CN110520510A - 用于改善生物燃料、加热介质和燃烧材料的温室气体减排效能和/或用于使农业区富集含碳腐殖质的方法和系统 - Google Patents

用于改善生物燃料、加热介质和燃烧材料的温室气体减排效能和/或用于使农业区富集含碳腐殖质的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及由生物质生产温室气体减排的燃料、加热介质和燃烧材料，以及涉及通过确保或改善其腐殖质含量确保或改善农业区和林区的质量。

Description

用于改善生物燃料、加热介质和燃烧材料的温室气体减排效 能和/或用于使农业区富集含碳腐殖质的方法和系统
1.技术领域
本发明涉及由生物质生产温室气体(GHG)减排的燃料、加热介质和燃烧材料，以及涉及通过确保或改善其腐殖质含量确保或改善农业区和林区的质量。
2.背景
运输是我们的社会和经济的基础。流动性是欧洲内部市场的命脉，它塑造了享受其旅行自由的居民的生活质量。有效的流动性也是经济繁荣的先决条件。没有运输就是没有选择，自由旅行、货物运输和贸易是并将持续是人民的基本需求。然而，鉴于有限的资源，并且鉴于运输引起的温室气体排放(GHG排放)，呼吁社会、政治家和流动行业的参与者以新的方式满足居民的旅行需求和我们经济的货运交通需求。
早在1988年，前NASA科学家James Hansen博士就是第一个描述温室气体效应的人，对此提出警告并且受到很少的关注。今天，差不多30年之后，在2016年3月发布的一项研究中，他和他的团队警告，已经拟定的气候模型没有恰当地反映而是轻视了全球变暖和气候变化的速度。即使全球变暖‘仅’2℃，海平面即将升高几米也将危及整个地区和国家的生存。
与此同时，石油在未来几十年将变得更加稀缺，而且越来越多地来自不确定的来源。从长远来看，世界掌握的向非化石能源的过渡越不成功，油价的上涨将越高。如果我们不管控这种对石油的依赖，它可能会对旅行和货物运输有巨大影响，对价格稳定、贸易、就业且因此对我们的经济安全和社会和平造成严重后果。
2015年12月在巴黎，多个国家的国际社会决定将地球大气平均温度较工业化前水平的升高限制在2℃以下，且因此限制气候变化。为了实现这一全球性政治目标，欧盟必须在2050年之前将欧洲温室气体排放量相较于1990年的水平减少80％至95％。政治家尚未决定最终是否将必须达到80％或95％的目标值。
根据德国联邦环境署(the German Federal Environment Agency)的统计数据，1990年德国在欧洲温室气体排放中的份额为约12.51亿吨CO2当量，使得2050年德国的排放目标最多为0.63-2.5亿吨CO2当量。德国政府在其2010年的能源设想中也证实了这个目标。其于2014年在联邦政府的“Klimaschutz 2020[气候保护2020]”行动计划中得到了重申，并于2016年在“Klimaschutzplan 2050[气候保护计划2050]”中制定，并采取措施予以支持。作为中期排放目标，德国政策计划规定2020年残余温室气体排放量最多为7.51亿吨(与1990年的水平相比下降40％)，2030年减少最多5.63亿吨(下降55％)，并且2040年，温室气体排放减少到最多3.75亿吨(下降70％)。
到2010年，德国的温室气体排放已从1990年的12.51亿吨二氧化碳当量减少到2010年的9.41亿吨二氧化碳当量(-25％)，2015年其总计仅9.02亿吨二氧化碳当量(-28％)。然而，2016年，它又已经达到了9.06亿吨二氧化碳当量(-27.6％)。如果要在2020年达到第一个中期目标，那么到2020年的剩余的4年中的每年中，温室气体排放必须减少3875万吨二氧化碳当量(每年降低3.1个百分点/与1990年相比)，并且之后每年减少1880万吨二氧化碳当量/年(每年降低1.5个百分点/与1990年相比)。已经可以预见的是，到目前为止采取的措施将不足以实现该温室气体减排效能目标。
在运输部门中，由于缺乏替代物，减少温室气体排放特别困难和因此特别昂贵，与1990年的水平相比，到2050年减排应达到至少60％。根据德国联邦环境署的统计，该统计舍弃温室气体排放所在的其它部门产生的温室气体排放，且因此不适用IPCC(政府间气候变化专门委员会，Intergovernmental Panel on Climate Change)和UNFCCC(联合国气候变化框架公约，United Nations Framework Convention on Climate Change)开发的生命周期分析(LCA)方法，1990年德国交通占德国温室气体排放的份额为约1.64亿吨二氧化碳当量，其相当于温室气体排放总量的13.1％。到2010年，温室气体排放水平已降至1.54亿吨二氧化碳当量，其低于总体发展，但交通的份额已上升至总排放量的16.4％。到2015年，来自德国交通的温室气体排放的绝对值和相对值均增加，即至1.61亿吨二氧化碳当量，并且份额为德国温室气体排放总量的17.8％。尽管德国温室气体排放总量在1990年至2015年的25年中下降了28％，但是在此期间来自德国交通的温室气体排放仅下降了300万吨二氧化碳当量，或下降了1.8％，从1.64亿吨二氧化碳当量下降到1.61亿吨二氧化碳当量。这表明在运输部门实现温室气体减排是多么困难。
但是，德国联邦环境署于2016年6月委托进行的“Klimaschutzbeitrag desVerkehrs bis 2050[到2050年运输对气候保护的贡献]”的研究提出设定德国运输(不包括国际运输)的温室气体减排目标，与1990年相比，2020年为15％-20％，2030年为25％-40％，2040年为43％-70％，2050年为60％-98％。来自运输的温室气体排放不包括来自上游生产链的温室气体排放，因此在2020年将仅使之达到1.31-1.39亿吨二氧化碳当量(与2005年相比-10％至-15％)，2030年仅为0.98-1.23亿吨二氧化碳当量(与2005年相比-20％至-36％)，2040年仅为0.49-0.93亿吨二氧化碳当量(与2005年相比-40％至-68％)，2050年仅为300-6600万吨二氧化碳当量(与2005年相比-57％至-98％)。
根据这项研究，来自运输的温室气体排放应主要通过减少能源消耗减少，即与2005年的能源消耗相比到2020年减少12-16％，与2005年相比到2030年减少21-31％，到2040年减少31-45％，和到2050年减少40-60％。这意味着到2020年燃料将几乎没有温室气体减排潜力，因为燃料消耗为12％-16％，其甚至高于10％-15％的温室气体减排目标。到2030年，将通过减少燃料消耗实现86％至105％的温室气体减排效能，并通过与能源部门相关的特定温室气体减排实现14％至-5％的温室气体减排效能(21％至31％的燃料消耗减少负责20％至36％的温室气体减少的约105％至86％)。到2040年，66％-78％的温室气体减排效能仍应通过降低燃料消耗来实现，并且只有34％-22％通过与能源单位相关的特定温室气体减排实现(31％-45％的燃料消耗减少负责40％-68％的温室气体减少的约78％-66％)。并且在2050年，61％-70％的温室气体减排效能将通过降低燃料消耗实现，并且仅39％至30％通过与能源单位相关的特定温室气体减排实现(40％至60％的燃料消耗减少负责57％-98％的温室气体减少的约70％至61％)。该研究旨在主要通过由可再生电流生产液体和气体燃料(电力到液体PtL和电力到气体PtG)实现温室气体减排效能，与电力生产相关的温室气体排放归因于能源部门而非运输-可以说，是以欺骗性包装的形式。
研究“Klimaschutzbeitrag des Verkehrs bis 2050”于2016年6月进行，并且是德国运输专家制定的作为德国政府目前正在开发的流动性和燃料战略(the Mobility andFuel Strategy，MFS)的一部分的最新研究，该研究表明，生物燃料对减少温室气体排放的贡献估计很低。因此，该计划中仅使用仅为300PJ/a(83333 GWhHi/a)的生物燃料总量，该研究未考虑的其在上游链中的生产在2050年将仍引起1000万吨二氧化碳当量的温室气体排放，相当于120g CO2/kWhHi。
到目前为止，公路运输占来自所有德国运输(空运、水运、铁路和公路运输，不包括德国在国际海运中的份额)的温室气体排放的最大份额，为约94％-96％。在1990年，其在德国温室气体排放中的份额总计达约1.54亿吨二氧化碳当量(12.3％)，在2010年达约1.48亿吨二氧化碳当量(15.7％)，和在2015年达约1.55亿吨二氧化碳当量(17.1％)。因此，德国交通的相对排放量从1990年的13.1％上升到2015年的17.8％的事实主要归咎于道路交通。
来自德国联邦环境署的这些温室气体值仍然很低，为约20％，因为如上所述，它们不是基于生命周期分析方法(LCA)，其也称为油井到油箱分析，并且包括来自整个燃料生产路径的温室气体排放。仅考虑在油箱到车轮分析中确定的直接燃烧相关(化学计量的)温室气体排放。此外，来自车辆登记的不切实际的消耗值(关键词：新欧洲驾驶循环(NEDC))和没有所谓的“真实驾驶”值被用于国家气候报告。为了在国家气候报告框架内实现与实际国家燃料消耗相对应的可靠温室气体排放，必须进行大量的纠正计算。因此，燃料生产引起的温室气体排放并不比用作燃料的电力生产中引起的温室气体排放被更多地包括在运输的温室气体平衡中。在国家气候报告中，这些温室气体排放分配给其他部门。这意味着影响来自运输中使用的电力和燃料的温室气体排放的气候保护措施的影响仅具有有限的意义。
柴油机排气丑闻尤其证明了在试验台上确定的排放值与实际驾驶操作期间发生的RDE(实际驾驶排放)几乎没有关系的事实。即使在发动机控制程序得到改进之后，氮氧化物(NOx)的RDE(实际驾驶排放)也超过了根据NEDC确定的试验台值3-5倍。与适用的环境法规相反，这种公然违规被至少一家世界领先的汽车制造商和德国联邦汽车运输管理局(theGerman Federal Motor Transport Authority，Kraftfahrt-Bundesamt)归类为允许的，这表明汽车行业遵守欧洲法规规定的排放值是多么困难。
在下文中，根据生命周期分析(LCA)和在实际驾驶模式中确定的德国道路交通中使用的燃料包括电力的调整后的LCA-温室气体排放(在2015年约636000GWh或约2290PJ)将因此被考虑，其不指向2015年1.55亿吨二氧化碳当量的温室气体排放量，而是指向约1.86亿吨二氧化碳当量的温室气体排放量。
尽管有相当大的技术进步，但欧洲运输系统并没有从根本上改变。其是不可持续的。尽管运输已经变得更加节能，但在欧盟仍然约95％依赖于石油和石油基燃料。运输也变得更加环保，但交通的增加已经不仅仅是抵消了这种积极的发展。因此，欧盟和世界其他地区都需要新的推进技术、新燃料和更好的交通管理，以减少温室气体、氮氧化物、细颗粒物和噪音的运输排放。新技术的延迟和犹豫不决的引进不应该以第一年的缺失效应衡量，而应以大得多的目标年2020年或2030年或2040年或2050年的缺失效应衡量。
因此，挑战是消除运输对石油的依赖性，而不牺牲其效率和降低流动性。同时，必须可持续地使用现有资源，以提供高质量的流动性选择。在实践中，运输必须消耗更环保的非化石能源，更好地利用现代基础设施，和减少其对环境和重要自然资产，如水、土地和生态系统的负面影响。
因此必须重新发明汽车及其使用。我们必须毫不犹豫地行动。我们今天做出的决定对于2050年的运输至关重要。到2020年、2030年和2040年，必须达成雄心勃勃的中期目标，以确保我们朝着正确的方向前进。这包括开发和引入可持续的和环保的燃料和推进系统。目前，我们仍然依赖于石油基化石燃料，即汽油和柴油，但未来属于具有高和非常高的减排效能的先进的替代燃料。然而，根据最新的欧盟指令，由食品或饲料生产的生物燃料不是先进燃料，因为它们不符合可持续性原则的道德组成部分。
因此，欧洲理事会、欧盟委员会、欧洲议会和成员国为他们自己设定了减少当前来自运输部门的温室气体排放的目标(见2015年9月9日欧洲议会和理事会的2015/1513号指令)。到2020年12月31日，化石燃料供应商必须将其每单位能源的生命周期温室气体排放(LCA-GHG排放)减少至少6％。此外，将促进对新的先进生物燃料的研究和开发，这将实现温室气体排放的大量节约，并且将不与用于食品和饲料生产的农业用地直接竞争。
欧盟(理事会、委员会、议会、成员国)认为，与目前的消费量相比，到2020年实现显著更高的先进燃料的消费是可取的，因为它们将在减少来自运输的二氧化碳排放和在开发低二氧化碳排放运输技术方面发挥重要作用，特别是在2020年之后。特别是，应优选生物原料，该原料对除生物燃料生产以外的用途不具有高的经济价值，并且该原料具有高温室气体减排效能。在这种情况下，垃圾和残留物质作为用于燃料生产的潜在原料而特别重要。于2015年9月公布的这些欧盟目标因此与德国联邦环境署于2016年6月公布的德国研究“Klimaschutzbeitrag des Verkehrs bis 2050”的更新目标相矛盾。
由于由垃圾和残留物质生产的燃料的温室气体减排效能特别高，因此例如欧盟将这些燃料的能源含量的两倍计入成员国要实现的各自国家目标，即到2020年12月31日实现占运输部门中消耗的燃料总量的至少10％的生物燃料份额。因此，所有努力的主要目标是减少目前的温室气体排放。这经常被遗忘，例如在考虑和评估能效的子目标时。
地球大气中含有一定比例的温室气体(GHG)，包括水蒸气、二氧化碳(CO2，也简称二氧化碳)、甲烷(CH4)和笑气(一氧化二氮N2O，也简称氮氧化物)。地球大气中含有的温室气体的量及其变化以数百万或数十亿吨衡量。根据2015年4月20日欧盟理事会的新的欧盟指令2015/652，笑气比二氧化碳对环境的更有害，是约298倍，而甲烷对环境更有害，是约25倍。在这种情况下，环境危害等同于温室气体对地球大气的升温效应。
为了使各种环境影响标准化，专家们使用温室气体，即二氧化碳的环境影响作为参考值。地球大气中各种温室气体的绝对总水平及其变化以百万或十亿吨二氧化碳当量(CO2当量)相应地进行测量和报告。测量相对CO2水平并表示为相对份额值“百万分率”(ppm)。前工业时代的二氧化碳的相对比例为约300ppm，并且现在为约400ppm。到2100年的进一步增加应限制到550ppm。
其中化石碳(C)与大气氧(O2)氧化产生CO2的每个燃烧过程都增加地球大气中的CO2水平(以百万或十亿吨二氧化碳当量计)。因此，其中化石或大气碳(C)与氢(H)结合以形成甲烷(CH4)的任何厌氧发酵过程-例如在稻田和每头牛的胃中情况是这样的-也增加了地球大气中的二氧化碳当量水平。同样，在施肥期间发生的每种硝化和反硝化过程(在该过程期间形成笑气(N2O))增加了地球大气中的CO2当量水平。这些过程都是化学过程，且因此也是技术过程。
因此，与能量单位相关的和以gCO2当量/MJ或以gCO2当量/kWh测量的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体排放量是技术值。排放到地球大气中的温室气体的该技术值(简称温室气体污染)是否由(化学计量的)燃烧的化学过程产生或根据生命周期分析(LCA)产生并不重要，生命周期分析(LCA)还考虑到化学计量燃烧的上游和可能的下游的过程。LCA考量也被称为油井到车轮分析，其由两个部分，油井到油箱和油箱到车轮组成，其中油箱到车轮部分涵盖发动机中的化学计量燃料燃烧。
在这种情况下，必须区分温室气体排放率的降低和温室气体(GHG)的减少。温室气体排放(率)的减少仅意味着温室气体排放(另外温室气体的电力)减少，另一方面温室气体的减少减少了地球大气中含有的温室气体量的绝对存量。因此，联合国气候变化框架公约和京都议定书机构还根据第13/CMP.1号决定的附件区分减排单位(ERU)和来自温室气体减少或碳减少的贡献(清除单位RMU)。
与联邦环境署的TREMOD模型不同，并且与所有国家和国际环境主管部门(例如政府间气候变化专门委员会(IPCC)、联合国气候变化框架公约(UNFCCC))，政府机构如财政部，和超国家机构如欧盟委员会、欧洲议会和欧洲理事会不同，各种能源的温室气体排放在下文中在其整个发展过程中均被考虑，即基于所谓的生命周期分析(LCA)或油井到车轮(WtW)。
