CN102031127A - 一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法 - Google Patents

一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法，所述的制备方法包括芒草类植物的栽培、收割、预处理和生物碳生产，所述的预处理是将收割后的芒草类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情况下、对上述预处理后的芒草类植物茎秆处于400-700℃高温下并采用无烟焦化工艺制成生物碳；所述的贮存方法包括集中贮放和间接贮放；所述的利用是进行土壤改良或作为战略储备能源；本发明的实施推广可以经济、环保、高效的从大气中捕捉和贮存二氧化碳。

Description

一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法
技术领域
    本发明涉及的是一种开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，并进而通过所述的芒草类植物制备和贮存生物碳，从而达到捕捉和贮存大气中二氧化碳的技术，属于生物、环保、低碳技术领域。
背景技术
    近年来，随着异常气候的频繁出现，人们将目光集中于全球气候变化，越来越多的证据证明二氧化碳浓度的增加是引发全球气候变暖的主要原因。碳捕捉和贮存（简称CCS）是指将二氧化碳从工业和相关能源中分离出来，输送到一个封存地点，并保持长期与大气隔绝的过程；目前二氧化碳的捕捉和贮存主要有四种办法，即地质封存、海洋封存、将二氧化碳转化成无机碳酸盐和将二氧化碳用于工业目的等四种方法；但这四种捕捉和贮存方法成本高昂，且具有一定的不确定性；而利用利用芒草类植物类植物（Triarrhena）制备生物碳捕捉和贮存二氧化碳的技术还未见有报道。
发明内容
    本发明的目的在于弥补现有碳捕捉和贮存技术的不足，提供一种利用芒草类植物制备生物碳，从而经济、环保、高效的捕捉和贮存大气中的二氧化碳的方法。本发明还可以直接用于农业生产方面，同时进一步提高芒草类植物类植物捕捉大气中二氧化碳的能力；而且，开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，还可以改善生态环境、保持水土、提高土地利用率、增加农民收入、促进地区经济发展。另外，利用本发明展开的项目可直接进入碳汇交易。
    本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述用芒草类植物制备生物碳的方法，包括芒草类植物的栽培、收割、预处理和生物碳生产，所述的预处理是将收割后的芒草类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情况下、对上述预处理后的芒草类植物茎秆处于400-700℃高温下并采用无烟焦化工艺制成生物碳。
    所述的芒草类植物的栽培是：通过翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴深8-12cm，内铺5—10cm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土3—7cm，浇水湿透；所述的收割是：等到芒草类植物生长至叶片开始发黄干枯，并使叶片完全干枯后，即用专门的收割机进行收割，且为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干再行收割。
    所述的芒草类植物的栽培是：在每年的3月至10月期间，选择靠近水源或降雨量丰富的河滩地、荒山及经过一定年限的海涂，翻耕耙地后，开挖种植穴，穴深10cm左右，内铺7—8cm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土4—6cm，浇水湿透；收割是指：芒草类植物生长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部分叶片和茎秆中养分向地下部分回流，叶片完全干枯后，即可用专门的收割机进行收割；为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干至1月份再行收割；所述的预处理是：根据不同的无烟焦化工艺，将风干至含水量为8—12%左右的芒草类植物茎秆，直接采用可移动式无烟焦化设备将其制成生物碳；或将风干后的芒草类植物茎秆制成块状物，采用大型固定式无烟焦化炉将其制成生物碳。
    所述的生物碳的贮存方法是：集中贮放，选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地及各种废弃地进行集中贮放，若堆放地海拔较高，可用简易包装打包后集中贮放；或采用间接贮放，它是将生物碳加工成为直径1—1.5cm、优选0.5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作土壤改良剂或将其加工成为碳素复合肥。
所述的生物碳的利用是进行土壤改良：生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复合肥直接施放与农田或芒草类植物种植地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥力，进而提高作物和芒草类植物生物质的产量；或所述的利用是作为战略储备能源：大量封存的生物碳可作为战略储备能源，将来可直接用于发电，降低能源危机对国民经济生产的影响。
    本发明利用我国的荒山荒涂荒滩种植10万公顷芒草类植物，按照每公顷年产27吨生物质（芒草类植物的茎秆），寿命20年为例：
　　每年可生产270万吨高能生物质，可生产生物碳108万吨，吸收大气中的二氧化碳378万吨，相当于将一座装机容量为60万KVA的大型燃煤电厂一年排放的二氧化碳全部捕捉和贮存。芒草类植物的寿命按20年计算，10万公顷的芒草类植物一生可吸收大气中的二氧化碳7560万吨，相当于将20座60万KVA燃煤电厂1年的二氧化碳排放和贮存。
　　据田牧等（2009）测算，燃煤电站采取普通的CCS（碳捕捉和贮存）技术，每kW投资达1023美元。建设60万kW燃煤电厂的CCS系统，总投资需6.15亿美元。而栽培种植10万公顷芒草类植物捕捉和贮存相当量的二氧化碳只需其十分之一的投资。同时，用普通的CCS系统捕捉和贮存二氧化碳每吨还需花费21-113美元，存放的二氧化碳还不能被利用，有很多不确定性。本发明贮存的二氧化碳可以被用作农业生产，促进农作物产量的提高。
　　生物碳本身也是一种清洁能源，利用本技术可将生物碳长期存放，作为国家战略能源进行储备。108万吨的生物碳相当于72万吨的标煤，10万公顷的芒草类植物一生（20年）可生产2160万吨的生物碳，相当于一座可开采1140万吨优质煤的中型煤矿。
若今后原油升至每桶300美元，生物碳将是物美价廉的清洁能源。
具体实施方式
    本发明包括芒草类植物的栽培、收割、预处理、生物碳的生产、生物碳的贮存、生物碳的利用。所属的芒草类植物属于C4植物，具有极高的光合效率。据测算，1公顷的芒草类植物每年可捕捉二氧化碳70-175吨，其生长寿命按照20年计算，一生可捕捉1400-3500吨二氧化碳。所述的芒草类植物的栽培是指利用芒草类植物适应性强的特性，利用荒山、荒涂、荒滩进行人工栽培，并可将工业排放的二氧化碳直接释放于芒草类植物种植区，以提高其光合效率。开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，还可以改善生态环境、保持水土、提高土地利用率、增加农民收入、促进地区经济发展。所述的芒草类植物的收割是指在确保土壤肥力的前途下，将芒草类植物的茎秆收割。所述的芒草类植物的预处理是指将其茎秆风干至含水量为10%左右，根据不同的无烟焦化技术将芒草类植物加工成适合的形态。所述的生物碳的生产是指将预处理后的芒草类植物茎秆在500摄氏度左右进行无烟焦化处理，使之形成生物碳。所述的生物碳的贮存是指将形成的生物碳直接存放于地表或地下等（废弃矿井、低洼地、荒地等）废弃土地，作为国家战略资源储备。所述的生物碳的利用是指将生物碳直接施放于土壤中，用于改良土壤结构、平衡土壤酸碱度；或将生物碳与其他原料加工成碳素复合肥，用于农业生产及芒草类植物类植物的栽培。
实施例：
    A、 芒草类植物的栽培，选择靠近水源或降雨量丰富的河滩地、荒山及经过一定年限的海涂。翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴深8-12cm 、优选10cm左右，内铺5-10cm、优选7cm左右经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗植入，覆土3—7cm 、优选5cm左右，浇水湿透，3月至10月期间均可种植。
    B、 芒草类植物的收割，芒草类植物生长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部分叶片和茎秆中养分向地下部分回流；叶片完全干枯后，即可用专门的收割机进行收割；为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干至1月份再行收割。
  C、 预处理，根据不同的无烟焦化工艺，将芒草类植物茎秆风干至含水率8—12%、优选10%，直接用于移动式无烟焦化工艺；或将风干后的芒草制成块状物，用于大型固定无烟焦化设备。
    D、 生物碳的生产，在无氧情况下，400-700℃、优选550℃左右高温，利用无烟焦化工艺将经过预处理的芒草类植物茎秆制成生物碳。
    E、 生物碳的贮存，分为集中贮放和间接贮放，
    （1） 集中贮放：选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地及各种废弃地进行集中贮放。若堆放地海拔较高，可用简易包装打包，以防流失。
    （2） 间接贮放：将生物碳加工成为直径0.5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作土壤改良剂。也可将其加工成为碳素复合肥。
    F、 生物碳的利用，
    （1） 土壤改良：生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复合肥直接施放与农田或芒草类植物种植地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥力，进而提高作物和芒草类植物生物质的产量。
    （2） 作为战略储备能源：大量封存的生物碳可作为战略储备能源，将来可直接用于发电，降低能源危机对国民经济生产的影响。

