Zero emission is the realization of carbon dioxide sinks, by converting carbon dioxide (CO2) to another component. We do not understand under zero emission storing carbon dioxide in wholes, the ocean, or in tanks. If we compare with a biological plant, we have to learn that the biological plant is converting carbon dioxide (CO2) and water (H2O) to biomass and oxygen based on solar energy.
The process is divided into two parts, the light cycle and the dark cycle, optimized to the day and night cycle on earth (or in mechanistic interpretation: on the rotation of the earth around the axis). The aim of this photosynthesis process is to produce biomass during the growth process, oxygen is a waste product. Transferring the conversion of water and carbon dioxide to energy, we need hydrogen and as a waste product oxygen.
If we now turn over to technical processes which include up scaling we need a fuel which can be produced from biogenic mass and gases and additional from water and carbon dioxide. In this article we focus on dimethyl ether (DME). To enable this process we need at least electric energy provided by the volatile wind and solar energy and by nuclear power.
Inhaltsverzeichnis
1. Introduction
2. Pathways to Dimethyl Ether
3. Steel mill flare gas conversion to DME
4. Biogas conversion to Dimethyl Ether
5. Conclusion
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel der Arbeit ist die Untersuchung technischer Prozesse zur Umwandlung von biogenen Abgasen und Industriegasen in Dimethylether (DME) unter Berücksichtigung des "Zero Emission"-Prinzips. Dabei wird analysiert, wie durch den Einsatz elektrischer Energie und spezifischer chemischer Reformierungsprozesse CO2-Senken realisiert oder Emissionen signifikant reduziert werden können.
- Umwandlung von Hüttengasen aus der Stahlindustrie in DME
- Biogasgewinnung und -nutzung aus Castor-Ölkuchen (DOC)
- Vergleich von Trocken- und Dampfreformierungs-Verfahren
- Analyse des Energiebedarfs und der CO2-Bilanz
- Potenziale zur Realisierung von CO2-Senken
Auszug aus dem Buch
Pathways to Dimethyl Ether
One pathway of the conversion of landfill gas and biogas to dimethyl ether is the conversion of the biogenic gases with an ATR (auto thermal reactor) to a synthetic gas mainly consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2). The auto thermal reaction is based on CH4 + O2 ⇒ CO2 + H2O + Q (1). The other reactions are based on carbon dioxide (CO2) 2CH4 + O2 + CO2 ⇒ 3H2 + 3CO + H2O (1) (H2 : CO = 1: 1) and on steam(H2O) 4CH4 + O2 + H2O ⇒ 10H2 + 4 CO(2) ( H2 : CO = 2.5 : 1). If O2 is in a sub stoichiometric concentration a conversion to a hydrogen rich and carbon dioxide rich gas is gained CH4+O2+CO2 ⇒ 2H2+2CO2 (3). (H2:CO2 = 1:1).
Another pathway of the conversion of landfill gas and biogas to dimethyl ether is the conversion of the biogenic gases with dry reforming to a synthetic gas mainly consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2). Under dry reforming we understand CH4+CO2 ⇒ 2CO +2H2 (1) and CO2 ⇒ CO + 1/2 O2 (2). In the most cases a gas mixture CH4:CO2 is used as 1:1 at a temperature of T=600°C up to 800°C. Catalysts used are based on γ-Al2O3+Rh reaching a conversion of CH4 up to 85.5%. Additional reactions take place: C + H2O ⇒ CO + H2(3) and C + CO2 ⇒ 2CO (4).
Zusammenfassung der Kapitel
Introduction: Diese Einleitung erläutert das Konzept der Null-Emissionen durch CO2-Senken und führt in die chemischen Eigenschaften sowie die industrielle Bedeutung von Dimethylether (DME) ein.
Pathways to Dimethyl Ether: Dieses Kapitel stellt verschiedene chemische Verfahren zur Umwandlung von Biogas in Synthesegas vor, darunter autotherme Reaktoren sowie Trocken- und Dampfreformierung.
Steel mill flare gas conversion to DME: Hier wird untersucht, wie Abgase aus Stahlwerken (Kokerei, Hochofen, Konverter) durch PSA-Trennung und anschließende chemische Prozesse zur DME-Produktion genutzt werden können.
Biogas conversion to Dimethyl Ether: Dieses Kapitel analysiert die Nutzung von Biogas aus Castor-Ölkuchen (DOC) und zeigt auf, wie durch Mischung mit anderen Substraten und spezifische Reformierung ein Beitrag zur CO2-Neutralität geleistet werden kann.
Conclusion: Die Schlussbetrachtung fasst zusammen, dass die Realisierung von Null-Emissionen zwingend zusätzliche elektrische Energie erfordert und DME-Produktion in Kombination mit externer Energie ein gangbarer Weg ist.
Schlüsselwörter
Dimethylether, DME, Zero Emission, CO2-Senke, Biogas, Trockenreformierung, Dampfreformierung, Synthesegas, Hüttengase, Methanol, Elektrolyse, Nachhaltige Energie, Castor-Ölkuchen, Chemische Reaktion, Wasserstoff.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie biogene Gase und Industrieabgase durch chemische Prozesse in den Kraftstoff Dimethylether umgewandelt werden können, um das Ziel einer emissionsfreien Produktion (Zero Emission) zu erreichen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die industrielle Abgasnutzung in der Stahlherstellung, die Konvertierung von Biogas aus Castor-Ölkuchen sowie der Vergleich verschiedener Reformierungsverfahren zur Synthesegasherstellung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Analyse technischer Wege zur Reduktion von CO2-Emissionen und die Bewertung, unter welchen Bedingungen der Prozess als CO2-neutral oder als CO2-Senke eingestuft werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden thermodynamische Berechnungen und stöchiometrische Analysen der beteiligten chemischen Reaktionen sowie Prozessbeschreibungen für industrielle Anwendungen genutzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit der Stöchiometrie der Umwandlungsreaktionen, dem Energiebedarf für die Prozesse sowie Fallbeispielen aus der Stahlindustrie und der Biogasgewinnung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Zero Emission, Dimethylether, Biogasnutzung, Synthesegas, Trockenreformierung und CO2-Senken charakterisiert.
Wie trägt die Stahlindustrie zur DME-Produktion bei?
Die Stahlindustrie liefert durch Kokerei- und Hochofengase kohlenstoffhaltige Gase, die nach einer Reinigung (PSA-Verfahren) als Ausgangsstoffe für die Synthese von DME dienen können.
Warum ist elektrische Energie für das Zero-Emission-Konzept entscheidend?
Die Arbeit verdeutlicht, dass die Umwandlungsprozesse oft endotherm sind oder Wasserstoff benötigen, was ohne den Zukauf externer Energie oder den Einsatz von Elektrolyse (mit regenerativem Strom) keine vollständige CO2-Neutralität ermöglicht.
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- Johann Gruber-Schmidt (Autor), 2018, Dimethyl ether from waste gas, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/434513
