CN109068601A - 用于种植植物的系统和方法 - Google Patents

用于种植植物的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109068601A
CN109068601A CN201780011790.5A CN201780011790A CN109068601A CN 109068601 A CN109068601 A CN 109068601A CN 201780011790 A CN201780011790 A CN 201780011790A CN 109068601 A CN109068601 A CN 109068601A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pad
plantation
plant
vertical
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780011790.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109068601B (zh
Inventor
C·曼恩
M·贝奈特
D·W·K·詹金斯
T·W·布拉德肖
M·C·S·赫里蒂奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
British Bernaman Service Co Ltd
Original Assignee
British Bernaman Service Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by British Bernaman Service Co Ltd filed Critical British Bernaman Service Co Ltd
Publication of CN109068601A publication Critical patent/CN109068601A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109068601B publication Critical patent/CN109068601B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • A01G31/04—Hydroponic culture on conveyors
    • A01G31/042—Hydroponic culture on conveyors with containers travelling on a belt or the like, or conveyed by chains
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D43/00—Mowers combined with apparatus performing additional operations while mowing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G20/00—Cultivation of turf, lawn or the like; Apparatus or methods therefor
    • A01G20/10—Pre-cultivated sod or turf; Apparatus therefor
    • A01G20/12—Apparatus for cutting sods or turfs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G20/00—Cultivation of turf, lawn or the like; Apparatus or methods therefor
    • A01G20/20—Cultivation on mats
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G3/00—Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G3/00—Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees
    • A01G3/002—Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees for comminuting plant waste
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C18/00—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments
    • B02C18/02—Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with reciprocating knives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/04—Bioreactors or fermenters combined with combustion devices or plants, e.g. for carbon dioxide removal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/02—Means for pre-treatment of biological substances by mechanical forces; Stirring; Trituration; Comminuting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4493—Floating structures supporting vegetation, such as trees, reeds, crops, plants, or the like, e.g. flexible structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Hydroponics (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

本申请提供了用于种植植物的系统和方法。所公开的系统(100)和方法(1100、1200)使用旋转种植垫(102)和切割装置(112)。所述旋转种植垫和切割装置能够耦接到厌氧消解器(402)以使用在种植垫上种植的植物生成甲烷。所述系统和方法可进一步使用人工光源(108)和营养物输送系统(110)来辅助生长。

Description

用于种植植物的系统和方法
技术领域
本申请的方面总体上涉及绿色能量生产和存储技术，并且更具体地，涉及用于植物的高效种植的系统和方法。
背景技术
厌氧消解(AD)是一种用于将有机物质转化成生物气体，并最终转化成甲烷气体的技术。甲烷是天然气的主要成分，其提供了正在升高的百分比的集中发电量。已经采用厌氧消解的某些产品试图减少温室气体排放。这些产品主要涉及处理不想要的副产物，例如动物排泄物或浆液以及工业和家用食物废弃物。然而，本申请认识到，包括例如草、绿色花园废弃物和杂草的植物也代表高能量含量有机物质的有价值来源。
特别地，植物可以是用于厌氧消解的高能量原料。然而，可用于其种植和收获的土地是有限的，因为其主要用于肉类和乳制品的动物牧场。
发明内容
因此，对增加植物的种植面积的系统和方法存在需求。植物能够例如用作厌氧消解处理中的原料。