专家采取由生产、分配和使用在整个生产和使用路径上由化石原油生产的(化石)燃料，即汽油(用于奥托发动机的燃料)和柴油(柴油燃料)产生的生命周期温室气体排放作为燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负载的参考值。根据LCA确定的该化石参考的温室气体排放(或温室气体强度、温室气体负载、温室气体平衡)到目前为止为83.8gCO2-当量/MJ，相当于301.7gCO2-当量/kWhHi，符合欧盟指令2009/28/EC。
欧盟理事会的2015年4月20日的用于确定关于汽油和柴油燃料的质量的计算方法的欧盟指令2015/652详细地重新定义了用于计算温室气体强度的方法和相应的标准值。为了避免重复，关于温室气体排放值(温室气体强度)的计算和关于绝对温室气体排放值，特别是还有关于该指令所基于的联合研究中心-EUCAR-CONCAWE(JEC财团)的2013年7月的“油井到油箱报告”(第4版)，参考该欧盟指令。
根据各原料来源的加权平均值，根据LCA检测或确定的化石燃料标准值现在对于奥托发动机的燃料为93.3gCO2当量/MJ(335.9gCO2当量/kWhHi)，对于柴油燃料为95.1gCO2-当量/MJ(342.4gCO2-当量/kWhHi)，对于液化气为73.6gCO2-当量/MJ(2650gCO2-当量/kWhHi)，对于压缩天然气(CNG)为69.3gCO2-当量/MJ(249.5gCO2-的当量/kWhHi)，对于液化天然气(LNG)为74.5gCO2-当量/MJ(268.2gCO2-当量/kWhHi)，对于根据Sabatier生产的压缩合成甲烷(合成甲烷)为3.3gCO2-当量/MJ(11.9gCO2-当量/kWhHi)，对于来自蒸汽重整天然气的压缩氢为104.3gCO2-当量/MJ(3755gCO2-当量/kWhHi)，对于来自用绿色电力运行的电解的压缩氢为9.1gCO2-当量/MJ(32.8gCO2-当量/kWhHi)，对于来自煤的压缩氢为234.4gCO2-当量/MJ(8438gCO2-当量/kWhHi)，对于来自具有二氧化碳捕集的煤的压缩氢为52.7gCO2-当量/MJ(189.7gCO2-当量/kWhHi)和对于用于奥托发动机的燃料或来自使用化石的塑料的柴油燃料为86gCO2-当量/MJ(309.6gCO2-当量/kWhHi)。根据欧盟指令2015/652，所有化石燃料的加权平均值(称为燃料基准值)现在为94.1gCO2-当量/MJ(338.8gCO2-当量/kWhHi)，即比以前多10.3gCO2-当量/MJ(37.1gCO2-当量/kWhHi)。
欧盟委员会规定的该(技术)参考值减少1.00％，相当于LCA-温室气体排放减少3.388gCO2当量/kWhHi。LCA温室气体排放值的这种减少及其每个倍数以及初始值(化石参考值)代表技术值，因为(一般认可的)技术值的减少是技术过程的(技术)结果。因此，术语“温室气体排放节约”，“温室气体减排”和“温室气体减排效能”也描述了技术问题。
Katja Kolimuss的论文：“Carbon offsets 101”，World watch Magazine，vol.20,no.4，华盛顿2007年7月(www.worldwatch.org/node/5134)和未知作者的论文：“Understanding carbon offsets”，Offset Options S:L:,Barcelona,2010(www.offsetoptions.com/faq_carbonoffsets.php)代表主题领域的背景。但即便是这些来源也错误地将温室气体减少与温室气体排放的减少视为等同。虽然温室气体减少实际上导致地球大气中更低的温室气体水平，但温室气体减排只导致温室气体排放率下降；然而，在后一种情况下，进一步发生温室气体排放，使地球大气的温室气体水平继续升高-尽管以较慢的速度。不幸地，这两种观点经常被混淆-即使在技术层面。结果是错误的结论。
对于根据本发明的方法和根据本发明的系统的分类和评估，区分这些技术术语是必要的。在这种情况下，避免的温室气体排放(即排放率的降低)不能等同于二氧化碳约束措施。前者降低了化石碳的排放率，后者如重新造林实际上通过光合作用从地球的大气除去大气碳，尽管不是真正永久性的，但仅在各种树木或木制品的寿命期间(即约20至500年)。然后树木或木制品腐烂，有氧腐烂是一种使用大气氧的化学氧化过程，使得大气碳最终的归宿是回到地球大气中。
对于大量生物燃料和合成燃料及其各种生产方法，欧盟指令2009/28/EC(RED I)报告了它们负载多高的温室气体排放。使用LCA方法测定排放值。指令中列出的生物燃料，还有列出的合成燃料都没有0gCO2-当量/MJ或0gCO2-当量/kWhHi的温室气体排放。使用来自植物或动物废油的生物柴油获得的最佳值为10gCO2-当量/MJ(36gCO2-当量/kWhHi)和使用干粪肥生产沼气获得的最佳值为12gCO2-当量/MJ(43.2gCO2-当量/kWhHi)。由所谓的未来燃料，根据费-托工艺从废木材生产的合成柴油达到4gCO2-当量/MJ(14.4gCO2-当量/kWhHi)，废木材生产的二甲醚和废木材生产的甲醇达到5gCO2-当量/MJ(18gCO2-当量/kWhHi)，由种植木材制备的费-托柴油达到6gCO2-当量/MJ(21.6gCO2-当量/kWhHi)，并且由种植木材生产的DME和由种植木材生产的甲醇达到7gCO2-当量/MJ(25.2gCO2-当量/kWhHi)。由小麦秸秆生产的乙醇(木质素乙醇)仍达到11gCO2当量/MJ(39.6gCO2当量/kWhHi)。
因此，即使用作内燃机中的化石燃料替代物的生物燃料和未来合成燃料本身也不是无温室气体排放或温室气体中和的能源载体；相反，它们可能显著负载了温室气体排放。根据LCA方法，温室气体负载由用于种植，收获，生物质储存、运输，转化为可销售能量载体，能源载体储存、分配和使用中的所有能量或所有能量载体的(间接的)温室气体载荷，以及以N2O、CH4、CO2和其他温室气体形式排放到地球大气中的(直接)温室气体排放的总和造成。
虽然通过使用传统生物燃料大大减少了运输的温室气体负载，甚至通过使用合成燃料更是如此(根据德国联邦农业和食品研究所(the German Federal Institute forAgriculture and Food，FAF)的2015年评估和经验报告，2015年平均减少70％)，实际上迄今为止，欧盟指令2009/28/EC中列出的燃料均未能实现绝对温室气体中和，即温室气体自由(两者均对应于100％的温室气体减排效能)。这意味着在实践中仍然没有可用于内燃机，其温室气体排放为0.0gCO2-当量/MJ或0.0gCO2-当量/kWhHi的燃料，也没有绝对无温室气体的生物燃料。
根据Sabatier，由电网解耦风电和大气CO2产生的合成甲烷(合成甲烷)最接近温室气体中和目标。由德国联邦环境署委托并于2016年6月公布的“Klimaschutzbeitrag desVerkehrs bis 2050”研究得出以下结论(参见第95页和第97页)：“如果燃料由可再生电力或RES电力生产并且二氧化碳通过大气循环，则内燃机可以通过燃料的生命周期实际上以温室气体中和的方式运行”和“如果要在温室气体减少中实现显著减少，则必须使用由可再生电力产生的能量载体”。”显然，相比所谓的PtG和PtL燃料，其他温室气体中性燃料不为本研究的作者，即被认可具有高于平均水平的专门技术的运输专家所知，因为同时由联邦环境署在2016年6月公布的研究得出以下结论(参见第82页)：“进口生物燃料带来了特殊的挑战，因为在国家清单报告[联邦环境署，2014b]中没有考虑到它们，但与电力或电力产生的燃料不同，它们将来也不能以温室气体中性的方式生产”。该声明符合研究中进行的假设，即2050年生物燃料的温室气体排放将仍为120gCO2当量(见上文)。
在他们的评估中，经过认可的运输专家没有考虑到这样的事实，即风能产生的合成甲烷的生产成本尤其非常高，原因是电厂的技术可用性低(在每年的8760小时内，风仅吹2000至3000小时)和相关的电厂成本高以及由于总计仅为40％的低效率(在电解的情况下为70％，在Sabatier工艺中为80％，和在所有其他上游和下游工艺，例如从空气提取二氧化碳和压缩生产的气体的总和的情况下为70％)和相关的每千瓦时气体燃料产生的高能成本(9.2分/kWhel风能/0.4＝23分/kWhHi合成甲烷)。单独的能量成本总计23分/kWhHix8.8kWhHi/升x1.19＝241分/升汽油当量，包括每升汽油当量的增值税。生产工厂的工厂和资本成本、人员成本、天然气网络中的运输成本、气站成本以及能量和增值税在这里根本没有考虑。
此外，经常提到的对不放到电网中的风能的限制(且因此准免费)并不代表解决方案，因为在这种情况下风力涡轮机部分地连接到电网，这意味着由欧盟委员会为不考虑到混合电力的温室气体负载而设定的前提条件-可再生发电厂的电网解耦-不再被满足。此外，电解和合成工厂的技术可用性甚至进一步追溯到仅电力运输网络过载时的时间。即使该份额设定的极高，风力涡轮机竟在25％的时间运行(2000-3000h/a)-即每年500至750小时-资本非常密集的电解和合成工厂每年仍闲置8010至8260小时。因此，风能产生的合成甲烷的计算被使用的电网解耦能量载体(可再生电力)的高成本和/或生产设施的低技术可用性破坏。
根据“Klimaschutzbeitrag des Verkehrs bis 2050”研究，乘用车、轻型商用车和小型卡车的未来优选技术是电池电动车(BEV)和插电式混合动力车(PHEV)(参见第105页)。这些车辆据说在2015年之后越来越多地进入市场，并且宣称在2050年之后将主导注册。此外，还考虑了燃料电池车辆的市场定位。然而，采用液体燃料的内燃机继续主导车辆保有量。燃气汽车(CNG和LPG)也仍是重型卡车和公共汽车的市场定位。从2030年起，通过将化石液体燃料转化为由可再生(RE)资源生产的电转气(PtG)和/或电转液(PtL)燃料将实现低的用于运输的温室气体能量供应(参见第106页)。对于研究的作者，配备内燃机(CNG和LNG)的车辆几乎不值得一提，特别是不是由生物甲烷提供动力的燃气车辆。
在具有高温室气体减排效能的残余材料中，特别是适合燃料生产的那些是可大量获得的那些。秸秆生长是可大量获得的残余材料，其具有高温室气体减排效能。仅在德国，每年就产生约4400万吨，具有约180000GWhHi(650PJ)的(较低)热值Hi，其中约2980万吨是谷物秸秆(小麦秸秆、黑麦秸秆、大麦秸秆，黑小麦秸秆和燕麦秸秆)，约990万吨为油菜秸秆，约400万吨为谷物玉米秸秆。
但是，这种秸秆的生长不能被充分利用。在农业实践中，即使采用“完全”的秸秆清除，仍有大约28％或约1220万吨的湿质量的全国秸秆生长以茬和壳的形式留在田地中，即最多就可以清除72％。这意味着竟然最多3150万吨的秸秆湿物质能使用。由于现在农业专家有共识，即为了维持耕地的腐殖质含量，平均约2/3的秸秆生长必须留在田地中，特别是为了补尝“土壤掠夺者”，如玉米、马铃薯和甜菜等对耕地的影响，在德国必须将不是仅1220万吨，而是约2900万吨的每年秸秆生长留在田地中。这使得可从德国田地清除的秸秆的量从约4400万吨/年减少到约1500万吨/年(作为畜牧业的垫料需要的415万吨/年的量不计入1/3，而是计入2/3中，因为假设这种秸秆以固体粪肥的形式返回田地，且因此有助于维持腐殖质含量)。德国生物质研究中心(the German Biomass Research Center，GBRC)的经过认可的专家甚至量化每年可用于能源目的的秸秆湿质量仅为800-1300万吨，相当于全国秸秆生长的1/5到1/3。
由秸秆生产燃料是这样一种能量目的。假设转化效率为40％，全国秸秆去除量为800-1500万吨，热值为约33000-61000GWhHi(120-220PJ)，可生产约13100-24500GWhHi的燃料量(48-88PJ)。转化效率提高到70％，由德国秸秆生产的燃料的量相应增加到23000-43000GWhHi(83-155PJ)。
从田地去除的干秸秆质量的46％-48％由碳组成。已知谷类植物通过光合作用从大气中所含的二氧化碳(CO2)的获得该碳。因此，植物干物质中含有的碳是大气来源的。当将这种大气碳从地球大气除去(隔离)时，地球的大气就被脱碳。
秸秆在德国主要在收获谷物后留在田地上并且耕作到土壤中以保持土壤的腐殖质含量，在那里其被分解成其组分。秸秆被土壤动物、微生物和真菌以及通过已知的来自堆肥的有氧腐烂的物理化学过程分解，这只不过是溶解的秸秆组分，特别是大气碳与大气氧的放热氧化。两者一起也被称为土壤呼吸，其最终产生(大气)二氧化碳(CO2)和水(H2O)。这种二氧化碳可以描述为大气的，因为其碳含量和其氧含量都是大气来源的。大气二氧化碳从土壤逸出到大气中，产生碳循环。
结合到可耕土壤中的源自秸秆的大气碳的(较小的)部分在土壤呼吸过程中在短时间内不氧化形成CO2，而是作为所谓的活性营养腐殖质的组分以逐渐递减的比例保留在土壤中，持续一段时间(最多几十年)。相比之下，被动永久腐殖质在土壤中保留几个世纪和几千年。
腐殖质是主要包含在田地的表土中的活的和死的有机物质的复杂混合物。这种有机土壤物质(OSS)是异养土壤生物的生命基础。植物来源的杂散材料，如切碎的秸秆，和动物源的秸秆材料，如农场粪肥(液体粪肥、粪肥)在永久性的降解、转化和积累过程中被真菌、大型土壤动物的代表(例如蚯蚓、木虱、蜈蚣)或中型土壤动物的代表(例如enchytrias，弹尾虫(collembolan))转化。已经粉碎的植物和动物遗骸以及土壤动物的排泄物被二级分解者(细菌、真菌)进一步降解。
根据目前的观点，腐殖质由各种类型的相对短链物质(多糖、多肽、脂肪族基团(脂肪)、多芳族木质素片段)组成，其与阳离子、砂和粘土颗粒形成所谓的聚集体。
长期的永久性实验已经显示，腐殖质含量对土壤的化学、物理和生物性质具有积极影响。当比较显示各种特征变化的上限和下限的两个极端变型时，有机土壤物质(OSS)的含量从明显缺乏增加到正常可耕种的可能性的上限。对储存密度、孔体积和聚集体稳定性具有显著的积极影响，且因此有显著改善的水渗透、储水能力和可用田地容量。此外，土壤生命被强化，蚯蚓密度和微生物生物质显著增加。这也增加了土壤的营养物(N、P、S)含量、微量元素的比例和阳离子交换能力。可转化有机物质的供应导致营养物质的释放增加，特别是轻质土壤受益于此，其生产能力平均增加10％-33％，最大增加约125％。
因此专家得出的结论是，土壤有机质的供应水平或土壤的腐殖质含量可以被认为是土壤质量的优良特征，因为广泛的重要土壤肥力性质直接或间接地取决于它们。因此，腐殖质含量和土壤肥力或多或少等同。
土壤的腐殖质储量简单地分为不同(生物)化学稳定性和寿命的两个部分，即营养腐殖质的活跃和不稳定部分以及永久腐殖质的被动和稳定部分。土壤腐殖质储量的较大部分已经形成于自上次冰河时代以来一直在进行的土壤形成过程中。它在化学上非常稳定，且因此也称为永久腐殖质。来自所供应的有机物质的降解产物与土壤的粘土和细泥颗粒形成牢固的结合，使得长期防止该OSS的进一步降解。因此，永久腐殖质的特征在于数百至数千年的保留时间。这种很大程度上稳定的腐殖质部分包含轻质土壤中整个腐殖质储量的约20％-50％，并且在重质土壤中的最高达80％以上。
以收获残留物和根残留物以及农场粪肥(液体粪肥、粪肥)的形式提供的有机物质属于所谓的活性营养物腐殖质，即不稳定的、部分地高度不稳定的腐殖质部分。这种营养物腐殖质经受永久生化转化过程的影响，这种过程或多或少地快速进行。
在掺入土壤之后，新添加的有机物质的生物化学上非常容易降解的组分首先被土壤生物(动物、微生物、真菌)用作基于短期-通常在几个月内-的食物和能量来源，然后消耗成二氧化碳。这些材料特别包括具有密切C/N关系的那些，例如绿肥。更难以降解有机物质，如具有宽C/N比和高木质素含量的收获残留物和根残留物，如C/N比为70/1至100/1(平均为86/1)的秸秆，以及土壤生物的残留物和代谢物最初在土壤中积累到一定程度，直到它们在几十年后最终降解。最终，所有未经永久化学稳定化的添加的有机物质都会在25-30年内完全降解。
