Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom und eine Vorrichtung sowie ein System zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Vorrichtung und/oder eines Systems zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom. Die erhöhte Konzentration des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atmosphäre trägt aufgrund des Treibhauseffektes erheblich zur globalen Erwärmung bei. Zur Verringerung des Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid in unterschiedlichen Prozessen sowie zur Reduzierung der Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre sind verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus Gasströmen, beispielsweise aus Abgasen, aus industriellen Abgasen oder direkt aus der Umgebungsluft bzw. der Atmosphäre. Kohlenstoffdioxid wird auch als Kohlendioxid bezeichnet. Die Bezeichnungen Kohlenstoffdioxid, Kohlendioxid und CO2 werden hier und im Folgenden synonym verwendet.

Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid direkt aus der Umgebungsluft werden auch als „Direct Air Capture“ (DAC) bezeichnet. Bei einem solchen Verfahren wird typischerweise mittels Gebläsen ein Gasstrom aus der Umgebungsluft erzeugt, wobei ein Teil des in dem Gasstrom vorhandenen CO2 dem Gasstrom mittels einer Abscheidevorrichtung entzogen wird. In der Abscheidevorrichtung werden dabei typischerweise Sorptionsmittel verwendet, die in dem Gasstrom enthaltenes CO2 aufnehmen können. Mittels Desorption kann das von dem Sorptionsmittel zuvor aufgenommene CO2 wieder aus dem Sorptionsmittel freigesetzt werden. Dieses freigesetzte CO2 kann dann beispielsweise zur Produktion verschiedener Produkte, beispielsweise synthetischer Kraftstoffe, verwendet werden oder auch über einen kurzen oder einen langen Zeitraum gespeichert bzw. gelagert werden, beispielsweise mittels dauerhafter, typischerweise unterirdischer, Speicherung des CO2, wodurch eine Verringerung der CG2-Konzentration in der Atmosphäre erzielt werden kann. Solche Verfahren werden typischerweise als „Carbon Capture and Storage“ (CCS) - oder, in Verbindung mit DAC, auch als „Direct Air Carbon Capture and Storage“ (DACCS) bezeichnet.

In jüngster Zeit wurden verschiedene DAC-Verfahren und DACCS-Verfahren entwickelt, die auf verschiedenen technologischen Ansätzen basieren. Aus den Dokumenten WO 2019/092127, WO 2019/092128 und US 7,314,847 B1 sind beispielsweise DAC-Verfahren bekannt, bei denen verschiedene Materialen für den Einsatz als Sorptionsmittel zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus Gasströmen, beispielsweise aus in Industrieanlagen erzeugten Gasströmen oder auch direkt aus der Umgebungsluft, vorgeschlagen werden.

Ein großes Problem bekannter Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid liegt darin, dass der Energieverbrauch für derartige Verfahren hoch ist, wodurch die Kosten zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid, insbesondere die Kosten zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft, und typischerweise auch die Kosten der Lagerung, hoch sind. Aufgrund der hohen Kosten und des hohen Energieverbrauchs solcher Verfahren sowie der aktuell geringen Kosten für die Emissionen von Kohlenstoffdioxid, ist häufig ein wirtschaftlicher Betrieb von DACCS-Anlagen im industriellen Maßstab nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lösung bereitzustellen, die wenigstens eines der genannten Probleme adressiert. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Kosten zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom zu reduzieren.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 . Danach ist ein Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom, vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Sorptionsmittels in einem Gasstrom, wobei der Gasstrom gasförmiges Kohlenstoffdioxid enthält, Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom mittels des Sorptionsmittels, Durchführen eines Regenerationsprozesses mittels Desorption von mindestens einem Teil des von dem Sorptionsmittel aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, wobei ein Produktgas, das Kohlenstoffdioxid enthält oder daraus besteht, aus dem Sorptionsmittel freigesetzt wird, Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids.

Erfindungsgemäß ist ein Durchführen eines Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids vorgesehen, wobei das entnommene gasförmige Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid und/oder überkritisches Kohlenstoffdioxid und/oder festes Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird, wobei Abwärme, die während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes abgegeben wird, von mindestens einem Wärmepumpensystem aufgenommen wird und wobei mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird.

Die Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Es ist jedoch auch eine andere Reihenfolge der Verfahrensschritte möglich.

Unter einem Gasstrom ist insbesondere ein Gas, das strömt, zu verstehen, also beispielsweise ein Luftstrom. Der Gasstrom kann insbesondere ein Luftstrom mit Luft aus der Umgebung sein. Umgebungsluft wird typischerweise auch als Luft bezeichnet. Die Begriffe Umgebungsluft und Luft werden daher hier und im Folgenden synonym verwendet. Auch die kohlenstoffdioxidarme Luft, aus der Kohlenstoffdioxid abgeschieden wurde, wird hier und im Folgenden als Luft bezeichnet. Der Gasstrom kann aber auch ein Gasstrom aus einem Industrieprozess oder einem anderen Prozess sein, beispielsweise aus einem Rauchgas oder einem Abgas.

Der Gasstrom weist zumindest einen Anteil an gasförmigem Kohlenstoffdioxid auf, damit zumindest ein Teil dieses Kohlenstoffdioxids abgeschieden werden kann. Die Umgebungsluft kann beispielsweise 0,04 Vol.-% Kohlenstoffdioxid enthalten.

Der Gasstrom wird insbesondere mit dem Sorptionsmittel in Kontakt gebracht, sodass das Sorptionsmittel Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom aufnehmen kann. Sorptionsmittel werden insbesondere in Sorptionsprozessen zum selektiven Abtrennen von Gasen eingesetzt. Dabei wird vorzugsweise das Sorptionsmittel während der ersten Phase eines Druck-, Temperatur- oder Feuchtewechselprozesses in Kontakt mit dem Gasstrom gebracht. Das Sorptionsmittel reagiert mit dem zu sorbierenden Gas. Während einer zweiten Phase des Wechselprozesses wird das zuvor sorbierte Gas durch Verändern von Parametern wie Druck, Temperatur und/oder Einfluss anderer Chemikalien wieder freigesetzt.