根据一些实施例，提供了一种用于种植植物的系统。所述系统包括旋转种植垫和切割装置。在某些方面，所述系统包括多个辊，其中所述旋转种植垫从所述多个辊中的至少一个竖直地悬挂。所述系统可以被配置为使得种植侧上的垫的质量大于抑制侧上的质量，并且因而，作为结果，所述种植侧自然地向下下降而所述抑制侧向上移动。来自该移动的机械能可以被捕获并用于促进与所述系统的操作相关的附加操作。
根据一些实施例，提供了一种用于操作用于植物的竖直种植系统的方法。所述方法包括如下步骤：从外部源获得电力；使用电力操作人工光源，其中所述光源被配置成将光能输送到竖直种植垫的种植表面；以及操作切割装置，其中所述切割装置被配置成切割在所述竖直种植垫的种植表面上种植的植物。在一些方面，由于一天和季节中的时间的一个或多个，以低于平均成本获得电力，并且外部源是风、太阳能、潮汐和水电电源中的一个或多个。所述种植系统可以被操作以提供天然光和人造光，以便适应植物的连续生长。此外，一个或多个所述竖直种植垫的位置可以基于太阳的位置而改变以提高生长效率。
根据一些实施例，提供了一种用于操作用于植物的种植系统的方法。所述方法包括向竖直种植系统的一个或多个竖直种植垫输送营养物的步骤。所述营养物可包括例如肥料和/或水中的一种或多种。所述方法还可以包括将光能输送到一个或多个种植垫。在某些方面，光能可以来自人工光源和/或自然光源。另外，所述方法可以包括操作切割装置以切割在所述旋转种植垫上种植的植物。根据一些实施例，所述系统的竖直种植垫中的至少一个竖直地悬挂在辊上。在某些方面，执行输送营养物和/或输送光能，使得在所述旋转种植垫的第一侧上种植的植物的第一质量大于在所述旋转种植垫的第二侧上种植的植物的第二质量。因此，第一侧向下下降并且第二侧向上移动。
在一些实施例中，竖直种植垫可以以堆叠配置布置以进一步增加有效种植面积。例如，种植系统可以包括多个辊、一个或多个人工光源、和多个种植垫。所述旋转种植垫可以被布置成使得第一组垫位于第二组垫之上。所述系统还可包括一个或多个切割装置和厌氧消解系统，其中所述厌氧消解系统被配置成使用在所述竖直种植垫上种植并由所述切割装置处理的植物进行操作。
在一些实施例中，提供了一种用于离岸种植植物的系统。所述系统可以包括例如一个或多个旋转种植垫、配置成切割在所述旋转种植垫的一个或多个表面上种植的植物的切割装置、以及配置成使用在旋转种植垫上种植并由所述切割装置处理的植物来操作的厌氧消解系统。所述旋转种植垫、切割装置和厌氧消解系统定位于离岸平台上。在一些实施例中，还提供了一个或多个人工光源，其中所述人工光源中的至少一个由位于离岸平台的可再生能源供电，例如风、太阳能、潮汐和/或水电电源。
在一些实施例中，提供了一种用于生物气体处理的方法。所述方法可包括例如使用风、水力、太阳能、潮汐和/或波浪能量源中的一种或多种来产生液态空气。这些源可以直接为该过程提供动力，或者可替换地，生成电力以对该过程供电。所述方法还包括从例如厌氧消解过程获得生物气体。在一些示例中，通过对从竖直种植垫获得的植物进行厌氧消解来获得生物气体。所述方法还包括使用液体从生物气体产生二氧化碳和甲烷。在一些实施例中，这包括使液态空气和生物气体通过热交换器以形成液态甲烷和液态二氧化碳。另外，所述方法可包括操作低温研磨装置以分解植物，其中所述研磨装置使用液态空气或液态空气的衍生物，例如液氮。
下面参照附图描述以上方面和其它方面以及实施例。
附图说明
合并于并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的各种实施例，且与描述一起进一步用于解释本申请的原理且使得所属领域的技术人员能够实践和使用在这里公开的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
图1是根据一些实施例的植物种植系统的示意图。
图2是根据一些实施例的切割装置的图。
图3是根据一些实施例的植物种植系统的示意图。
图4是根据一些实施例的植物种植和甲烷生成系统的示意图。
图5是根据示例性实施例的甲烷处理和存储单元的图示。
图6是根据示例性实施例的甲烷处理和存储单元的图示。
图7是根据示例性实施例的厌氧消解器的图示。
图8是根据示例性实施例的甲烷清洁系统的图示。
图9A-9D示出了根据示例性实施例的布局。
图10是根据一些实施例的植物种植系统的示意图。
图11是根据一些实施例的植物种植过程的流程图。
图12是根据一些实施例的植物种植过程的流程图。
图13是根据一些实施例的关于吸收的数据图。
图14是根据一些实施例的关于光合作用的数据图。
图15是根据一些实施例的结合可再生能源的系统的图。
图16是根据一些实施例的生物气体处理方法的流程图。
图17是根据一些实施例的离岸系统的图。
具体实施方式
现在参考图1，根据一些实施例示出了用于植物种植的系统100。系统100包括一个或多个旋转种植垫102。在某些方面，所述旋转种植垫可以竖直地悬挂。在一些实施例中，所述旋转种植垫布置在辊104和106之间。植物在所述旋转种植垫的特定侧上的生长可通过适当地施加光和例如水的营养物来促进。光可以由一个或多个天然光源和/或人工光源108提供。例如，光可以由太阳和/或一个或多个发光二极管(LEDs)提供。根据一些实施例，LED是红色和/或蓝色的，并且可以是高效率的。
在系统100中，水和其它营养物可以例如通过喷嘴110提供。根据一些实施例，喷嘴110定位在优化的种植侧上。在该示例中，随着植物移动到增加的光强级的区域中，提供用于快速植物生长的理想条件并且维持生长过程。在某些方面，在垫102的另一侧上，由于水、营养物和/或光的较低的可获得性，生长继续但以较低的速率继续。营养物和/或水可以例如从存储装置114获得。
在某些方面，所述旋转种植垫包括种植侧和抑制侧。例如，暴露于光、水和/或营养物的一侧可以是种植侧，而另一侧是抑制侧。在一些实施例中，抑制侧可以被屏蔽营养物、光和/或水中的一种或多种。辊104、106可以被配置成使得垫的种植侧的质量大于抑制侧上的质量，并因此，种植侧向下下降且抑制侧向上移动。例如，在第一侧上种植的植物的质量可以大于在抑制侧上种植的植物的质量。以这种方式，所述旋转种植垫根据植物的生长而旋转。
一些实施方式可能要求垫102由非常强且无腐烂的材料制成，因为它可能需要支撑种植介质以及植物叶的重量。在某些方面，其不应受过度拉伸或降级的影响。根据一些实施例，种植垫102具有第一侧和第二侧。第一侧可以包括例如背衬层并且第二侧可以包括例如多个生长袋。在某些方面中，这些可以由多孔Kevlar和棉毛构成，并且包含播种的种植堆肥。具体地，在一些实施例中，强的背衬层设置有一系列由缝合到最外侧上的多孔Kevlar网制成的生长袋。低密度材料(例如与播种的种植堆肥混合的棉毛)填充袋并且用于开始种植过程。一旦通过Kevlar网完全建立了根部系统，则所述袋有效地变成单个种植层。
系统100还可包括切割装置112，例如旋转刀片或修整工具(strimmingimplement)。切割装置112可位于例如垫102下方，并且在一些情况下，位于辊104下方。切割装置可以与系统100的其它部件成一体，或者是可移动的。例如，切割装置可以是可移动的，使得其可以用在多个种植垫上。切割装置112可以用于从垫102释放多余的植物，例如，在优化的种植侧的底部。然而，切割装置112也可以位于种植垫102的一侧上。根据某些方面，所述旋转种植垫在优化种植侧上的质量大于抑制侧，使得所述旋转种植垫在优化侧上向下下降且在抑制侧上向上移动。
根据一些实施例，切割装置112被优化以提供用于用作原料的植物的部分处理。在一些应用中，对于植物物质到甲烷和二氧化碳的最大转化可能重要的是，例如植物被切成尽可能小的碎片，以允许厌氧的微观有机体进入例如纤维素等的细胞结构的内部。例如，并且如图2所示，植物的处理可以通过使用低温研磨机构202来优化。在一些实施例中，机构202可以是切割装置112的一部分。在该示例中，切割的植物被冷冻至低温温度，其中细胞结构可以通过对现在脆性的植物材料的压碎作用而进一步分解。冷冻可以例如使用液氮或液态空气204实现。冷冻后，并且在某些方面，植物的解冻过程可以使植物的细胞壁破裂。