分解的有机物质最终作为(渗流)水释放到土壤中并作为二氧化碳释放到大气中。植物和动物材料(尤其是功能性元素，即钾和钠)引入的营养物主要在引入土壤后的第一年中已经释放，因为它们不构成植物细胞结构。有机结合的基本营养物，即氮、磷和硫以及一些微量元素，仅在中期内大量释放，然后可用于植物生长。这种化学构建材料的释放称为矿化。
取决于各自的环境和现场条件，在土壤的腐殖质部分中或多或少地发生快速降解、转化和积累过程。例如，腐殖质组成由收获残留物和根残留物的类型和数量、由死的土壤动物和微生物的数量和由有机肥料确定，这些也被称为主要有机物质(OPS)。这些OPS在土壤中保留多久取决于OSS的降解强度或抗降解性。
当前的腐殖质含量(＝向表层土壤供应的有机物质的水平)可以被视为OSS供应和降解之间的开放流动平衡。为了保持一定的腐殖质水平，必须通过添加新形成的收获残留物和根残留物和/或新的有机肥料连续地或每年更换通过矿化溶解的有机物质。只有那时腐殖质平衡才平衡。
一方面，OSS的转化因此取决于降解中所涉及的生物的生存条件(天气条件、土壤性质)，并且另一方面取决于待分解的基质的性质(稠度、C/N比、稳定程度和稳定类型)。OSS稳定程度又取决于特定地点的土壤特性和OSS的性质。一些形式的OSS稳定化与来自粘土部分(粘土矿物、氧化铁)的矿物相互作用。在该过程中，形成所谓的粘土-腐殖质缔合物。这些化合物很稳定，使得它们很大程度地保护植物的大气碳免受微生物的氧化和免受其他化学反应。
此外，腐殖质还被用作营养物，特别是氮、硫和磷的储库和转化物；逐渐释放这些营养物实现营养物的利用的改善。腐殖质也用作缓冲剂和过滤剂，因为它可以固定有毒物质并使它们部分解毒。
腐殖质主要由有机碳、有机氧、有机氢、有机氮、有机磷和有机硫组成。这些元素还以无机化合物形式存在于土壤中。有机和无机组分之间的分析分离仅对于碳是可能的。为此，有机碳含量被用作土壤腐殖质含量的标尺。
腐殖质干物质由30％-70％(加权平均值58％)的有机碳组成，因此由30％-70％(加权平均值58％)的大气碳组成。根据这种质量分数，碳是土壤有机质(OSS)中最重要的组分。
最上面的土壤层(表层土壤)的腐殖质含量和相关碳含量在耕地中为1％-4％腐殖质(腐殖质的平均C含量为58％，即0.58％-2.32％腐殖质-C有机)，在林区为2％-8％的腐殖质(1.16％-4.64％腐殖质-C有机)和在草原中为4％-15％(2.32％-8.7％腐殖质-C有机)。根据德国联邦地球科学和自然资源研究所(the German Federal Institute for Geosciencesand Natural Resources，FGR)的土壤工作组的土壤测绘指南KA-2005，最上面的土壤层的腐殖质和C含量分为7个等级。
就时间而言，OSS的降解以及因此碳的降解根据底物递减地发生：当应用泥炭和木材时，在1年后第一C剂量的75％倾向于仍存在于土壤中，在2年后65％，3年后60％。绿肥短得多：1年后仅15％仍存在，2年后仅10％，3年后仅5％。在耕作到土壤中的原生秸秆中，1年后仅剩35％，2年后25％，3年后15％。在25-30年后，除了最终降解产物，即水(H2O)和二氧化碳(CO2)之外，通常在土壤中没有留下OSS剂量，甚至在该时间之后水(H2O)和二氧化碳(CO2)通常经渗透离开或蒸发。
OSS的降解速率尤其由C/N比确定，这对于由于土壤生物比例为20的绿肥、已经进一步沉淀的比例为70-100(平均为86)的秸秆以及比例极其宽最高达300的泥炭/木材来说几乎是理想的。在将生物质供应到土壤中之后，除了被土壤生物利用之外，还开始有氧物理化学腐烂过程。如在堆肥中，该过程在放热氧化过程中减少部分生物质。这意味着新供应的生物质的(高度不稳定的)部分在几周和几个月内分解。只有供应的生物质的未腐烂的剩余物进入营养物腐殖质的不稳定池，持续更长的时间段(1-30年)。因此，对于每种基质存在特定的腐殖化因子，即所谓的腐殖质当量HEQ，其以千克腐殖质当量/吨基质测量，其中对于湿物质和各自的干物质二者均存在HEQ。随着有机物质的大量应用，HEQ因子往往比使用低进料量更低，因为高剂量情况下的降解率较高。
对于湿物质含量为86％的秸秆，给出了41-83kg HEQ/吨秸秆-WM的腐殖化值(平均62HEQ/吨秸秆-WM)，和对于秸秆干物质，48-97kg HEQ/吨秸秆干物质(平均72HEQ/吨秸秆-DS)，即在秸秆掺入期间土壤中发生相对低的腐殖质效应。当应用来自牛粪和猪粪发酵的液体发酵残留物的相当坚硬的相时(该坚硬的相的DS含量为25％-35％)，HEQ值确定为24-46kg HEQ/吨WM和95-133kg HEQ/吨DS。为了确定腐殖质的碳含量，这些HEQ值必须除以平均因子1.724或乘以58％的平均百分数，其中应注意的是，取决于位置的碳含量范围为30％-70％，其对应于HEQ因子3.3-1.4。
考虑到整个范围，在其41-83千克HEQ/吨秸秆-WM的情况下，秸秆向土壤中输送仅约12-58千克C有机/吨秸秆-WM(平均35千克C有机/吨秸秆-WM)，并且上述发酵残留物的相当坚硬的相仅为7-32kgC有机/吨WM(平均约20kg C有机/吨WM)。由于宽C/N比和产生的耐降解性，秸秆仍然相对好地适合作为腐殖质形成剂，因为与其他有机基质相比其耗费相对长的时间，直到土壤植物群和土壤动物群已经完全将其分解为止。
主要结合在碳水化合物中且因此未被化学稳定化的碳被土壤生物利用以产生能量。氮和其他营养物和微量营养物利用它们来构建基质。能量利用的最终产物(二氧化碳和水)通过蒸发和渗漏(见上文)离开田地表层土壤，而(有机)氮成为微生物生物质的一部分且因此成为腐殖质的一部分。随着碳的降解和氮在微生物生物质中的同时储存，腐殖质(或OSS)的C/N比逐渐缩小到农业土壤中常见的6.6-30.0比例。
通常，高土壤腐殖质含量与高土壤生物活性相关，其具有积极的植物检疫效果并且倾向于减少对植物保护产品的需求。高腐殖质含量通常导致聚集稳定性提高、土壤通气良好、蓄水改善、生根能力提高、土壤侵蚀减少、地表径流更低和有害的土壤压实减少。
在恒定的环境和植被条件下，在中期内在可耕种土壤上实现有机物的输送和降解之间的平衡。随着有机物质的每年恒定供应(例如以持续供应秸秆的形式)，降解速率的相关的增加导致活性营养物腐殖质的进一步积累的逐年减少。累积整体效果显示减小的边界效应。降解速率的增加是由于腐殖质降解是总营养物腐殖质原料的函数的事实。
在约20-30年后，其他条件不变时，累积的腐殖质含量不再增加。各种土壤达到了所谓的流动平衡，其中来自有机施肥的供应与每年通过矿化降解的有机物质的量完全对应。来自应用第一年的有机肥料此时完全降解。这导致新的特定地点的腐殖质水平。因此，有机物质供应水平的增加导致腐殖质供应和土壤腐殖质含量的增加。在其他条件不变的情况下，腐殖质降解也增加，直到在土壤中达到新的、更高的腐殖质流动平衡，即腐殖质供应量再次完全对应于腐殖质降解量。
然而，到目前为止，如果连续使用可耕地，耕种措施对腐殖质且因此对土壤的碳含量已经仅有零点几个百分点的有限的影响。在欧洲，有机碳占农业土壤质量的0.23％-9.45％。对于非常轻质沙质土壤(粘土含量<5％)，欧洲平均值平均为约0.87％C有机，对于轻质沙质土壤(粘土含量5-12％)平均为约1.01％C有机，对于中等重质土壤(粘土含量12-25％)平均为约1.39-1.52％C有机，对于重质土壤(粘土含量25-45％)平均为约1.56％C有机，对于非常重质土壤(粘土含量>45％)平均为约2.01％C有机。因此，随着粘土含量的增加，C有机和腐殖质含量增加。然而，特定的场地条件，例如大降水带(high precipitation)，尤其可导致具有高腐殖质含量的沙质土壤和具有低腐殖质含量的粘质土壤。
尽管其HEQ和碳值相对较低(见上文)，但在谷物收获期间作为农副产品产生的秸秆目前是耕地腐殖质再生的最重要的有机肥料。因此，谷物秸秆不被视为残留物质，甚至不被视为来自耕地使用的垃圾。因此，建议在数年内避免从具有负腐殖质平衡的地区去除秸秆。
为了促进耕作到土壤中的秸秆转化为含C腐殖质，经常在将其掺入可耕土壤期间进行氮(N)的施肥。由于谷物秸秆的70/1至100/1(平均为86/1)的高C/N比，微生物最初不能恰当地处理秸秆，因为它们缺乏以该C/N比构建身体自身的蛋白质所需的成比例的氮。土壤微生物的最佳C/N比为约6-10，其大约在添加氮的情况下产生。
根据交叉遵守(Cross Compliance)(DirektZahlVerpflV 2004)，假定为以每吨秸秆湿物质含有100kg含C腐殖质的秸秆腐殖，这相当于平均腐殖质碳含量为58％(范围：30-70千克C有机)的约58kg C有机/吨秸秆湿物质。根据德国农业试验和研究机构协会(theAssociation of German agricultural testing and research institutes，VDLUFA)的腐殖质平衡，评估秸秆的腐殖质再生能力为每吨秸秆湿物质80-110千克HEQ，当使用全范围时，其对应碳含量为24-77千克C有机/吨秸秆-WM和平均约50千克C有机/吨秸秆-WM。根据巴伐利亚州立农业研究所(the Bavarian State Institute of Agriculture)的规范，该规范基于所谓的腐殖质单位法，巴伐利亚秸秆农场应该假设每吨秸秆湿物质的腐殖质再生能力为70千克HEQ(41千克C有机)。
在下文中，假设对于在田地上具有100％秸秆保留的秸秆，每吨秸秆湿物质的平均腐殖质再生能力为35千克C有机，这等于平均碳含量为58％的约60千克HEQ的腐殖质当量。
秸秆的与能量相关的利用，例如燃烧秸秆的热电联产厂中的秸秆燃烧，意味着它不再可用于土壤腐殖质的再生。在以谷物为基础的作物轮作和假定的腐殖质再生能力为每吨秸秆湿物质60公斤HEQ(35公斤C有机/吨秸秆-WM)的情况下，只有当至少50％的秸秆留在田地中时，才能在勃兰登堡联邦州假设可持续的腐殖质再生能力。在其详细研究“Basisinformation für eine nachhaltige Nutzung von landwirtschaftlichenReststoffen zur Bioenergiebereitstellung-DBFZ-Report Nr.13”(GBFZ-ReportNr.13)(用于提供生物能源的用于可持续利用农业残留物的基本信息-GBRC第13号报告)中，GBRC在2012年使用动态腐殖质单位法确定，为了保持耕地的腐殖质含量，在田地中必须保留平均65％的秸秆生长。这意味着只有35％的全国秸秆生长可用于材料和能量的用途。过去，其约一半(18％)被用作饲养牲畜和马的垫料，因此只有约17％的秸秆生长可有效地用于能量用途。如果假设用作垫料的秸秆以含秸秆粪肥(固体粪肥)的形式完全返回田地(沼气厂中没有固体粪肥的能量利用)，则可用于能量利用的全国秸秆生长的比例增加到35％或增加到1/3。这意味着大约2/3的德国秸秆生长必须留在田地里。
3.现有技术
目前，为了由煤炭、天然气或原油生产减排能量载体，基本上有三个进行二氧化碳回收的技术方向：第一、燃烧后捕获技术；第二、超化学计量燃烧(氧燃料技术)；第三、燃烧前捕获技术。
燃烧后捕获技术主要用于燃烧化石煤以发电的燃煤发电厂，以从其烟气捕获和回收(化石)二氧化碳，以降低燃煤发电厂的二氧化碳排放率和产生的电流的温室气体排放值。已知US2007/0178035A1(White/Allam)，DE102008062497A1(Linde-KCA-Dresden)和DE102009043499A1(Uhde)具有用于从燃烧设备，特别是用化石碳或化石天然气运行的大型发电厂的烟道气中提取化石CO2的技术。提取的化石CO2将送至最终处置地质场所(所谓的CCS工艺，CCS代表碳捕获与储存)。因此，将减少另外的化石二氧化碳对地球大气的进一步和另外的污染，并且在理想情况下完全避免另外的化石二氧化碳对地球大气的进一步和另外的污染。
当应用燃烧后捕获技术时，化石能量载体的现有处置地点(deposal sites)仍然随着提取率或生产率的提高而被开发。将这些化石能量载体转化为可销售的能量载体根本不可持续，只有化石二氧化碳的排放-即排放率-降低。此外，由于技术和经济原因，不可能完全捕获并最终储存化石能量载体燃烧产生的化石CO2。这意味着即使当使用最佳CCS工艺和CCS工厂时，也总会有一定的二氧化碳遗漏，其为二氧化碳体积的2％到85％，因此进一步增加了地球大气中温室气体的存量。
采用到目前为止设计和规划的CCS技术，不能生产既绝对无温室气体排放而且可持续的煤或天然气流，也不能生产温室气体中和燃料，如氢、甲醇、乙醇或合成甲烷、丁烷、辛烷、丙烷或DME，因为CCS工艺仍然使用化石碳。这些过程都不了解大气碳，也不知道它的化学物理稳定化。它们也不了解从生物质转化至由大气碳组成的生物炭/植物煤/生物焦炭的含大气碳残留物的任何碳化。它们当然没有公开在农业土壤中掺入化学和物理稳定化的碳来维持或改善该土壤的腐殖质含量。它们根本没有描述它们的系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另外的相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，达到相应的燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零排放量。
氧燃料方法也是先前已知的，对于氧燃料方法可以引用WO2004/094901A1(Abrams&Culvey)作为实例。WO2004/094901A1教导了固体含碳燃烧材料与纯氧和无氮伴随气体，如氩和二氧化碳的两阶段燃烧，其中燃料气体最初在无氮条件下产生。在超化学计量添加纯氧和氩的情况下，该燃料气体燃烧(氧化)，以产生热并将其转化为锅炉中的蒸汽。使用旋风分离器技术除去来自这种超化学计量燃烧的含有高百分比的二氧化碳并且很大程度上上不含氮氧化物的烟道气的飞灰和灰尘。借助酸性气体洗涤器将得到的废气的气态盐除去，并提供给低温CO2分离设备。得到的纯CO2返回到第一(或第二)燃烧阶段以在较小程度上控制或调节该过程，同时产生的CO2在更大程度上用作工业产品。WO2004/094901A1提到生物质作为燃烧材料，但是指所有含烃的固体燃烧材料，包括原油基旧轮胎和原油基塑料。
WO2004/094901A1正确地指出，烃的任何燃烧产生温室气体，即二氧化碳，但捕获的CO2的唯一用途是作为工业产品。这意味着WO2004/094901A1没有公开任何可以使大气碳化学-物理稳定化的方法或系统。WO2004/094901A1也没有描述大气碳的化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应形成(大气)CO2，无论是作为方法描述，还是作为装置描述。WO2004/094901A1也没有描述任何将转化残留物中仍包含的大气碳碳化为生物炭/植物煤/生物焦炭。WO2004/094901A1当然没有描述将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。WO2004/094901A1也没有教导一种如此从地球大气永久地除去大气碳的方法，也没有教导大气碳的地质隔离方法，也没有教导如此用大气二氧化碳对化石二氧化碳的物质替代，也没有教导由温室气体减排的氢和大气二氧化碳生产温室气体减排的合成甲烷，也没有教导其作为一种或多种化石燃料的替代物的用途。WO2004/094901A1的主题也不适用于此目的，因为WO2004/094901A1既不区分化石和大气碳，也不区分化石和大气二氧化碳-这是本发明和评价本发明的必要基础-WO2004/094901A1的设备也不适合用于确保尽管是生产燃料、加热介质或燃烧材料，但是地球大气中的温室气体总量不进一步增加。WO2004/094901A1也没有教导如何在温室气体排放方面优化生产、分配和使用燃料、加热介质或燃烧材料的整个过程。WO2004/094901A1当然没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料混合物的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的温室气体总量。