Claims (5)

1.一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法，该方法包括芒草类植物的栽培、收割、预处理、生物碳生产和生物碳的贮存，其特征在于所述的预处理是将收割后的芒草类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情况下、对上述预处理后的芒草类植物茎秆处于450—550℃高温下并采用无烟焦化工艺制成生物碳。
2.根据权利要求1所述的用芒草类植物制备生物碳的方法，其特征在于所述的芒草类植物的栽培是：通过翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴深8-12cm，内铺8—12cm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土3—7cm，浇水湿透；所述的收割是：等到芒草类植物生长至叶片开始发黄干枯，并使叶片完全干枯后，即用专门的收割机进行收割，且为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干再行收割。
3.根据权利要求2所述的用芒草类植物制备生物碳的方法，其特征在于所述的芒草类植物的栽培是：在每年的3月至10月期间，选择靠近水源或降雨量丰富的河滩地、荒山及经过一定年限的海涂，翻耕耙地后，开挖种植穴，穴深10cm左右，内铺7—8cm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土4—6cm，浇水湿透；收割是指：芒草类植物生长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部分叶片和茎秆中养分向地下部分回流，叶片完全干枯后，即可用专门的收割机进行收割；为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干至1月份再行收割；所述的预处理是：根据不同的无烟焦化工艺，将风干至含水量为8—12%左右的芒草类植物茎秆，利用切碎机将茎秆切为2.5—3.5cm长，采用可移动式无烟焦化设备将其制成生物碳；或将茎秆截为1—1.4m长，捆绑成直径60cm的小捆，采用大型固定式无烟焦化炉将其制成生物碳。
4.一种如权利要求1或2或3所述的生物碳的贮存方法，其特征在于所述的贮存方法是：集中贮放，选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地及各种废弃地进行集中贮放，若堆放地海拔较高，可用简易包装打包后集中贮放；或采用间接贮放，它是将生物碳加工成为直径0.5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作土壤改良剂或将其加工成为碳素复合肥。
5.一种如权利要求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进行土壤改良：生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复合肥直接施放与农田或芒草类植物种植地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥力，进而提高作物和芒草类植物生物质的产量；或所述的利用是作为战略储备能源：大量贮存的生物碳可作为战略储备能源，将来可直接用于发电，降低能源危机对国民经济生产的影响。
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