在某些方面，旋转种植垫102被布置成使得当所述旋转种植垫旋转时，例如，当所述旋转种植垫的较重侧本身降低时，机械能被释放。所述能量可被捕获并用于为切割设备提供动力、移动所述多个辊中的至少一个、为传送带提供动力以及为压缩机提供动力中的至少一个。在一些实施例中，所述机械能可以通过使用所述旋转种植垫不平衡重量作为势能储存器的适当齿轮机构来捕获。在种植垫中存储的势能可以用于提高所述系统的总效率，其方式是通过被用于例如向切割装置112提供动力以从垫的底部移除另一条带的植物、移动辊的位置、向收集所释放的枝叶的传送带提供动力、将营养物泵送回顶部辊位置和/或为在从随后的厌氧消解过程对所得生物气体的清洁和液化的植物原料的预处理中使用的压缩机提供动力。此能量也可以与时钟类似，存储在大弹簧中，使得当随着时间的过去而积累时，其可通过合适的控制电路或其它机构释放。例如，可以在夜间使用所存储的能量来为发电机供电，例如，以提供可用于在夜间时间或当天多云时保持草的光合作用的光。
根据一些实施例，连续重复种植、下降/旋转和切割过程。例如，只要优化种植侧上的垫比抑制种植侧更重，其将引起所述旋转种植垫的无限旋转，条件是存在可用于优化种植侧的营养物、水和/或光。
在某些实施例的系统中可使用间歇的可再生能源，例如风、太阳能、潮汐、水电和波浪发电。然而，这样的源可能具有这样的限制，即，当对其不存在需求时，例如在夜间或在需求较低时更有利的季节月份期间，它们经常产生电力。根据一些实施例，存在这种电力可以以低成本购买并转换成可用于在这些小时期间通过光合作用来存储能量的光的时段。例如，使用图1、3、4和10中的一个或多个的系统。特别地，一些实施例可以利用自然光和人造光。
现在参考图3，提供了使用多个种植垫302、304的种植装置300。例如，多个系统100可以串联布置在一起。如图3所示，种植垫302、304可以被布置成行(1，2，n垫)以显著地增加可用于给定土地面积的种植面积。这导致每单位面积的植物产量和所得厌氧消解器产物相应增加。根据一些实施方式，切割装置306可以用于同时从多于一个垫提取植物。
现在参考图4，根据一些实施例提供用于产生气体或液体(例如甲烷)的系统400。在该实施例中，关于厌氧消解过程，可以使用一个或多个种植垫。例如，如关于图1所述的系统100可以耦接到厌氧消解器402。根据一些实施例，所释放的植物可以用作供给厌氧消解器的底物(substrate)，其可以被进一步处理。例如，厌氧消解器402可以耦接到气体清洁、液化和/或储存级404。另外，可以处理植物以制备可以存储的消解物(digestate)和/或肥料406。从系统100的植物制成的消解物和/或肥料的存储装置可以是例如图1的存储装置114。在某些方面，通过厌氧消解、清洁和/或液化过程产生的甲烷和二氧化碳是有价值的产品，并且消解物和/或肥料可以用于完成种植循环。
根据一些实施方案，厌氧消解402和气体清洁、液化和/或储存404中的一种或多种可以例如使用图5所示的系统500执行。系统500可以是例如微无氧消解(micro-AD)单元的一部分。
根据一些实施例，系统500包括至少一个入口阀502。甲烷气体或液态甲烷气体可经由入口阀502引入储存容器510。储存容器510可以是例如杜瓦瓶。冷却单元504被配置成冷却储存容器510内的甲烷气体或液态甲烷气体。冷却单元可包括例如封闭的循环制冷器506和封闭的循环制冷头508。在某些方面，当头508被冷却至低于甲烷气体的冷凝温度的温度时，液态甲烷在头508上冷凝。冷凝的液态甲烷将离开头508而进入主液态甲烷容器512。
在一些实施例中，市电电力可用于系统500。例如，市电电力线518可以附接到电源/逆变器514，电源/逆变器514用于将诸如电池520的电力存储装置维持在最大充电水平。在某些方面中，还提供微控制器516，其可包含一个或多个处理器且附接到电力线518。本领域技术人员将认识到，电源/逆变器514和微控制器516可以作为单个单元提供，或者可替换地，作为独立设备提供。所述单元还可包括连接到微控制器516的一个或多个收发器和天线，例如，以实现与外部设备(诸如中央控制器、其它micro-AD单元或用户电子设备)的通信。电池520和电源/逆变器514中的一个或多个可用于向冷却单元504供电，例如，向封闭的循环制冷器506提供电力以管理容器512的液态甲烷的汽化(boil-off)。例如，可控制制冷器506以防止容器512的液态甲烷的任何汽化。根据该实施例，液态甲烷的储存时段可以是无限的，因为该单元可以被配置为使得在容器512内没有发生加压。
系统500可包括压力阀524以释放汽化甲烷。例如，阀524可被配置成将汽化以预设水平释放到缓冲容器526中。缓冲容器的气态甲烷可以用作系统500的一个或多个发电机的燃料。例如，当缓冲容器达到最大容量或任何预定水平时，可以通过缓冲容器526的气态甲烷启动和驱动发电机528。发电机可以是能够向冷却单元504提供足够电功率的任何源，例如内燃机(IC)发电机或燃料电池。另外，发电机可以向切割装置112或光源108提供电力。在某些方面，IC发动机输出功率的大小可以使得产生足够的电功率以允许电池520的完全充电，同时向封闭的循环制冷器506提供足够的功率。发电机528可包括CO2和/或H2O排气装置546。
在一些实施例中，可能需要系统500被配置成用于“按需”提取甲烷气体。例如，能量的按需提取可以是为系统100、300、400和/或1000的一个或多个部件提供动力。例如，为切割装置和/或人工光源供电。该提取可以通过主输出阀530。此外，主容器512的内部加热器532(诸如电阻加热器)可用于有意地增加汽化并增加杜瓦瓶压力以释放甲烷气体或液态甲烷。液态甲烷可以通过液态甲烷输出口534释放。可替代地，该热量可以通过颠倒闭合循环制冷器506的极性来供应，使得其从杜瓦瓶的外部吸取热量并将其传递到主容器。
在一些实施例中，可结合因特网连通性536以允许微控制器516向单元所有者或提供者发送状态更新或警报。这还允许由所有者或提供者进行系统的远程控制或检查。另外，虽然主杜瓦瓶可利用真空以获得最大隔热性质和最小汽化，但可并入固体绝缘物538的外层，例如低密度聚苯乙烯或其它绝缘材料，以限制由真空的突然丧失引起的过量汽化。发电机528可以被额定为容易地接受来自这种情况的所有汽化，即，必要时，所有能量适当地转向到微控制器516中的冷头508或电阻性镇流器。在一些实施例中，系统500可以设置有附加的安全装置，诸如高压释放阀540。例如，在封闭的循环制冷器506发生故障和发电机528同时发生故障之后可以使用这种安全装置。汽化可流向火焰容纳容器542，例如金属纱布腔。压力释放阀540可被构造成触发机械点火器544来点燃所产生的汽化，从而将甲烷以受控的火焰转化为CO2和H2O。
现在参照图6的系统600，在一些实施例中，在厌氧消解器602中产生的气体可存储在气体缓冲器604和罐(或者槽)610中。这可以对应于例如图4中的厌氧消解402以及气体清洁、液化、和/或存储404。
气体可存储在缓冲器604中，例如直到达到预定压力。在一些实施例中，压缩机606被启动并且气体从缓冲器循环通过压缩机606。例如，一旦达到缓冲器604中的预定压力，就可以启动压缩机606。然后可以将压缩气体传送到可选的清洁级608。压缩气体经由入口612循环至包括热交换器614的存储罐610。在一些实施例中，热交换器614可包括带翅片的热交换器管道。根据某些方面，气体可通过热交换器614的孔口膨胀以用于冷却，或可替代地，可变的针阀。膨胀之后，液态甲烷收集在储罐610中，储罐610可以是例如杜瓦瓶。剩余的气态甲烷，即，非液态甲烷，经由出口616返回到气体缓冲器604。系统600还可包括一个或多个控制阀618以调节压力和控制气流。液态甲烷可以根据需要从储罐610中移出，例如通过倾析器620。