Das Sorptionsmittel kann insbesondere mehrere Sorbenspartikel umfassen. Unter dem Sorptionsmittel ist insbesondere ein Stoff zu verstehen, der den zu sorbierenden Stoff aufnehmen und wieder abgeben kann. Sorptionsmittel können insbesondere auch als Sorbens oder Sorbent bezeichnet werden. Unter Sorption sind insbesondere Vorgänge zu verstehen, die zu einer Anreicherung eines Stoffes innerhalb einer Phase oder auf einer Grenzfläche zwischen zwei Phasen führen. Sorption kann Absorption, also eine Anreicherung innerhalb einer Phase, und/oder Adsorption, also eine Anreicherung an einer Grenzfläche, umfassen. Sorption kann auch Chemisorption umfassen, also das Binden und Freisetzen von Stoffen mittels reversibler chemischer Reaktionen. Die Desorptionsreaktion verläuft endotherm, beim Regenerieren während der warmen Phase des Temperaturwechselprozesses muss daher Wärme zugeführt werden, um die Rückreaktion teilweise oder vollständig ablaufen zu lassen.

Das Zuführen von Wärmeenergie, die für die Desorptionsreaktion benötigt wird, kann mittels Wärmeenergie, die von dem mindestens einen Wärmepumpensystem bereitgestellt wird, erreicht werden. Die bereitgestellte Wärmeenergie kann beispielsweise vollständig für die Desorptionsreaktion eingesetzt werden, oder beispielsweise teilweise für die Desorptionsreaktion und teilweise zum Vorwärmen des Sorptionsmittels eingesetzt werden. Unter einem Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid mittels des Sorptionsmittels ist insbesondere ein Absorbieren und/oder Chemisorption und/oder Adsorbieren von Kohlenstoffdioxid mittels des Sorptionsmittels zu verstehen. Das Sorptionsmittel kann gasförmiges Kohlenstoffdioxid insbesondere mittels Absorption und/oder mittels Chemisorption und/oder mittels Adsorption aufnehmen bzw. sorbieren und mittels Desorption wieder freigeben.

Zur Sorption von Kohlenstoffdioxid mittels Temperatur- und Feuchtewechselprozessen können als Sorptionsmittel beispielsweise Amine, beispielsweise Diethanolamin (DEA), oder Alkalicarbonate, beispielsweise Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat, verwendet werden, oder auch ErdalkalimetalloxideZ-hydroxide, beispielsweise Magnesiumoxid/- hydroxid und/oder CalciumoxidZ-hydroxid. Unter einem Regenerationsprozess ist insbesondere ein Prozess zum Durchführen einer Desorption, bei der das vom Sorptionsmittel aufgenommene Gas wieder freigesetzt wird, zu verstehen. Der Regenerationsprozess erfolgt vorzugsweise in einem Desorptionsreaktor, wobei der Desorptionsreaktor insbesondere ausgebildet ist, um eine Desorption zu ermöglichen. Beim Durchführen des Regenerationsprozesses erfolgt insbesondere eine Desorption von mindestens einem Anteil des von dem Sorptionsmittel aufgenommenen Kohlenstoffdioxids.

Das Produktgas, das freigesetzt wird, umfasst Kohlenstoffdioxid. Die Konzentration, also der Volumenanteil, des Kohlenstoffdioxids in dem Produktgas ist insbesondere um ein Vielfaches höher als die Konzentration, also der Volumenanteil, des Kohlenstoffdioxids in dem Gas des Gasstroms. Unter einem Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest ein Anteil des Kohlenstoffdioxids, das in dem Produktgas vorhanden ist, entnommen wird. Das Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids kann auch ein Entnehmen des überwiegenden Teils des in dem Produktgas enthaltenen Kohlenstoffdioxids oder des gesamten in dem Produktgas enthaltenen Kohlenstoffdioxids umfassen.

Vorzugsweise wird das Produktgas vordem Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids verdichtet.

Bei dem Durchführen eines Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids wird das entnommene gasförmige Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid und/oder überkritisches Kohlenstoffdioxid und/oder festes Kohlenstoffdioxid umgewandelt. Bei der Umwandlung bzw. während des Umwandlungsprozesses fällt Abwärme an, die von dem mindestens einen Wärmepumpensystem aufgenommen wird. Diese Abwärme dient insbesondere als Wärmequelle. Die Wärme kann dann auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden und dann zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels verwendet werden. So kann mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems Wärmeenergie in den Regenerationsprozess, also für die Desorption, eingebracht werden.

Das mindestens eine Wärmepumpensystem umfasst vorzugsweise eine Wärmepumpe, besonders bevorzugt mehrere Wärmepumpen. Das mindestens eine Wärmepumpensystem umfasst vorzugsweise mindestens einen Verdichter und mindestens ein Kältemittel, wie etwa Wasser, Kohlenstoffdioxid, Kohlenwasserstoffe, Fluoroiefine. Besonders bevorzugt umfasst das mindestens eine Wärmepumpensystem weiterhin mindestens einen Wärmeübertrager.

Das mindestens eine Wärmepumpensystem kann auch einen offenen Wärmepumpenkreislauf umfassen oder als offener Wärmepumpenkreislauf ausgebildet sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante des mindestens einen Wärmepumpensystems ist das Entstehen von Produktgas im Desorptionsreaktor die Quelle des Arbeitsmittels für das wenigstens teilweise offene Wärmepumpensystem, wobei es beim Durchlaufen des Wärmepumpensystems wenigstens teilweise verflüssigt wird.

In einer möglichen Ausführungsvariante eines Produktgasverflüssigungssystems mit Wärmerückgewinnung erfüllt das Entstehen von Produktgas im Desorptionsreaktor die Funktion des Verdampfers und das Produktgas stellt gleichzeitig auch das Arbeitsmittel in einem wenigstens teilweise offenen Wärmepumpensystem dar, wobei es zunächst in einem Verdichter verdichtet wird, dann Wärme in einem Wärmeübertrager an ein weiteres Wärmepumpensystem oder direkt an den Desorptionsprozess (zum Erwärmen des Sorptionsmittels und/oder zur Bereitstellung von Wärme für die Reaktion) abgibt und danach durch Entspannung, z.B. in einer Drossel, wenigstens teilweise verflüssigt wird. Der nicht verflüssigte Anteil des Gases kann dabei in den teilweise offenen Kreislauf zusammen mit dem Produktgas aus dem Reaktor erneut eingespeist werden.

Das mindestens eine Wärmepumpensystem, und insbesondere die Wärmepumpe, ist vorzugsweise ausgebildet, um unter Aufwendung von Antriebsenergie thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur, nämlich aus dem Prozess zum Ändern des Aggregatzustandes, aufzunehmen und, zusammen mit der Antriebsenergie, als Wärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur, nämlich den Desorptionsreaktor, zu übertragen.