所谓的燃烧前捕获工艺和相应的PCC系统也是先前已知的，其在所谓的IGCC(整体煤气化联合循环)发电厂中以亚化学计量转化化石能量载体，例如煤，但也转化再生能量载体，例如将生物质或垃圾，使用气化技术转化为基本上由氢和一氧化碳组成的(燃烧)气体，该气体与水部分氧化。使用合适的催化剂，使一氧化碳(CO)在高压下与水蒸气反应，以形成CO2和氢(H2)。在最高达70巴的压力下，使用已知方法(变压吸附、胺洗涤、低温技术等)之一可以相对容易地从气体混合物吸收反应产物，即CO2。不含CO2的(燃烧)气体在燃气轮机中高效地转化为电能，但其也可用于生产纯氢、甲醇、乙醇或合成甲烷、辛烷、丙烷、丁烷或二甲醚。由于在其使用之前将CO2从(燃烧)气体除去，因此该技术也称为“燃烧前捕获”技术。然而，PCC工艺的副产品仅是CO2，而不是煤或焦炭。与传统的燃煤发电厂相比，IGCC发电厂的温室气体排放值降低了多达15％，使得它们看起来相对清洁，但它们的温室气体减排效能仅为15％，而不是100％。IGCC根本没有实现温室气体负值排放值。
CN102784544(A)(XU等人)是这种燃烧前捕获技术的例子。该公布的专利申请属于“清洁煤发电”领域，描述了用于在使用产生的(燃烧)气体之前CO2的PCC回收的系统。该发明涉及一种基于IGCC的预燃烧CO2捕获系统，其包括耐硫转化设备、MDEA(甲基二乙醇胺)脱硫和脱碳装置，以及硫和碳分离器。如上所述，耐硫转化装置转化为主要由CO2和H2组成的混合气体，以转化合成气中所含的CO，所述转化在转化炉中进行。MDEA脱硫和脱碳装置包括吸收塔和解吸塔。吸收塔用于接收耐硫转化装置中的混合气体并吸收CO2和H2S气体，而解吸塔用于接收CO2和H2S并解吸CO2和H2S。硫和碳分离器包括脱硫清洁器，以接收解吸塔中的CO2和H2S气体。并且，H2S气体被H2S吸收剂吸收，留下CO2气体。该发明的另外的效果是混合气体中的CO2浓度可以增加到35％-45％，这使得CO2的吸收在技术上不那么复杂，且因此更具成本效益。
CN102784544(A)不区分化石和大气碳，也不区分化石和大气CO2-这是本发明和评价本发明的必要基础。CN102784544(A)的PCC技术不生产任何化学和物理稳定化的碳，尤其是没有化学和物理稳定化的大气碳。CN102784544(A)也没有教导转化残留物中仍包含的大气碳的碳化。CN102784544(A)的教导当然不涵盖将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。PCC技术不包括PCC系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
这三种二氧化碳回收技术(燃烧后捕获技术、氧燃料方法、燃烧前捕获工艺)的共同之处在于，首先，化石和大气碳之间或化石和大气二氧化碳之间未做区别，其次，大气碳的化学-物理稳定化方面没有解决。此外，除了生产的能量载体之外，最终仅可获得化石CO2气体，并且没有(或多或少纯的)碳。这样缺乏生产温室气体负性燃料、加热介质或燃烧材料的基本先决条件，而其又是生产具有平衡的温室气体平衡或温室气体排放值为零的由温室气体负性和温室气体正性组分或混合的加热介质或燃烧组成的混合燃料的先决条件。
DE19747324C2(Wolf)描述了一种用于通过热解(CHOREN工艺)从化石和可再生燃烧材料、生物质、垃圾和污水污泥生产燃烧、合成和还原气体的装置。温度高达500℃的碳化气体和碳化产生的残余焦炭在500℃至1200℃下在反应室中转化为燃烧、合成或还原气体，仅留下不再含碳的矿物渣。DE19747324C2既不了解化石和大气碳之间的差异，也不了解化石和大气CO2之间的差异-这是本发明本身和评价本发明的必要基础。因此，DE19747324C2不能指示大气碳，更不用说化学和物理稳定化的大气碳了。这是根本不可能的，因为所提供的原料中包含的所有碳在DE19747324C2中都被转化为气体，并且作为唯一转化残留物的(危险的)炉渣实际不含碳。因此不可能避免(大气)碳与大气氧之间的反应。因此，DE19747324C2不能从地球大气除去CO2，且因此不能使地球大气脱碳。即使仅使用诸如秸秆的生物质，秸秆中包含的大气碳也将返回到地球大气。在没有隔离大气碳的情况下，生产的合成气因此最多实现温室气体中和而未实现温室气体负性，并且只有在排除在燃烧气体或燃料和由合成气生产的加热介质的生产、分配和使用过程中产生进一步的温室气体排放的情况下才实现这一点。在任何情况下，DE19747324C2都不能提供将适合于维持或甚至改善农业土壤或其他土壤的腐殖质含量的生物炭、植物煤或生物焦炭。
此前还已知卡尔斯鲁厄理工学院(the Karlsruhe Institute of Technology)的工艺(http://www.bioliq.de/55.php)，其用于从干生物质生产合成燃料和化学基础产品。工艺包括五个工艺步骤：快速热解、能量致密化、高压气流床气化、气体纯化和燃料合成。最终产品是设计燃料，如合成柴油、合成汽油、合成煤油、通过费-托甲醇或二甲醚合成由合成气生产的合成DME和合成甲醇。除了这些燃料之外，合成气还可用于生产许多用于化学工业的基础物质。工艺的开发人员阐明与其他生物燃料相比和与在CtL工艺中由煤生产的合成产品或GtL工艺中由天然气生产的合成产品相比，由生物质生产的合成燃料的以下优势：化石原料的保护；部分不依赖于能源进口；广泛的原料；没有与用于食品生产的用途或土地相关的竞争；对加强区域农业的贡献；现有基础设施可以不加改变地使用；不必需改变车辆技术；提供许多可能的燃料类型(合成柴油、合成煤油、合成汽油)；为不同的可能的发动机类型定制(“设计燃料”)；不需要改变驾驶习惯(里程)；减少人为的二氧化碳排放。
在快速热解(www.bioliq.de/64.php)中，在双螺杆反应器中在500℃下在几秒钟内将切碎的生物质转化为热碳化气体(热解蒸气)和细焦炭。为了快速加热生物质，使用热载体回路，其中将5-10倍过量的砂与生物质在反应器中混合。通过急冷冷却将热解蒸气冷却至环境温度，从而液化成重油状含水冷凝物(浆液)。剩下的是碳化焦油和可燃性热解气，其基本上由二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物组成，并与砂中含有的部分热解残留物一起燃烧-一种细焦炭。得到的烟道气加热在循环中循环的砂。采用最佳的过程控制，据称仅需要生物质中含有的能量的10％用于快速热解。快速热解的产物是能量压缩的可流动的重油状冷凝物。在能量致密化(www.bioliq.de/66.php)中，将粉末状热解焦炭和热解冷凝物混合以形成称为bioliq-syncrude的悬浮液。在高压气流床气化(www.bioliq.de/67.php)中，在气流床气化器中采用加入热氧使bioliq-syncrude雾化，在1200℃以上转化为无焦油、低甲烷的粗合成气。用于此目的的气化器类型特别适合富含灰分的生物质，如秸秆。反应在压力下进行，压力由随后的合成确定。费-托合成需要高达30巴的过程压力，甲醇或二甲醚合成(DME)需要高达80巴的过程压力。安装在示范项目中的实验气化器设计为5兆瓦(1吨/小时)和40和80巴的两个压力级，且基于鲁奇多用途气化(MPG)的构思。作为副产品，产生的热量和电力覆盖大部分过程能量，且因此有助于所需的高CO2减排效能。KIT开发的高压高温工艺用于气体清洁(www.bioliq.de/69.php)。这些工艺使我们能够预期在随后的商业化事件中通过最佳温度控制或热位移节约能量。在试验工厂的第一扩张阶段，首先在800℃下进行带有陶瓷滤芯的颗粒分离(灰分、焦炭、烟灰)。然后，在约500℃下用天然碱作为吸附剂(NaHCO3、Na2CO3·xH2O)在固定床吸收器中分离酸性气体(HCl、H2S)、碱和重金属。下游催化转化器用于分解有机和含氮物质(HCN、NH3)。在第一扩张阶段，通过常规溶剂洗涤分离CO2；还计划用于工厂的后期开发阶段的热气洗。分离的CO2在用于燃料合成的燃料过程中内部重复使用。燃料合成(www.bioliq.de/73.php)通过二甲醚(DME)作为中间产物分两个阶段进行，对于合成而言，氢与一氧化碳的比例为约1：1是有利的，如通常发生在生物质气化中的。DME合成在约250℃和约55巴的压力下进行。在试验工厂中，DME直接转化为高辛烷值的车用汽油。这里，沸石催化的脱水、低聚和异构化在约350℃的温度和约25巴的压力下进行。基于已知的工艺(MtG甲醇至汽油)，这样获得具有高选择性和汽油质量的燃料。未反应的合成气通过气体再循环系统返回反应器。
在KIT工艺中，应使用来自农业和林业的分散生物残留物，如秸秆和间伐材。根据(www.bioliq.de/212.php)，含有小于15％水的所有类型的干生物质，包括具有高灰分含量的那些，如秸秆，和生长速度快的生物质，如来自短轮伐期种植园的木材，适合作为原料。然而，仅当使用大型工业单位(规模经济)时，“气流床气化-气体纯化-燃料合成”的高度复杂的工艺是经济的。利用所需的生物质体积流量，这些与炼油厂相似的大型工业单位的汇集区(catchment area)非常大。为了节省据称过于昂贵的运输路线，整个过程因此分为较小的分散式预处理，用于生物质的能量密集化，以及用于大型工厂用于进一步处理以分散方式生产的产品(bioliq-syncrude)。为了生产1千克燃料(热值为12.0kWhHi)，需要使用8-10千克生物质(32.7-40.9kWhHi)。这意味着转化效率仅为29％-37％。在该工艺中产生的生物焦炭用于加热快速热解或用作生物合成原油(bio-syncrude)的一部分。该工艺中产生的(大气)二氧化碳用于燃料合成。除了对健康有害并且甚至不能再用于德国道路建设的焦油外，工艺不会产生任何含碳转化残留物，因此工艺不能用于化学和物理稳定化大气碳。这意味着该工艺不能提供生物炭/植物煤或生物焦炭，也不能提供大气二氧化碳。因此，还排除了隔离大气二氧化碳、用大气二氧化碳替代化石二氧化碳以及由大气二氧化碳生产合成燃料如合成甲烷的三种选择。在没有生物炭/植物煤/生物焦炭的情况下，没有稳定化的大气碳可以被隔离。这意味着根据工艺生产的燃料最多可以实现温室气体中和，但不能实现温室气体负性。工艺不能有助于确保或改善(农业或林业)土壤的腐殖质含量。
DE102005045166B4/EP1943463B1(Sehn&Gerber)之前公开了一种用于产生热能的过程和装置，利用该过程和装置将生物质，特别是谷物或类似茎的能量载体连续供应给热解反应器，并且其中将在热解反应器中得到的热解气供应给FLOX燃烧器进行无焰氧化，并且其中来自FLOX燃烧器的废气预热FLOX燃烧器的燃烧空气，来自FLOX燃烧器的废气被应用到热解反应器的外部。将生物质在约500℃下转化为热解气，然后将其送入FLOX燃烧器中。热解过程转化约70％的能量含量的所用生物质或约85％的能量含量的使用的干燃料物质为气体。在热解反应器中作为该方法的副产物生产的生物焦炭被用于能量利用，其中生物焦炭优选用于煤液化工艺，其中它代替化石煤。DE102005045166B4/EP1943463B1不了解化石和大气CO2之间的差异，且没有描述大气碳。DE102005045166B4/EP1943463B1也未使用来自上游第一转化过程的任何转化残留物。此外，它没有揭示仍然包含在转化残留物中的大气碳的任何化学-物理稳定化，以避免与大气氧(大气)反应为CO2，既没有作为过程揭示，也没有作为装置揭示。DE102005045166B4/EP1943463B1当然没有公开将来自上游第一生物质转化的残留物并且被化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE102005045166B4/EP1943463B1根本没有描述这种方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。在该方法中发生的干质损失为85％，非常高，即仅留下15％的生物焦炭和灰分。
专利说明书EP1767658A1(Griffin等人)也是先前已知的。该文献公开了一种由含木质纤维素的原料如秸秆生产生物乙醇的方法(IOGEN工艺)。该公布的专利申请未指明转化残留物的去向。EP767658A1不了解化石和大气CO2之间的差异，且也没有描述大气碳。此外，发酵残留物中仍包含的大气碳的化学-物理稳定化未被描述为一种方法或装置，以避免与大气氧反应形成(大气)CO2。EP1767658A1当然没有揭示将源自上游第一生物质转化的残留物并且被化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤，以维持或改善该土壤的腐殖质含量。EP1767658A1甚至没有描述这种方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和使用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的温室气体零数量。
在US2002/0192774A1(Ahring等人)中描述了用于通过酒精发酵从含木质纤维素的生物质生产生物乙醇的另一种生产生物乙醇的方法。该方法包括8个步骤，即1.)将生物质转化为水悬浮液；2.)加热水悬浮液和/或将来自步骤1的水悬浮液转移至富氧气氛，以使生物质至少部分分离成纤维素、半纤维素和木质素；3.)在步骤2中分离出的纤维素和半纤维素的至少部分水解，目的是产生可通过微生物发酵的含糖悬浮液，并且其适合作为乙醇生产的起始原料；4.)将来自步骤3的可通过微生物发酵的含糖悬浮液酒精发酵成乙醇；5.)从发酵物质分离乙醇，得到含有酒糟的物质，如果返回到该过程中则其将抑制酒精发酵；6.)酒糟的处理，目的是将抑制剂浓度再循环到这样的程度，即将处理过的酒糟再循环到该过程中不损害酒精发酵；7.)将处理过的酒糟或其部分再循环到步骤1至5之一；8.)重复步骤1至7。酒糟的约80％的有机干物质可通过厌氧细菌消化或通过需氧分解(氧化)降解，从而使该过程中产生的垃圾量最小化。在该过程中产生的(大气)二氧化碳被释放到地球大气中。因此，还排除了隔离大气二氧化碳、用大气二氧化碳替代化石二氧化碳以及由大气二氧化碳生产合成燃料如合成甲烷的三种选择。由于也不存在含碳转化残留物，US2002/0192774A1方法不能用于化学和物理稳定化大气碳。这意味着该工艺不能提供生物炭/植物煤或生物焦炭。在没有生物炭/植物煤/生物焦炭的情况下，没有稳定化的大气碳可被隔离。因此，根据该方法生产的木质乙醇最多可以实现温室气体中和，但不能实现温室气体负性。该过程甚至不能有助于确保或改善(用于农业或林业的)土壤的腐殖质含量，因为没有可以由其生产含碳腐殖质、营养物腐殖质或永久腐殖质的材料。
此外，CLARIANT AG(前身为Süd-Chemie GmbH)的方法从(www.clariant.com/de/Innovation/Innovation-Spotlight-Videos/sunliquid)和从(http://www.pflanzenforschung.de/de/journal/journalbeitrage/stroh-ist-nicht-gleich-stroh-interview-mit-dr-markus-ra-10584)获知，其用于借助酶促酒精发酵从植物残留物(谷物秸秆、玉米秸秆、甘蔗渣)生产木质-乙醇。首先将植物残留物粉碎并在不使用化学品的情况下进行热预处理。将其生产整合到该工艺中并且为各种的原料“定制”的酶然后通过酶水解分解包含在原料中的半纤维素和纤维素。产品是C5和C6糖。剩下的是木质素，它不可用于乙醇生产。该木质素被燃烧以产生该工艺中所需的热。C5和C6糖通过发酵微生物转化为乙醇，在该方法步骤之后以这样的方式可获得乙醇，即将乙醇溶解在水悬浮液中。浓缩并纯化乙醇。生产的生物乙醇的温室气体减排效能将达到95％。CLARIANT打算从约4500吨秸秆生产约1000吨木质乙醇。因此，4500吨x4085kWhHi/吨＝18383MWhHi的热值输入面临1000吨x7467kWhHi/吨＝7467MWhHi的热值输出。因此，转化效率仅为7467MWhHi/18383MWhHi＝40.6％，这仅略高于采用KIT的工艺(见上文)。