现在参照图7，示出了根据某些实施例的厌氧消解器700。在一些实施例中，图7的厌氧消解器可以是系统400的一部分，并且耦接到存储系统500。例如，消解器700可以在入口502处向系统500提供输入。在该示例中，厌氧消解器700包括多个罐(702、704)；然而，消解器700可以包括单个罐702。在某些方面，罐可以相对较小，并且罐的总数可以根据顾客的预期用途和/或将用于供应原料的土地量来设置。在某些方面，pH梯度和温度梯度可保持在罐两端。消解器700还可以包括用于接收原料的入口706，以及任选地用于在厌氧消解期间对原料的组分进行研磨、搅拌和/或分离的浸渍器708。入口706可以例如从种植垫102接收植物作为原料。在一些实施方式中，来自种植垫102的植物可以在输入到消解器700之前被切割装置112切割。在一些实施方案中，输入至消解器700的原料可以是草和/或水的组合物；然而，消解器700不必限于这样的输入。另外，在一些实施例中，可以通过使用低温研磨机构202来优化在消解器700中使用的植物的处理，如图2所示。
在一些实施例中，经由锁定气体阀710、712控制从每个罐输出的气体。在某些方面，所述阀可以例如经由本地或远程计算机远程控制。如果需要一定量的底物(例如，部分消解的原料)从一个罐移动到下一个罐，例如从罐702移动到罐704，则可以使用气体阀710关闭发送罐702的气体输出。然而，接收罐704的气体输出阀712保持打开。然后发送罐702中的气体压力允许累积，并且因此迫使底物通过出口管714并进入接收罐704。一旦底物移动已经发生，来自发送罐702的气体压力减小到传递停止的点。然后可将气体压力维持在该水平以防止底物的虹吸。在一些实施例中，压力可被完全释放以允许罐702、704的水平重新均衡。在一些实施例中，消解器700的一个罐保留有意排空。在某些实施例中，至少一个罐总是保持为空。
根据某些方面，该方法返回到需氧消解状态以把任何残留的有机物做成堆肥和/或在排出消解物前除去任何令人不愉快的气味，例如，通过出口阀716。在一些实施例中，在厌氧消解过程中产生的消解物和/或肥料，例如在消解器700中，可以与图4所示的植物种植结合使用。例如，可从消解器700获得消解物和/或肥料406。
根据一些实施例，可允许最终罐中的压力或诸如图7的消解器700的多罐/级厌氧消解器中的“级”中的压力积聚至期望压力。压力积聚能够例如通过调节消解器的一个或多个阀和/或升高温度来控制。在某些方面，期望的压力足够高，使得在随后的处理阶段中不需要压缩机。例如，如果允许压力增加到足够高的水平，例如在2巴和30巴之间，则可以去除在清洁或液化期间原本将需要的压缩机，例如图8的压缩机808或图6的压缩机606。然而，所需要的特定压力将取决于消解器和后续级中的一个或多个的构造。参照图6，在一些实施例中，厌氧消解器602的最终级中的压力能够被允许增加，使得自然加压的生物气体被供给至热交换器614，热交换器614可包括带翅片的热交换器管道。类似地，关于图8的示例，自然加压的生物气体可以通过过滤器816到达热交换器812，热交换器812还可以包括带翅片的热交换器管道。因此，清洁和/或液化过程可以通过厌氧消解过程本身和相关微生物有效地提供动力。这可以包括例如系统400的气体清洁、液化和/或存储404，如图4所示的那样。
现在参照图8，提供了示例性CO2去除级800。去除级800包括入口802、出口804和CO2存储单元806。级800还包括多个压缩机(808、810)和热交换器(812、814)以及可选的硫化氢过滤器816。入口802连接到生物气体源。例如，入口802可以连接到图7中所示的厌氧消解器700。出口804可以连接到甲烷存储单元，例如系统500。例如，出口804可以直接连接到输入阀502。
根据一些实施方式，例如如图2所示，对植物材料进行低温冷却研磨和/或研磨可以提供原料的预处理。植物的低温预处理可提高后续处理中的甲烷产量。在某些方面，低温处理通过细胞质内的水的膨胀来爆裂单独的植物细胞，从富含木质素的外细胞壁释放内部容易厌氧可消解的有机内容物，而富含木质素的外细胞壁对于厌氧菌而言可能难以消解。膨胀可以例如作为解冻过程的一部分来发生。这可极大地增加生物气体，且因此增加甲烷产量，且还减少保留时间，由此增加处理量。这样的过程能够例如改进系统400的性能。
现在参考图9A-9D，提供了根据一些实施例的种植布局。关于图9A，在侧视图中示出了例如温室904中的布局900。在该示例中，垫902被布置在具有例如太阳910的光源的温室904中。在一些实施例中，厌氧消解器906和气体清洁、液化和/或储存级908与垫902位于同一地点。在某些方面，垫902中的一个或多个的位置可以变化。例如，基于太阳910的位置来进行变化以提高生长效率。例如，如关于图9B所示，示出了布局900的俯视图，其中垫902基于太阳910的位置来定位。该布局可能例如对应于早晨时间。现在参考图9C，垫902的位置可以随着太阳910的位置改变而变化。该布局可以对应于例如中午。现在参考图9D，垫902的位置可以随着太阳910的位置改变而再次变化。例如，该布局可能对应于傍晚。
现在参考图10，根据一些实施例，竖直种植垫1002可以以堆叠配置1000布置以进一步增加有效种植面积。在该示例中，垫布置成接收来自源1008的光，并且与厌氧消解器1004和气体清洁、液化和/或储存级1006定位在同一处。根据一些实施例，光源1008可为太阳或人工光源，例如高效率的红色或蓝色LED。根据一些实施例，垫1002可以布置在如关于图1和系统100所描述的辊上。另外，垫1002的位置可以根据太阳的位置而变化，例如，如关于图9A-9D所描述的。
因为竖直悬挂种植垫的使用可以与诸如草的均匀平坦植物以及诸如割刈的简单收获技术结合使用，所以可以有效地利用高于可得到的自然种植区域的竖直体积。因此，根据一些实施例，对于给定的土地面积，产量以指数方式增加。作为示例，从一个公顷的草坪草(大约两个足球场)取得的切割物的厌氧消解将产生每年约12千升的液态甲烷。根据一个实施例，对于在相同陆地面积上方以1米间距间隔开的50米高的种植垫，产量将为1.2百万升甲烷，增加了一百倍。这表示对零碳甲烷和相应的碳排放的引入的显著发展。
现在参考图11，根据一些实施例示出了种植植物1100的过程。过程1100可以例如分别使用图1、3和4的系统100、300和400来执行。另外，过程1100可以使用图10中所示的垫的堆叠布置和/或图17的离岸布置来执行。
过程1100可以例如开始于步骤1110。在步骤1110中，从外部源获得电力。外部源可以是例如可再生能源，例如风、波浪、太阳能、潮汐和水电中的一种或多种。电力也可以从市电电源获得。根据一些实施例，由于一天中的时间和季节中的一个或多个，以低于平均的成本获得电力。在离岸实施例中，电力可以从在离岸平台处本地发电的源获得。
在步骤1120中，使用电力操作人工光源以向竖直种植垫的种植表面输送光能。根据一些实施例，过程1100还可以包括提供自然光。这可以例如通过天然和人造光的组合使植物能连续种植。在某些方面，例如如图9A-9D所示，种植垫的位置可以基于太阳的位置而变化。
在一些实施例中，竖直种植垫安装在用于可旋转运动的多个辊上。此外，从竖直种植垫的移动释放的机械能可以被捕获，然后用于种植过程。例如，所捕获的能量可用于为切割装置提供动力(例如，在步骤1130中)、移动辊、为传送带提供动力和/或为压缩机供电。
在步骤1130中，操作切割装置。切割装置可以被配置成切割在竖直种植垫的种植表面上种植的植物。
在步骤1140中，与切割装置耦接的厌氧消解器用于产生甲烷。根据一些实施例，步骤1140是可选的。可存储甲烷供随后使用。另外，过程1100还可以包括向竖直种植垫输送营养物。营养物能够包括从厌氧消解器获得的副产物。
现在参考图12，根据一些实施例示出了用于种植植物的过程1200。过程1200可以例如分别使用图1、3和4的系统100、300和400来执行。另外，过程1200可以使用图10所示的垫的堆叠布置和/或图17的离岸布置来执行。
过程1200可以例如开始于步骤1210，其中营养物被输送到竖直种植系统的一个或多个竖直种植垫。营养物可包括例如肥料和/或水中的一种或多种。在步骤1220中，光能被输送到一个或多个种植垫。在某些方面，光能可以是来自人工光源和/或自然光源。在步骤1230中，操作切割装置以切割在种植垫上种植的植物。根据一些实施例，所述系统的竖直种植垫中的至少一个竖直地悬挂在辊上。在某些方面，执行营养物的输送和/或光能的输送，使得种植垫的第一侧上种植的植物的第一质量大于种植垫的第二侧上种植的植物的第二质量。因此，第一侧向下下降并且第二侧向上移动。
