CN105989564A

CN105989564A - 大气碳资源及co2当量物质综合开发利用的方法

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Publication number: CN105989564A
Application number: CN201510078067.1A
Authority: CN
Inventors: 雷学军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-14
Filing date: 2015-02-14
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-02-14
Also published as: CN105989564B

Abstract

大气碳资源及CO₂当量物质综合开发利用的方法，是运用物理、化学、物理化学、生物学、生物化学等综合性科学技术方法，对大气圈中的CO、CO₂、碳氢化合物、含氧烃类、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫、NO_x等物质进行捕集、封存、综合开发、深度加工和循环利用，造福人类；调节温室效应，消除雾霾，掌握气候变化的主动权，维护地球上水-气-冰共存的气候平衡状态与生物多样性；创造巨大的环境效益、生态效益、社会效益和经济效益，实现经济社会发展、环境保护与应对气候变化的共赢。为人类生存与发展提供取之不尽、用之不竭的新型资源和宝贵财富。

Description

大气碳资源及 CO 2 当量物质综合开发利用的方法

技术领域

本发明涉及大气圈中碳资源及CO₂当量物质的捕捉、碳封存、碳资源综合开发利用，调节温室效应及消除雾霾，属环保领域。

背景技术

光合作用是植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌（如带紫膜的嗜盐古菌）利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化为有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。碳循环和氧循环是生命的起源、繁衍和进化的前置条件。光合作用是地球上重要的碳-氧循环，能将大气中的碳资源及CO₂当量物质转化为有机化合物。长期以来，大气中的碳资源（CO、CO₂、碳氢化合物、含氧烃类、氢氟碳化合物、全氟碳化合物）及CO₂当量物质（六氟化硫、NO_x）在岩石圈、水圈与生物圈中的循环是动态平衡的。

化石能源燃烧是光合作用的逆反应过程。化石能源使用以前，火山喷发、岩石风化，人们燃烧植物做饭、取暖，生物呼吸排放的CO₂和植物光合作用吸收的CO₂处于相对平衡稳定的状态，是地球生物可持续生存与发展的循环过程。研究证明：300多万年以来，大气CO₂浓度一直处于275ppm上下波动的水平。工业化开始，全球经济规模与化石燃料使用量迅速扩大，人们将这些历经数千万年，甚至数亿年才形成并封存在岩石圈中的碳资源大量地开采使用，搬运到大气圈中。使用化石能源排放的CO₂总量，大于生态系统的CO₂吸收总量，导致大气圈中CO₂浓度逐年增加，引起全球增温。冰川融化，海平面上升，岛屿与沿海陆地淹没；造成极端气候，雾霾肆虐，病、虫、害和传染性疾病濒发；土地干旱，沙漠化面积迅速扩大等一系列严重的自然灾害，威胁着生命的延续。

适当的温室效应是地球生命起源和生物生存的必要条件，如果大气圈没有温室效应，地球表面的平均气温就会下降到-23℃，显然不利于地球上生物的生存。目前，全球年平均气温约为15℃，如果不控制CO₂排放量，地球表面温度再升高2℃，将带来严重的不可逆转的气候灾难。联合国环境规划署指出：“实现控温2摄氏度的目标，需要在2055-2070年间实现零碳排放。零碳排放意味着化石燃料燃烧排放的所有的二氧化碳都被抵消掉。”人为控制大气圈中的CO₂浓度，稳定温室效应是十分重要的，目前国内外还没有调节大气温室效应的方法。

无论是树木、农作物秸秆，还是速生草，都是珍贵的碳资源，进行综合利用既保护环境，又能创造经济效益。研究大气碳资源及CO₂当量物质综合开发利用的方法具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气碳资源及CO₂当量物质综合开发利用的方法。是运用物理、化学、物理化学、生物学、生物化学等综合性科学技术方法，对大气圈中的CO、CO₂、碳氢化合物、含氧烃类、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫、NO_x等物质进行捕集、封存、综合开发和深度加工利用，获得大量的资源与产品，造福人类；调节温室效应，消除雾霾，掌握气候变化的主动权，维护地球上水-气-冰共存的气候平衡状态与生物多样性；创造巨大的环境效益、生态效益、社会效益和经济效益，实现经济社会发展、环境保护与应对气候变化的共赢。为人类生存与发展提供取之不尽、用之不竭的新型资源和宝贵财富。

大气中的碳资源以碳化合物形式存在，包括CO、CO₂、各种碳氢化合物（如CH₄）、含氧烃、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫等，这些有机化合物可与多种物质发生大气化学反应产生污染。

CO是大气中分布最广和数量最多的物质，是化石燃料燃烧过程中排放的主要成份之一。CO是含碳化合物燃烧过程中生成的一种中间产物，在自然界遇氧气能够迅速氧化成CO₂。

大气中的CO₂，除火山喷发、岩石风化、植物燃烧排放以外，其主要来源于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，及动植物的呼吸作用和动植物尸体经过微生物的分解产生。在全球总的温室效应中CO₂的作用约占一半以上。

大气中的CH₄是多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，经微生物分解代谢所产生的一种可燃性混合气体。CH₄的增潜势比CO₂高25倍，存在于大气中的平均寿命在8年左右。