Insbesondere werden folgende Schritte durchgeführt: Übertragen von Abwärme, die bei dem Umwandeln des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids in flüssiges Kohlenstoffdioxid abgegeben wird, in ein Wärmepumpensystem, und Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder Erwärmen des Sorptionsmittels während des Regenerationsprozesses durch Einbringen von Wärmeenergie mittels des Wärmepumpensystems. Als Wärmequelle für das Wärmepumpensystem wird also insbesondere Prozesswärme verwendet, wobei diese Prozesswärme insbesondere mittels des Herstellens von flüssigem Kohlenstoffdioxid und/oder Trockeneis bereitgestellt wird. Das Wärmepumpensystem kann dann dem Sorptionsmittel Wärme zuführen, um Wärme fürdie Desorption bereitzustellen. Die Prozesswärme wird hier auch als Abwärme bezeichnet.

Das Ändern des Aggregatzustandes kann insbesondere ein Umwandeln von gasförmigem Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid umfassen. Vorzugsweise umfasst das Ändern des Aggregatzustandes das Umwandeln von flüssigem Kohlenstoffdioxid in festes Kohlenstoffdioxid. Insbesondere kann das Ändern des Aggregatzustandes ein Umwandeln von gasförmigem Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid und ein Umwandeln von dem flüssigen Kohlenstoffdioxid in festes Kohlenstoffdioxid umfassen.

Das Ändern des Aggregatzustandes kann insbesondere ein Umwandeln von gasförmigem Kohlenstoffdioxid in überkritisches Kohlenstoffdioxid umfassen. Vorzugsweise umfasst das Ändern des Aggregatzustandes ein Umwandeln von überkritischem Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid. Vorzugsweise umfasst das Ändern des Aggregatzustandes das Umwandeln von flüssigem Kohlenstoffdioxid in festes Kohlenstoffdioxid. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Ändern des Aggregatzustandes ein Umwandeln von gasförmigem Kohlenstoffdioxid in überkritisches Kohlenstoffdioxid und ein Umwandeln von dem überkritischen Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid, und vorzugsweise ein Umwandeln von dem flüssigen Kohlenstoffdioxid in festes Kohlenstoffdioxid, umfasst. Die Begriffe festes Kohlenstoffdioxid und Trockeneis werden in diesem Dokument synonym verwendet. Unter überkritischem Kohlenstoffdioxid, das auch als superkritisches Kohlenstoffdioxid bezeichnet wird, ist insbesondere Kohlenstoffdioxid in einem fluiden Zustand über seiner kritischen Temperatur und seinem kritischen Druck zu verstehen.

Ein Vorteil eines solchen Verfahrens liegt darin, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren deutlich weniger Energie für den Gesamtprozess zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid und zum Ändern des Aggregatzustandes des Kohlenstoffdioxids benötigt wird. Durch den geringeren Energieverbrauch und insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von erneuerbaren Energien wird das Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus Gasströmen, insbesondere aus der Umgebungsluft, und das Ändern des Aggregatzustandes des Kohlenstoffdioxids mit dem hier beschriebenen Verfahren auf wirtschaftliche Weise ermöglicht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Verfahren insbesondere in Verbindung mit einer effizienten Nutzung von mechanischer und/oder elektrischer Energie, wie sie insbesondere mittels Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien, wie Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen, Wasserkraftanlagen, usw., deren Betrieb gerade an entlegenen Standorten oft besonders wirtschaftlich erfolgen kann, möglich ist. Da insbesondere entlegene Standorte auch besonders gut zum Betrieb von Anlagen zum Abscheiden von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft geeignet sind, ist diese Art der Energiebereitstellung mit teilweise sehr günstigen Strompriesen an geeigneten Standorten besonders wirtschaftlich möglich.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Herunterkühlen und/oder das Ändern des Aggregatzustandes des Kohlenstoffdioxids und das Erwärmen des Sorptionsmittels mittels eines einzigen Wärmepumpensystems erfolgen kann, wobei das Wärmepumpensystem mehrere Wärmepumpen aufweisen kann. So kann die beim Herunterkühlen und/oder beim Ändern des Aggregatzustandes anfallende Abwärme als Wärmequelle für das Wärmepumpensystem genutzt werden, mit dem dann das Sorptionsmittel zum Freisetzen des Kohlenstoffdioxids aus dem Sorptionsmittel erwärmt wird.

Weiterhin kann die beim Herunterkühlen und/oder beim Ändern des Aggregatzustandes anfallende Abwärme zu einem Anteil als Wärmequelle für ein erstes Wärmepumpensystem genutzt werden, mit dem dann das Sorptionsmittel zum Freisetzen des Kohlenstoffdioxids aus dem Sorptionsmittel erwärmt wird, und wobei ein weiterer Teil der anfallenden Abwärme von einem weiteren Wärmepumpensystem aufgenommen wird und der Vorwärmung des Sorptionsmittels zugeführt wird.

Bei der CO2-Verflüssigung und/oder Trockeneisherstellung ist es üblich, zur Prozesskühlung Luft oder Kühlwasser zu verwenden, sodass unter Verwendung bekannter Verflüssigungssysteme große Luftkühler oder Wasserkühltürme nötig sind. Mit dem hier beschriebenen Verfahren und dem darin verwendeten mindestens einen Wärmepumpensystem kann auf solche Luftkühler oder Wasserkühltürme verzichtet werden und auf besonders vorteilhafte Weise sogar die Abwärme, die bei der CO2- Verflüssigung und/oder Trockeneisherstellung anfällt, noch weiterverwendet werden, indem diese mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems für die Desorption eingesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil liegt somit darin, dass Wärme, insbesondere Abwärme bzw. Prozesswärme aus der Aggregatzustandsänderung, nicht über ein Zwischenmedium oder direkt an die Umgebung abgegeben werden muss und die dadurch benötigte Wärmeübertragungsfläche für eine Wärmeübertragung insgesamt reduziert werden kann, wobei außerdem eine geringere Überhitzung des Kältemittels für den Wärmeübergang stattfinden muss und somit Exergieverlust verringert wird.

Weiterhin kann so eine ansonsten zum Bereitstellen von Wärme für den Desorptionsprozess erforderliche Wärmepumpe, die Wärme aus der Umgebung gewinnt, entweder wegfallen oder deutlich kleiner dimensioniert werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Lagern des mittels des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes erzeugten festen Kohlenstoffdioxids in Form von Trockeneis in einem Trockeneislager.