使用所公开实施例的系统和方法的植物的种植和处理能够具有许多优点。例如，间歇性可再生能源通常在能量需求低的夜间产生能量。代替关断或转储该电力，其可用于提供人工光以允许24小时的生长期间。该光能够包括使用以可见光谱的红色和蓝色部分中的波长为中心的非常高效的发光二极管技术。这能够提高在这里公开的系统和过程的总效率。作为说明，图13中示出了光合作用的最佳波长，其中描绘了叶绿素类型(a)和(b)的作为波长的函数的吸收性能。另外，如图14所示，光合作用的速率与这些最佳波长密切相关。根据一些实施例，来自发光二极管的废热可用于在较冷的气候中提供热量，以便在该较冷的气候中提高草或其他选择的原料的生长速率。
此外，在白天期间的自然条件下，过量的自然光通常会导致较慢的植物生长。例如，这可能是因为多余的热量能够限制叶片的呼吸功能。通过使用被配置为提供一年的时间和系统位置相对于地球赤道的纬度与太阳的高度的最优间隔的行配置的间隔，可以根据相对于竖直轴的太阳光照的强度和角度来实现最佳自然光水平以用于最高效的生长。根据一些实施例，每行的位置可以整天发生变化以跟踪太阳能通量并提高效率。
通过采用根据一些实施例的人工生长方法，可以获得比在自然中实现的光合作用效率高得多的光合作用效率。例如，光合作用效率可以计算为能量捕获，并且来源于特定途径中使用的光吸收，以实现糖合成的最终结果。已知必须吸收总共8个光子以降解(reduce)两个NADP+分子。在Calvin循环中操作，所得的两个NADPH分子可以产生一个己糖分子。在600nm处的中值能量光子的光子能量为2.07eV，并且对于8摩尔这种光子，吸收的能量为(8摩尔)(6.22x1023/摩尔)(2.07eV)(1.6x10-19J/eV)/(4184J/kcal)＝381kcal。减少1摩尔CO2以生成己糖需要114千卡，因此理论效率为114/381或30％。Moore，R.，Clark，W.D.，Kingsley，R.S.，和Vodopich，D.，Botany，WM.c.Brown，1995，报道在实验室条件下达到25％。他们报道的在自然生长条件下的最高效率是在死亡谷中冬季晚上樱草的生长，达到8％。甘蔗已经记录了7％，这对于食物作物是非常重要的。甘蔗是C4植物，并且在高阳光条件下，它们通常将胜过C3植物和其它植物。大量培养的农业植物在光合作用效率方面平均约为3％，并且大多数作物的范围为1-4％。典型的藻类也是如此。
在这里所公开的一些实施例提供了一种可位于陆地或海洋上但主要依赖于用于其能量捕获的阳光的可指数扩展的非间歇的可存储的可再生能源。在一些实施例中，生物气体的生成以及甲烷和/或二氧化碳的产生可与使用间歇的可再生能源如风力、波浪、太阳能、潮汐和水力从局部环境提取的空气的中间生成的液态空气结合。即，根据一些实施例，来自可再生资源的液态空气的生成和使用可与随后的二氧化碳和甲烷过程的清洁和液化结合以用于转化能量。
现在参考图15，提供了用于产生能量的过程1500。过程1500可以产生例如非间歇的可再生能量。图15中所示的过程1500可利用可再生能源1502，其在一些示例中不需要连接到任何电力或气体电网。在图15的示例中，元件1502被示为风力源，但在其它示例中，它可以是波、太阳能、潮汐和/或水力。另外，低温生成系统1504可用于产生从环境提取液态空气的供应。过程1500还可任选地包括例如在用于液态空气的低温储存容器中液态空气的存储，1506。1502、1504及1506的液态空气处理可耦合到生物气体产生及处理1508。例如，它们可以分别耦接到如图1、3、4和10中提供的系统100、300、400和/或1000。
在一些实施例中，生物气体的清洁，包括例如作为1508的一部分，涉及三种主要成分的分离：二氧化硫、二氧化碳和甲烷。在那些实施例中，这可以最容易地使用诸如Linde蒸馏工艺的低温处理来实现。一旦气体已经通过该过程，例如Linde过程分离，二氧化碳和甲烷的后续液化过程可能由于甲烷的爆炸性质而复杂化。气体的液化最容易通过压缩、冷却和随后气体的快速膨胀来实现，在该点处，气体被冷却到其液化温度以下以形成液体。然而，该过程需要电力来驱动压缩机，并且压缩机必须被设计为安全的，这增加了其成本和复杂性。
在某些方面，该方法可用于分离并随后分别由于其非常不同的-37C和-161C的液化温度而首先液化二氧化碳和甲烷。然而，由于其爆炸性质，甲烷的压缩通常需要昂贵的机电装置，其需要遵守严格的安全准则(例如ATEX)。这使得该方法既昂贵又复杂，使得随后的产品在价格上与现有的化石燃料相当。为了消除对这样的设备的需要，本文公开的实施例可以使用液态空气的相对安全和方便的性质作为冷的中间源，通过使液态空气和甲烷与二氧化碳混合物通过热交换器的任一侧可以被动地实现甲烷和二氧化碳的液化。
另外，液态空气通过在它的形成中使用众所周知的诸如Linde方法的技术而在地球上的任何地方都可以以工业规模来生产。因此，并且在一些实施例中，它在诸如海洋中或沙漠中的离岸的远程区域中产生理想的冷源。在某些方面，所需要的一切是可由可再生能源驱动的机械驱动压缩机。而且，与甲烷不同，液态空气是相对惰性的，因此其蒸馏和液化的安全要求是直接的。在某些方面，作为液体，其代表一种方便的介质，其中储存低温，其可用于低温研磨和生物气体清洁、分离和液化。例如，关于图2所示的低温研磨，可以使用液体—或其衍生物，例如可以使用液氮。由于其液化需要使用压缩机，如果从间歇的可再生能源，如风、水力、太阳能、潮汐和波浪动力中机械地直接或间接地驱动压缩机，则其可被长期存储超过间歇时期。同样作为液体，如果需要，用于液化它的能量可以通过允许它在加热时膨胀并且使用产生的压力反向驱动压缩机以获得机械能而被部分地回收。
因为液态空气如此容易地产生、处理和存储，并且与它可由地球上任何地方的空气制成的事实结合且在比甲烷和二氧化碳低的温度(-195C)作为液体存在，它的使用表示可用于首先分离并随后产生液态甲烷和液态二氧化碳的方便的中间介质，而不需要将用于处理甲烷的昂贵的防爆的机电装备。根据一些实施例，这可以简单地通过首先使二氧化碳气体然后在重力作用下通过简单的热交换器来实现，其中来自液态空气储存器的自然汽化的冷液体流过该热交换器。这将使两种气体冷凝成液体。这大大简化并降低了二氧化碳和甲烷两者的分离和液化的成本。
关于用于提高厌氧消解速率和产量的低温研磨方法，液态空气或其衍生物之一液氮提供了方便的低温供应。例如，如图2的元件204。另外，且根据一些实施例，当从紧邻竖直种植垫系统的可再生资源产生时，液态空气或其衍生物之一可消除对供应电力或部分使用所得的生物气体用于其生产的需要。这可导致生产成本的进一步降低和/或生物甲烷和二氧化碳产量的增加。
现在参考图16，提供了用于生物气体处理的方法1600。该方法可以开始于步骤1610，其包括产生液态空气。根据一些实施例，液态空气可以通过操作机械压缩机以压缩和冷却空气来产生。在某些方面，使用风、水力、太阳能、潮汐和/或波浪动力源中的一种或多种来执行液态空气的生成。这些源可以直接为该过程提供动力，或者可替换地，生成电力以对该过程供电。
在步骤1620中，获得生物气体。在一些实施例中，获得生物气体包括进行厌氧消解。例如，使用分别如图1、3、4和10中提供的系统100、300、400和/或1000中的一个或多个，生物气体可以通过对从竖直种植垫获得的植物进行厌氧消解来获得。
在步骤1630中，使用步骤1610的液态空气从生物气体产生二氧化碳和甲烷。在一些实施例中，这包括使液态空气和生物气体通过热交换器以形成液态甲烷和液态二氧化碳。另外，方法1600可包括操作低温研磨装置以分解植物，其中研磨装置使用液态空气或液态空气的衍生物，例如液氮。
现在参考图17，图17示出了如何在具有油轮1704的离岸平台1702中实现实施例的示例1700。例如，可以在平台1702上实现根据所公开的实施例的用于种植植物的一个或多个系统1706，包括图4和图10中所示的系统。在某些方面，离岸位置还具有不需要使用陆地的优点。例如，可能不需要土地租赁或购买，特别是如果在国际水域中实现。
