專利名稱:一種利用芒草類植物制備生物碳捕捉和貯存大氣中二氧化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是一種開發(fā)利用荒山、荒涂、荒灘種植芒草類植物,并進(jìn)而通過所 述的芒草類植物制備和貯存生物碳,從而達(dá)到捕捉和貯存大氣中二氧化碳的技術(shù),屬于生 物、環(huán)保、低碳技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
近年來,隨著異常氣候的頻繁出現(xiàn),人們將目光集中于全球氣候變化,越來越多 的證據(jù)證明二氧化碳濃度的增加是引發(fā)全球氣候變暖的主要原因。碳捕捉和貯存(簡(jiǎn)稱 CCS)是指將二氧化碳從工業(yè)和相關(guān)能源中分離出來,輸送到一個(gè)封存地點(diǎn),并保持長期與 大氣隔絕的過程;目前二氧化碳的捕捉和貯存主要有四種辦法,即地質(zhì)封存、海洋封存、將 二氧化碳轉(zhuǎn)化成無機(jī)碳酸鹽和將二氧化碳用于工業(yè)目的等四種方法;但這四種捕捉和貯存 方法成本高昂,且具有一定的不確定性;而利用利用芒草類植物類植物(Triarrhena)制備 生物碳捕捉和貯存二氧化碳的技術(shù)還未見有報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有碳捕捉和貯存技術(shù)的不足,提供一種利用芒草類植物 制備生物碳,從而經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的捕捉和貯存大氣中的二氧化碳的方法。本發(fā)明還可以 直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面,同時(shí)進(jìn)一步提高芒草類植物類植物捕捉大氣中二氧化碳的能力; 而且,開發(fā)利用荒山、荒涂、荒灘種植芒草類植物,還可以改善生態(tài)環(huán)境、保持水土、提高土 地利用率、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。另外,利用本發(fā)明展開的項(xiàng)目可直接進(jìn)入碳 匯交易。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的,所述用芒草類植物制備生物碳的方 法,包括芒草類植物的栽培、收割、預(yù)處理和生物碳生產(chǎn),所述的預(yù)處理是將收割后的芒草 類植物莖稈進(jìn)行風(fēng)干后切割成適于無煙焦化工藝的長度;然后在無氧的情況下、對(duì)上述預(yù) 處理后的芒草類植物莖稈處于400-700°C高溫下并采用無煙焦化工藝制成生物碳。
所述的芒草類植物的栽培是通過翻耕耙地后,開挖種植穴,每公頃15000穴,穴 深8-12cm,內(nèi)鋪5 — IOcm經(jīng)堆放成熟的有機(jī)肥和土壤混合物,然后將種苗放入,覆土 3— 7cm,澆水濕透;所述的收割是等到芒草類植物生長至葉片開始發(fā)黃干枯,并使葉片完全 干枯后,即用專門的收割機(jī)進(jìn)行收割,且為減少預(yù)處理時(shí)莖稈水分含量,可使其在地里自然 風(fēng)干再行收割。
所述的芒草類植物的栽培是在每年的3月至10月期間,選擇靠近水源或降雨量 豐富的河灘地、荒山及經(jīng)過一定年限的海涂,翻耕耙地后,開挖種植穴,穴深I(lǐng)Ocm左右,內(nèi) 鋪7—8cm經(jīng)堆放成熟的有機(jī)肥和土壤混合物,然后將種苗放入,覆土 4一6cm,澆水濕透;收 割是指芒草類植物生長至次年11月,葉片開始發(fā)黃干枯,地上部分葉片和莖稈中養(yǎng)分向 地下部分回流,葉片完全干枯后,即可用專門的收割機(jī)進(jìn)行收割;為減少預(yù)處理時(shí)莖稈水分含量,可使其在地里自然風(fēng)干至1月份再行收割;所述的預(yù)處理是根據(jù)不同的無煙焦化工 藝,將風(fēng)干至含水量為8—1 左右的芒草類植物莖稈,直接采用可移動(dòng)式無煙焦化設(shè)備將 其制成生物碳;或?qū)L(fēng)干后的芒草類植物莖稈制成塊狀物,采用大型固定式無煙焦化爐將 其制成生物碳。
所述的生物碳的貯存方法是集中貯放,選擇靠近項(xiàng)目所在地的廢棄礦井、低洼地 及各種廢棄地進(jìn)行集中貯放,若堆放地海拔較高,可用簡(jiǎn)易包裝打包后集中貯放;或采用間 接貯放,它是將生物碳加工成為直徑1一1. 5cm、優(yōu)選0. 5cm的顆粒直接施放與土壤,以用作 土壤改良劑或?qū)⑵浼庸こ蔀樘妓貜?fù)合肥。
所述的生物碳的利用是進(jìn)行土壤改良生物碳作為土壤改良劑和或加工為碳素復(fù) 合肥直接施放與農(nóng)田或芒草類植物種植地,可平衡土壤酸堿度、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土地肥 力,進(jìn)而提高作物和芒草類植物生物質(zhì)的產(chǎn)量;或所述的利用是作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源大量 封存的生物碳可作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源,將來可直接用于發(fā)電,降低能源危機(jī)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn) 的影響。
本發(fā)明利用我國的荒山荒涂荒灘種植10萬公頃芒草類植物,按照每公頃年產(chǎn)27 噸生物質(zhì)(芒草類植物的莖稈),壽命20年為例每年可生產(chǎn)270萬噸高能生物質(zhì),可生產(chǎn)生物碳108萬噸,吸收大氣中的二氧化碳378 萬噸,相當(dāng)于將一座裝機(jī)容量為60萬KVA的大型燃煤電廠一年排放的二氧化碳全部捕捉和 貯存。芒草類植物的壽命按20年計(jì)算,10萬公頃的芒草類植物一生可吸收大氣中的二氧化 碳7560萬噸,相當(dāng)于將20座60萬KVA燃煤電廠1年的二氧化碳排放和貯存。
據(jù)田牧等(2009)測(cè)算,燃煤電站采取普通的CCS (碳捕捉和貯存)技術(shù),每kW投資 達(dá)1023美元。建設(shè)60萬kW燃煤電廠的CCS系統(tǒng),總投資需6. 15億美元。而栽培種植10 萬公頃芒草類植物捕捉和貯存相當(dāng)量的二氧化碳只需其十分之一的投資。同時(shí),用普通的 CCS系統(tǒng)捕捉和貯存二氧化碳每噸還需花費(fèi)21-113美元,存放的二氧化碳還不能被利用, 有很多不確定性。本發(fā)明貯存的二氧化碳可以被用作農(nóng)業(yè)生產(chǎn),促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量的提高。
生物碳本身也是一種清潔能源,利用本技術(shù)可將生物碳長期存放,作為國家戰(zhàn)略 能源進(jìn)行儲(chǔ)備。108萬噸的生物碳相當(dāng)于72萬噸的標(biāo)煤,10萬公頃的芒草類植物一生(20 年)可生產(chǎn)2160萬噸的生物碳,相當(dāng)于一座可開采1140萬噸優(yōu)質(zhì)煤的中型煤礦。
若今后原油升至每桶300美元,生物碳將是物美價(jià)廉的清潔能源。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括芒草類植物的栽培、收割、預(yù)處理、生物碳的生產(chǎn)、生物碳的貯存、生物 碳的利用。所屬的芒草類植物屬于C4植物,具有極高的光合效率。據(jù)測(cè)算,1公頃的芒草 類植物每年可捕捉二氧化碳70-175噸,其生長壽命按照20年計(jì)算,一生可捕捉1400-3500 噸二氧化碳。所述的芒草類植物的栽培是指利用芒草類植物適應(yīng)性強(qiáng)的特性,利用荒山、荒 涂、荒灘進(jìn)行人工栽培,并可將工業(yè)排放的二氧化碳直接釋放于芒草類植物種植區(qū),以提高 其光合效率。開發(fā)利用荒山、荒涂、荒灘種植芒草類植物,還可以改善生態(tài)環(huán)境、保持水土、 提高土地利用率、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。所述的芒草類植物的收割是指在確保 土壤肥力的前途下,將芒草類植物的莖稈收割。