Eine Herausforderung von CCS, und insbesondere von DACCS, stellt eine sichere und kontrollierbare Lagerung von Kohlenstoffdioxid dar. So ist es in der Regel schwierig, beispielsweise im Rahmen eines CO2-Zertifikate-Handelssystems, bei dem Negativemissionen berücksichtigt werden, den Verbleib von abgeschiedenem Kohlenstoffdioxid sicherzustellen und nachzuweisen. Dies ist bei Verfahren wie der Mineralisierung oder dem Verpressen von Kohlenstoffdioxid in tiefen geologischen Schichten, wie z.B. entleerten Gasfeldern, typischerweise selbst unter Verwendung aufwändiger geophysikalischer Datenerfassungsmethoden nur unzureichend möglich. Leckagen können beispielsweise durch Spalte weit entfernt vom Ort einer Tiefenbohrung oder erst nach langer Zeit auftreten, sind deshalb schwer zu entdecken und kaum vorhersagbar.

Eine Alternative zu den in bekannten Verfahren verwendeten Lagerungsarten bzw. Speicherungsarten stellt das Lagern von Kohlenstoffdioxid in der Form von Trockeneis, also in fester Form, an der Erdoberfläche dar.

Ein wesentlicher Vorteil der Lagerung von Kohlenstoffdioxid im festen Aggregatzustand an der Erdoberfläche ist die gute Zugänglichkeit. Füllstände in einem Lager können direkt gemessen werden. Eine Sichtprüfung des eingelagerten Trockeneises ist möglich, genauso auch ein Umlagern des eingelagerten CO2 an andere Lagerstandorte. Außerdem ist es möglich größere Mengen von Kohlenstoffdioxid als Ausgangsstoff etwa für synthetische Kraftstoffe oder für eine Kohlenstoffdioxid-Düngung von Pflanzen bereitzustellen, denn das Kohlenstoffdioxid kann direkt aus einem Trockeneislager mit geringem Aufwand entnommen werden. Es ist besonders bevorzugt, dass das Verfahren umfasst: Erzeugen des Gasstroms, insbesondere in Form eines aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstroms, vorzugsweise mittels mindestens eines Gebläses, wobei insbesondere das Sorptionsmittel in einem Sorptionsmittelluftkontaktsystem mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht wird. Der Gasstrom kann insbesondere mit einem oder mit mehreren Gebläsen erzeugt werden. In dem Sorptionsmittelluftkontaktsystem wird dann ein Kontakt zwischen dem erzeugten Gasstrom und dem Sorptionsmittel ermöglicht, sodass das Sorptionsmittel Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom aufnehmen kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte: Verdichten des Produktgases und anschließend Entnehmen von Wärme aus dem verdichteten Produktgas, wobei diese Wärme wenigstens teilweise zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird, wobei vorzugsweise das Produktgas, nach der Wärmeentnahme, entspannt wird und dabei teilweise kondensiert.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Verfahren umfasst: Vorwärmen des Sorptionsmittels nach dem Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom mittels des Sorptionsmittels, wobei sensible Wärme des Sorptionsmittels nach dem Regenerationsprozesses von einem Wärmerückgewinnungssystem aufgenommen wird und wobei mittels dieses Wärmerückgewinnungssystems Wärmeenergie dem vorzuwärmenden Sorptionsmittel zugeführt wird zum Vorwärmen des Sorptionsmittels. Das Vorwärmen kann beispielsweise mittels eines Schüttgutwärmeübertragers erfolgen. Sensible Wärme des Sorptionsmittels kann also zum Vorwärmen des Sorptionsmittels verwendet werden, das vorgewärmt werden soll. Ein solches für das Vorwärmen des Sorptionsmittels verwendete Wärmerückgewinnungssystem kann insbesondere ein von dem mindestens einen Wärmepumpensystem, das zum Erwärmen des Sorptionsmittels eingesetzt wird, verschiedenes Wärmerückgewinnungssystem sein. Es handelt sich hierbei also vorzugsweise um einen unabhängigen Systemkreislauf. Das Wärmerückgewinnungssystem kann eine Wärmepumpe aufweisen. Ein Vorwärmen kann beispielsweise auch alternativ oder zusätzlich mittels einer Wärmezufuhr über einen Anschluss an das Wärmepumpensystem erfolgen.

Es ist besonders bevorzugt, dass nach dem Durchführen des Regenerationsprozesses das Sorptionsmittel wieder dem Gasstrom ausgesetzt wird, insbesondere in dem Sorptionsmittelluftkontaktsystem, um erneut Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom aufzunehmen. Vorzugsweise wird das Sorptionsmittel in einem sich wiederholenden Kreislauf bewegt, in dem es zunächst Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom aufnimmt, es dann regeneriert wird, wobei dann das aufgenommene Kohlenstoffdioxid mittels Desorption wieder abgegeben wird.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Sorptionsmittel beim Durchführen des Regenerationsprozesses auf eine Temperatur von vorzugsweise mindestens 40 °C, besonders bevorzugt in einen Bereich zwischen 80 °C und 150 °C, insbesondere über 100 °C, und vorzugsweise höchstens 200 °C gebracht wird.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids umfasst: Abkühlen des Produktgases und Kondensieren zumindest eines Teils des in dem Produktgas enthaltenem Wasserdampfs zu Wasser, und vorzugsweise Trennen des kondensierten Wassers von dem Produktgas, wobei vorzugsweise Abwärme, die während des Abkühlens des Produktgases und/oder des Kondensierens anfällt, von dem mindestens einen Wärmepumpensystem aufgenommen wird und wobei mittels dieses mindestens einen Wärmepumpensystems Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird. Vorzugsweise wird der enthaltene Wasserdampf zum überwiegenden Teil oder vollständig kondensiert. Vorzugsweise wird die Abwärme, die bei dem Kühlen des Produktgases und/oder bei dem Kondensieren von Wasser anfällt, mittels eines Wärmepumpensystems auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und dem Regenerationsprozess zur Desorption des Sorptionsmittels zugeführt.

Bevorzugt wird ein Wärmepumpensystem verwendet. Es können aber auch mehrere Wärmepumpensysteme verwendet werden, wobei beispielsweise ein Wärmepumpensystem Prozesswärme, die während des Abkühlens des Produktgases und/oder des Kondensierens anfällt, verwendet und ein anderes Wärmepumpensystem Prozesswärme, die während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustands anfällt, verwendet.