含氧烃包括醇、醛、酮、酚、酸、醚等，在空气中易被氧化，如乙醇、苯酚、乙醚。乙醇可作燃料、工业原料、饮料制品和消毒用品，由糖、淀粉、纤维素发酵制备而成。

氢氟碳化合物（HFCs）作为消耗臭氧层物质氯氟烃（CFCs，一种人工合成的化学物质，俗称氟利昂）的替代物，曾广泛用于电冰箱、空调和其它工业领域。尽管氢氟碳化合物对臭氧层不产生破坏作用，但增温潜势大且生命周期长, 因此列入温室气体范围内。《蒙特利尔议定书》和《联合国应对气候变化框架公约》提出逐步停止使用和生产氢氟碳化合物。

全氟碳化合物（PFCs）是一类主要由碳原子与氟原子组成的有机化合物，化学性质极为稳定，能够经受高温高压、光照、化学作用、微生物作用和高等脊椎动物的代谢作用。广泛应用于化工、纺织、涂料、皮革、合成洗涤剂、炊具制造（如不粘锅）、纸制食品包装材料等领域。《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》第四次缔约方大会上，列入禁止使用名单。

六氟化硫（SF₆）由单质氟与硫直接化合而成，具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。采矿工业用作反吸附剂，用于矿井煤尘中置换氧。六氟化硫对人体无毒、无害，是一种温室效应气体，其单分子的温室效应是二氧化碳的2.2万倍，是《京都议定书》中被禁止排放的6种温室气体之一。根据IPCC提出的诸多温室气体的GWP（全球变暖潜能）指标，六氟化硫的GWP值最大，500年的GWP值为32400，且由于六氟化硫高度的化学稳定性，其在大气中存留时间可长达3200年。当今世界六氟化硫的排放量极少（主要是人为活动排放，其中电气设备产生的约占排放总量的80%，其余20%主要由镁铝等冶炼工业释放），对温室效应的贡献相比于二氧化碳而言完全可以忽略；但出于长久的环保和安全考虑，列入禁止使用名单。

尽管CFCs、HFCs、SF₆在大气中的浓度非常低, 但是现代仪器已经能够对大气中的这些痕量温室气体进行精确的测量。

HFCs类温室气体在大气中浓度的增长量是每年0.0001～0.0038ppb。以HFC-152a为例，在1994年至2004年间，HFC-152a在北半球中纬度地区的年均增长量从0.1lppt/yr增至0.6ppt/yr，在南半球地区的年均增长量从0 .09 ppt/yr增至0.4ppt/yr。2004年，欧洲HFC-152a的排放量是1.5～4.0 kt/yr。1953年美国将SF₆工业生产，本世纪初北半球大气中SF₆浓度是0 .24～0 .3 ppt/yr。

CO₂当量物质是指具增温潜势的含氮化合物，包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₅、NH₃以及这引起物质通过大气反应生成的硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和过氧己酰硝酸酯(PAN)等。

自然界排放的NO_x,主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程。人为活动排放的NO_x，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体制造工厂、有色及黑色金属冶炼厂等。NO_x对环境的损害作用极大，是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O₃的一个重要因子。在各类温室气体中，氮氧化物的影响仅次于CO₂和CH₄。

目前地球处于温暖的“间冰期”，工业化以来，人类粗放性使用化石燃料排放大量的CO₂，导致地球表面温度急骤上升，引起地球冰层融化，海平面上升、海洋风暴增多等一系列极端气候。

世界各国都在推行节能减排措施，进行能源结构调整和产业转型升级，不断提高绿色能源替代化石能源的比例，走低碳生活发展的道路。然而，大气中的CO₂却猛涨不止，原因是：世界森林面积仅40亿公顷，形成时间约6500万年，全球森林碳储总量仅2890亿t，工业化、城镇化、现代化建设使森林面积不断缩小，总固碳量也在不断减少。因此，地球森林不能实现大气CO₂负增长；海洋生态系统是地球上最大的碳库，碳储量约为大气的50倍，严重的污染导致海洋生态系统大面积退化及海水的升温，使其碳汇能力下降，后果十分严重；世界每年总能耗约180亿tce，相当于360亿t植物碳产品的能量，世界秸秆年总产量约43.8亿t，相当于21.9亿tce，仅占全球总能耗的12%。秸秆每年有20%用作饲料，20%用于肥料，15%被田间燃烧，用作能源的秸秆所剩无几，且分散于全球，秸秆不能替代化石能源，不能实现大气CO₂负增长；目前，工业碳捕集封存技术(CCS)受设备投资大、捕碳成本高、技术瓶颈、泄露风险等因素的严重制约。综上所述，碳源太多，植物太少，碳封存无力是导致2014年大气CO₂浓度迅速突破400ppm的主要成因。

联合国正在努力减少世界贫困人口，提高人民的生活水平和生活质量。要实现上述人类共同的目标，人类活动的碳排放总量必然会大幅度的上升。这对于人类希望通过节能减排减少碳排放量来说，是不以人们的意志为转移的。

目前，国际上的碳减排交易机制，主要是采取碳排放权配额指标分配的碳交易方法，运用经济杠杆作用调节碳排放量：欧盟采用的是基于参与主体的历史排放水平为基准数量进行免费发放配额的“祖父法”；美国区域温室气体减排行动采用的是排放主体竞拍碳排放单位配额的“拍卖法”；澳大利亚引入了碳排放权“固定价格购买法”；新西兰则采取“以行业为基准的混合配额法”的配额发放方式。上述方法不能从根本上减少碳排放总量，控制大气CO₂浓度上升和全球气候变暖。联合国环境规划署提出的2070年前实现“零碳排放”才是解决问题的根本方法。