另外，离岸实现1700还可以具有优于其它离岸能量产生方案的优点，因为不需要将系统连接到任何电网或管线。例如，系统1706的输出可以是液态生物甲烷，其具有与油基燃料相当的能量密度，并且可以通过油轮1704从系统中去除。此外，在一些实施例中，离岸实现还可以利用在离岸位置中发现的一种或多种材料和能源，并且特别是在国际水域中。这包括例如空气、阳光、水(海洋和雨水)、风和波浪。实现1700可以被定位成远离海洋，例如，在国际水域中，其中存在最小的视觉影响并且潜在地不需要政府许可。在某些方面，如果必要的话，还可以在季节性太阳能、雨、风或波动期间移动。
离岸位置往往比陆地位置更多风，并且也可以采用潮汐和波浪能量。它们还可以经受相对可预测的每日或季节性风潮汐和从月球、地理和太阳条件引发的波浪起伏。例如，定位在内陆沙漠的离岸位置(offshore location)中的平台1702可以经受相对于海洋的恒定温度的由沙漠每日加热和冷却引起的强交替的陆上和离岸风力。由于缺少通常发生在这样的远程位置中的电网基础设施而难以利用的这些常规风可以经由风车1708捕获。虽然在该示例中描绘了风车，但是也可以使用其它可再生来源，例如太阳能、潮汐和水电电源。
虽然本文描述了本申请的各种实施例，但是应当理解，它们仅作为示例而非限制来呈现。因此，本申请的广度和范围不应受到任何上述示例性实施例的限制。此外，上述元件在其所有可能的变型中的任何组合都被本申请所涵盖，除非在本文中另外指出或者与上下文明显矛盾。
此外，虽然以上描述和附图中示出的过程被示为一系列步骤，但这仅仅是为了说明。因此，预期可添加一些步骤，可省略一些步骤，可重新布置步骤的次序，且可并行执行一些步骤。

Claims (31)

1.一种用于种植植物的系统(100)，包括：
旋转种植垫(102)；以及
切割装置(112)，
其中，所述切割装置被配置成切割在所述旋转种植垫的一个或多个表面上种植的植物。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
多个辊(104、106)，其中，所述旋转种植垫从所述多个辊中的至少一个竖直地悬挂。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述垫包括种植侧和抑制侧，并且所述多个辊被配置成使得所述种植侧上的所述垫的质量大于所述抑制侧上的垫的质量，并且因此，所述种植侧向下下降并且所述抑制侧向上移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切割装置耦接到低温研磨装置(202)，所述低温研磨装置被配置成使在所述旋转种植垫上种植的所述植物分解。
5.根据权利要求1或2所述的系统，还包括：
邻近所述垫的种植侧定位的营养物输送装置(110)；以及
人工光源(108)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述人工光源是红色或蓝色发光二极管。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述旋转种植垫被布置成使得当所述垫旋转时释放机械能，并且其中，所释放的能量被捕获并用于向所述切割设备提供动力、移动所述多个辊中的至少一个、向传送带提供动力以及向压缩机提供动力中的至少一个。
8.根据权利要求1或2所述的系统，还包括：
厌氧消解系统(402)，其中，所述厌氧消解系统被配置成使用在所述旋转种植垫上种植并由所述切割装置处理的植物进行操作。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述种植垫包括背衬层和包含种子种植堆肥的多个种植袋。
10.一种操作用于植物的竖直种植系统的方法(1100)，包括：
从外部源获得电力(1110)；
使用所述电力操作人工光源(1120)，其中，所述光源被配置为将光能输送到竖直种植垫的种植表面；以及
操作切割装置(1130)，其中，所述切割装置被配置成切割在所述竖直种植垫的所述种植表面上种植的植物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，由于一天中的时间和季节中的一个或多个，以低于平均成本获得所述电力，并且所述外部源是风、太阳能、潮汐和水电电源中的一个或多个。
12.权利要求10或11所述的方法，其中，所述种植系统被操作以提供自然光和人工光以便适应所述原料的连续生长。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
改变多个竖直种植垫中的一个或多个的位置，其中，所述改变是基于太阳的位置来执行的。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在耦接到所述切割装置的厌氧消解器中产生甲烷(1140)；以及
储存所述甲烷。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述竖直种植垫安装在用于可旋转运动的多个辊上，并且其中，从所述竖直种植垫的运动释放机械能，所述方法还包括：
捕获释放的能量；以及
使用所捕获的能量来为所述切割设备提供动力、移动所述多个辊中的至少一个、为传送带提供动力以及为压缩机提供动力中的至少一个。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：
向所述竖直种植垫输送营养物，其中，所述营养物包括从厌氧消解器获得的副产物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用从所述厌氧消解器和从所述竖直种植垫的移动捕获的能量中的至少一种取得的能量来完成所述输送营养物。
18.一种用于种植植物的系统(100)，包括：
多个辊(104、106)；
一个或多个人工光源(108)；以及
多个竖直种植垫(102)，
其中，所述多个竖直种植垫中的第一个位于所述多个竖直种植垫的第二个上方。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括：
一个或多个切割装置(112)；以及
厌氧消解系统(402)，其中，所述厌氧消解系统被配置成使用在所述多个竖直种植垫上种植并由所述切割装置处理的植物进行操作。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述多个竖直种植垫布置成一行或多行，并且所述一行或多行的位置根据太阳的位置而能够改变。
21.一种操作用于植物的竖直种植系统的方法(1200)，包括：
将营养物输送到所述竖直种植系统的一个或多个竖直种植垫(1210)；
将光能输送到所述一个或多个竖直种植垫(1220)；以及
操作切割装置(1230)，其中，所述切割装置被配置成切割在所述一个或多个竖直种植垫上种植的植物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述一个或多个竖直种植垫中的至少一个竖直地悬挂在辊上，并且其中，执行所述输送营养物和输送光能中的至少一种，使得在所述种植垫的第一侧上种植的植物的第一质量大于在所述种植垫的第二侧上种植的植物的第二质量，因此，第一侧向下下降并且第二侧向上移动。
23.一种用于离岸种植植物的系统(1700)，包括：
旋转种植垫；
切割装置，其中，所述切割装置被配置成切割在所述旋转种植垫的一个或多个表面上种植的植物；
厌氧消解系统，其被配置成使用在所述旋转种植垫上种植并由所述切割装置处理的所述植物进行操作；以及
离岸平台(1702)，其中，所述旋转种植垫、所述切割装置和所述厌氧消解系统定位于所述离岸平台上。
24.根据权利要求23所述的系统，还包括：
一个或多个人工光源，其中，所述一个或多个人工光源中的至少一个由所述离岸平台处的风、太阳能、潮汐和水电电源中的一个或多个供电。
25.一种用于处理生物气体的方法(1600)，包括：