由于秸秆物质几乎完全转化为糖并且残留的木质素也用于该工艺，因此没有大气碳可用于化学-物理稳定化。这意味着该工艺不能提供生物炭/植物煤或生物焦炭。在没有生物炭/植物煤/生物焦炭的情况下，没有稳定化的大气碳可被隔离。因此，通过该工艺产生的木质乙醇最多可以实现温室气体中和，但不能实现温室气体负性。该方法甚至不能有助于确保或改善(用于农业或林业的)土壤的腐殖质含量，因为没有可以由其产生含碳腐殖质、营养物腐殖质或永久腐殖质的材料。
公开的专利申请DE4332789A1(Eliasson&Killer)也是先前已知的。该文献描述了一种用于储存氢能的方法。氢和二氧化碳的混合物在反应器中转化成甲烷和/或甲醇。优选地，使用来自燃烧化石燃料的发电厂的烟道气的化石二氧化碳。如果需要，产生的甲烷或甲醇可用作车辆、发电厂和加热系统的能量载体。如发明人自己所述，该方法仅适合用于降低温室气体排放率；由于化石二氧化碳的产生，地球大气中的温室气体量仍然增加。该发明不能降低地球大气的温室气体含量，且因此不能引起温室气体负性，这是补偿(正性)温室气体排放的先决条件。DE4332789A1也没有描述任何大气碳的化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应形成(大气)CO2，没有作为方法或装置描述。DE4332789A1当然没有描述将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE4332789A1甚至没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
先前已知的DE102004030717A1(Mayer)公开了一种类似的方法和装置，通过该方法和装置，地热和可再生能量被转化成电能并被送入电网中，其中使用二氧化碳将过剩的电生成的能量转化成烃和醇，并且作为化学能储存在容器中。存储在容器中的能量在电力转化过程中被转化回电能以用于基于需求的控制，而过剩的化学方式储存的能量将合成产生的甲烷供给天然气管道，并且来自转化的电能的过剩部分用于产生用于装填装置(filling device)的氢。DE102004030717A1不区分大气和化石CO2。因此，该发明不能降低地球大气中的温室气体含量，且因此也不能引起温室气体负性，这是补偿(正性)温室气体排放的先决条件。DE102004030717A1也未描述大气碳的任何化学-物理稳定化以避免与大气氧反应形成(大气)CO2，既未作为方法描述，也未作为装置描述。DE102004030717A1当然没有描述将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中，以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE102004030717A1根本没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的(化石)燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
太阳能和氢研究中心(the Center for Solar Energy and Hydrogen Research，CSH)的DE102009018126A1(Stürmer等人)也是先前已知的。该文献教导了一种能量供应系统，其中氢生产设施(电解器)使用来自可再生来源的电(所谓的可再生电或RES电)进行电解，从而将其化学结合在氢能载体中。将该再生氢送入甲烷化反应器中，向其中加入含有CO2的气体，其中该CO2可以是化石CO2和大气CO2。根据先前已知的Sabatier方法合成氢气和CO2以在甲烷化反应器中形成甲烷。公布的专利申请DE102009018126A1主要涉及所产生的能量和能量载体的可再生性质，而不涉及其温室气体减排效能。这两种性质可以很好地分开。此外，DE102009018126A1方法和系统最多可用于生产温室气体中和的能量载体“氢气”，并且仅在使用绝对温室气体中性电和绝对纯大气CO2时。由于DE102009018126A1没有公开大气二氧化碳的隔离，也没有公开用大气二氧化碳替代化石二氧化碳，因此该发明不能降低地球大气中的温室气体含量，且因此也不能引起温室气体负性，这是补偿与化石燃料的生产、分配和使用相关的正性温室气体排放的前提条件。DE102009018126A1也未描述大气碳的任何化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)CO2，既未作为方法描述，也未作为装置描述。DE102009018126A1当然没有描述将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE102009018126A1根本没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
US2010/0272619A1(Frydman和Liu)也是先前已知的。该文献描述了一种复杂的整体系统，该系统主要由气化系统、所谓的水煤气变换(WGS)反应器、气体纯化单元、CO2脱水和压缩单元以及甲烷化单元组成。整个系统的输出是甲烷气体，其取代天然气且因此被US2010/0272619A1称为替代天然气(SNG)。所有含碳物质如煤、石油焦炭、农业垃圾、木质材料、焦油、沥青和焦炭气都用作原料。US2010/0272619A1不区分大气碳和化石碳。将含碳燃料在气化系统中在高压(20bar至85bar)下、高温(700℃至1600℃)下并采用通过蒸汽重整添加纯氧转化为所谓的粗合成气，其基本上由一氧化碳和氢组成。供选择地，含碳燃料的碳化在气化系统中在中等反应温度(150℃至700℃)下进行，其被转化为含碳焦炭灰(炭)和由一氧化碳、氢和氮组成的残余气体。通过碳化产生的焦炭灰可与二氧化碳和水蒸气反应以形成一氧化碳和氢。该产物是粗合成气，其由约85％的一氧化碳和氢以及CH4、HCl、HF、NH3、HCN、COS和H2S组成。将粗合成气送入WGS反应器中，在那里一氧化碳与水反应以形成二氧化碳和氢。将富含氢的粗合成气供应给气体清洁单元。该单元从粗合成气除去不需要的气体组分，如HCL、HF、COS、HCN和H2S。该产物是具有约55％的氢含量、约40％的二氧化碳含量和约3％的一氧化碳含量的纯化的合成气。气体清洁单元可包括CO2分离系统，该系统还从粗合成气以很小的比例(<2％)去除粗合成气中包含的二氧化碳。从粗合成气分离出的二氧化碳被转移到CO2脱水和压缩单元，该脱水和压缩单元将其脱水并压缩。存储或使用脱水和压缩的CO2。它可以通过管道提供给隔离厂(sequestration plant)，例如所谓的EOR工厂，其利用二氧化碳以更好地开采油田(提高石油采收率)或提供给将其储存在含盐水地下水的地质层中的工厂。将纯化的合成气送入甲烷化单元，该单元在放热反应中重整氢和一氧化碳，以形成甲烷(CH4)和水(H2O)。甲烷和水中所含的热通过热交换器传递给水，水被转化为高温蒸汽。由高压蒸汽产生电。甲烷化单元中产生的合成甲烷(合成甲烷)被送入CO2脱水和压缩单元，其将合成甲烷脱水并压缩并将其送入(特殊的)SNG管道以供进一步使用。该管道可用于将合成甲烷运输到气体贮存器或甲烷处理工业工厂。
由于US2010/0272619A1使用煤和原油基物质如石油焦炭、焦油、沥青和焦炭气作为原料，因此化石碳进入地球大气，且因此减少地球大气中的CO2含量根本不可能。US2010/0272619A1阐述了隔离由系统产生的CO2的目的，但不区分化石和大气碳或大气CO2和化石CO2-这是本发明和评价本发明的必要基础。因此，US2010/0272619A1系统最多可以减少额外的化石碳或二氧化碳排放到大气中(即正值温室气体排放率)，而不减少地球大气中的二氧化碳含量。后者将需要负值排放率。为了补偿进入地球大气的正性(化石)二氧化碳排放，负性二氧化碳流量或地球大气中碳水平的绝对降低或从地球大气去除二氧化碳是强制性先决条件。US2010/0272619A1也没有描述大气碳的化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)CO-既没有作为方法描述，也没有作为装置描述。US2010/0272619A1当然没有描述化石CO2到大气CO2的材料替代，也没有描述将化学和物理稳定化的大气碳掺入到农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。US2010/0272619A1根本没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
DE102004054468A1(Lehmann)、US2006/275895A1(Jensen&Jensen)，发明人的DE1020071029700A1/EP2167631A1(Feldmann)和DE102012112898/EP13807989.2(Lüdtke等人)均公开了用于秸秆的厌氧细菌发酵的装置和方法。这些公开的专利申请都不了解化石碳和大气碳之间的差异以及化石二氧化碳和大气二氧化碳之间的差异。这些文献都没有提到大气碳的化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)二氧化碳，既没有作为方法提到，也没有作为装置提到，当然也没有提到可能仍包含在发酵残留物中的大气碳的化学-物理稳定化。这些文献当然没有公开将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。这些文献根本没有描述这样的方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
同样先前已知的是发明人的EP07846568.9(Feldmann)，其公开了一种沼气设备和一种用于从秸秆生产沼气的方法，其中来自厌氧细菌发酵的发酵残留物在脱水后被压入燃料颗粒或燃料团块中。该文献也不了解化石碳和大气碳之间的差异以及化石二氧化碳和大气二氧化碳之间的差异。它也没有提到可能仍然包含在发酵残留物中的大气碳的任何化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)CO2，既没有作为方法提到，也没有作为装置提到。当然，EP07846568.9没有公开将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善这些土壤的腐殖质含量。EP07846568.9根本没有描述这样的方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，所述组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
此外，US2008/153145A1(Harper)是先前已知的。该文献教导了用于处置农场粪肥，特别是将奶牛排泄物转化为乙醇、甲烷、二氧化碳和肥料的方法和系统。US2008/153145A1系统基本上由用于奶牛排泄物的收集漏斗、具有“甲烷出口”的发酵反应器、甲烷干燥和压实单元、甲烷压力罐、蒸馏塔、用于乙醇和CO2的储存罐以及用于生产肥料颗粒的回转窑组成。原料仅是奶牛浆液。将由排泄物、尿液和水组成的奶牛浆液收集在收集贮仓中。当将浆液转移到厌氧工作的发酵反应器时，加入弱酸性溶液作为预处理措施，以加速厌氧发酵的第一步，牛饲料的水解，牛饲料仅被奶牛部分消化并再排泄(包括谷物、谷物全株青贮、干草和豆类)。水解1小时后，加入碱性物质以中和酸化的水解物质。中和后，将水解的浆液加至发酵反应器，同时添加低糖水溶液(0.01％)和“酿酒酵母”种的微生物。据说由这些微生物进行的厌氧发酵产生乙醇和二氧化碳，据说它们仍然溶解在水中。此外，浆液中含有的微生物也产生乙醇、二氧化碳和甲烷。据称这种乙醇和这种二氧化碳仍然溶解在水中。在发酵反应器中形成的甲烷上升并在水线以上形成其气氛。据称纯甲烷通过发酵反应器的出口被供应给甲烷干燥和压缩单元(如果必需则由甲烷真空泵支撑)，然后被供应给压缩气体罐。US2008/153145A1提到甲烷的用途，用于未指定应用的使用、销售和发电。溶解在发酵液的水中的二氧化碳和也溶解在其中的乙醇通过蒸馏塔与水分离并分别泵入CO2压力罐和乙醇罐。US2008/153145A1教导了使用所产生的二氧化碳的用途，如何将其“压”成干冰并将其出售，以及如何使用所产生的乙醇作为燃料。
除了厌氧细菌发酵不产生纯甲烷的事实，但是-如通常已知的-由甲烷、二氧化碳、硫化氢、氢、氮、氨和其他气体组成的气体混合物称为沼气，厌氧细菌发酵-通常也是已知的-不产生乙醇。因此，US2008/153145A1可能无法按预期工作。US2008/153145A1既不区分大气碳和化石碳，也不区分大气CO2和化石CO2。由于使用奶牛浆液，因此只有大气碳返回到地球大气中，并且US2008/153145A1也列出了气体甲烷和二氧化碳的温室气体效应，但没有采取任何措施从地球大气去除这些温室气体或包含的碳。US2008/153145A1的发明人反而遭遇错误的谬论，即这种二氧化碳的销售或将其“压”成干冰或使用甲烷发电从地球大气除去(大气)碳-事实并非如此(见介绍性意见)。因此，US2008/153145A1方法和系统不适合用于减少地球大气中的CO2含量；负性二氧化碳含量或从地球大气去除(大气)二氧化碳是(定量)补偿排放到地球大气中的正性(化石)二氧化碳的必要先决条件。US2008/153145A1也没有描述大气碳的化学-物理稳定化，以避免与大气氧气反应成(大气)CO2，既没有作为方法描述，也没有作为装置描述。US2008/153145A1当然没有描述用大气CO2对化石CO2的材料替代，或将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中，以维持或改善该土壤的腐殖质含量。US2008/153145A1甚至没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
先前还已知的是WO2010/043799A2(Morin)，其描述了用于从地球大气提取二氧化碳的方法和系统。该系统基本上由高温生物质干燥器、碳化反应器、由燃烧室和与其连接的氧化室组成的热化学转化器、气体重整器和用于生产合成碳化合物的设备组成。使用的原料是生物质，生物质由于光合作用代表大气CO2的天然中间储存。将含水量为40％至55％的粉碎的生物质用具有400℃至600℃的热的来自氧化室的低氧废气在高温生物质干燥器中干燥至残余水分含量为10％至15％。在干燥过程后，氧化室的废气(其未更详细说明并占整个工厂废气的多于70％)与从生物质提取的水一起从生物质干燥器释放到大气中。在热解反应器中，使用来自氧化室、温度为400℃至800℃并且由金属氧化物组成的固体床中的额外的氧，将干燥的生物质在700℃至1000℃下转化为碳化气体。在气体重整器中，使来自碳化反应器的碳化气体的材料组成“适应”，即在1200℃至1400℃下，通过氧辅助燃烧碳化气体中所含的物质，即焦油和甲烷。然后，基本上由一氧化碳和水蒸气组成并且可以“适应”的碳化气体通过CO变换反应在该气体重整器中重整为氢和二氧化碳。将这种混合气体供应给使用其生产合成燃料如甲醇或二甲醚的化学工厂。将由生物质(含碳焦炭灰)的碳化产生的碳化残留物与在热化学循环中循环的金属氧化物混合，送入其燃烧所在的燃烧反应器中，同时进料由过程中内部产生的金属氧化物和二氧化碳以及该过程中外部产生的二氧化碳组成的循环流化床材料。碳化残留物燃烧所需的氧来自氧化的金属熔剂床材料，其在燃烧反应器中经历还原反应并在氧化室中经历氧化，并且其在燃烧反应器和氧化反应器之间的回路中连续交换。在碳化残留物燃烧期间在燃烧反应器中产生的CO2被冷却、除尘、脱水，然后分成3部分物流：CO2部分物流1被压缩以便去除，并且在适当的运输之后，储存在含有地下水的土壤层中；将CO2部分物流2加入碳化反应器中以控制或调节其中发生的反应，并将CO2部分物流3送回燃烧反应器中以控制其中发生的反应。将氧供入氧化室以确保高反应性金属流动床材料的氧化。据称，来自氧化室的400℃至600℃的热废气由低空气(当然意味着低氧)废气组成，其被送入生物质干燥器。