所述的芒草類植物的預(yù)處理是指將其莖稈 風(fēng)干至含水量為10%左右,根據(jù)不同的無煙焦化技術(shù)將芒草類植物加工成適合的形態(tài)。所述的生物碳的生產(chǎn)是指將預(yù)處理后的芒草類植物莖稈在500攝氏度左右進(jìn)行無煙焦化處 理,使之形成生物碳。所述的生物碳的貯存是指將形成的生物碳直接存放于地表或地下等 (廢棄礦井、低洼地、荒地等)廢棄土地,作為國家戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備。所述的生物碳的利用是指 將生物碳直接施放于土壤中,用于改良土壤結(jié)構(gòu)、平衡土壤酸堿度;或?qū)⑸锾寂c其他原料 加工成碳素復(fù)合肥,用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及芒草類植物類植物的栽培。
實(shí)施例A、芒草類植物的栽培,選擇靠近水源或降雨量豐富的河灘地、荒山及經(jīng)過一定年 限的海涂。翻耕耙地后,開挖種植穴,每公頃15000穴,穴深8-12cm、優(yōu)選IOcm左右,內(nèi)鋪 5-lOcm、優(yōu)選7cm左右經(jīng)堆放成熟的有機(jī)肥和土壤混合物,然后將種苗植入,覆土 3—7cm、 優(yōu)選5cm左右,澆水濕透,3月至10月期間均可種植。
B、芒草類植物的收割,芒草類植物生長至次年11月,葉片開始發(fā)黃干枯,地上部 分葉片和莖稈中養(yǎng)分向地下部分回流;葉片完全干枯后,即可用專門的收割機(jī)進(jìn)行收割; 為減少預(yù)處理時(shí)莖稈水分含量,可使其在地里自然風(fēng)干至1月份再行收割。
C、預(yù)處理,根據(jù)不同的無煙焦化工藝,將芒草類植物莖稈風(fēng)干至含水率8—12%、 優(yōu)選10%,直接用于移動(dòng)式無煙焦化工藝;或?qū)L(fēng)干后的芒草制成塊狀物,用于大型固定無 煙焦化設(shè)備。
D、生物碳的生產(chǎn),在無氧情況下,400-700°C、優(yōu)選550°C左右高溫,利用無煙焦化 工藝將經(jīng)過預(yù)處理的芒草類植物莖稈制成生物碳。
E、生物碳的貯存,分為集中貯放和間接貯放,(1)集中貯放選擇靠近項(xiàng)目所在地的廢棄礦井、低洼地及各種廢棄地進(jìn)行集中 貯放。若堆放地海拔較高,可用簡(jiǎn)易包裝打包,以防流失。
(2)間接貯放將生物碳加工成為直徑0. 5cm的顆粒直接施放與土壤,以用作土 壤改良劑。也可將其加工成為碳素復(fù)合肥。
F、生物碳的利用,(1) 土壤改良生物碳作為土壤改良劑和或加工為碳素復(fù)合肥直接施放與農(nóng)田或 芒草類植物種植地,可平衡土壤酸堿度、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土地肥力,進(jìn)而提高作物和芒 草類植物生物質(zhì)的產(chǎn)量。
(2)作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源大量封存的生物碳可作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源,將來可直接用 于發(fā)電,降低能源危機(jī)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的影響。
權(quán)利要求
1.一種利用芒草類植物制備生物碳捕捉和貯存大氣中二氧化碳的方法,該方法包括芒 草類植物的栽培、收割、預(yù)處理、生物碳生產(chǎn)和生物碳的貯存,其特征在于所述的預(yù)處理是 將收割后的芒草類植物莖稈進(jìn)行風(fēng)干后切割成適于無煙焦化工藝的長度;然后在無氧的情 況下、對(duì)上述預(yù)處理后的芒草類植物莖稈處于450—550°C高溫下并采用無煙焦化工藝制成 生物碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用芒草類植物制備生物碳的方法,其特征在于所述的芒草類 植物的栽培是通過翻耕耙地后,開挖種植穴,每公頃15000穴,穴深8-12cm,內(nèi)鋪8—12cm 經(jīng)堆放成熟的有機(jī)肥和土壤混合物,然后將種苗放入,覆土 3—7cm,澆水濕透;所述的收割 是等到芒草類植物生長至葉片開始發(fā)黃干枯,并使葉片完全干枯后,即用專門的收割機(jī)進(jìn) 行收割,且為減少預(yù)處理時(shí)莖稈水分含量,可使其在地里自然風(fēng)干再行收割。