速生植物是促进地球碳循环和氧循环的新动力。如果通过增加植物种植面积和种植生物量大、捕碳效率高的速生植物，将大气圈中气态的CO₂通过碳循环，转移到生物圈中，形成固体的有机碳化合物封存，可控制温室效应增强的趋势。

当大气温室效应增强时，利用光合作用将大气圈中的CO₂转变成植物体内的有机碳化合物进行封存，减少大气圈中CO₂浓度，调节温室效应，控制地球表面升温。

当大气温室效应逐渐减弱，地球表面温度下降，转入严寒期，两极冰盖开始扩张时，燃烧或综合应用封存的植物，向大气圈中释放储存状态的太阳能、CO₂及温室气体，使温室效应增强，控制“冰川期”的循环。

本发明提出“温室效应”的“动碳”和“静碳”理论，“动碳”指地球大气圈中能自由运动的，具有增温潜势的气态CO₂及CO₂当量物质。“静碳”指地球岩石圈、水圈、生物圈中未逸散至大气圈，不具有增温潜势的含碳物质和可转化为CO₂及CO₂当量的物质。在一定的条件下，“动碳”和“静碳”是可以互相转化的。

动碳可分为自然动碳和人为动碳。自然界的生物（动物、植物、微生物）呼吸、植物燃烧、岩石风化、火山喷发等向大气圈中释放的CO₂及CO₂当量物质称自然动碳，或称自然碳源；人类的生产、生活活动使用化石燃料（煤、石油、天然气、页岩气、可燃冰等）和土地利用变化向大气中释放的CO₂及CO₂当量物质称人为动碳，或称人为碳源。在一定的条件下，“自然动碳”和“人为动碳”是可以互相转化的。

静碳可分为暂时静碳、长期静碳和永久静碳。岩石圈、水圈、生物圈中在10年内释放到大气圈中的具有增温潜势的CO₂及CO₂当量物质称暂时静碳，或称暂时碳汇；在岩石圈、水圈、生物圈中可稳定10～100年，不向大气圈中释放具有增温潜势的CO₂及CO₂当量物质称长期静碳，或称长期碳汇；在岩石圈、水圈、生物圈中可稳定100年以上，不向大气圈中释放具有增温潜势的CO₂及CO₂当量物质称永久静碳，或称永久碳汇。在一定的条件下，暂时静碳、长期静碳和永久静碳是可以互相转化的。

太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能等可再生能源只是可再生的能源；而生物质则是可再生的物质和能源，是一种可循环使用的碳资源。

本发明所述碳循环是指绿色植物从空气中吸收CO₂，经光合作用转化成为植物体内的有机碳化合物，并放出O₂；当植物被燃烧、分解时，体内的有机碳化合物又以CO₂的形式返回大气中。通过人为控制碳循环可以延缓、调节大气圈中CO₂浓度，调控温室效应。

植物在生长过程中不但吸收CO₂，还吸收含氮化合物，在自然的土壤条件下，铵态氮在土壤中的含量比硝态氮低。NO₃ ^--N在NR的作用下被还原为NH₄ ⁺-N，而后NH₄ ⁺-N在多个氮代谢酶的作用合成氨基酸。植物中的氨基酸和酰胺通过一定的过程在植物体中合成碳水化合物。碳水化合物主要指淀粉、纤维素、半纤维素和木质素。

植物成份包括：纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、脂肪。

纤维素制浆可加工成人造纤维、玻璃纸、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、磺化纤维素、硝化纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素；纤维素水解可生成葡萄糖、果糖、山梨糖醇、羟甲基糠醛；纤维素发酵可生成乳酸、衣康酸、葡萄糖酸、柠檬酸、乙酸。

半纤维素水解可生成木糖、阿拉伯糖、乙酸、糖醛酸、糠醛及其衍生物、木糖醇、丙三醇；半纤维素发酵可生成乙醇、丙酮、丁醇、酵母。

木质素可生成香草醛、碱木素、活性炭、酚类、苯、二甲苯。

植物碳吸收、封存及综合开发利用的过程是实施技术控制的碳循环过程，用植物替代化石能源、造纸原料、化学肥料、化工材料、建筑材料、包装材料等，可促进新的碳经济产业链形成。

IPCC指出：“化石燃料燃烧和土地利用变化是人类活动造成的主要CO₂排放源，CO₂排放总量的45%滞留在大气圈中，而另外一半被海洋和陆地生态系统两个主要碳库吸收，其中海洋生态系统吸收了30%，陆地生态系统吸收25%（包括植被、土壤及荒漠盐碱土）”。如果人类通过节能减排、绿色能源替代、碳转化、碳抵消和碳封存每年碳排放总量的50%左右，即可实现大气CO₂零增长，适度增加碳封存量可实现大气CO₂负增长。

在本申请中，植物碳封存包括使用封碳、应用封碳、成型封碳和填埋封碳。

使用封碳是将植物加工成建筑材料、家具、农具、用具、布匹、工业品。是一种影响大气圈中CO₂浓度升高的抑制行为，能延长碳循环的链条和时间，属长期静碳（长期碳汇）。

应用封碳是将植物替代化石能源、化工原料、用于造纸、做饲料和有机肥料等，是一种影响大气圈中CO₂浓度升高的抑制行为，能减少岩石圈“静碳”向大气圈中搬动的量和延长碳循环的链条和时间，属暂时静碳（暂时碳汇）。