原则上，如果真正从地球大气永久地除去二氧化碳，那么大气中的二氧化碳含量才会降低。然而，WO2010/043799A2不是这种情况。除了在含地下水的土壤层(含水层)中储存二氧化碳以环境不可接受的方式污染(酸化)地下水这一事实，如采用压裂方法就是这种情况，这种二氧化碳储存不是永久性的。如WO2010/043799A2本身所阐述的，地下水可在相对短的时间后返回地球表面并再次在那释放溶解在水中的CO2-从而使整个CO2隔离无效。此外，仅将含大气中含碳的二氧化碳转化为能量载体或含碳物质是不够的。大气碳或二氧化碳的转化，例如转化为电能或转化为燃料不从大气去除碳，因为当使用根据WO2010/043799A2生产的能量载体或燃料时，碳与大气氧燃烧，产生二氧化碳-且二氧化碳因此返回到了大气。忽略(碳)使用阶段的CO2排放显示WO2010/043799A2不使用LCA方法进行温室气体分析或确定温室气体量。除了WO2010/043799A2所教导的CO2隔离不是真正永久的事实之外，在使用根据WO2010/043799A2生产的能量载体之后，生物质中仅非常小部分的碳或由其产生的CO2将到达最终处置位置，即由碳化残留物燃烧产生的CO2部分物流1。已经需要这种小型存储来补偿能量输入的温室气体排放，其不能在过程中内部覆盖，包括用于产生所需氧的能量输入。因此，该过程和WO2010/043799A2系统都不是温室气体负性的。
WO2010/043799A2也没有描述大气碳的化学-物理稳定化以避免与大气氧反应以形成(大气)CO2，既没有作为方法描述，也没有作为装置描述。WO2010/043799A2当然没有描述用大气CO2对化石CO2的材料替代，或将化学和物理稳定化的大气碳掺入到农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。WO2010/043799A2根本没有描述其系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
先前还已知的是发明人的DE102010017818.7/EP2536839A1/WO2011101137A1-A8(Feldmann)，其揭示了用于生产作为无温室气体燃料的CBM(压缩生物甲烷)的方法和设备。根据厌氧细菌发酵方法，该发明的方法和设备用于生产温室气体减排的能量载体(压缩的生物甲烷CBM)。它们尤其包括用于分离和回收再生(大气)二氧化碳的模块。分离和回收的大气CO2是a)或者送到地质最终处理位置或b)用作化石CO2的替代物或c)供应到重整设备，在那里它被重整为CH4和/或CH3OH。产生的能量载体用作温室气体减排燃料。来自单阶段或多阶段厌氧细菌发酵的发酵残留物或替代矿物肥料或在分离成偏固体的相和偏液体的相后被加工成肥料或肥料组分。生产的能量载体的温室气体减排效能可以很高，使得它们变成温室气体负性的。生产的可能是温室气体负性的生物甲烷可以与天然气(CNG)混合以形成混合气体，其温室气体排放值通过添加的CNG含量设定。这意味着混合气体可以呈现正值温室气体排放值和负值温室气体排放值。通过混合温室气体负性生物甲烷和温室气体正性CNG也可以生产恰好温室气体中和的混合气体，其温室气体排放值为0.0gCO2-当量/MJ或0.0gCO2-当量/kWhHi。DE102010017818.7/EP2536839A1已经了解并解决了化石CO2和大气CO2之间的差异，但尚未描述大气碳。该公开的专利申请也没有描述仍然包含在发酵残留物中的大气碳的任何化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)CO2，既没有作为方法描述，也没有作为装置描述。DE102010017818.7/EP2536839A1当然没有公开将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE102010017818.7/EP2536839A1根本没有描述这样的方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
先前还已知的是发明人的DE102011051250/EP2724081(Feldmann)，其描述了使用气化设备生产热解气体、使用沼气体设备生产沼气和使用燃烧设备生产烟道气，其中分离设备将大气CO2与这些气体分离。大气二氧化碳被回收，在中间储存后，被传递到地质最终处置位置(隔离)或被传递到工业工厂以替代化石二氧化碳或被传递到工厂用于生产合成燃料，如合成甲烷、甲醇、乙醇、辛烷、丁烷或丙烷。将产生的地球大气库存的绝对温室气体量减少和(化石)燃料消耗产生的温室气体附加量合并以形成总温室气体量，其中根据IPCC(LCA)确定并以技术单位gCO2当量/MJ或gCO2当量/kWhHi测量得到的至少一种生产的燃料的LCA-GHG排放值减少至少5％，优选至少50％，更优选至少85％，特别是100％。
DE102011051250/EP2724081已经了解并解决了化石CO2和大气CO2之间的差异，但尚未描述大气碳。该公开的专利申请也没有描述仍然包含在发酵残留物中的大气碳的任何化学-物理稳定化，以避免与大气氧反应以形成(大气)CO2，没有作为方法描述，或没有作为装置描述。当然，DE102011051250/EP2724081没有公开将化学和物理稳定化的大气碳掺入农业土壤中以维持或改善该土壤的腐殖质含量。DE102011051250/EP2724081甚至没有描述这样的方法或系统与燃料、加热介质或燃烧材料生产和利用系统的组合，该组合将根据LCA确定的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体正值温室气体排放量与也根据LCA方法确定的另一相容燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负值排放量相结合，以形成相应燃料、加热介质或燃烧材料混合物的平衡的零数量。
因此，没有用于将生物质转化为可销售的燃料、加热介质或燃烧材料的方法或系统，这些方法或系统由它们使转化残留物中仍包含的大气碳化学和物理稳定化且因此防止与大气氧反应的事实获得其温室气体减少效能-从而降低所生产的能量载体的温室气体排放值。当然没有用于生产燃料、加热介质或燃烧材料的方法和系统，由于大气碳的稳定化其温室气体减排效能太高使得地球大气中温室气体的量(温室气体水平)降低。此外，生物能量载体生产与大气碳稳定化和大气碳隔离的组合是未知的。此外，没有使用化学和物理稳定化的碳维持或改善农业或林业土壤的质量的用于燃料、加热介质或燃烧材料生产的方法或系统。
4.问题
因此，本发明的目的是提供一种改善用于生产燃料、加热介质或燃烧材料的现有方法和系统的温室气体减排效能，特别是以这样的方式改善现有方法和系统的温室气体减排效能的方法和系统，即所生产的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体排放值变为负值-即尽管使用所生产的能量载体，但地球大气中的温室气体水平变得更小。
根据能量生产者的观点，将作物残留物，特别是秸秆掺入可耕土壤中是在田地中无用的腐烂。根据农民和经过认可的农业科学专家的观点，法律上规定的对腐殖质含量和土壤质量维护是绝对必要的，在田地上保留一定的最小比例的秸秆生长。由于后者的观点具有道德、法律和政治优先权，因此约1/3份额的每年存在的新秸秆生长仅以非常有限的程度可用于能量利用。这意味着秸秆生长仅以非常有限的程度可用于生产燃料或加热介质或燃烧材料。先前已知的方法和先前已知的设备、装置和系统都不能使通常必须保留在那里以维持农用地的腐殖质含量的秸秆生长的2/3可用于能量用途。
因此，本发明的又一个目的是以新的交叉技术将燃料、加热介质和燃烧材料生产和农业的不同专业领域结合在一起，并提供一种方法和系统，首先，使用该方法和系统可以生产至少一种温室气体负性生物能量载体，其与相容的温室气体正性能量载体一起可以转化为温室气体中和的混合燃料(或混合的加热介质、混合的燃烧材料)，其次，使用该方法和系统使得迄今为止不能用于能量的秸秆生长的2/3的至少一部分可用于能量用途，其从而实现农民维持或甚至进一步改善其可耕地和田地土壤质量，特别是其可耕地和田地的腐殖质含量的目的，尽管拔出或去除了秸秆。
5.方案和优点
为了解决这个问题，本发明提供了根据权利要求1的方法和根据权利要求27的系统。在从属权利要求和本说明书中公开了有利的进一步的发展。所有权利要求的措辞通过引用的方式成为说明书的一部分。
当参考下文的现有技术时，这还应该包括已经在实践中使用并且如果适用的话仍然被用作工艺或方法和/或用作装置或系统的技术。
本发明涉及一种用于改善燃料、加热介质和燃烧材料的温室气体减排效能以及使农业地富集含C腐殖质的方法和系统，其中这些目的可以优选地同时实现，但不是必须同时实现。燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体减排效能如此之高，使得与化石参考相比，不仅可以实现显著的温室气体减排，而且产生的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体平衡或温室气体排放量甚至还可以变为负值，即在燃料、加热介质或燃烧材料的生产、供应和使用之后，地球大气中的温室气体量比以前更低。
根据本发明，实现了可导致温室气体负性(或导致负值的温室气体排放量)的地球大气脱碳效果，因为首先，借助化学-物理处理，如碳化(选自热解、碳化、烘焙、水热碳化HTC，蒸气热碳化、气化和这些处理方法的任何组合)将第一次生物质转化的含碳残留物转化为生物炭或植物煤或生物焦炭，并且包含在生物质转化的残留物中的大气碳以这样的方式被化学和物理稳定化，即在正常情况下-不包括燃烧-其根本不与其它物质反应或几乎不与其他物质反应，特别是不或几乎不与(大气)氧反应。
如果在下文中没有给出关于参数，即加热、反应温度、氧供应和反应压力的其他信息，则“HTC”应理解为在缺氧和>1.2巴的压力下和高于150℃且低于350℃的反应温度下，含有生物质的水悬浮液的热化学转化，其中HTC的产物是工艺用水和HTC煤。因此，“烘焙”是指在缺氧条件下在大于150℃且小于350℃的反应温度下生物质的热化学转化，烘焙的产物是烘焙的生物质。因此，“热解”理解为意指在超过300℃至1000℃的反应温度下通过缺氧进行的生物质的热化学转化，热解的产物是可燃气体、生物炭/植物碳和油。如果在下文中我们只说“热解”，那么还应包括低温热解和高温热解，除非从相关上下文得出其他结果。“气化”理解为是意指在高于500℃至1200℃的反应温度下通过中等至无的缺氧进行的生物质的热化学转化，其中气化的产物是可燃气体和生物炭/植物煤。“燃烧”应理解为是意指在大于650℃至1600℃的反应温度下通过过量氧进行的生物质的热化学转化，其中燃烧的产物是热废气(烟道气)和灰分。
化学-物理稳定化特别抑制或严重限制大气碳与(大气)氧的自然反应性，即除通过燃烧外不再产生CO2。如果生物炭/植物煤或生物焦炭(被储存)在任何其被保护免受攻击性条件的地方，则从地球大气除去碳-发生(期望的)地球大气脱碳。
优选地，将生产的生物炭/植物煤或生物焦炭置于土壤(农业或林业土壤、沙漠、永冻土壤、碎石场等)、水体(海洋、湖泊、含水层)或废弃的采石场、洞穴或矿井中，简单地储存在经保护免受天气影响的建筑物中或掺入(可耕)土壤中。由于大气碳的化学-物理稳定化和产生的抗降解性，生物炭/植物碳中或生物焦炭中所含的大气碳在掺入土壤中后，优选在掺入田地表土中后，永久保留在那里，且特别是增加那里稳定的永久性腐殖质池(humuspool)。
留在田地里的秸秆不适合这个目的。在最长30年的时间内，它在有氧氧化过程中腐烂和/或像引入土壤或留在那里的其他有机基本物质(OPS)一样，被土壤生物分解成CO2和H2O。这也适用于被引入土壤的木材。降解过程是递减的，即最初降解速率或降解效果高。随着时间的推移，它们降低，但很快就会没有很多秸秆或木材留下并耕作到土壤中。虽然留在田地上的秸秆和其中包含的大气碳在约30年后不再存在于表土中，但当使用根据本发明的方法时则不是这种情况。尽管部分转化为燃料、加热介质或燃烧材料，但秸秆中结合的一些大气碳可以以稳定化的形式到达土壤并在那里保持数百年或数千年。这增加了土壤中腐殖质的量，特别是稳定的永久腐殖质的量。因此，根据本发明的秸秆去除和根据本发明的秸秆处理在土壤质量方面比在田地上保留秸秆生长导致更好的最终条件。
其次，通过以生物炭/植物煤/生物焦炭、天然秸秆或含秸秆的发酵残留物的形式将稳定化的、仅部分稳定化的或未稳定化的大气碳引入既没有土壤呼吸也没有有氧分解的较深的土壤层中实现了可以导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的脱碳效应。这意味着土壤生物和大气氧都不攻击引入的碳。在这种情况下，通过热解或烘焙/HTC/蒸气热碳化等使大气碳稳定化并非绝对必需的。因此，根据本发明的方法的优选实施方案可以是将选自天然秸秆、含秸秆的发酵残留物、木材、部分稳定化的生物炭/植物煤和未稳定化的生物炭/植物煤以及这些物质的任何组合引入到既没有土壤呼吸也没有有氧腐烂的更深的土壤层中。
由于生物质的碳在通过植物生物质中的光合作用以CO2形式储存之前是地球大气的一部分，并因此代表大气碳，因此该大气碳的永久(最终)处置对应于隔离，即大气碳被永久地从地球大气除去。地球大气的这种脱碳归因于该方法的产物，即生产的能量载体(燃料、加热介质、燃烧材料)。生成的能量载体的温室气体-负性(负值的温室气体排放量)是由于上述脱碳的负性效果(转化为CO2当量)(明显)大于生产、供应和使用燃料、加热介质或燃烧材料的所有正性温室气体效应的总和(转化成二氧化碳当量)。换句话说，在能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)的生产、提供和使用之后，地球大气中的温室气体量比以前更少。
在这方面，其中在权利要求1的基本方法的另外方法步骤中将至少一部分含有大气碳的生物炭/植物煤/生物焦炭隔离(最终处置)在土壤(地质构造)、积滞水、海洋或含水层中，优选在用于农业或林业的土壤中，更优选在不用于农业或林业或不再用于农业或林业的土壤中，特别是在泥炭地、沙漠土壤或永冻土壤中的方法代表根据本发明的方法的有利的变型。
如果将化学和物理稳定化的或部分稳定化的生物炭或植物煤或生物焦炭引入用于农业目的的土壤中并观察到某些辅助条件(尤其是活化的煤样生物炭/植物煤或生物焦炭的营养物负载)，则土壤质量得到改善，特别是这些土壤的腐殖质含量和含碳腐殖质含量，尤其是稳定的永久腐殖质池中的含C腐殖质含量提高。同时，发生了化学稳定化的大气碳的永久隔离。化学稳定化的大气碳的永久隔离防止碳与(大气)氧反应形成CO2，或者像在稻田一样，被土壤生物厌氧转化以形成甲烷(CH4)。这意味着CO2和CH4都不能从土壤逃逸到地球大气中。由于二氧化碳分子CO2中碳C的摩尔分数为12.0107/44.01＝27.291％，因此化学稳定化的大气碳的隔离阻止隔离的碳的质量3.664(1/27.291％)倍的CO2质量的排放。因此，1吨稳定化的大气碳的隔离避免形成3.664吨二氧化碳。
由于甲烷分子CH4中碳C的摩尔分数为12.0107/16.043＝74.866％，化学稳定化的大气碳的隔离阻止隔离的碳的质量的1.336(1/74.866％)倍的CH4质量的排放，即每1吨碳C1.336吨CH4。由于已知温室气体甲烷的温室气体效应是温室气体二氧化碳的温室气体效应的25倍，因此不排放1.336吨甲烷相当于不排放33.4吨二氧化碳。
在本发明的优选实施方案中，不仅可以将稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭施用于土壤，而且还可以将稳定化的和较少稳定化的(部分稳定化的)生物炭/植物煤/生物焦炭的第一混合物和稳定化的和根本未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭的第二混合物施用于土壤。而且，可以施用第三种四部分混合物，其由以下组成：a)稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭和b)部分稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭，c)未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭和/或d)未经处理的发酵残留物。在四种组分的总和不超过100％的明显次要条件下，该混合物的这四种组分的比例均可为0％-100％。