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用芒草類植物制備生物碳的方法,其特征在于所述的芒草類 植物的栽培是在每年的3月至10月期間,選擇靠近水源或降雨量豐富的河灘地、荒山及經(jīng) 過一定年限的海涂,翻耕耙地后,開挖種植穴,穴深I(lǐng)Ocm左右,內(nèi)鋪7—8cm經(jīng)堆放成熟的 有機(jī)肥和土壤混合物,然后將種苗放入,覆土 4一6cm,澆水濕透;收割是指芒草類植物生 長至次年11月,葉片開始發(fā)黃干枯,地上部分葉片和莖稈中養(yǎng)分向地下部分回流,葉片完 全干枯后,即可用專門的收割機(jī)進(jìn)行收割;為減少預(yù)處理時(shí)莖稈水分含量,可使其在地里自 然風(fēng)干至1月份再行收割;所述的預(yù)處理是根據(jù)不同的無煙焦化工藝,將風(fēng)干至含水量為 8—1 左右的芒草類植物莖稈,利用切碎機(jī)將莖稈切為2. 5—3. 5cm長,采用可移動(dòng)式無煙 焦化設(shè)備將其制成生物碳;或?qū)⑶o稈截為1一1.細(xì)長,捆綁成直徑60cm的小捆,采用大型固 定式無煙焦化爐將其制成生物碳。
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的生物碳的貯存方法,其特征在于所述的貯存方法 是集中貯放,選擇靠近項(xiàng)目所在地的廢棄礦井、低洼地及各種廢棄地進(jìn)行集中貯放,若堆 放地海拔較高,可用簡(jiǎn)易包裝打包后集中貯放;或采用間接貯放,它是將生物碳加工成為直 徑0. 5cm的顆粒直接施放與土壤,以用作土壤改良劑或?qū)⑵浼庸こ蔀樘妓貜?fù)合肥。
5.一種如權(quán)利要求1或2或3所述的生物碳的利用,其特征在于所述的利用是進(jìn)行土 壤改良生物碳作為土壤改良劑和或加工為碳素復(fù)合肥直接施放與農(nóng)田或芒草類植物種植 地,可平衡土壤酸堿度、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土地肥力,進(jìn)而提高作物和芒草類植物生物質(zhì) 的產(chǎn)量;或所述的利用是作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源大量貯存的生物碳可作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源,將 來可直接用于發(fā)電,降低能源危機(jī)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的影響。
全文摘要
一種利用芒草類植物制備生物碳捕捉和貯存大氣中二氧化碳的方法,所述的制備方法包括芒草類植物的栽培、收割、預(yù)處理和生物碳生產(chǎn),所述的預(yù)處理是將收割后的芒草類植物莖稈進(jìn)行風(fēng)干后切割成適于無煙焦化工藝的長度;然后在無氧的情況下、對(duì)上述預(yù)處理后的芒草類植物莖稈處于400-700℃高溫下并采用無煙焦化工藝制成生物碳;所述的貯存方法包括集中貯放和間接貯放;所述的利用是進(jìn)行土壤改良或作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備能源;本發(fā)明的實(shí)施推廣可以經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的從大氣中捕捉和貯存二氧化碳。
文檔編號(hào)C10B57/00GK102031127SQ20101057712
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者尹冬冬, 楊宗鑫 申請(qǐng)人:杭州鑫偉低碳技術(shù)研發(fā)有限公司