成型封碳是将植物加工成一定形状和密度的植物碳产品进行封存，是一种限制大气圈中CO₂浓度升高的控制性手段，属长期静碳（长期碳汇）或永久静碳（永久碳汇）。

填埋封碳是将植物进行填埋封存，是一种限制大气圈中CO₂浓度升高的控制性手段，属长期静碳（长期碳汇）或永久静碳（永久碳汇）。进行植物填埋封碳时，可将植物打捆后直接填埋，当大气中CO₂浓度稳定（完成封碳要求贮藏的期限）后，再取出来用作生物质肥料，属长期静碳（长期碳汇）。也可将打捆或成型后的植物进行防潮处理后进行填埋封存，属永久静碳（永久碳汇）。

本发明所述固碳植物，包括绿心系列速生草中由二倍体美洲狼尾草和四倍体象草杂交产生的三倍体后代，从中选育的绿心1号、绿心2号、绿心3号速生草品种；苏丹草与高粱杂交后从中选育的绿心4号速生草品种；野生大刍草与栽培玉米杂交后从中选育的绿心5号速生草品种；从苜蓿中选育出来的绿心6号速生草品种。

绿心6号速生草属豆科植物，不但吸收无机态N还吸收有机态N（如氨基酸），根瘤菌中的固氮细菌可从空气中吸收氮气，为豆科植物提供氮源。固氮细菌包括自生固氮菌、共生固氮菌、联合固氮细菌三种。共生固氮菌生活在土壤中，以动植物残体为养料。当土壤中有相应的豆科植物生长时，根瘤菌迅速向其根部靠拢，从根毛弯曲处进入根部。自生固氮菌不进入植物体内，能自己从空气中吸收氮气繁殖后代，死后留在土壤中作为氮源。

本发明所指的植物，主要包括绿心1号速生草、绿心2号速生草、绿心3号速生草、绿心4号速生草、绿心5号速生草、绿心6号速生草及其它生长发育迅速，可反复刈割的速生植物。

本发明的实施方案概括如下：

（1）使用物理、化学、物理化学、生物学、生物化学等综合性科学技术方法，对大气中的CO、CO₂、碳氢化合物、含氧烃类、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫、NO_x等物质进行捕集。优选采用生物学方法，利用植物或微生物生长过程中吸收空气中的碳资源及CO₂当量物质。大气中的碳氢化合物气体主要是指饱和烃（甲烷、乙烷）和不饱和烃（乙烯、乙炔），种类繁多，在大气圈中浓度比普遍较低，优选在生产、生活活动中释放前进行捕集利用。对于氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫，在大气中浓度非常低，是人工合成的化学物质，从空气中捉捕比较困难，优选在生产、生活活动中释放前进行捕集利用，减少向大气中排放温室气体。

（2）当对大气中的CO、碳氢化合物、含氧烃类、氢氟碳化合物、NO_x等物质捕集到一定量时，及时收集碳产物与含氮化合物。优选用植物捕集大气碳资源及CO₂当量物质，当植物达到适宜的生长阶段，进行收获。

根据大气CO₂浓度变化趋势，将收集的植物进行碳封存或使用，来调节温室效应。

将收获的植物或封存的植物，加工成固体、液体、气体形态的能源产品。如固体形态的木炭、植物成型材料等；液体形态的生物柴油、生物原油、甲醇、二甲醚、乙醇、植物油等；气体形态的一氧化碳、氢气、甲烷、沼气等；供锅炉、内燃机使用，替代化石能源，避免使用远古时代封存在地层下的化石能源燃烧排放SO₂、NO_X、H₂S及PM2.5粉尘，实现大气中CO₂吸收与排放的动态平衡，调节温室效应，消除雾霾。生物质是从大气中吸收CO₂转化获得，它的使用是碳排放和碳吸收的动态循环，可维持大气中碳的收支平衡。

（3）通过种植植物或培养微生物，吸收大气中的碳资源转化成植物体内的含碳有机物，将含碳有机物作为造纸、化肥、化工、建筑、包装等原材料进行深加工。形成植物种植、收割机械制造、运输、收购、碳产品加工、碳产品封存、碳产品交易、碳产品应用的新型碳经济产业链。

其中步骤（3）中所述调控温室效应的方法：

（1）根据全球大气CO₂浓度检测点采集的数据及经科学实验检测取得的各期数据，建立全球大气CO₂浓度数据库。

（2）分析全球大气CO₂浓度数据，根据以前及当前大气实际增温、降温情况，预测未来一段时间内大气CO₂浓度变化趋势。

（3）根据大气CO₂浓度变化趋势，对大气圈与生物圈之间的碳循环速度采取调控措施，调节温室效应。

当大气CO₂呈上升趋势时，增加单位面积植物产量，植物生长到适当高度时进行收获，对植物进行封存，减少大气中CO₂浓度。

当大气CO₂浓度呈下降趋势时，将收获或封存的植物用于造纸、做建筑材料、饲料、肥料、化工原料及直接燃烧发电，释放储存状态的太阳能、CO₂及温室气体，将大气“温室效应”调节到地球生态系统适应人类生存、发展的最佳状态，同时，创造巨大的社会经济效益。

本发明的优点：

1、森林在生长过程中吸收大气中的CO₂转化的有机碳化合物，由于没有进行封存，一段时间后又分解成CO₂、CH₄等温室气体，排放到大气中，没有封存的森林碳汇属暂时碳汇或短期碳汇；植物储碳封存，能人为控制植物生长过程吸收CO₂的释放时间，属长期碳汇或永久碳汇，改有限的森林碳汇为无限的植物碳汇，能提前和降低大气CO₂排放峰值，对调节大气温室效应，具有实际作用和重大意义。

2、通过植物固碳封存与综合应用来调节大气中CO₂浓度，可为子孙后代创造一个适宜生存的环境。可为人类生存与发展提供取之不尽、用之不竭的新型资源和宝贵财富。

3、通过植物对大气碳资源进行循环利用，形成碳资源捕捉、碳产品加工、碳产业机制、碳经济链条，能促进经济结构调整和转型发展。

4、通过控制碳循环调节温室效应，驾驭高碳，可减少企业排碳压力，消除雾霾，掌握气候变化的主动权，维护地球上水-气-冰共存的气候平衡状态与生物多样性；创造巨大的环境效益、生态效益、社会效益和经济效益，实现经济社会发展、环境保护与应对气候变化的共赢。

5、改虚拟的碳排放权配额指标交易为可准确计量的实物碳产品交易，把被动约束变为主动约束，从根本上控制全球气候变暖，产生巨大的经济价值。

6、随着植物有机碳利用产业链的形成，可解决秸秆焚烧污染大气的问题，具显著的生态效益。

7、在人为释放前进行回收利用氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫等 CO₂当量物质，能减少温室气体排放，同时提高物质循环利用价值。

具体的实施方式

下面详细说明本发明优选的技术方案，但本发明不限于所提供的实施例。

实施例 1

大气CO₂浓度呈上升趋势的情况下，通过植物储碳封存来调节温室效应的方法：

1、根据全球大气CO₂浓度检测点采集的数据及经科学实验检测取得的各期数据，建立全球大气CO₂浓度数据库。

2、分析全球大气CO₂浓度数据，预测出未来50年内大气CO₂浓度呈上升趋势。

3、增加植物种植量，利用植物吸收大气中的CO₂，当生长到适当高度时进行收获，对植物进行封存，减少大气中CO₂浓度，降低大气温室效应。

实施例 2

大气CO₂浓度保持平稳趋势的情况下，通过植物固碳封存及综合利用，来维持当前温室效应的方法：

1、根据全球大气CO₂浓度检测点采集的现有数据及经科学实验检测取得的各期数据，建立全球大气CO₂浓度数据库。

2、分析全球大气CO₂浓度数据，预测出未来100年内大气CO₂浓度保持平稳趋势。

3、将收获的植物用于造纸、做建筑材料、饲料、肥料、化工原料及替代化石燃料，消除雾霾，使大气中CO₂浓度处于动态平衡状态，同时，创造巨大的社会经济效益。

实施例 3

大气CO₂浓度呈下降趋势的情况下，综合利用封存的植物释放CO₂等温室气体来调节温室效应的方法：

2、分析全球大气CO₂浓度数据，预测出未来200年内大气CO₂浓度呈下降趋势。

3、综合利用收获、储存的植物，释放储存状态的太阳能和CO₂等温室气体，将大气“温室效应”调节到地球生态系统适应人类生存、发展的最佳状态。

实施例 4

通过植物固碳封存，降低大气CO₂浓度的方法：

1、封存植物碳产品6661亿吨，吸收大气中9725亿吨CO₂，可将大气CO₂浓度恢复到工业革命前275ppm。

2、封存植物碳产品2345亿吨，吸收大气中3423亿吨CO₂，可将大气CO₂浓度恢复到1990年的356ppm。

3、封存植物碳产品111亿吨，吸收大气中162亿吨CO₂，可维持当前大气CO₂浓度400ppm，实现大气CO₂“零增长”。

实施例 5

绿心1号速生草（植物）生产石墨的方法：

1、将收获的绿心1号自然风干，含水量控制在20%以内。清除泥沙与杂质后，粉碎成1～2cm长的小段，

2、在无氧条件下，将粉碎的绿心1号颗粒加热至400℃～600℃使其碳化，干馏成碳粒。

3、取碳粒70～90份，催化剂元素铬或镍5～10份，二氧化硅15～20份，粉碎至100～150目，混合均匀。

4、15～20分钟内，将温度升至500℃～1000℃，压力升至10～15Kpa。

5、高温高压条件下，保持30～40分钟生成石墨。

实施例 6

绿心1号速生草（植物）生产金钢石的方法：

1、将绿心1号生产的石墨与NaOH按1:1混合均匀，在500～700℃的进行煅烧1～2小时，冷却至常温后用清水清洗2～3遍。

2、清洗后的石墨，按体积比1:1加入到浓HCl中，浸泡5～10分钟后捞出，加收HCl，石墨用清水清洗至中性。

3、将提纯后的石墨加热至2300～2500℃，加压至12～25×10⁹pa， 10～40分钟即可合成毫米级的金钢石。

实施例 7

绿心1号速生草生产木质素的方法：

1、选晴天，将生长期达到4个月以上的绿心1号进行收割，自然风干或晒干，清除砖石、泥块、塑料等杂质。

2、将自然干燥的绿心1号粉碎，过40～50目筛。

3、过筛后的绿心1号粉末放入蒸汽压力锅内，在压力1Mpa、220～250℃下维持保持5～10 min后迅速泄压，冷却后过滤；滤渣的含水量控制在20%左右。

4、滤渣与浓度为90～95%的乙醇按体积比1～1.5:10混合，在高压反应釜中反应1～1.2小时。

5、反应完成后抽取滤液，在40～50℃下真空旋转蒸发回收乙醇。

6、用5～10mol/L的盐酸将滤液pH值调至2～3，搅拌0.5～1小时，过滤收集絮凝物，获得粗木质素，水洗至中性后风干。

7、风干后的粗木质素按体积比1:2，溶于90～95%的乙醇溶液中，在3500～4000r/min下离心10～15 min去除杂质后，将上清液加入去离子水，析出沉淀。