Vorzugsweise umfasst das Produktgas Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das Produktgas umfasst vorzugsweise mindestens 2 Vol.-% gasförmiges Kohlenstoffdioxid, besonders bevorzugt mindestens 10 Vol.-% gasförmiges Kohlenstoffdioxid, insbesondere bis zu 50 Vol.-% gasförmiges Kohlenstoffdioxid, beispielsweise kann das Produktgas ca. 50 Vol.-% Wasserdampf und ca. 50 Vol.-% gasförmiges Kohlenstoffdioxid umfassen. Ein erstes Abkühlen des Produktgases erfolgt beispielsweise, auf eine Temperatur zwischen -20 °C und +50 °C, insbesondere auf +10 °C. Hierbei wird enthaltener Wasserdampf überwiegend auskondensiert.

Das Produktgas kann insbesondere nach einem Verdichten auf einen erhöhten Druck bis zu der diesem Druck entsprechenden Kondensationstemperatur (“Sattdampf’) abgekühlt werden, wodurch es kondensieren soll, also flüssig wird. Beispielsweise würde ein Kondensieren bei einem Druck von ca. 35 bar bei ca. 0 °C erfolgen.

Es ist besonders bevorzugt, dass während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids das Kohlenstoffdioxid mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems gekühlt wird, wobei die Temperatur des Kohlenstoffdioxids reduziert wird und sich der Aggregatzustand des Kohlenstoffdioxids ändert. Insbesondere wird das gasförmige Kohlenstoffdioxid heruntergekühlt, wobei dem Kohlenstoffdioxid Wärme entzogen wird. Insbesondere bei der Umwandlung des gasförmigen Kohlenstoffdioxids in flüssiges Kohlenstoffdioxid wird durch den Phasenübergang Prozesswärme bereitgestellt. Zum Kühlen kann zusätzlich oder alternativ auch ein Gegenstromwärmeübertrager mit einem kalten Kohlenstoffdioxid-Strom verwendet werden. Es kann auch über weite Teile eine Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgen.

Es ist besonders bevorzugt, dass das mindestens eine Wärmepumpensystem eine Wärmepumpe mit einem Kältemittel umfasst, das Kältemittel insbesondere umfassend oder bestehend aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Butan, und/oder Wasser und/oder eine auf Hydrofluorolefin (HFO) basierende Arbeitsflüssigkeit, wobei das Kältemittel vorzugsweise mittels eines Verdichters verdichtet wird. Das Kältemittel kann beispielsweise bei Einsatz von Butan als Kältemittel auf einen Druck von beispielsweise 30 bar bis 40 bar verdichtet werden, insbesondere auf einen Druck von ca. 36,7 bar. Vorzugsweise hält das Kältemittel einer Temperatur von mindestens 80 °C, besonders bevorzugt mindestens 120 °C, insbesondere mindestens 140 °C, dauerhaft stand.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Durchführen des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids, umfasst: Verdichten des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids, und/oder Verflüssigen des entnommenen, insbesondere verdichteten, gasförmigen Kohlenstoffdioxids, und vorzugsweise Abkühlen des verflüssigten Kohlenstoffdioxids, insbesondere mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems, mit welchem Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen und/oder zum Trocknen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird, und/oder Herstellen von festem Kohlenstoffdioxid in Form von Trockeneis, vorzugsweise aus dem verflüssigten Kohlenstoffdioxid.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren: Verdichten des Produktgases, und vorzugsweise Abkühlen des Produktgases, insbesondere mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems, mit welchem Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird.

Unter einem Verdichten ist hier und im Folgenden vorzugsweise ein mehrstufiger Verdichtungsprozess zu verstehen.

Ein Verdichten des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids kann insbesondere mittels eines CO2-Verdichters erfolgen, wobei das Kohlenstoffdioxid beispielsweise auf einen Druck von mindestens 10 bar, vorzugsweise mindestens 20 bar und vorzugsweise höchstens 50 bar, insbesondere ca. 40 bar, verdichtet werden kann. Ein Verflüssigen des entnommenen, insbesondere verdichteten, gasförmigen Kohlenstoffdioxids kann insbesondere mittels eines CO2-Verflüssigungssystems erfolgen, wobei das Kohlenstoffdioxid besonders bevorzugt durch Abkühlung auf ca. 0 °C und Wärmeentzug mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems verflüssigt wird. Eine Abkühlung hin zu tieferen Temperaturen kann dann insbesondere in einem Gegenstromwärmeübertrager erfolgen, wobei insbesondere das verflüssigte Kohlenstoffdioxid die Wärme an ca. -70 °C bis ca. -78,5 °C kaltes Kohlenstoffdioxid, das bei der Trockeneisbildung entsteht, und ggf. aus dem Trockeneislager heraussublimiert, abgibt. Verflüssigtes Kohlenstoffdioxid kann insbesondere auch mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems abgekühlt werden. Trockeneis kann insbesondere durch Entspannung von flüssigem Kohlenstoffdioxid mit Verdampfung eines Anteils des flüssigen Kohlenstoffdioxids, beispielsweise mittels eines Trockeneisherstellungssystems, hergestellt werden, insbesondere mittels eines Pelletextruders oder einer Drossel.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Sorptionsmittel mindestens ein Alkalikarbonat, vorzugsweise mehrere Alkalikarbonate, umfasst, wobei das Sorptionsmittel vorzugsweise mindestens 5 Gewichts-% Natriumhydrogencarbonat, und/oder mindestens 5 Gewichts-% Kaliumhydrogencarbonat enthält, wobei das Sorptionsmittel mittels Wärmezufuhr regeneriert wird, wobei vorzugsweise gasförmiges Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf aus dem Sorptionsmittel freigesetzt werden. Dabei wird vorzugsweise nur eine geringe Menge an Wasserdampf freigesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Produktgas im Desorptionsreaktor oder im Austausch mit einem verbundenen System zirkuliert, wobei ihm mittels eines geeigneten Trocknungsmittels Wasserdampf entzogen wird.

Dabei wird vorzugsweise als Druck im Bereich des Sorptionsmittels Umgebungsdruck oder ein Überdruck relativ zum Umgebungsdruck bereitgestellt, insbesondere indem der Druck durch austretendes Kohlenstoffdioxid und Erwärmung entsteht. Wenn ein Überdruck anliegt, kann auf besonders bevorzugte Weise gebundenes oder durch die Desorptionsreaktion entstehendes Wasser nicht, oder jedenfalls nurteilweise, verdampfen und bleibt überwiegend im Sorptionsmittel gebunden, sodass eine Verdampfung nicht oder nur teilweise erfolgt und somit für die Verdampfung zumindest eines Teils des Wassers keine zusätzliche Wärme eingetragen werden muss. Somit kann die Energieeffizienz bei hohen Temperaturen von über 100 °C und/oder einem Überdruck relativ zum Umgebungsdruck auf besonders vorteilhafte Weise deutlich verbessert werden.