产生液态空气(1610)；
获得生物气体(1620)；以及
使用所述液态空气从所述生物气体产生甲烷和二氧化碳(1630)。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述产生液态空气包括操作机械压缩机以压缩和冷却空气从而形成液态空气。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中，所述产生液态空气是使用风、水力、太阳能、潮汐和波浪能量源中的一种或多种进行的。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述获得生物气体包括：
对从竖直种植垫获得的植物进行厌氧消解。
29.根据权利要求25或28所述的方法，其中，所述产生甲烷二氧化碳包括：
使所述液态空气和所述生物气体通过热交换器，以形成液态甲烷和液态二氧化碳。
30.根据权利要求25或28所述的方法，还包括：
操作低温研磨装置以分解植物，其中，所述低温研磨装置使用所述液态空气或所述液态空气的衍生物。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述衍生物是液氮。
CN201780011790.5A 2016-02-16 2017-02-16 用于种植植物的系统和方法 Active CN109068601B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662295893P 2016-02-16 2016-02-16
US62/295,893 2016-02-16
PCT/IB2017/050854 WO2017141178A1 (en) 2016-02-16 2017-02-16 Systems and methods for growing vegetation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109068601A true CN109068601A (zh) 2018-12-21
CN109068601B CN109068601B (zh) 2021-08-24

Family

ID=58191505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780011790.5A Active CN109068601B (zh) 2016-02-16 2017-02-16 用于种植植物的系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11291161B2 (zh)
EP (1) EP3416475B1 (zh)
CN (1) CN109068601B (zh)
ES (1) ES2968018T3 (zh)
WO (1) WO2017141178A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200383286A1 (en) * 2017-05-30 2020-12-10 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device for promoting the growth of plants
HUE056721T2 (hu) * 2017-05-30 2022-03-28 Fraunhofer Ges Forschung Eljárás és berendezés növények fejlõdésének elõsegítéséhez
DE102021134167B4 (de) 2021-08-22 2024-03-14 AI.Land GmbH Vorrichtung und Verfahren zur automatisierten Förderung des Wachstums von Pflanzen, insbesondere von nachwachsenden Kulturen
WO2024054156A1 (en) * 2022-09-06 2024-03-14 Hung Guan ONG A vertical growing system and method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3300896A (en) * 1965-05-10 1967-01-31 Res Engineering Co Hydroponic growth of plants
US3425158A (en) * 1967-01-26 1969-02-04 Leslie B Kyle Culture belt for a hydroponic system
CN1780560A (zh) * 2003-03-10 2006-05-31 布罗因联合公司 利用生淀粉生产乙醇的方法
CN100999673A (zh) * 2006-12-30 2007-07-18 孟知云 一种植物废弃物综合利用的方法
CN101314780A (zh) * 2007-05-29 2008-12-03 黄卫东 利用太阳能生产甲烷和电的方法
CN101392019A (zh) * 2008-10-30 2009-03-25 中国科学院新疆生态与地理研究所 沙冬青叶片抗冻蛋白的提取分离方法
US20120085026A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Morris David W Expandible aeroponic grow system
US20120308989A1 (en) * 2009-06-02 2012-12-06 Prometheus Technologies, Llc Conversion of aquatic plants to liquid methane, and associated systems and methods

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1782764A1 (de) * 1967-02-28 1972-08-03 Karl Oepen Vorrichtung zur Beschickung einer Pflanzenwachstumsanlage mit Saatgut
FR2529917A1 (fr) 1982-07-06 1984-01-13 Saint Gobain Isover Procede et dispositif pour la formation de feutre de fibres contenant un produit additionnel
DE3817289A1 (de) * 1988-05-20 1989-11-30 Brehm International Marketing Einrichtung zum fuettern von vieh
WO1996015661A1 (en) * 1994-11-24 1996-05-30 Zero Grass (Nz) Limited Biomass production
US7059083B2 (en) * 2003-02-12 2006-06-13 Gp Cellulose, Llc Seedbed for growing vegetation
AU2003252206A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-21 Peter Charles Glass A Method and Apparatus for Hydroponically Growing Fodder or Rootlet Mat Crop