8、将沉淀液在3500～4000r/min下离心去水，自然风干获得除去杂质的木质素。

实施例 8

绿心1号速生草生产堆肥的方法：

1、将绿心1号粉碎成2～5cm长的小段。

2、在粉碎的绿心1号速生草中加入人畜粪便、污泥或氮肥（优选尿素），使碳氮比为20～30:1，含水量达到60～70%。每吨原料中加入0.2～0.5Kg速腐菌，菌种加入到原料中之前，先用1～2Kg温水将速腐菌调成菌液。

3、原料搅拌均匀后，堆成宽2～5m，高1～3m，长度依原材料数量和地形而定。堆好后，用湿泥将原料封堆。

4、封堆后夏天2～3天，堆内温度可达到60～70℃，一周后降至50℃左右，4周后原料腐熟。当堆内高温阶段过后，通常是封堆7～10天时进行内外倒堆，使原料发酵均匀。

封堆后冬天5～10天，堆内温度可达到40～50℃，5～6周后原料腐熟。封堆2～3周后进行内外倒堆，使堆内原料发酵均匀。

腐熟后的有机肥变成褐色或黑褐色，湿时用手握之柔软有弹性，干时很脆容易破碎。

实施例 9

绿心2号速生草膨化生产饲料的方法：

1、收割的绿心2号进行晾晒，使含水量控制在20%以内。

2、将绿心2号粉碎至30～50目的颗粒后进行干燥，含水量控制在15～18%。

3、将颗粒送入膨化机内，温度150～180℃、压力2～3MPa，在高温高压下，由模具口挤压出时，温度骤降至70～80℃，压力骤降至常压，水分急剧蒸发，颗粒随之膨胀固化定型。在挤压膨化过程中，颗粒上附带的病菌、微生物、虫卵被杀灭，部分有害化学因子也失去活性，提高了产品质量。

4、为了长期保存，需干燥膨化颗粒，控制含水量在15%以内。

实施例 10

绿心3号速生草生产聚丙烯复合板的方法：

1、将绿心3号粉碎，浸泡在质量浓度为5～15%的NaOH溶液中2～3天，使半纤维素和木质素溶解，提高纤维的热稳定性。

2、经碱化处理后的秸秆用清水冲洗至中性后，置于通风处沥干水，使茎秆含水量降至30%以内后，粉碎成粉末。

3、在130～150℃下恒温100～120min后，过30～50目筛。

4、通过筛选后的绿心3号粉末与聚丙稀、硬脂酸、顺丁二酸酐按重量比40～50:100:4～5:10混合，搅拌均匀后加热至180～200℃。

5、在180～200℃下挤压成型，保持压力10～120min，当温度降到80℃～100℃时脱模。

6、冷却至室温后修边。

实施例 11

绿心3号速生草生产乙醇的方法：

1、原材料的预处理

将自然风干的绿心3号粉碎成0.5～2cm长的小段。

粉碎后的颗粒与质量分数为1.5～2%的硝酸、磷酸或盐酸在160～220℃下反应1～1.2小时，半纤维素水解，同时破坏纤维素的晶体结构，使原料结构疏松，从而提高纤维素的可降解性。

2、酶法糖化

将预处理后的原料水洗至pH5.0～6.0，加入纤维素酶，在50～60℃下糖化3～3.5天。

3、发酵

糖化后的酶解液中加入酵母菌，在35～40℃下发酵18～24小时。

4、分离纯化

将发酵液加入精馏塔中进行第一次蒸馏得到含水的乙醇。

在含水的乙醇中加入苯进行第二次蒸馏，得到无水乙醇。

实施例 12

绿心4号速生草生产沼气的方法：

1、将收获的绿心4号粉碎成5～15cm长的小段，含水量控制在60～80%。

2、粉碎后加入尿素或人畜粪便，使碳氮比为20～30:1。

3、将原料投入反应器中，pH值保持在7.0左右。

4、向反应器中注入水，使水面淹没原料，温度维持在35～40℃下进行厌氧发酵。

4、收集发酵产生的气体，并进行干燥，即得沼气。

实施例 13

绿心4号速生草加工成固碳型材的方法：

1、当绿心4号叶子枯黄后，离地面5～10cm处将茎切断，切忌连根拔起。

2、收割后在田间晾晒3～10天，使秸秆含水量控制在40%以内，再打捆移出种植区。直接用绿心4号茎秆进行打捆，不宜采用麻绳、纤维绳或其它绳索进行打捆。

3、移出种植区后的绿心4号，在通风状态下进行晾晒，防止受潮、发热、霉变，同时注意防火，使秸秆含水量降到20%以内。

4、将绿心4号粉碎成0.1～1cm大小的颗粒后进行干燥，含水量控制在10～15%。

5、干燥后的绿心4号送入成型机内，植物体内的纤维素、半纤维素、木质素在200～300℃下软化,在2～3.5MPa压力下，植物颗粒经挤压后，冷却固化成型，得到块状、棒状或颗粒状等几何形植物型材。植物颗粒成型过程中压缩比可达1:5～10。

