1 / 34

Ein faseroptisch beleuchteter Photobioreaktor

Ein faseroptisch beleuchteter Photobioreaktor. für die Reduktion von CO 2 aus dem Rauchgas fossiler Kraftwerke C.Schneider, Universität Duisburg-Essen. Das ist die Lage:. Alle vorhandenen fossilen Brennstoffe stammen aus Photosynthese: => aus vorhandener O 2 -Menge folgt:

eshana
Download Presentation

Ein faseroptisch beleuchteter Photobioreaktor

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ein faseroptisch beleuchteter Photobioreaktor für die Reduktion von CO2 aus dem Rauchgas fossiler Kraftwerke C.Schneider, Universität Duisburg-Essen

  2. Das ist die Lage: • Alle vorhandenen fossilen Brennstoffe stammen aus Photosynthese: => aus vorhandener O2-Menge folgt: 4x 1014 t C auf der Erde vorhanden • Photosynthese ist wichtigste CO2 –Senke (nach Würfel:“Physik der Solarzellen“,SpektrumAkad. Verlag, Heidelberg, 1995)

  3. Die Photosynthese verwandelt Lichtenergie in chemisch gebundene Energie h·ν 6CO2 + 6H2O C6H12O6+ 6O2 Lichtreaktion Lichtreaktion Dunkelreaktion Dunkelreaktion

  4. Was ist ein Photobioreaktor? • Ein Bioreaktor ist ein Behälter, in dem Mikroorganismen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen. (z.B.: Braukessel, Kläranlagen) • Ein Photobioreaktor ist ein Bioreaktor für Zellen, die zusätzlich Licht benötigen.

  5. Was produziert ein Photobioreaktor? • Sauerstoff • Biomasse • Wasserstoff (bestimmte Organismen : Purpurbakterien, Grünalgen, Cyanobakterien)

  6. Wasserstoffproduktion in einem Verbundreaktor (nach Rechenberg) h·ν h·ν O2 H2 Grünalgen (Chlamydomonas) Purpurbakterien (Enterobacter cloacae) H2O CO2 H2O C6H12O6 CO2 O2

  7. CO2-produzierendes Gewerbe H2 CO2 Photobioreaktor O2 Licht Brennstoff-zelle Nahrungsmittel (Farbe,Vitamine, Kohlenhydrate) Landwirtschaft (Düngung, Futter) Algen Abwasseraufbereitung Mikrobiologie Energie Biomasse

  8. Das Problem. Lambert-Beer'sches-Gesetz I = I0 - dI I0 k = Absorbtionskoeffizient Z = Eindringtiefe dx l In realen Suspensionen: Z wenige mm!

  9. 2D-Photobioreaktoren - schlecht vergrößerbar Tubuläre Photobioreaktoren Links: 20 L Rechts: 2 L, Ø 80 mm Flachbett-Photobioreaktor 8 L , Ø 40 mm Quelle : N. Waschewski, Ruhr-Universität Bochum

  10. Lichtwellenleiter bringen das Licht in das Volumen ! Realisierung nach Bayless, Univ. of Ohio

  11. 3D-Photobioreaktoren -vergrößerbar

  12. Die Sonne liefert das Licht für die Photosynthese !

  13. Die Lichtsammlung Parabolspiegel fokussiert das Sonnenlicht→ direkte Einspeisung in Lichtwellenleiter LWL leiten Sonnenlicht in Bioreaktor Realisierung nach Bayless, Univ. of Ohio

  14. Gesamtkonzept Photobioreaktor H2, O2 CO2

  15. Abschätzungen • Es entstehen ca. 500 kg Biomasse/ t CO2 • In Deutschland stehen 1050kWh/a (Deutscher Wetterdienst) • Damit benötigt man ca. 50m2 Kollektorfläche für die Umwandlung von 1 Tonne CO2 in Biomasse pro Jahr! • Haushalt mit 27.000 kWh Gasheizung/a produziert ca. 4.8 t CO2/a • 150-220 m2 Kollektorfläche erforderlich ( für Deutschland ) ( n. A.Wagner, topmanagerteam.com )

  16. Vergleich mit Wald • Baum : 200 t CO2 / ha .100a } 100 Jahre! (aus www. CO2Management.de, 2007) • Photobioreaktor: pro ha: 200 t CO2/Jahr!

  17. CO2 Vielen Dank ! H2

  18. Zentrale oder dezentrale Anlagen? • Optische Fasern sind (noch) nicht gut genug für Langstrecken bei hoher Leistung • Grossanlage erfordert ca. 50km2! „Growianeffekt“?! => Optimierungsaufgabe ( Fasern, Kollektoren, Algen als Rohstoffe)

  19. Anforderungen an den Photobioreaktor • Organismen • Belichtung • Nährstoffzufuhr • Prozessüberwachung (pH-Wert, Sauerstoffkonzentration, Temperatur) • Entgasung

  20. Wir sollten was tun, auch um eine wirtschaftliche Chance zu nutzen! • Bayless bezeichnet inzwischen seine Biomasse als „green petroleum“ • Wir sollten klein anfangen und stetig wachsen (50 m2/t CO2) • Wirtschaftliche Anreize: - Emissionszertifikate? - Biomasse vermarktbar?

  21. Der Vorteil. • Wasserstoff wird sauber produziert. • Bisher : Reformierung für 2H2 - Moleküle entsteht ein CO2 - Molekül • Elektrolyse – Strom – CO2

  22. Erste Realisierung eines faseroptischen Bioreaktors (n.Gerbsch, 1997) • Seitab-strahlende Fasern • Simulation des Lichtfeldes • Skalierbar!

  23. Einkopplung in Einzelfaser Numerische Apertur Einfallender Lichtkegel n0 αG Mantel n2 Kern n1 Numerische Apertur ist Maß für den maximalen Winkel, unter dem ein Strahl auf die LWL-Frontfläche auffallen kann, um einen geführten Modus anzuregen.

  24. Gaseintrag:Blasen im µm Bereich in ca. 6 m Wassertiefe • Klärwerk: Sauerstoff in 6m Wassertiefe Blasen im µm Bereich • Gaszufuhr unter Druck

  25. CO2-Kreislauf

  26. Zusammensetzung der Blattfarbstoffe: Carotinoide, Chlorophyll a und b. • Engelmann'scher Bakterienversuch • Photosyntheserate ist prop. zur Menge des freigesetzten Sauerstoffs durch Algen => je mehr Sauerstoff desto mehr Bakterien

  27. Germany: 900-1200kWh/am2 =100-135W/m2 • Spain: 2000kWh/am2 = 230 W/m2 • Sahara: 2500 kWh/am2 = 285 W/m2

  28. Lichtwellenleiter • Langstreckentransport des Lichtes möglich • Ideale Ausleuchtung eines Volumens bei hoher Absorption • Idealvorstellung: Raum wird durch regelmäßige Anordnung von Lichtquellen ausgefüllt, wie ein Kristall • dem kommt ein „Fasergitter“ nahe

  29. Neue Fasern: Hohlfasern

  30. Vergleich mit Wald • Buche: 230 t CO2 /ha.100a • Eiche: 220 t CO2/ ha. 100a • Esche: 220t CO2/ ha .100a • Kiefer: 170 t CO2 / ha .100a } 100 Jahre! (aus www. CO2Management.de, 2007) • Photobioreaktor: pro ha: 200t CO2/Jahr!

More Related