根据本发明，实现了生物炭/植物煤/生物焦炭(更准确地说，生物炭/植物煤/生物焦炭中包含的大气碳)的稳定化，因为使来自第一次生物质转化的含碳残留物(厌氧细菌发酵为沼气、发酵为乙醇、酯交换为生物柴油或生物煤油、气化和合成为合成柴油或合成汽油或合成煤油或合成甲醇、甲醇合成、DME合成等)在缺氧条件下在100℃-1600℃的温度下，优选在200℃-1200℃的温度下，特别是在300℃-1000℃下，最好是在400℃-900℃下经受碳化。在碳化过程中，首先将来自大孔和微孔的易分解化合物溶解(气化)，同时保留具有更稳定且更不易降解的结构的由碳和多芳烃碳化合物组成的刚性骨架。因此使用的转化残留物转化为可燃气体和含碳生物炭/植物煤或转化为生物焦炭。
优选地，由转化残留物的至少部分化学-物理稳定化导致的大气碳损失最大为95％，优选最大为60％，特别是最大为40％，最好最大为30％。
优选地，在来自单阶段或多阶段生物质转化的转化残留物碳化期间发生的干质损失最大为95％，更优选最大为60％，特别是最大为40％，并且最好最大为30％。
在有利的实施方案中，所生产的生物炭/植物煤或生产的生物焦炭的碳含量为至少20％，优选至少40％，更优选至少60％，特别是至少70％，并且在最佳的情况下至少80％。
其它有利的实施方案包括a)根据本发明的方法生产的(部分)稳定化的大气碳、b)生产的具有高C含量的生物炭/植物煤C至E、c)生物炭/植物煤混合物H和/或d)生物炭/植物煤转化残留物混合物I的H/C摩尔比<0.8，优选<0.7，更优选<0.6，和/或其O/C摩尔比<0.8，优选<0.6，更优选<0.4。
在本发明的优选实施方案中，来自第一次生物质转化的残留物的加热和碳化根据任何选自以下的反应参数进行：相对慢的加热，相对长的反应时间，相对高的反应温度，相对高的反应压力。转化残留物的加热进行得越慢，转化时间越长，反应温度越高并且反应压力越高，则生产的生物炭/植物煤或生产的生物焦炭对化学反应和对土壤生物降解变得越稳定。因此有利的是，仅缓慢加热加入的生物质并且如果必需，特别是缓慢和/或甚至在压力下进行所谓的高温碳化。优选地，将待碳化的物质加热至反应温度因此耗费长于1秒，更优选长于10分钟，特别是长于100分钟。优选地，使反应物质暴露于反应温度超过1秒，更优选超过50分钟，特别是超过500分钟。反应温度优选高于150℃，更优选高于300℃，特别是高于600℃。优选地，反应容器中的压力对应于环境压力，更优选>1巴，特别是>5巴，并且在最好的情况下>10巴。
碳化优选以热解的形式进行。反应物质越干燥，热解越好或越有效。因此，来自第一次生物质转化的待热解的残留物优选具有至少35％的干物质含量(DS含量)，更优选至少50％DS，特别是至少60％DS。
由于它们的非常多孔的外表面和内表面，其在热解煤的情况下比在HTC煤的情况下大得多，热解煤具有高吸水能力，这在结合到土壤中的情况下意味着土壤在施用热解煤后可以更好地储存水。除了富含粘土的壤质土之外，在添加生物炭/植物煤/生物焦炭后，储水能力，特别是沙质土壤的储水能力显著增加，并且甚至对于重粘土，与热解的秸秆煤混合时植物可用水也增加。另一方面，用木屑煤不能达到这样的效果。这里，基质秸秆具有基于不同孔结构的优点。热解煤的煤应用对沙质土壤的储水能力的影响尤为积极。在本发明的有利的实施方案中，含秸秆的残留物因此优选经历初始的热解生物质转化，更优选高温热解，并且所得的秸秆煤特别施用于沙质土壤。
生物炭/植物煤或生物焦炭(更准确地说，生物炭/植物煤/生物焦炭中含有的大气碳)的部分稳定化的有利实施方案是这样实现的，使来自第一次转化的含碳残留物(任何形式的生物质转化，优选厌氧细菌发酵成沼气或发酵成乙醇)在缺氧条件下在150℃-450℃，特别是200℃-400℃下，特别是在250℃-300℃下经受烘焙或低温热解(低温热解在下文中是指其中反应温度低于450℃的热解；高温热解是其中反应温度高于600℃的热解)。尽管这样也生产生物炭/植物煤/生物焦炭，但它不像热解煤那样耐反应和耐降解，其可以对土壤中含有的活性营养物腐殖质的含量有积极作用。
在有利的供选择实施方案中，生物炭/植物煤或生物焦炭(更准确地说：生物炭/植物煤/生物焦炭中含有的大气碳)的部分稳定化是通过使来自第一次转化的含碳残留物在缺氧和压力下在水或蒸汽存在下经受水热碳化(HTC)实现的。温度为130℃-400℃，优选150℃-300℃，特别是180℃-250℃。压力在此为1.2-200巴，优选10-100巴，特别是20-50巴。HTC产品是所谓的HTC煤和工艺用水。与烘焙生物质一样，HTC煤不像热解煤那样耐反应和耐降解，其对土壤中活性营养物腐殖质的含量具有积极作用。
优选地，根据本发明的方法和根据本发明的系统产生热解煤。与热解煤相比，HTC和烘焙煤在土壤中降解得更快，即在几十年内降解。热解煤具有相对高比例的复杂多芳烃碳结构，且因此比具有较低含量多芳烃碳化合物和相应较高含量的易矿化(可降解)C化合物的HTC煤稳定得多。HTC煤和烘焙煤的稳定性与堆肥和泥炭的稳定性更相似。因此，采用这种煤长期隔离(大气)碳的是不可能的，或者仅在非常有限的程度上是可能的。
优选地，根据本发明的方法生产的生物炭/植物煤或生物焦炭的H/C摩尔比<0.8，更优选<0.6，并且其O/C摩尔比<0.8，更优选<0.4。H/C摩尔比表示炭化程度，其与生物炭/植物煤或生物焦炭的化学稳定性相关。该比例是生物炭/植物煤或生物焦炭的最重要性质之一。H/C比应为0.8以下，以确保永久隔离的足够耐降解性。随着生物炭/植物煤或生物焦炭的老化及其表面的氧化，O/C比和H/C比逐渐升高，使得如果当引入土壤中时，新鲜煤或焦炭有尽可能低的O/C比(<0.4)和最小H/C比(<0.6)两者：两者都增加了它们在土壤中的停留时间，且因此增加了长期的隔离效果，则可期望最大化的隔离效果。
如果将主要由(5％-95％)稳定化的大气碳组成的生物炭/植物煤或生物焦炭与未稳定化或稳定化差的生物炭/植物煤/生物焦炭和/或与未经过任何化学-物理后处理的转化残留物混合，不稳定营养腐殖质池也在掺入土壤中期间接收足够的有机基本物质OPS，使得给土壤生物充分提供食物并且其可以继续存在并且土壤质量不受影响。由于在秸秆收获期间使用含秸秆转化残留物的情况下，秸秆生长的一定部分以残茬、果壳和谷壳形式始终留在田地中，并在随后的土壤耕作期间掺入田地表土中，确保了对不稳定营养物腐殖质池的有机基本物质(OPS)的基本供应。因此，未经稳定化或稳定化差的生物炭/植物煤/生物焦炭和/或未经历化学-物理后处理的转化残留物的比例通常可显著低于稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭的比例。
在有利的实施方案中，从单阶段或多阶段生物质转化的方法步骤出现的转化残留物的物流因此在热化学处理之前可具有多达4部分物流，即第一部分物流“热解煤”，第二部分物流“烘焙煤”，第三部分物流“HTC煤”和第四部分物流“未处理的转化残留物”。所述部分物流可各自具有总物流和生产的产物的0％至100％的份额，即每部分物流可以代表总物流和零两者。
将稳定化的和部分稳定化的碳引入农业土壤比如果将秸秆保留在田地中并且在那里腐烂和/或如果将秸秆在土壤呼吸期间转化为CO2和水的情况赋予土壤更多的碳。因此，如果秸秆没有保留在田地上而是被去除并部分转化为燃料(加热介质、燃料)和部分转化为(部分)稳定化的生物炭/植物煤或生物焦炭，并且将该(部分)稳定化的生物炭/植物煤或(部分)稳定化的生物焦炭掺入表土中，则对表土的质量是有利的。因此，如果使用根据本发明的方法，则将秸秆保留在田地中变得多余。这使得根据本发明的方法的使用者至少部分地使用必须保留在田地中以保持腐殖质含量的2/3的秸秆。
根据所用秸秆的类型、使用的炭化工艺、所用装备的类型和工艺参数(温度增加曲线、最高温度、处理持续时间、压力)，由秸秆生产的生物炭/植物煤/生物焦炭达到25％-79％的碳含量。因此，生产具有相对高碳含量的生物炭/植物煤/生物焦炭，优选碳含量>25％的生物炭/植物煤/生物焦炭，更优选碳含量>50％的生物炭/植物煤/生物焦炭，特别是碳含量>70％的生物炭/植物煤/生物焦炭的碳化工艺、设备和/或工艺参数是优选的。
此外，在高温下由秸秆生产的生物炭/植物煤/生物焦炭具有高达11.3的高pH值，这预示着它们被引入酸性土壤中。与大多数热解煤一样，碱性生物炭/植物煤/生物焦炭具有提高酸性和弱碱性土壤的pH的高pH值，实现有机硫化合物的矿化的改善，其他腐殖质矿化的改善，并OBS的微生物降解的改善。此外，碱性热解煤在酸性土壤中的施用导致蚯蚓种群的增加。因此，优选地，生物炭/植物煤/生物焦炭通过高反应温度至少部分地由含秸秆的转化残留物生产。优选地，由含有秸秆的转化残留物生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的pH值>7.0，更优选>8.5，特别是>10.0。优选地，将由含有秸秆的转化残留物生产的生物炭/植物煤/生物焦炭施用于酸性土壤。
生物炭/植物煤/生物焦炭具有很大的吸附、结合和储存营养物离子以及无机和有机化合物的能力。这是由于它们非常大的内表面积和外表面积，其对于热解煤而言比对于烘焙煤和HTC煤明显更大。因此，来自第一次生物质转化的回收的残留物，优选来自第一次生物质转化的>1％的回收残留物，更优选>50％的回收残留物，特别是>75％的回收残留物主要经受热解。
在施用生物炭/植物煤或新鲜生物焦炭，特别是通过HTC方法在低温下生产的那些之后，可发生暂时的氮固定效应。该效应的原因在于NH4离子的结合以及导致的硝化作用的减少和土壤呼吸的增加。尽管这些效应通常仅具有短期性质，但是由几种生物炭/植物煤种或生物焦炭组成的煤混合物中HTC煤的比例因此最小化至<99％，优选至<50％，更优选至<25％，特别是最小化至<10％。
随着生物炭/植物煤/生物焦炭老化，部分多孔表面氧化。表面的氧化产生具有负的过量负载的官能团。营养物阳离子(例如K+，Mg2+，NH4+)的吸附能力在新鲜生物炭/植物煤或新鲜生物焦炭的老化过程中或通过特殊措施(例如使用蒸汽的活化)发展。根据营养物的可用性，发生煤颗粒的微生物定殖。此外，生物炭/植物煤/生物焦炭对于营养物阴离子(例如PO4)也具有相当大的储存和吸附能力。例如，施用后第一年植物碳磷的营养物可用性为约15％，氮的营养物可用性为仅约1％，而第一年高达50％的钾可用于植物。根据本发明，稳定化和部分稳定化的生物炭/植物煤或生物焦炭因此在施用于土壤之前富集营养物，特别是如果土壤用于农业目的。
这种营养物的富集，优选为含氮化合物的富集，更优选为有机氮化合物的富集还被称为负载。在将生物炭/植物煤/生物焦炭引入到土壤中之前，使生物炭/植物煤/生物焦炭富集营养物，优选富集有机营养物是有利的，因为这些占据了煤颗粒的极其多孔的表面。由于营养物富集，负载还通过微生物定殖导致碳骨架表面的快速活化。因此，骨架被可转化的有机物质覆盖，所述可转化的有机物质成为活性营养物腐殖质的一部分，而骨架本身仍然是被动永久腐殖质的一部分。因此可以使对氮平衡的短期负面影响最小化。它们也被后续的积极影响过度补偿。
负载(有机)营养物避免在未负载的新鲜生物炭/植物煤/生物焦炭被引入可耕土壤时发生的活性炭或木炭效应。在不负载的情况下，土壤成分，尤其是土壤中存在的营养物，如各种形式的氮化合物，会积聚在引入的新鲜煤颗粒的非常大的多孔表面上。将新鲜生物炭/植物煤或新鲜生物焦炭引入土壤后，初始的氮可用性降低是由于其非常大的外部和内部孔隙度以及对阳离子的高吸附能力，这使得煤在很大程度上吸附NH4并且还在物理上“捕获”孔隙中的NH4离子。随着煤的日渐老化、伴随的表面氧化和功能性化学基团的形成，这种效应降低，即在中期内，吸收的氮再次变成可用于植物。因此，负载的生物炭/植物煤/生物焦炭优选也可用作肥料，更优选用作长期氮肥。
稳定化的、部分稳定化的或未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭的负载可以通过用含营养物的水悬浮液急冷来自热解的热的且绝对干燥的生物炭/植物煤/生物焦炭来进行，优选选自以下水悬浮液，即浆液，渗滤液，泔水，尿液，来自青贮的渗透水，来自乙醇生产的酒糟，来自厌氧发酵的液体残留物，工艺用水，经处理或纯化的工艺用水，液体发酵物，渗透物，偏液体的脱水相，偏固体的脱水相，任何分离相，含有其他营养物的悬浮液和类似悬浮液。优选地，仅使用足够的液体以保持急冷的生物炭/植物煤/生物焦炭干燥。在该上下文中，“干燥”意指急冷的生物炭/植物煤/生物焦炭在急冷过程后不释放任何游离水。特别地，用于急冷热生物炭/植物煤/生物焦炭的悬浮液是来自在热解或烘焙之前发生的单阶段或多阶段生物质转化的残留物的偏液体的脱水相。
生物炭/植物煤/生物焦炭负载容易降解的有机物质，以及由此的生物炭/植物煤/生物焦炭的营养物富集也可以通过将它们与农场粪肥和/或秸秆一起堆肥(有氧腐烂)来进行。
在煤老化过程中，由碳和非常稳定的碳化合物组成的生物炭/植物煤/生物焦炭在其外表面上和也部分地在其内表面上反应，作为催化剂和作为试剂两者起作用。由此形成氨基、酚基、羟基、羰基或羧基。同时，表面的负电荷增加，导致阳离子交换容量增加。因此，生物炭/植物煤/生物焦炭可以吸收和结合营养物，并使其在较长时间内可用于微生物、真菌和植物。由于它们的极性，亲水基团也导致储水量改善。因此，负载的生物炭/植物煤/生物焦炭优选也可用作土壤改良剂。
因此，煤颗粒仅逐渐释放营养物，并且仅在很长一段时间内释放营养物，使得当引入新鲜生物炭/植物煤或新鲜生物焦炭时，短期内发生负面的施肥效果，这通常是无意的。但是，如果这种负面的施肥效果是有意义的，例如，在土壤中氮过剩的情况下或者在氮从(农业用的)土壤浸出到地下水中的情况下，也可以将未负载营养物的新鲜生物炭/植物煤/生物焦炭而非负载的生物炭/植物煤/生物焦炭引入可耕土壤中。因此，根据本发明，也可以将未负载的稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭掺入过度施肥的土壤和/或沙质土壤中，以减少过度施肥和/或氮浸出。
关于氮管理，将稳定化的生物炭/植物煤或稳定化生物焦炭掺入可耕土壤中引发自我强化个体效应的循环：除氮固定外，还有上述由于煤应用导致的影响(NH4吸附、N-固定、保留在孔中)导致渗透水的氮浸出的减少，采用沙质土壤特别是这种情况。然而，随着稳定化的生物炭/植物煤或稳定化生物焦炭的应用，玉米作物主根区的N-浸出也显著降低。由于栽培植物也更好地利用氮肥，因此N-浸出进一步减少。在与煤应用有关的处理的土壤中，微生物活性增加、储水能力显著增加以及共生真菌(菌根)对根系定殖增加的影响也有助于此。因此，稳定化的生物炭/植物煤或稳定化的生物焦炭的给予改善土壤的N-储存，并且同时不仅通过直接吸附而且通过显著减少N-浸出和通过进一步的次级效应来减少它们的氮损失。
因此，将稳定化的生物炭/植物煤或稳定化的生物焦炭，特别是热解煤引入土壤中实现氮效率的改善，且因此降低总氮肥。首先，N-浸出的减少有助于德国农业的核心问题的解决方案。例如，自2005年以来，在石勒苏益格-荷尔斯泰因的大部分地区，尤其是在原地沉积脊(geest ridge)上，经常超过官方硝酸盐限值。仅仅由于这个原因，将稳定化的生物炭/植物煤或稳定化生物焦炭创新地掺入植物土壤中将变得越来越重要，尤其是从环境的角度来看，这(还)是法律不允许的。
只要稳定化的热解煤不是由具有相对高N含量的原料生产的，例如，使用家禽粪肥通常就是这样，用热解煤处理的土壤始终比未经处理的土壤释放更少的笑气(N2O)到大气中。因此，在根据本发明的方法中优选使用具有相对低N含量的生物质，如秸秆和木材。
然而，即使与原料相关的N2O排放在一些情况下最初可能高于未用热解煤处理的土壤，通常也在约4个月后显著降低，即低于未用热解煤处理的土壤的排放水平。新鲜热解煤比老化热解煤的N2O排放减少得更多。原因是矿物质N-含量的降低，热解煤的pH值更高，得到的N2O降解酶的条件更好，以及通过增加土壤通气性和增加N-固定减少反硝化作用。因此，根据本发明的方法生产的热解生物炭/植物煤/生物焦炭也可用作土壤调节剂。