实施例 14

绿心5号速生草生产半纤维素的方法：

1、选晴天，将生长期达到3个月以上的绿心5号速生草进行收割，自然风干或晒干，清除砖石、泥块、塑料等杂质。

2、将自然干燥的绿心5号粉碎，经20～40目筛。

3、在反应釜中，按体积比1:10～15加入绿心5号颗粒和水，加热至150℃，搅拌25～30min。

4、在3500～4000r/min下离心10～15 min，除去杂质，去除水分后浓缩至原溶液体积的1/4～1/5。

5、浓缩溶液中加入4～4.5倍体积90～95%的乙醇，水溶性半纤维素沉淀析出。

6、反应完成后抽取滤液，在40～50℃下真空回收乙醇。

7、将沉淀液在3500～4000r/min下离心去除水分，自然风干得到水溶性半纤维素。

8、将第3步生产中产生的滤渣中加入1～3%的NaOH，将pH值调至11～12，在50℃下处理1.5～2小时。

9、收集滤渣用去离子水洗涤至中性后，用5-10%的盐酸将pH值调至5～6，减压浓缩收集滤液。

10、取滤液中的上清液按体积比1:2，溶于90～95%的乙醇溶液中，使半纤维素沉淀。

11、过滤收集沉淀物，风干后得到半纤维素。

实施例 15

绿心6号速生草肥田的方法：

绿心6号速生草抗逆性强，适应范围广，能生长在多种类型的气候、土壤环境下。以中国长江中、下游地区举例，具体步骤如下：

1、选地、平整

绿心6号对土壤要求不严，除盐碱地、内涝地、低洼地外均可种植。优选干燥、疏松、排水良好的土壤。

绿心6号种子较小，前茬作物收获后，先翻耕、耙平土地再播种。

2、播种

绿心6号种子的发芽力可保持3～5年，越新鲜种子发芽力越强。播种前先晒种1～2天，再用凉水浸泡2～3小时后，用45℃的温水浸泡2～3小时，可提高发芽率。

新种绿心6号的土地里根瘤菌较少，需要接种根瘤菌。播种前将绿心6号与根瘤菌菌粉按重量比20:1混合均匀，绿心6号速生草产量可提高25%。

长江中、下游地区播种时间为９月底至10月底，单播或混播，每亩播种1.5～2 Kg。

3、田间管理

播种后7～10天便可出苗，幼苗期生长较慢。播种后20～30天需进行一次除草。第二年春天气温回升，雨水增多、空气湿度大时，大田易发生锈病、霜霉病，可用25%粉锈宁可湿性粉剂1000～1500倍液喷雾防治。

4、适时肥田

4月中上旬开花结荚时，选晴天进行收割，收割后进行深埋。绿心6号根系发达，能从土壤深层吸取钙素，分解磷酸盐。植株遗留在土壤中，经腐解形成有机胶体，可使土壤形成稳定的团粒，改善土壤理化性状；根瘤菌能固定大气中的氮素，提高土壤肥力。

实施例 16

绿心系列速生草直接燃烧发电的方法：

1、当绿心系列速生草生长到一定高度时进行收割，收获的茎秆自然晾晒或风干，使含水量保持在20%以内。

2、将干燥后的茎秆粉碎成1～3cm植物颗粒。

3、通过风机将植物颗粒吹入锅炉内燃烧。

4、锅炉产生的饱和蒸汽进入汽轮机，汽轮发电机组旋转将机械能变成电能。

实施例 17

绿心系列速生草制造包装纸的方法：

1、将收获的绿心系列速生草去除泥土、沙石等杂物，植物茎秆含水量控制在20%以内。

2、速生草、石灰、水按重量比100:20:20～25准备好。先将石灰和水倒入池中搅拌成乳状，然后把速生草投入池中。速生草投放过程中要防止石灰过早沉淀，同时将草料压紧、踩实，使速生草在池中充分吸收石灰浆。

3、速生草在石灰水中浸泡0.5～1小时后，从池中捞出起堆发酵。夏天不要把料堆踏实，以便空气进入；冬季为了防止冷空气进入，料堆必须踏实。夏天经过4～7天，春秋7～10天，冬季15～20天。

4、发酵结束后，用洗浆机将草料洗涤干净，再打成纸浆。

5、纸浆与水按质量比3:10进行混合，搅拌均匀。用竹帘抄纸时，每次一张，纸张叠到40～50厘米时，加压去掉水分，再把它们分离晾干后打包入库。

实施例 18

稻壳生产活性炭的方法：

1、将稻壳进行烘干或晾晒，并去除稻壳内的泥沙与杂质。

2、加热稻壳使其碳化，干馏成碳粒。

3、将稻壳碳粒倒入浓度为2～5mol/L的盐酸中，稻壳碳粒与盐酸按1:2的体积比混合，加热至100℃，保持15～20min。为更好的清除杂质，重复此步骤2～3次。

4、冷却后滤取碳粒，用去离子水洗涤至中性。洗涤过程中加沸去离子水，可加快洗涤效果。

5、过滤取得pH值为中性的稻壳碳粒，用烤箱干燥碳粒，含水量控制在10%以内。

6、干燥后的稻壳碳粒，挤压成颗粒状活性炭或研磨成粉末活性炭。

实施例 19

大气中碳氢化合物气体种类繁多，浓度比普遍较低，以甲烷（CH₄）为例，其回收利用的方法：

1、收集矿井、涵洞、坑道及化粪池等地方低浓度的CH₄气体，通入活性炭吸附塔内去除H₂S，优选活性炭孔径8～20nm。

2、经活性炭吸附后的CH₄气体，在温度20～30℃下通过硅胶干燥，去除H₂O。

3、CH₄气体在温度30℃左右、压力0.5MPa下吸附2h后即进入脱附状态；先进行5min的泄压，压力接近大气压后均压5min，然后开始抽真空1.5h，压力至lkPa时均压10min，即可完成分子筛的脱附过程。优选4A分子筛分离CO₂、N₂。

实施例 20

氢氟碳化物气体（HFCs）在释放前进行回收利用，以氟利昂为例，其方法：

（1）收集氟利昂废气（或液态的氟利昂），用过滤网除去废气中的粉尘等杂质。

（2）经过滤后的氟利昂气体，在0～40℃温度之内缓慢加入活性炭吸附塔内，当活性炭吸附能力到达饱和后，停止加入氟利昂气体。优选椰壳活性炭。

（3）加入蒸汽，控制压力0.1～8Mpa、温度100～300℃，洗脱活性炭吸附的氟利昂。

（4）脱附出的溶剂和水蒸汽经减压后，进入冷凝器进行冷凝，温度控制在30～35℃。

（5）冷后的溶剂送入到精馏塔内，分离去低沸点物，即得纯度大于99.5%的成品。

实施例 21

全氟碳化合物（PFCs）在释放前进行回收利用，以四氟化碳为例，其中方法：

（1）收集含四氟化碳的废弃气体，注入闪蒸塔中，控制温度为-150～-180℃、压力1×10⁴以下抽真空，将其它气体从闪蒸塔中抽出来。

（2）抽真空后，将闪蒸塔温度升至-120～-90℃、压力控制在0.1～1.0Mpa下进行闪蒸，将四氟化碳从闪蒸塔中蒸出来。

（3）从闪蒸塔中蒸出来的四氟化碳气体在2～8Mpa的压力下能过5A型分子筛除去杂质。

（4）过滤后的四氟化碳气体压缩灌装为成品。

实施例 22

六氟化硫（SF₆）在释放前进行回收利用，其中方法：

（1）收集含SF₆的废弃气体，加热至350℃ 左右，废气中的S₂F_l0分解为SF₆和SF₄。由于SF₆分解气中含有HF，HF在加热时有较强的腐蚀性，热解炉材质不能用碳钢与不锈钢，优选镍或铜。

（2）加热后的气体用去离子水洗除去SF₄、SF₂、SOF₄，去离子水中要求无Ca²⁺、Mg²⁺，以免Ca²⁺、Mg²⁺与F^-反应生成CaF₂、MgF₂沉淀产生堵塞现象。

（3）经去离子水洗涤后的气体，用质量分数为10～20% KOH溶液除去的SOF₂、SO₂F₂以及SO₂。

（4）洗涤后气体中含有大量水分，先采用粗孔球型活性硅胶吸附大量的水分，再球型活性氧化铝吸附小量的水分，活性氧化铝颗粒直径3～7 mm，其吸附层入口处温度0～20℃。最后采用4A型分子筛进行深度干燥吸咐。

（5）在压力1Mpa、温度-80℃下SF₆固化，抽除不凝性气体。在真空度101kPa～113Pa下，使气-固分离获得SF₆气体。

Claims

1.大气碳资源及CO₂当量物质综合开发利用的方法，该方法包括：

（1）利用植物、微生物生长过程中吸收空气中的CO₂、NO_x；

（2）收集植物进行碳封存，使大气中CO₂实现动态平衡，调节温室效应；将收获及封存的植物加工成燃料，替代化石能源，减少SO₂、NO_X、H₂S及PM2.5粉尘排放，消除雾霾；在生产、生活活动中向大气圈中释放碳氢化合物、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫之前将其捕集利用；

（3）对植物进行综合开发利用，形成新的碳经济产业链。

2.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（2）所述调节温室效应，该方法包括：

（1）根据全球大气CO₂浓度检测点采集的数据及经科学实验检测取得的各期数据，建立全球大气CO₂浓度数据库；

（2）分析全球大气CO₂浓度数据，根据以前及当前大气实际增温、降温情况，预测未来一段时间内大气CO₂浓度变化趋势；

3.根据权利要求2项的方法，其中在步骤（2）中所述大气CO₂变化趋势包括：上升趋势、平稳趋势、下降趋势。

4.根据权利要求2项的方法，其中在步骤（3）中所述大气圈与生物圈之间的碳循环速度采取调控措施，是指当大气CO₂浓度呈上升趋势时，增加单位面积的植物产量，植物生长到适当高度时进行收获，采用植物固碳封存的方法，减少大气中CO₂浓度，降低温室效应；当大气CO₂浓度呈下降趋势时，燃烧、综合利用收获及封存的植物，向大气圈中释放储存状态的太阳能、CO₂及温室气体，增强大气温室效应，将大气“温室效应”调节到地球生态系统适应人类生存、发展的最佳状态；并创造巨大的社会经济效益。

5.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（2）所述消除雾霾，该方法包括：将收获及封存的植物替代化石燃料使用，消除雾霾。

6.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（3）所述新的碳经济产业链包括：植物种植、收割机械制造、运输、收购、碳产品加工、碳产品封存、碳产品交易、碳产品应用。

7.根据权利要求6所述的碳产品加工，其特征在于：用植物作原材料生产出含碳的产品，包括活性炭、石墨、金钢石、木质素、半纤维素、板材、乙醇、沼气、肥料、饲料、固碳型材。