Selektives Gasreinigen

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Geschrieben von Werner am 26. Mai 2021 11:11:45:

Als Antwort auf: Re: PV-Überschuss lokal speichern statt ins Netz - Brainstorming geschrieben von Peter vdl am 25. Mai 2021 22:02:09:

Moin Peter,

es ist ein Kreuz mit der Selektivität. In der Thermodynamik wurde mal vor über 100 Jahren der Begriff der Entropie (Unordnung) eingeführt und mathematische Formeln dafür aufgestellt.

Die Entropie sollte bei allen Energiesparprozessen möglichst wenig zunehmen. Das ist das Hauptcredo. Wenn also ein energetischer Prozeß so abläuft, dass die maximale Unordnung (auch mit Vermischung teilweise zu übersetzen) dabei rauskommt, dann läßt sich dieser Prozeß nicht mehr umkehren, ist also thermodynamisch irreversibel.

Klarerweise kann man solche Dinge auch wieder umkehren, aber nur, wenn man dafür andere Prozessen in Gang setzt, deren Entropie dadurch auch wieder ansteigt.

Wie stellt man sich jetzt die Entropie vor ? Ein Brennstoff wird unter freiem Himmel abgefackelt, wir sind bei den Steinzeitmenschen, die um ein Feuer drumrum sitzen. Die chemische Energie des Brennstoffes wird umgesetzt in Wärme. Wärme ist im Prinzip nichts anderes, als Moleküle, die sich sehr schnell bewegen. Sie bewegen sich alle durcheinander, also ungeordnet und geben diese Bewegung an die benachbarte Umgebung ab. Den Leuten wird es also warm - wobei der größte Teil der Wärme Strahlungswärme ist.

Was kommt mechanisch dabei rum? Das warme Abgas des Lagerfeuers hat durch die sehr schnelle Molekularbewegung eine geringe Dichte, als die kalte Umgebungsluft und steigt hoch. Dabei wird echte mechanische Arbeit geleistet, die allerdings bereits in geringer Höhe wieder durch Vermischung/Reibung zunichte gemacht wird, i.e. große Mengen kalter Luft erwärmen sich nur ganz geringfügig und damit wird die Energieform für den Menschen unbrauchbar.

Somit: Wirkungsgrad Lagerfeuer EXTREM schlecht!

Schlaue Leute haben dann überlegt, wie sie ein Delta T, also unterschiedlich schnell sausende Moleküle sich so zunutze machen könnten, dass eine geordnete Bewegung entsteht, also aus dem Geschwirre der Moleküle eine einheitliche Ordnung wird, die z.B. eine Last hebt oder schwere Lasten von A nach B transportiert.

Dabei sind die Thermodynamiker aber immer bald an eine Grenze gestossen, die sich nicht überwinden konnten. Die Erfinder und Erbauer der Perpetua mobile wollte das partout nicht einsehen und haben weiter getüftelt. Selbst heute gehen im Patentamt immer noch Konstruktionen ein, die von selbst immer weiter mechanische Energie produzieren sollen.


Also, nach diesem Versuch einer Einführung in die Thermodynamik, kommen wir nun zur Gasreinigung. Wir möchten CO2 aus der Luft herausbekommen. Dazu müssen wir unvermeidlich die Arbeit leisten, die nötig wäre, das CO2 ohne die Luft drumrum auf den Druck zu bringen, den wir für unsere Zwecke brauchen.

Wir bauen also einen idealen Filter (den es leider noch nicht gibt) und drücken so lange auf der Luft rum, bis auf der anderen Seite des Filters das CO2 austritt. Wenn wir mal 400 ppm CO2 in der Luft annehmen, dann entspricht das einem Partialdruck von 400 durch eine Million, also 0,0004 bar. Die Tatsache, dass Luftmoleküle Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf sowie ein paar Edelgase um die CO2 Moleküle drumrum schwirren, ist für das CO2 ohne Bedeutung. Wir wollen ja mit dem Kohlendioxid etwas anfangen und nicht mit den anderen Komponenten.

Diese Verdichterarbeit kann uns niemand abnehmen. Sobald ein Selektivum gefunden wird, was nur das Kohlendioxid annimmt und nicht die anderen Stoffe, haben wir das Problem, diesem Selektivum das CO2 anschließend auch wieder zu entreißen und für unsere Zwecke zu nutzen.

Wir können z.B. verwitterten Kalkstein nehmen und mit viel Wärmeenergie das CO2 austreiben, also der Prozeß Kalkstein zu Branntkalk. Aber dafür müssen wir richtig heiße Feuer machen, die unter einem Dampfkessel schon wesentlich mehr mechanische Energie erzeugen würden - selbst wenn die Dampfmaschine gar nicht so gut ist.

Das energiereiche Licht der Sonne hat vor vielen Jahren - als Frau Merkel noch nicht Bundeskanzlerin war - in der Natur eine Funktion geschaffen: die Fotosynthese. Dabei wird CO2 zu Kohlenwasserstoffverbindungen und Sauerstoff umgewandelt, selbstverständlich unter strenster Einhaltung der thermodynamischen Gesetze.

Bisher hat der Mensch noch keinen Prozeß gefunden, der so effektiv und so gut selektiv CO2 aus der Luft holt. Es ist kaum anzunehmen, dass man den Wirkungsgrad der Fotosynthese mittelfristig mit unseren bekannten Verfahren überbieten kann. Dennoch: auch die Fotosynthese ist thermodynamisch ein echter Flop. Man kann zwar rechnen und beweisen, dass das Grün auch kühlt, aber der Effekt ist zu klein, als dass man daraus gewinnträchtige Prozesse machen könnte.

Die Aufgabe lautet also: einen selektiven Umsetzungsprozeß zu finden, der mindestens so gut läuft, wie die Fotosynthese und der soviel an verschwendungsbereiter Energie zur Verfügung hat, dass man die Entropiedifferenz dafür ausnutzen kann.

Ich sage nicht, dass das Quatsch ist, aber um den zweiten thermodynamischen Hauptsatz kommen wir nicht drumrum. Und der schlägt bei dem Herauslösen von gering verteilten Komponenten in einer Mischung gnadenlos zu.


Wenn es dich näher interessiert: du findest Formeln für die Verdichterarbeit im Netz. Nimm eine Menge CO2, die du haben möchtest und lasse sie durch eine gedachte Maschine von 0,0004 bar auf 1 bar verdichten. Das ist der Energiebetrag, den du mindestens aufwenden mußt.

Deshalb geht man mit solchen Vorhaben ja auch eher an Abgase von Feuerungen, wo das CO2 noch relativ konzentriert vorlieg.

Gruß

Werner

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