Es ist besonders bevorzugt, dass das verflüssigte Kohlenstoffdioxid, vorzugsweise mittels eines Gegenstromwärmeübertragers, abgekühlt und anschließend in einem Trockeneisherstellungssystem entspannt wird auf einen Druck im Bereich zwischen 90 % und 1 10 % des Umgebungsdrucks, wobei insbesondere aus dem flüssigen Kohlenstoffdioxid ein erster Anteil als Trockeneis bereitgestellt wird und ein zweiter Anteil als gasförmiges Kohlenstoffdioxid, das zurückgeleitet und, vorzugsweise mittels des Gegenstromwärmeübertragers, erwärmt wird, wobei vorzugsweise das erwärmte gasförmige Kohlenstoffdioxid einem Verdichter zum Verdichten zugeführt wird.

Es ist besonders bevorzugt, dass das Verfahren umfasst: Auffangen von in dem Trockeneislager sublimierten Kohlenstoffdioxid, und vorzugsweise Führen des sublimierten Kohlenstoffdioxids in den Gegenstromwärmeübertrager, und Umwandeln des sublimierten Kohlenstoffdioxids in Trockeneis und Lagern des Trockeneises im Trockeneislager. Vorzugsweise wird das sublimierte Kohlenstoffdioxid vor dem Umwandeln in Trockeneis mittels eines Verdichters verdichtet.

Mittels des Gegenstromwärmeübertragers kann auf diese Weise ermöglicht werden, dass sublimiertes Kohlenstoffdioxid in den Prozess zurückgeführt wird, wobei dies auf eine besonders energieeffiziente Weise erfolgen kann. Flüssiges, beispielsweise bei 4 °C aus dem sublimierten Kohlenstoffdioxid kondensiertes Kohlenstoffdioxid, kann vorzugsweise im Gegenstromwärmeübertrager auf eine Temperatur am Tripelpunkt abgekühlt werden, bevor es expandiert und teilweise in Trockeneis umgewandelt wird. Der vorzugsweise noch kalte Gasstrom mit sublimiertem Kohlenstoffdioxid kann mit eingespeist werden und insbesondere vor einem Verdichten und einem Verflüssigen des Kohlenstoffdioxids bei beispielsweise 4 °C erwärmt werden.

Insbesondere kann eine Kühlhaltung des Trockeneislagers dadurch verbessert werden, dass das durch eindringende Wärme zu gasförmigem Kohlenstoffdioxid aus dem Trockeneis heraussublimierte Kohlenstoffdioxid abgefangen, optional verflüssigt, und in Trockeneis umgewandelt und letztlich wieder als Trockeneis im Trockeneislager gespeichert wird. Die beim Umwandeln des gasförmigen Kohlenstoffdioxids in flüssiges Kohlenstoffdioxid bzw. in Trockeneis anfallende Abwärme wird besonders bevorzugt mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems ebenfalls wieder dem Regenerationsprozess zugeführt. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise eine verbesserte Energieeffizienz des Prozesses insgesamt erreicht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom, umfassend ein Sorptionsmittelluftkontaktsystem, das ausgebildet ist zum Erzeugen eines Gasstroms und zur Aufnahme eines Sorptionsmittels, wobei insbesondere das Sorptionsmittel in einem erzeugten Gasstrom anordbar ist, ein Desorptionsreaktor, der ausgebildet ist zum Durchführen eines Regenerationsprozesses mittels Desorption von mindestens einem Teil des von dem Sorptionsmittel aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, um ein Produktgas, das Kohlenstoffdioxid enthält oder daraus besteht, aus dem Sorptionsmittel freizusetzen, wobei ein Aggregatzustandsänderungssystem, das ausgebildet ist zum Durchführen eines Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes von in dem Produktgas enthaltenem gasförmigen Kohlenstoffdioxid, wobei das gasförmige Kohlenstoffdioxid mittels des Aggregatzustandsänderungssystems in flüssiges Kohlenstoffdioxid und/oder überkritisches Kohlenstoffdioxid und/oder festes Kohlenstoffdioxid umwandelbar ist, mindestens ein Wärmepumpensystem, das ausgebildet ist, um Abwärme, die während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes abgegeben wird, aufzunehmen, wobei das mindestens eine Wärmepumpensystem ausgebildet ist, um Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess einzubringen, wobei die Vorrichtung vorzugsweise ausgebildet ist, um das hier beschriebene Verfahren auszuführen.

Unter einer solchen Vorrichtung ist insbesondere eine DAC-Anlage zu verstehen oder auch eine DACCS-Anlage.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein System zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom, und zum Speichern des abgeschiedenen Kohlenstoffdioxids, umfassend eine wie hier beschriebene Vorrichtung und ein Trockeneislager, das ausgebildet ist zum Lagern von mittels der Vorrichtung erzeugtem festen Kohlenstoffdioxid in Form von Trockeneis.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Verwendung einer wie hier beschriebenen Vorrichtung und/oder eines wie hier beschriebenen Systems zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus der die Vorrichtung umgebenden Umgebungsluft und vorzugsweise zum Speichern des abgeschiedenen Kohlenstoffdioxids in Form von Trockeneis.

Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der verschiedenen Aspekte der hier beschriebenen Lösungen und ihrer jeweiligen möglichen Fortbildungen wird auch auf die Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen, Details und Vorteilen der jeweils anderen Aspekte und ihrer Fortbildungen verwiesen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend und rein beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : ein Verfahrensschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum

Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom;

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines

Verfahrens zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom;

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines

Verfahrens zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom. In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche bzw. -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt ein Verfahrensschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom.

In Fig. 1 sind Bewegungen gasförmiger Stoffe als gepunktete Linien, Bewegungen von Feststoffen als gestrichelte Linien und Bewegungen von Flüssigkeiten als durchgängige Linien dargestellt. Die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Wärmeströme sind als Punktstrichlinien dargestellt.