US8074604B2 (en) * 2003-11-17 2011-12-13 The Andersons, Inc. Agglomerated animal litter and manufacturing process for the same
US20090215141A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 David Tessel Biofuel generating system
US8809026B2 (en) * 2011-12-27 2014-08-19 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Processes for producing lipids

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3300896A (en) * 1965-05-10 1967-01-31 Res Engineering Co Hydroponic growth of plants
US3425158A (en) * 1967-01-26 1969-02-04 Leslie B Kyle Culture belt for a hydroponic system
CN1780560A (zh) * 2003-03-10 2006-05-31 布罗因联合公司 利用生淀粉生产乙醇的方法
CN100999673A (zh) * 2006-12-30 2007-07-18 孟知云 一种植物废弃物综合利用的方法
CN101314780A (zh) * 2007-05-29 2008-12-03 黄卫东 利用太阳能生产甲烷和电的方法
CN101392019A (zh) * 2008-10-30 2009-03-25 中国科学院新疆生态与地理研究所 沙冬青叶片抗冻蛋白的提取分离方法
US20120308989A1 (en) * 2009-06-02 2012-12-06 Prometheus Technologies, Llc Conversion of aquatic plants to liquid methane, and associated systems and methods
US20120085026A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Morris David W Expandible aeroponic grow system

Also Published As

Publication number Publication date
EP3416475B1 (en) 2023-11-01
US11291161B2 (en) 2022-04-05
CN109068601B (zh) 2021-08-24
US20200281132A1 (en) 2020-09-10
WO2017141178A1 (en) 2017-08-24
EP3416475A1 (en) 2018-12-26
ES2968018T3 (es) 2024-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109068601A (zh) 用于种植植物的系统和方法
US20120308989A1 (en) Conversion of aquatic plants to liquid methane, and associated systems and methods
AU724420B2 (en) Pipeline utilization enhancement including carbon dioxide gas transmission, distribution, and delivery technique
CN102223942B (zh) 用于处理支持光合作用的废气,特别是co2的方法和设备
US20130183705A1 (en) Conversion of algae to liquid methane, and associated systems and methods
TW200918747A (en) Integrated multiple fuel renewable energy system
CN107205345A (zh) 绿色室内培养
CN103194377B (zh) 沼气工程产物与农业种植相结合的综合利用系统
CN103430795A (zh) 设施农业热泵系统
EP4043089A1 (en) Method and system for capturing and sequestering biogenic carbon dioxide
Jha et al. Clean energy technologies for sustainable food security
JP2003269113A (ja) 複合エネルギーシステム
US9187724B1 (en) Method to optimize the utilization of captured carbon dioxide through the cultivation and processing of microalgae
JPH11235130A (ja) 植物栽培装置
Umeda et al. A cooling and CO2 enrichment system for greenhouse production using CO2 clathrate hydrate
Zeidler et al. From Bioregenerative Life Support Systems for Space to Vertical Farming on Earth–The 100% Spin-off
JP2020089248A (ja) 表面由来エネルギーの長期保存を勘案しての発電
WO2020097724A1 (en) Portable cultivation system utilizing cogeneration to derive heat and power from low-producing or shut-in natural gas wells
Rani et al. Sustainable Renewable Energy Sources for Food and Dairy Processing
Popa et al. Methods of collecting air humidity for the purpose of valorization for crop irrigation
Cibulka et al. Vegetable Production in Isolated Arctic Settlements
Ghosal et al. Studies on use of renewable energy gadgets for enhancing livelihood of farm women
Mohammad Water desalination, purification, irrigation, and wastewater treatment
Chambers The design and development of heat extraction technologies for the utilisation of compost thermal energy
Wu et al. The application of water hyacinth biochar as the soil conditioner for vegetable planting in greenhouses with direct air capture CO2 enrichment: a comparative study

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant