專利名稱：：一種從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?br>技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及生物燃?xì)獾纳a(chǎn)方法，特別是涉及一種利用二氧化碳資源來生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ā?br>背景技術(shù)：
：工業(yè)革命以來，人們過度地采掘和利用化石燃料，造成了溫室氣體二氧化碳的過度排放，引起全球氣候變暖，二氧化碳的過度排放就是一個(gè)受人關(guān)注的問題?；剂鲜褂盟欧诺亩趸嫉葴厥覛怏w，直接導(dǎo)致地球系統(tǒng)的碳循環(huán)發(fā)生變化，從而引起了大氣溫室氣體濃度的上升。全球大氣二氧化碳濃度己從工業(yè)化前的約280ppm，增加到了2005年的379ppm。地球長(zhǎng)期演化中所保持的大氣溫室氣體濃度，可使全球地表的平均溫度保持在15度左右。但近百年的情況是，大氣中二氧化碳、甲烷等溫室氣體的濃度不斷上升，越來越有可能引發(fā)全球氣候變化，給地球生態(tài)環(huán)境與人類社會(huì)帶來嚴(yán)重影響。世界氣象組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合組建了政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)，最近公布的評(píng)估報(bào)告顯示，全球氣候正在經(jīng)歷著一場(chǎng)以變暖為特征的變化。19062005年的一百年間，全球地表平均溫度上升了0.74度；近50年的線性增暖趨勢(shì)則進(jìn)一步攀升到每十年增加0.13度。20世紀(jì)后半葉，北半球平均溫度是近1300年中最高的。全球自1850年以來所出現(xiàn)的最暖的12個(gè)年份，有11個(gè)發(fā)生在1995至2006年的短短十幾年內(nèi)。2006年是有儀器記錄以來僅次于1998年的最暖年份。隨著全球氣候的變暖，降水也發(fā)生了變化。在非洲以及地中海的一些地方，已出現(xiàn)了降水明顯減少的趨勢(shì)，這些地區(qū)的糧食產(chǎn)量也隨之下降。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還表明，隨著氣候的變暖，引發(fā)洪澇災(zāi)害的極端強(qiáng)降水事件和大范圍的長(zhǎng)期干旱事件的發(fā)生頻率，正在全球范圍內(nèi)增大。在氣候變化的過程中，占地球表面70%以上的海洋面臨巨大壓力。研究表明，海洋已經(jīng)并且正在吸收80%以上因氣候變暖而增添到氣候系統(tǒng)中的熱量。由此，全球海洋平均溫度的增加巳延伸到至少3000米的深度。由于海水的受熱膨脹以及冰川和積雪在氣候變暖下的融化，海平面也有了明顯上升。上個(gè)世紀(jì)末，一些國(guó)家的政府、國(guó)際組織、跨國(guó)企業(yè)以及相關(guān)民間組織，已在不斷采取積極行動(dòng)，試圖減緩氣候變化的勢(shì)頭。但由于大氣溫室氣體的留存期較長(zhǎng)，即使人類全面停止向大氣排放溫室氣體，大氣溫室氣體濃度要下降到工業(yè)革命前的水平，至少還需要數(shù)百年的時(shí)間。更何況人類社會(huì)現(xiàn)在仍然以煤炭、石油、天然氣等化石燃料為主要能源，向大氣排放溫室氣體還會(huì)持續(xù)下去。從這個(gè)意義上說，大氣溫室氣體的高濃度，已成為地球氣候系統(tǒng)在未來一段時(shí)間的一個(gè)毋庸置疑的特點(diǎn)。IPCC的氣候變化預(yù)估表明，21世紀(jì)全球平均地表增暖的幅度范圍可能為U6.4度。同時(shí)，高溫?zé)崂?、洪澇、干旱等極端氣候事件將更為頻繁、范圍將更廣、持續(xù)時(shí)間將更長(zhǎng)，海平面也可能進(jìn)一步上升。在全球氣候變化的大背景下，我國(guó)年平均地表氣溫增加明顯。近100年來，我們地表升溫幅度約為0.50.8度，比同期全球平均值略高。在最近的50年里，我國(guó)年平均地表氣溫增加1.1度，增溫速率為每10年0.22度，明顯高于全球同期的平均增溫速率。近50年，我國(guó)北方干旱受災(zāi)面積擴(kuò)大，南方洪澇加重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加，局部干旱高溫危害加重，黃河斷流現(xiàn)象呈現(xiàn)加重勢(shì)態(tài)。未來的氣候變化，可能對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、水資源供應(yīng)、沿海岸帶經(jīng)濟(jì)社會(huì)等方面的發(fā)展帶來更為嚴(yán)重的沖擊。加上不斷擴(kuò)散的工業(yè)污染等因素，極端天氣氣候事件的發(fā)生頻率可能增大，由此引發(fā)的生態(tài)危機(jī)和資源危機(jī)事件所造成的損失可能會(huì)更加嚴(yán)重。這直接影響了我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建和諧社會(huì)的偉大構(gòu)想。因此，將二氧化碳進(jìn)行吸收固定、減少其向大氣的排放成為人們的共識(shí)。自然界的綠色植物能夠吸收二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，但它吸收二氧化碳的速度還是太慢了！因此，需要利用具有葉綠體的生物對(duì)二氧化碳進(jìn)行人工干預(yù)，使工業(yè)廢氣中的二氧化碳快速地被固定。藻類特別是那些微型單胞藻不論是原核的或是真核的，它們是吸收C02進(jìn)行光合作用生產(chǎn)綠色新能源最有效途徑。大量微型藻增殖過程中充分利用C02，在光照條件下合成有機(jī)物將太陽能儲(chǔ)存起來，其藻體生物量稱得上是個(gè)巨大的"儲(chǔ)能庫"，因此，將其制作固體燃料或者說干燥燃料是可行的，英國(guó)將它用于發(fā)電；因此有專家預(yù)計(jì)，利用C02制造生物能源特別是氫能將是本世紀(jì)大有希望而較為理想的能源供應(yīng)。能通過光合作用來吸收二氧化碳而放出氧氣。美國(guó)的Greenfud等、以色列等國(guó)均進(jìn)行了微藻吸收二氧化碳的研究與實(shí)踐。他們有思路是用藻類來吸收二氧化碳，然后再用藻類進(jìn)行榨油或發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。這一工藝的缺點(diǎn)是藻類對(duì)二氧化碳的吸收率低，在榨油或生產(chǎn)燃料乙醇之后產(chǎn)生了大量的固體廢料，污染了環(huán)境。同時(shí)，可有通過藻類進(jìn)行甲烷與燃?xì)獾纳a(chǎn)方法，但這些工藝是一步法反應(yīng)。目前一步法的特點(diǎn)是反應(yīng)速度慢、難以控制、不易于工業(yè)化。為了提高二氧化碳的固定效率，設(shè)計(jì)綠色環(huán)保的生物燃料的生產(chǎn)工藝，我們特提出了本發(fā)明的兩步法從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾男路椒ā?br/>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種兩步法工藝來利用光能與二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾男路椒?。本發(fā)明所提供兩步法生產(chǎn)生物燃?xì)馐抢霉饽?優(yōu)選太陽能)和藻類(優(yōu)選速生藻)在光反應(yīng)器中將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，這種生物質(zhì)以藻的形式存在于培養(yǎng)液中。然后將濃縮或不濃縮的培養(yǎng)液直接通入?yún)捬鯕饣磻?yīng)器，使生物質(zhì)氣化，釋放出甲烷和氫氣。甲烷和氫氣壓縮即成為生物燃?xì)猓囵B(yǎng)液則直接循環(huán)回光反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行二氧化碳的固定。本發(fā)明兩步法生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ň唧w為下述所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法，所有百分比濃度均為質(zhì)量百分比濃度，所有培養(yǎng)基中的溶劑均為蒸餾水。首先，自然界藻類的獲得-①在藻類生長(zhǎng)的水域取含有藻類的水樣，制取藻類培養(yǎng)基，初始PH值調(diào)為弱酸性，優(yōu)選為6.0左右，滅菌，將微藻混合試樣接種至該培養(yǎng)液，光源采用白色熒光燈，光照強(qiáng)度為100010000LUX，光照周期12:12(h)，15。C30。C預(yù)培養(yǎng)15周，優(yōu)選25r預(yù)培養(yǎng)3周；其中，藻類培養(yǎng)基配方培養(yǎng)基中各組分質(zhì)量百分含量為硫酸銨0.005%0.04%;過磷酸l丐0.0010.005%;硫酸鎂O.0050.01%;氯化鉀0.0010.004%;碳酸氫鈉O.0050.02%;0.53%三氯化鐵溶液100微升；土壤浸出液0.0020.1%;磷酸氫二鉀0.00050.003%。優(yōu)選藻類培養(yǎng)基配方每升培養(yǎng)基中含有硫酸銨0.2克；過磷酸鈣0.03克；硫酸鎂0.08克；氯化鉀0.025克；碳酸氫鈉O.l克；1%三氯化鐵溶液100微升；土壤浸出液0.5克；磷酸氫二鉀0.01克。②預(yù)培養(yǎng)后的微藻試樣進(jìn)行馴化培養(yǎng)，通入欲處理廢氣，氣體流速大于60mL/min，光源采用白熾燈，光照強(qiáng)度為100010000LUX，光照周期10:14(h)，15'C3(TC馴化培養(yǎng)17天，優(yōu)選25'C馴化培養(yǎng)4天；③取馴化后藻液，接種至新培養(yǎng)液，反復(fù)馴化培養(yǎng)多次，通常為3次；④采用平板分離法進(jìn)行微藻分離，將藻液噴散至固體培養(yǎng)基表面，使藻群在培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)，光照強(qiáng)度為100010000LUX，光照周期12:12(h)，15。C3(TC培養(yǎng)13周，優(yōu)選25"C培養(yǎng)2周；⑤通過光學(xué)顯數(shù)鏡觀察，出現(xiàn)純種群時(shí)，用接種環(huán)取出，制成藻液，反復(fù)進(jìn)行分離培養(yǎng)，不斷純化，直至獲得純?cè)迦海７N。6對(duì)二氧化碳進(jìn)行固定時(shí)，為了提高二氧化碳的固定效率，可選擇生長(zhǎng)速度快的速生藻。這些速生藻可以從相關(guān)藻種部門(如美國(guó)UTEX)購買，或從藻類生長(zhǎng)迅速的水域中分離(尤其是本地水域有針對(duì)性的篩選)。1.利用藻類吸收二氧化碳廢氣按以上培養(yǎng)基，在有光照(優(yōu)選太陽能)的環(huán)境中進(jìn)行敞開式培養(yǎng)，將以二氧化碳為主要成份的工業(yè)廢氣通過氣泵引入池中即可。隨著藻類的生長(zhǎng)，二氧化碳?xì)怏w被吸收。其中二氧化碳的吸收率達(dá)40%90%，其吸收率與光照強(qiáng)度、二氧化碳?xì)怏w流量(優(yōu)選310L/min150L反應(yīng)體系)、藻類密度(優(yōu)選O.lg干重/Llg干重/L)等有關(guān)。2、生物燃?xì)獾纳a(chǎn)將培養(yǎng)液進(jìn)入生物燃?xì)猱a(chǎn)氣反應(yīng)裝置，反應(yīng)裝置的下部是厭氧活性污泥，含有藻類的培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間是2496小時(shí)，所產(chǎn)生的生物燃?xì)怏w從反應(yīng)器的頂部排出后收集起來，所產(chǎn)生的廢水，其中的微量元素及大部分磷源、氮源存在于發(fā)酵液中，返回光反應(yīng)器再用于藻類的培養(yǎng)，過程大大地減少了培養(yǎng)液的補(bǔ)加量。所述的厭氧反應(yīng)器在初次反應(yīng)時(shí)最好加入少量的厭氧活性污泥。這些厭氧活性污泥可以從污水處理廠得到，加入的厭氧活性污泥總體積量占反應(yīng)器容積的5%60%。上述方法同時(shí)產(chǎn)生少量的腐植酸和厭氧污泥，腐殖質(zhì)可以作為生物肥料。本發(fā)明由于選擇了速生藻進(jìn)行生物質(zhì)的生產(chǎn)，因此，該過程吸收二氧化碳的能力大大地增強(qiáng)，而生物燃?xì)猱a(chǎn)生后分離非常方便。整個(gè)過程無"三廢"產(chǎn)生，是一個(gè)環(huán)保綠色的工藝過程，基于此優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明將在二氧化碳減排及生物質(zhì)能源應(yīng)用方面發(fā)揮巨大作用。圖1為利用二氧化碳資源生產(chǎn)生物燃?xì)獾氖疽鈭D；圖2為實(shí)施例用于藻類敞開式培養(yǎng)的反應(yīng)器；其中，1——敞開式反應(yīng)器池體(長(zhǎng)3米，寬2米，兩端為半徑l米的圓弧)；2——中間擋板；3——攪拌裝置；整個(gè)池體采用PVC材料制備。圖3實(shí)施例生物燃?xì)獾漠a(chǎn)氣裝置；其中，1——生物燃?xì)獠杉?直徑4cm);2——海藻發(fā)酵殘液溢出口(直徑4cm);3——海藻進(jìn)料口(直徑4cm);4——頂蓋(直徑30cm);5，6，7——填充材料隔板(直徑25cm)圖1為摘要附圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法，所有百分比濃度均為質(zhì)量百分比濃度，所有培養(yǎng)基中的溶劑均為蒸餾水。自然界速生藻的獲得①在藻類生長(zhǎng)較快的水域取含有藻類的水樣。因?yàn)?007年太湖水域污染，藻類泛濫，所以本實(shí)施例的樣品取自于太湖水域。制如藻類培養(yǎng)基，初始pH值調(diào)為6.0(50mL的錐形瓶里裝30mL培養(yǎng)液，滅菌)，將重約lg的微藻混合試樣接種至該培養(yǎng)液，光源采用白色熒光燈，光照強(qiáng)度2500Lux，光照周期12:12(h)，25"C預(yù)培養(yǎng)3周；藻類培養(yǎng)基配方每升培養(yǎng)基中含有硫酸銨0.2克；過磷酸鈣0.03克；硫酸鎂0.08克；氯化鉀0.025克；碳酸氫鈉O.l克；1%三氯化鐵溶液100微升；土壤浸出液0.5克；磷酸氫二鉀0.01克。②預(yù)培養(yǎng)后的微藻試樣進(jìn)行馴化培養(yǎng)，通入欲處理廢氣，氣體流速大于60mL/niin，光源采用白熾燈，光照強(qiáng)度11000Lux，光照周期IO:14(h)，25。C馴化培養(yǎng)4天；③取lmL馴化后藻液，接種至新培養(yǎng)液，反復(fù)馴化培養(yǎng)3次；④采用平板分離法進(jìn)行微藻分離，將lmL藻液噴散至固體培養(yǎng)基表面，使藻群在培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)，光照強(qiáng)度2500Lux，光照周期12:12(h)，25。C培養(yǎng)2周；⑤通過光學(xué)顯數(shù)鏡觀察，出現(xiàn)純種群時(shí)，用接種環(huán)取出，制成藻液，反復(fù)進(jìn)行分離培養(yǎng)，不斷純化，直至獲得純?cè)迦?，保種。實(shí)施例l1.利用藻類吸收二氧化碳廢氣如圖2，按以上的培養(yǎng)基，在有光照的環(huán)境中進(jìn)行敞開式培養(yǎng)，將以二氧化碳為主要成份的工業(yè)廢氣通過氣泵引入池中即可。隨著藻類的生長(zhǎng)，二氧化碳?xì)怏w被吸收。其中二氧化碳的吸收率達(dá)40。/。90。/。，其吸收率與光照強(qiáng)度(100010000LUX)、二氧化碳的氣體流量(310L/min150L反應(yīng)體系)、藻類密度(0.lg干重/Llg干重/L)等有關(guān)。2.生物燃?xì)獾纳a(chǎn)上述混和液進(jìn)入圖3的反應(yīng)裝置，圖3的下部是厭氧活性污泥(來自河北省威遠(yuǎn)生化集團(tuán)贊皇生產(chǎn)基地污水處理系統(tǒng)，也可以采用其它污水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的污泥)，含有藻類的培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間是2496小時(shí)，所產(chǎn)生的生物燃?xì)怏w從反應(yīng)器的頂部排出后收集起來，所產(chǎn)生的廢水返回培養(yǎng)池繼續(xù)循環(huán)利用，用于藻的培養(yǎng)。在小型反應(yīng)器中的產(chǎn)氣情況如表l所示。表l2L反應(yīng)器中藻類培養(yǎng)液的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注l.類型太湖藻，濕重20g;培養(yǎng)液100ml;藻水比1:5;污泥25g;加污水:100ml;泥水比1:4;總體積約200ml;2.類型水，自來水100ml;污泥25g;加污水100ml;泥水比1:4。權(quán)利要求1、一種從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，是利用光能和藻類固定二氧化碳，形成生物質(zhì)，然后再利用厭氧發(fā)酵，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物燃?xì)狻?、根據(jù)權(quán)利要求1所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，所生產(chǎn)的生物燃?xì)鉃榧淄楹蜌錃狻?、根據(jù)權(quán)利要求1所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，固定二氧化碳的藻類為速生藻?、根據(jù)權(quán)利要求l所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ǎ渲?，藻類的獲得方式為①在藻類生長(zhǎng)的水域取含有藻類的水樣，制取藻類培養(yǎng)基，初始pH值調(diào)為弱酸性，滅菌，將微藻混合試樣接種至培養(yǎng)液，在光照下預(yù)培養(yǎng)；②預(yù)培養(yǎng)后的微藻試樣進(jìn)行馴化培養(yǎng)，通入欲處理廢氣，在光照下馴化培養(yǎng)；③取馴化后藻液，接種至新培養(yǎng)液，反復(fù)馴化培養(yǎng)；④采用平板分離法進(jìn)行微藻分離，將藻液噴散至固體培養(yǎng)基表面，使藻群在培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)，在光照下培養(yǎng)；⑤通過光學(xué)顯數(shù)鏡觀察，出現(xiàn)純種群時(shí)，用接種環(huán)取出，制成藻液，反復(fù)進(jìn)行分離培養(yǎng)，不斷純化，直至獲得純?cè)迦?，保種。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，光源采用白色熒光燈，光照?qiáng)度均為100010000LUX，溫度均為15。C3(TC;①光照周期為12:12(h)，預(yù)培養(yǎng)15周；②氣體流速大于60mL/min，光照周期IO:14(h)，馴化培養(yǎng)17天；光照周期12:12(h)，培養(yǎng)13周。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，①溫度?5t:預(yù)培養(yǎng)3周；②25。C馴化培養(yǎng)4天；④25"C培養(yǎng)2周。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，藻類培養(yǎng)基配方培養(yǎng)基中各組分質(zhì)量百分含量為硫酸銨0.005%0.04%;過磷酸鈣0.0010.005%;硫酸鎂0.0050.01%;氯化鉀0.0010.004%;碳酸氫鈉0.0050.02%;0.53%三氯化鐵溶液100微升；土壤浸出液0.0020.1%;磷酸氫二鉀0.00050.003%。8、根據(jù)權(quán)利要求17所述任意一種從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，由生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃?xì)馐褂脜捬趸钚晕勰鄟韺?shí)現(xiàn)，厭氧反應(yīng)器在初次反應(yīng)時(shí)加入少量的厭氧活性污泥。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，厭氧活性污泥的加入總量占厭氧反?yīng)器容積的5%60%。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述從二氧化碳生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，反?yīng)后的溶液返回光反應(yīng)器繼續(xù)作為藻類的培養(yǎng)基。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用二氧化碳與光能來生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒āＴ摲椒ㄊ抢霉饽芎驮孱?，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，然后再將含有生物質(zhì)的培養(yǎng)液(濃縮或不濃縮)直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵，從而產(chǎn)生以氫氣和甲烷為代表的生物燃?xì)?。其中的微量元素及大部分磷源、氮源存在于發(fā)酵液中，被返回光反應(yīng)器再用于藻類的培養(yǎng)。該工藝除產(chǎn)生生物燃?xì)庵?，還產(chǎn)生了少量的腐殖質(zhì)，可以作為生物肥料。由于選擇了速生藻進(jìn)行生物質(zhì)的生產(chǎn)，因此，該過程吸收二氧化碳的能力大大地增強(qiáng)，而生物燃?xì)猱a(chǎn)生后分離非常方便。整個(gè)過程無“三廢”產(chǎn)生，是一個(gè)環(huán)保綠色的工藝過程，基于此優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明將在二氧化碳減排及生物質(zhì)能源應(yīng)用方面發(fā)揮巨大作用。文檔編號(hào)C10L3/00GK101457166SQ20071017937公開日2009年6月17日申請(qǐng)日期2007年12月12日優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日發(fā)明者劉敏勝,瑋李,緱仲軒,賈成國(guó)申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司