Mittels eines Sorptionsmittelluftkontaktsystems 1 , in dem ein Gebläse vorhanden ist, wird mittels des Gebläses ein Gasstrom aus der Umgebungsluft erzeugt. In dem Sorptionsmittelluftkontaktsystem wird ein Sorptionsmittel, welches vorzugsweise eine Vielzahl von Sorptionspartikeln umfasst, mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht. Der aus der Umgebungsluft erzeugte Gasstrom umfasst unter anderem Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das Sorptionsmittel nimmt gasförmiges Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom auf. Wenn das Sorptionsmittel Kohlenstoffdioxid aufgenommen hat, wird das Sorptionsmittel aus dem Sorptionsmittelluftkontaktsystem 1 entnommen 71 und über ein Vorwärmsystem 2 mit einem Schüttgutwärmeübertrager in einen Desorptionsreaktor 3 eingeleitet 72. Die zur Desorption benötigte Wärme wird dabei mittels eines Wärmepumpensystems 10 bereitgestellt. Das regenerierte Sorptionsmittel wird aus dem Desorptionsreaktor 3 zur Wärmerückgewinnung in ein Sorptionsmittelwärmeentzugssystem 11 eingeleitet 73, wo es einen Teil seiner enthaltenen Wärme, indirekt über einen Gasstrom und/oder direkt über Kontakt zu Wärmeübertragungsflächen an das vorzuwärmende Sorptionsmittel abgibt 86. Das teilweise abgekühlte Sorptionsmittel wird dann wieder zum Sorptionsmittelluftkontaktsystems 1 zurückgeführt 74, wo es erneut zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid verwendet wird.

Bei der Desorption bzw. der Regeneration des Sorptionsmittels wird ein Produktgas freigesetzt und in ein CO2-Aufbereitungssystem 4 zur Produktgaskühlung und Wasserkondensation geführt 94. Das Produktgas umfasst gasförmiges Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Wasserdampf, und dabei beispielsweise 50 Vol.-% Kohlenstoffdioxid. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Produktgas auf 10 °C abgekühlt, sodass der größte Teil des Wasserdampfes kondensiert und als flüssiges Wasser der Anlage entnommen werden kann. Die dem Produktgas dabei entzogene Wärme 87 wird dem Wärmepumpensystem 10 zugeführt. Dann wird das Kohlenstoffdioxid einem CO2- Verdicher 5 zugeführt 95.

Das vorgetrocknete Kohlenstoffdioxid wird im nächsten Schritt in dem CO2-Verdichter 5, insbesondere in einem mehrstufigen Prozess, auf einen Druck von ca. 40 bar verdichtet und dann in ein CO2-Verflüssigungssystem 6 geführt 96. Das Kohlenstoffdioxid wird mittels Kontakts mit einem Wärmeübertrager des Wärmepumpensystem 10 auf 5 °C heruntergekühlt und überträgt dabei Wärme 89 an das Wärmepumpensystem 10.

Unterhalb einer kritischen Temperatur von 31 °C kann bei entsprechendem Sattdampfdruck flüssiges Kohlenstoffdioxid hergestellt werden. Bei einer Temperatur von 5 °C kondensiert das Kohlenstoffdioxid bei einem Druck von ca. 39,6 bar. Die bei der Kondensation freigesetzte Wärme 89 wird dem Wärmepumpensystem 10 zugeführt.

Um das Temperaturniveau der zurückgewonnenen Wärme von 5 °C auf über 100 °C, die für die Desorption vorzugsweise benötigt werden, zu erhöhen, wird eine mit Kältemittel befüllte Wärmepumpe verwendet. Dabei wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Wärmepumpensystem mit einem Kältemittel, das Butan umfasst, verwendet. Das Kältemittel verdampft ungefähr bei einer Temperatur von ca. 0 °C und einem Druck von ca. 1 ,032 bar. Das Kältemittel wird im Wärmepumpensystem mittels eines Verdichters auf einen Druck von beispielsweise 36,7 bar verdichtet. Die bei 0 °C aufgenommene Wärme wird dann bei diesem Druck und einer Kondensationstemperatur von 150 °C wieder abgegeben, wobei das Kondensieren in der Innenseite von Rohren oder auch Rohrbündeln oder Rohrschlangen oder sogenannten „Pillow-Plate“-Modulen erfolgt. Unter „Pillow- Plate“-Modulen sind insbesondere Module für Wärmeübertrager zu verstehen, die eine wellenförmige bzw. kissenförmige Oberfläche aufweisen. Die Rohre sind dabei Teil eines Schüttgutwärmeübertragersystems im Desorptionsreaktor 3, sodass die Wärme an der Außenseite der Rohre an ein ca. 135 °C warmes Sorptionsmittel übertragen wird und aus dem Sorptionsmittel Kohlenstoffdioxid und Wasser desorbiert werden können.

Das in dem Verflüssigungssystem 6 verflüssigte Kohlenstoffdioxid wird zu einem Gegenstromwärmeübertrager 7 geführt 61 und mittels des Gegenstromwärmeübertragers 7 abgekühlt. Dann wird das flüssige Kohlendioxid in ein Trockeneisherstellungssystem geführt, wo es beim Durchgang durch eine geeignete Drossel entspannt und dabei teilweise in festes Kohlenstoffdioxid und teilweise in gasförmiges Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird. Der Anteil an festem Kohlenstoffdioxid wird in ein Trockeneislager 9 geführt 63. Der Anteil an gasförmigem Kohlendioxid wird als kalter Gasstrom 98 mit einer Temperatur von ca. -78,5 °C durch den Gegenstromwärmeübertrager 7 zurückgeleitet und erwärmt. Dieser Gasstrom wird dann ebenfalls dem Verdichter 5 zugeführt 93.

In dem Trockeneislager 9 entsteht unter bestimmten Bedingungen (insbesondere ein Druck zwischen Atmosphärendruck und 1 ,1 bar in der Gasphase und einer Temperatur von ca. -78,5 °C) kontinuierlich gasförmiges Kohlenstoffdioxid in einem Sublimationsprozess, der durch den ständigen Wärmeeintrag aus der Umgebung bedingt ist, da die Umgebung typischerweise wärmer als das Trockeneislager ist. Das sublimierte Kohlenstoffdioxid wird aufgefangen und danach zum Gegenstromwärmeübertrager 7 geführt 99. Dieser Gasstrom wird dann ebenfalls dem Verdichter 5 zugeführt 93, sodass aus diesem sublimierten Kohlenstoffdioxid in dem hier beschriebenen Verfahren zunächst flüssiges Kohlenstoffdioxid und daraus dann festes Kohlenstoffdioxid hergestellt werden kann, wobei die dabei anfallende Abwärme wieder dem Wärmepumpensystem 10 zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 200 zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom. Das Verfahren ist ausgebildet zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom. Das Verfahren 200 umfasst die folgenden Schritte:

In einem Schritt 210, Bereitstellen eines Sorptionsmittels in einem Gasstrom, wobei der Gasstrom gasförmiges Kohlenstoffdioxid enthält. In einem Schritt 220, Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom mittels des Sorptionsmittels. In einem Schritt 230, Durchführen eines Regenerationsprozesses mittels Desorption von mindestens einem Teil des von dem Sorptionsmittel aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, wobei ein Produktgas, das Kohlenstoffdioxid enthält oder daraus besteht, aus dem Sorptionsmittel freigesetzt wird. In einem Schritt 240, Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids. In einem Schritt 250, Durchführen eines Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids, wobei das entnommene gasförmige Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid und/oder überkritisches Kohlenstoffdioxid und/oder festes Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird, wobei Abwärme, die während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes abgegeben wird, von mindestens einem Wärmepumpensystem aufgenommen wird und wobei mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird. Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 200 zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom. Das Verfahren ist ausgebildet zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstrom. Das Verfahren 200 umfasst die folgenden Schritte:

In einem Schritt 205, Erzeugen eines Gasstroms, insbesondere in Form eines aus der Umgebungsluft erzeugten Gasstroms, vorzugsweise mittels mindestens eines Gebläses, wobei insbesondere das Sorptionsmittel in einem Sorptionsmittelluftkontaktsystem mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht wird. In einem Schritt 210, Bereitstellen eines Sorptionsmittels in einem Gasstrom, wobei der Gasstrom gasförmiges Kohlenstoffdioxid enthält. In einem Schritt 220, Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom mittels des Sorptionsmittels. In einem Schritt 225, Vorwärmen des Sorptionsmittels nach dem Aufnehmen von Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom mittels des Sorptionsmittels, wobei sensible Wärme des Sorptionsmittels nach dem Regenerationsprozesses von einem Wärmerückgewinnungssystem aufgenommen wird und wobei mittels dieses Wärmerückgewinnungssystems Wärmeenergie dem vorzuwärmenden Sorptionsmittel zugeführt wird zum Vorwärmen des Sorptionsmittels. In einem Schritt 230, Durchführen eines Regenerationsprozesses mittels Desorption von mindestens einem Teil des von dem Sorptionsmittel aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, wobei ein Produktgas, das Kohlenstoffdioxid enthält oder daraus besteht, aus dem Sorptionsmittel freigesetzt wird. Nach dem Durchführen des Regenerationsprozesses wird das Sorptionsmittel wieder dem Gasstrom ausgesetzt, insbesondere in dem Sorptionsmittelluftkontaktsystem, um erneut Kohlenstoffdioxid aus dem Gasstrom aufzunehmen. In einem Schritt 240, Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids. Das Entnehmen mindestens eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids umfasst: Abkühlen des Produktgases und Kondensieren zumindest eines Teils des in dem Produktgas enthaltenen Wasserdampfs zu Wasser, und vorzugsweise Trennen des kondensierten Wassers von dem Produktgas. Vorzugsweise wird die Abwärme, die während des Abkühlens des Produktgases und/oder des Kondensierens anfällt, von dem Wärmepumpensystem aufgenommen und auf ein höheres Energieniveau gebracht, sodass mittels des Wärmepumpensystems Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht werden kann. In einem Schritt 250, Durchführen eines Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids, wobei das entnommene gasförmige Kohlenstoffdioxid in flüssiges Kohlenstoffdioxid und/oder überkritisches Kohlenstoffdioxid und/oder festes Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird, wobei Abwärme, die während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes abgegeben wird, von mindestens einem Wärmepumpensystem aufgenommen wird und wobei mittels des mindestens einen Wärmepumpensystems Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird. Während des Durchführens des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids wird das Kohlenstoffdioxid mittels des Wärmepumpensystems gekühlt, wobei die Temperatur des Kohlenstoffdioxids reduziert wird und sich der Aggregatzustand des Kohlenstoffdioxids ändert. Das Durchführen des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids umfasst: Verdichten des entnommenen gasförmigen Kohlenstoffdioxids, und Verflüssigen des entnommenen, insbesondere verdichteten, gasförmigen Kohlenstoffdioxids, und Abkühlen des verflüssigten Kohlenstoffdioxids, insbesondere mittels des Wärmepumpensystems, mit welchem Wärmeenergie zum Bereitstellen von Reaktionswärme für die Desorption und/oder zum Erwärmen und/oder zum Trocknen des Sorptionsmittels in den Regenerationsprozess eingebracht wird. Ein Großteil der Prozesswärme entfällt insbesondere auf die Kondensationswärme. Das verflüssigte Kohlenstoffdioxid wird mittels eines Gegenstromwärmeübertragers abgekühlt und anschließend in einem Trockeneisherstellungssystem auf Umgebungsdruck entspannt. Aus dem flüssigen Kohlenstoffdioxid wird ein erster Anteil als Trockeneis bereitgestellt und ein zweiter Anteil als gasförmiges Kohlenstoffdioxid bereitgestellt, das zurückgeleitet und mittels des Gegenstromwärmeübertragers erwärmt wird, wobei das erwärmte gasförmige Kohlenstoffdioxid einem Verdichter zum Verdichten des gasförmigen Kohlenstoffdioxids zugeführt wird. In einem Schritt 260, Lagern des mittels des Prozesses zum Ändern des Aggregatzustandes erzeugten festen Kohlenstoffdioxids in Form von Trockeneis in einem Trockeneislager. In einem Schritt 265, Auffangen von in dem Trockeneislager sublimierten Kohlenstoffdioxid, und Führen des sublimierten Kohlenstoffdioxids in den Gegenstromwärmeübertrager. In einem Schritt 266, Umwandeln des sublimierten Kohlenstoffdioxids in Trockeneis und Lagern dieses Trockeneises im Trockeneislager. Bezuqszeichenliste

Sorptionsmittelluftkontaktsystem

2 Vorwärmsystem

3 Desorptionsreaktor 4 CO2-Aufbereitungssystem

5 CO2-Verdicher

6 CO2- Verflüssigungssystem

Gegenstromwärmeübertrager

8 Trockeneisherstellungssystem 9 Trockeneislager

10 Wärmepumpensystems

11 Sorptionsmittelwärmeentzugssystem

100 System zum Abscheiden und Speichern von Kohlenstoffdioxid

61 , 62 Bewegungen von Flüssigkeiten 63, 71 , 72, 73, 74 Bewegungen von Feststoffen

86, 87, 88, 89 Wärmeströme

93, 94, 95, 96, 98, 99 Bewegungen gasförmiger Stoffe

200 Verfahren zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid

205 bis 266 Verfahrensschritte