. Eine ökonomische Nutzung von Kohlendioxid kann andererseits nur dann erfolgen, wenn dieses in einer Reinheit von > 99Vol% vorliegt. Die Anlagentechniken aus dem Stand der Technik sind ausgerichtet auf hohe Volumendurchsätze und erfordern ein hohes Anfangsinvestment sowie erhebliche Unterhaltskosten. Zusätzlich sind die Verfahren z.T. ökologisch bedenklich (z.B. bei Verwendung von Monetholamin oder dessen Derivate) und nicht produktverlustfrei durchführbar (z.B. durch Methanschlupf). Daher ist eine breite Anwendung dieser Verfahren trotz eines erheblichen Bedarfs bisher nicht erfolgt.
Es wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem es mittels einer in Wasser gelösten biogenen Substanz möglich ist, Kohlendioxid in hoch effektiver Weise aus einem beliebigen Luft-/Gasgemisch vollständig zu extrahieren und hierin drucklos zu binden. Das in dem wässrigen Akzeptormedium gebundene Kohlendioxid kann mittels eines elektrophoretischen Verfahrens selektiv wieder freigesetzt werden, wodurch dieses in reiner Form erhalten wird. Die hierdurch regenerierte Akzeptorlösung kann dann für eine erneute Extraktion von Kohlendioxid eingesetzt werden. Somit kann das Verfahren kontinuierlich, ohne  Produktverlust und ökologisch unbedenklich betrieben werden, unter Erhalt eines Luft-Gasgemisches das vollständig von Kohlendioxid bereinigt ist und einem Reingas aus Kohlendioxid.

co2 desBei den im Stand der Technik vorhandenen Verfahren zur Extraktion von Kohlendioxid lassen sich im Wesentlichen 3 Verfahrensarten unterscheiden: 1. Gaswaschverfahren, 2. Adsorptionsverfahren und 3. Membranverfahren. Bei den Waschverfahren ist die sogenannte Aminwäsche verbreitet, bei der wässrige Lösungen, in denen Monetholamin oder dessen Derivate gelöst sind, das als Akzeptor für Kohlendioxid verwandt werden.  Die Desorption wird durch eine Temperaturerhöhung der Akzeptorlösung auf 120°C erreicht. Bei dem Prozess entweicht ein kleiner Teil des Monetholamins. Ein weiteres wässriges Verfahren stellt die Druckwechselwäsche dar. Hierzu muss der gesamte Gasstrom auf 4 – 6 bar komprimiert werden unter Durchmischung mit Wasser. Eine Desorption des in Wasser gelösten Kohlendioxids erfolgt anschließend durch Anlage eines Unterdrucks. Bei den Adsorptionsverfahren erfolgt eine Adsorption von Kohlendioxid an Feststoffe. Für die Regenerierung müssen diese erhitzt werden, was ebenfalls unter Vakuum erfolgt. Bei den Membranverfahren werden Gasseparationsmembranen eingesetzt. Unter hoher Druckbeaufschlagung kann ein Rückhalt von Kohlendioxid erreicht werden. Es ist jedoch nur mit weiterem Verfahrensaufwand möglich Reingase mit diesem Verfahren erhältlich zu machen. Gemeinsam ist den Verfahren, dass enorme Energieverluste dadurch zustandekommen, indem ein Großteil der erforderlichen Energie in Form von thermischer Energie oder Druckenergie verloren geht.

co2 desEs wurde ein Verfahren entwickelt bei dem mittels einer physiologischen Aminosäure eine elektrostatische Bindung der wasserlöslichen Form von Kohlendioxid (Carbonatanionen) erfolgt. Diese Reaktion erfolgt spontan bei Temperaturen zwischen 0 und 99°C. Hierdurch ist es möglich mehr als 120g/ Kohlendioxid in einem Liter der wässrigen Akzeptorlösung drucklos zu binden und hierin zu transportieren. Im Anschluss an die Bindung kann eine selektive Freisetzung in einer Elektrodialysevorrichtung erfolgen. Dabei erfolgt ein elektrophoretischer Transport der Carbonatanionen durch eine für den selektiven Stofftransport geeignete Membran. Die Carbonatanionen werden nach der Membranpassage in einem wässrigen Aufnahmemedium gebunden und außerhalb der Elektrodialyseeinheit in eine Ausgasungseinheit geleitet, wo spontan eine Ausgasung in Form von Kohlendioxid erfolgt. Die Akzeptorflüssigkeit ist nach Passage der Elektrodialyseeinheit regeneriert und kann erneut zur Extraktion von Kohlendioxid eingesetzt werden.
Durch dieses Verfahren und der Verfahrensführung ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber den darstellten Verfahren aus dem Stand der Technik. Das Verfahren hat keine ökologische Bedenklichkeit und wird mit einer physiologisch vorkommenden Verbindung, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird, durchgeführt. Dabei kommt es zu keinem Verlust dieser Verbindung, wie im Langzeitbetrieb gezeigt werden konnte. Die Extraktion von Kohlendioxid kann mit einem im Stand der Technik vorhandenen Gaswäscher erfolgt und ist damit beliebig skalierbar. Die Separation des in Form von Carbonatanionen gelösten Kohlendioxids erfolgt elektrokinetisch, sodass der Energieeintrag praktisch ausschließlich für die Separation verwandt wird. Hierdurch kann eine Energieeffizienz von > 80% erreicht werden. Als Nebenprodukt des Energieeintrages werden Reingase aus Wasserstoff und Sauerstoff, die in den Elektrolytkammern durch Elektrolyse entstehen, gewinnbar. Durch den mittels des Verfahrens möglichen selektiven Stofftransport wird unmittelbar ein Reingas von Kohledioxid erhältlich.