生物炭/植物煤/生物焦炭，尤其是热解煤的大的外部表面积和内部表面积以及随着煤龄而增加的负表面电荷具有以下效果-如已经解释的那样-处理过的土壤交换阳离子的能力有增加。除了增加重要营养物阳离子(即Ca、Mg和Na)的生物利用度之外，K-储存的增加与植物营养特别相关。将生物炭/植物煤/生物焦炭掺入土壤中也对Mn和Cu的植物可用性具有积极影响。通过应用生物炭/植物煤/生物焦炭也改善了微量营养物的生物利用度。因此，根据本发明的方法生产的生物炭/植物煤/生物焦炭可以用作大量肥(macrofertilizer)和微肥，特别是用作钾肥。
将热解煤引入谷物种植区域具有进一步的积极作用，即发生小麦根系与共生土壤真菌(丛枝菌根真菌-AMF)的强化和有益的定殖。因此，根据本发明的方法生产的生物炭/植物煤/生物焦炭在本发明的优选实施方案中，在谷物作物培养之前用作热解煤。
优选地，根据本发明的方法使用含有小麦秸秆的转化残留物，因为通过施用基于小麦秸秆的热解煤可以观察到植物寄生线虫的显著减少。
在特定的个别情况下，稳定化的生物炭/植物煤或稳定化的生物焦炭的使用是否以及在多大程度上具有土壤改良效果，这不仅由生产生物炭/植物煤/生物焦炭的起始原料和方法而且由土壤发生和矿化的地点特异性因素确定，所述因素已经确定了OBS的腐殖化和使用土壤的方式。特别是如果生物炭/植物煤/生物焦炭的给予改善一种或多种限制产量的土壤性质，如腐殖质含量太低，土壤过酸，营养物可用性太低，营养物可用性过高，供水量少，和微生物活性太小，则可以预期积极效果。因此，通过根据本发明的方法和根据本发明的系统提供的生物炭/植物煤/生物焦炭优选用于改善这些限制产率的土壤性质中的至少一种。
生物炭/植物煤/生物焦炭对土壤动物群和植物群的影响是所用煤的性质(起始材料、生产过程、后处理、负载)以及场地的化学和物理性质的函数。功能结构非常复杂，通过应用生物炭/植物煤/生物焦炭来改变化学和物理土壤性质影响土壤生物的种群密度，且因此影响土壤生物活性，并且这些又影响土壤性质。例如，可以假设，微生物仅以非常有限的程度使用热解煤，如果有的话，由于它们的化学稳定性而作为营养物或能量源，并且假设，因此在将这样的煤引入土壤之后微生物活性不立即增加。然而，令人惊讶地发现在使用在高温下生产的热解煤之后，细菌种类和细菌数量增加。这是由于煤颗粒的外表面和内表面的原因，其在热解煤中特别大。煤颗粒单独或作为所谓的腐殖质聚集体的部分为微生物提供新的栖息地，且因此促进其生长。因此，首先，热解煤优选用根据本发明的方法生产，并且在负载营养物后，作为土壤改良剂或肥料被引入农业土壤中。
最后但并非最不重要的是，使用生物炭/植物煤/生物焦炭可增加植物生长和作物产量。这里生物炭/植物煤/生物焦炭的应用的增产效果取决于土壤中掺入的煤的量：使用的“正确”生物炭/植物煤/生物焦炭越多，越可能发生增产效果，其中存在(非常高的)应用上限，超过该上限发生相反的效果。轻质、沙质和腐殖质贫瘠的地方需要每公顷(公顷)使用20-100吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质。温室中的实验性栽培试验表明，在沙质和壤质土壤上，<3吨/公顷的煤输入不导致黑麦产量增加。必须考虑到的是，煤应用通常只必需每100年进行一次，而发酵残留物和堆肥的应用必须每年或每3年进行。为发生显著的土壤和产量改善效果，需要某些最小量的生物炭/植物煤/生物焦炭。在掺入量为15吨/公顷的情况下，已经观察到对植物生长的积极影响，然而，为了获得显著的效果，通常必须将更大量的煤掺入土壤中。因此，根据本发明的方法生产的生物炭/植物煤/生物焦炭优选以使农业用地产量增加的量使用。优选地，每公顷应用至少5吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质，更优选至少20吨，特别是至少50吨，且在最好的情况下是至少100吨。这些数量可以指完全和部分稳定化的大气碳以及指应用的生物炭/植物煤的数量。
应该考虑到，即使每公顷100吨生物炭/植物煤/生物焦炭的应用，相对于土壤质量而言，也只代表相对小的应用：可耕表土的平均密度为1.65g/cm3，这意味着就一公顷和30厘米的深度而言，其质量为约5000吨(100米×100米×0.30米×1.65吨/立方米＝4950吨)。因此，每公顷掺入25吨生物炭/植物煤/生物焦炭相当于土壤质量的0.50％的相对份额，和每公顷给予50吨生物炭/植物煤/生物焦炭相当于土壤质量的1.00％的相对份额。在掺入75吨生物炭/植物煤/生物焦炭的情况下，达到仅1.50％的份额，并且甚至100吨将生物炭/植物煤/生物焦炭在土壤质量中的相对份额增加到仅2.00％。与可达到的高达10％的峰值相比，这些腐殖质含量仍然相对较低，其中对应于生物炭/植物煤/生物焦炭的碳含量的腐殖质C含量甚至更低。
由于生产煤的温度越高，增产效果越好，因此根据本发明的方法生产的生物炭/植物煤/生物焦炭优选根据高温热解的子方法生产。
因此很明显，热解煤，特别是高温热解煤，不仅更好地使大气碳稳定，而且这些煤也比其他生物炭/植物煤/生物焦炭更适合在可耕种土壤中施用。由秸秆生产的热解煤在几个方面提供特殊服务(见上文)。在相对较高的温度下由秸秆生产的热解煤不仅适合掺入轻质、沙质可耕土壤中，而且适合掺入重质土壤中，且因此适合用于长期C隔离。因此，在本发明的有利实施方案中，特别使用秸秆或含秸秆的转化残留物。
由于将含有秸秆的固体粪肥和来自厌氧细菌发酵的含有秸秆的发酵残留物掺入到土壤中现在已经没有问题，因此根据上述发明应该也可以将含有秸秆的发酵残留物掺入到之前已经经受高温热解的土壤中。目前，这在德国(还)是不可能的，这与欧洲肥料法律制定的规定相反。根据德国法律，使用热解由未经处理的木材制成的木炭目前是可投放市场的唯一用于营养物的载体材料。在德国土壤保护法案(the German Soil ProtectionAct)可能允许在农业中使用生物炭/植物煤/生物焦炭之前，将必须排除对土壤功能的负面影响，并为德国开发相应的标准。然而，关于将生物炭/植物煤/生物焦炭引入土壤的负面影响，如污染物(例如重金属)的供应和可能危及受到保护的空气和水或导致植物、动物和人的健康风险的物质释放增加，可以通过选择低污染物原料、通过适当的过程控制和适当的后处理最小化。由于秸秆和木材是相对低污染的，因此在根据本发明的方法中使用来自初始生物质转化的秸秆、含秸秆残留物和未污染木材的残留物。
第三，优选地导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排的效果可以通过在生产由大气碳和大气(空气)氧组成的生物炭/植物煤/生物焦炭过程中回收产生的大气二氧化碳并替代通常由化石碳组成的化石CO2(例如饮料行业中)实现。为了生产二氧化碳，其当溶解在水中时也称为碳酸，在世界范围内燃烧额外的化石天然气(CNG)。用大气CO2代替这种化石碳酸避免了化石CO2的排放，这缓解了地球的大气(另外的子过程Z1a)。在优选的实施方案中，因此可以回收在燃料、加热介质或燃烧材料的生产过程中产生的大气CO2，并使其可用于工业用途。
第四，优选导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的所生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排的效果可以通过将生产燃料、加热介质或燃烧材料期间产生的回收的大气二氧化碳永久隔离在地质层(例如，耗尽的地质油或气矿床)中实现，其也从地球大气去除大气碳(另外的子过程Z1b)。根据本发明，回收的二氧化碳因此可以液化并以这种聚集状态输送到地质油或气矿床中。
第五，优选导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的所生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排效果可以通过使用在生产燃料、加热介质或燃烧材料期间产生的回收的大气二氧化碳实现，以生产基于二氧化碳的能量载体，如通过水电解经由风能生产的氢气，根据Sabatier使用二氧化碳将氢气转化为合成甲烷(合成甲烷)(另外的子过程Z1c)。根据本发明，因此可以使回收的二氧化碳可用于相应的制造方法，优选以液体聚集状态。
第六，优选导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的所生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排效果可以通过回收在转化残留物中仍然含有的大气碳的化学-物理稳定化期间产生的大气二氧化碳并替代化石CO2(另外的子过程Z2a)实现。根据本发明，因此可以回收仍然包含在转化残留物中的大气碳的化学-物理稳定化过程中产生的大气CO2，并使其可用于工业用途。
第七，优选导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的所生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排效果可以通过回收在转化残留物中仍包含的大气碳的化学-物理稳定化过程中产生的大气二氧化碳并通过隔离它(另外的子过程Z2b)实现。根据本发明，在转化残留物中仍然包含的大气碳的化学-物理稳定化过程中产生的大气CO2因此可以在该聚集状态下被回收、液化和运输到地质油或气矿床或其他隔离点(含水层、海洋、湖泊等)。
第八，优选导致温室气体负性(或负值的温室气体排放量)的所生产的燃料(加热介质、燃烧材料)的脱碳或温室气体减排效果可以通过回收和利用在转化残留物中仍包含大气碳的化学-物理稳定化过程中产生的大气二氧化碳实现，以产生基于二氧化碳的能量载体，如经由水电解通过风能产生的氢气，其根据Sabatier使用CO2转化为合成甲烷(合成甲烷)(另外的子过程Z2c)。根据本发明，因此可以回收在转化残留物中仍然包含的大气碳的化学-物理稳定化过程中产生的大气CO2，并使其可用于相应的制造过程，优选以液体聚集状态。
当来自第一次生物质转化的含碳残留物的稳定化与子过程Z1a至Z1c之一组合时，发生特别有利的温室气体效应(高温室气体负性)。在该上下文中，应该注意的是，大气碳的化学-物理稳定化已经足以防止从这种碳形成(大气)二氧化碳，稳定化的碳的永久隔离不是绝对必需的。
当来自第一次生物质转化的残留物中仍包含的大气碳的稳定化与Z2a至Z2c子过程之一结合时，也发生特别有利的温室气体效应(高温室气体负性)。
当来自第一次生物质转化的残留物中仍然包含的大气碳的稳定化与子过程Z1a至Z1c之一和子过程Z2a至Z2c之一结合时，发生特别有利的温室气体效应(非常高的温室气体负性)。
以这种方式生产的燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体负性(或负值的温室气体排放量)使得可以将兼容的温室气体正性燃料、加热介质或燃烧材料至少部分地与其混合，得到的混合燃料(混合的加热介质、混合燃烧材料)的温室气体排放值没有转为正值。这导致至少温室气体中和的燃料(加热介质、燃烧材料)的可用量的相当大增加。因此，所生产的能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)优选与温室气体正性能量载体以这样的方式混合，即所得的能量载体混合物的温室气体排放值为0.0gCO2-当量/kWhHi或0.0gCO2-当量/MJ。
将生物质初始转化为(可销售的)能量载体的选择是将秸秆厌氧细菌发酵成沼气并将其加工成生物甲烷。在第一次生物质转化中转化效率为70％的情况下，由通常含水量为14％(干物质含量86％)的1吨湿物质的秸秆输入产生最高达2860kWhHi的秸秆气体。同时，尽管温室气体排放是由各个制造步骤产生的，但根据本发明的方法的温室气体排放值具有高达-648kg CO2-当量的温室气体值。由于特定的生命周期THG排放值为249.5gCO2-当量/kWhHi CNG，因此厌氧生产的2860kWhHi秸秆气体可与高达648000gCO2/249.5gCO2/kWhHi CNG＝2,597kWhHi CNG混合，而不将5457kWhHi的得到的混合气体量转化为正值温室气体排放值。这意味着根据本发明的方法可以由1吨秸秆湿物质生产绝对温室气体中和量(加热介质的量、燃烧材料的量)高达5,457kWhHi的燃料，其对应于620升汽油的热值。相对于直接由秸秆生产的燃料(加热介质、燃烧材料)，混合的CNG的比例在此为2597/2860＝90.8％。
可以假设，随着对秸秆的需求增加将导致农民再次播种和收获具有更长秸秆的谷物，将来德国秸秆的年增长将从目前的4370万吨湿物质增加到多达4600万吨湿物质。还可以假设，联合收割和收集技术在未来也将得到改善，并且因此回收率可以从目前的72％提高到87％。作为本文公开的发明的结果，秸秆的可收集量将从目前的2480万吨秸秆-WM/a增加到1.6倍，约4000万吨WM/a。由于浆液牲畜棚(slurry stall)的潜在增加，对垫料的需求现已降至约415万吨秸秆-WM/a。由于根据本发明的方法和根据本发明的系统可以通过应用负载有植物营养物的稳定化植物煤保证维持土壤的腐殖质含量，因此除了秸秆生长的不可回收的部分之外，没有必要在田地上留下另外的部分。在扣除目前415万吨/年的垫草和粗饲料需求后，剩余3585万吨秸秆/年用于能源用途。因此，根据本发明的方法和根据本发明的系统将德国仅可用于能量目的的秸秆的量从由GBRC确定的约800万-1300万吨秸秆-WM/a增加到2.0-4.5倍，至约3585万吨秸秆-WM/a。
利用高达每吨湿秸秆物质5457kWhHi的混合燃料的生产能力(见上文)，这种在能量方面可用的秸秆去除仅对于德国就导致绝对温室气体中和的燃料潜力高达3585万吨秸秆-WM x 5457kWhHi/吨秸秆-FWM＝195633GWhHi(704PJ)。这相当于2016年德国道路交通中使用的所有燃料的热值的30％，并且显著超过专家先前假设的可用燃料量。
目前，由奥托发动机提供动力的德国乘用车平均每年消耗约6145kWhHi汽油(约700升汽油当量)和柴油乘用车平均约11500kWhHi(约1160升)，因为其年度里程显著更高。由于进一步改进了发动机技术和增加了混合动力，奥托乘用车的年消耗量将在未来降至约4000kWhHi/a。如果德国秸秆收集得到充分利用，195633GWhHi的混合气体量可以供应多达4890万辆奥托汽车的车辆总数，并且以绝对温室气体中和的条件。如果当前的能量效率翻倍(每年的能量消耗减半到约3000kWhHi/奥托汽车)，则可以供应温室气体中和的燃料的车辆数量可以增加到相当于多达6500万辆奥托汽车。
在德国，每年的农场粪肥(浆液、固体粪肥)和叶子垃圾(甜菜和马铃薯叶以及豆类垃圾)的量总计为约1.91亿吨湿物质或2170万吨干物质。该干物质含有约1000万吨大气碳。利用根据本发明的方法和系统，可以由此产生另外的高达68600GWhHi的燃料，假设转化效率为70％。在厌氧细菌发酵的情况下，当与具有低N含量的原料，即秸秆混合时，这些原料的通常高氮含量确保满足厌氧发酵过程中所涉及的微生物的要求的C：N比，而不是在没有含N的工艺用水再循环的纯秸秆单发酵中其可用的C：N比。至少在厌氧发酵的情况下，秸秆和农场粪肥的组合使用因此是有利的。在本发明优选的又一个实施方案中，秸秆和农场粪肥因此一起厌氧地细菌发酵并且发酵残留物被碳化，优选通过热解碳化，更优选通过高温热解碳化。
由于根据本发明的方法和根据本发明的系统生产温室气体-负性能量载体，因此它们使得可以添加温室气体-正性能量载体，如CNG或LNG。如上所示，混合比例高达90.8％。这意味着可以向在不使用秸秆的情况下由农场粪肥和叶垃圾生产的高达68600GWhHi的温室气体负值气体燃料量添加高达62300GWhHi的CNG或LNG，而没有使产生的高达130900GWhHi(471PJ)的混合气体量的温室气体排放值转为正值。这另外的混合气体的量相当于2016年德国道路交通中使用的所有燃料的热值的另外20％。
在整个德国秸秆去除和整个德国体积的农场粪肥和叶垃圾的共发酵的情况下，根据本发明的方法和根据本发明的系统因此可以提供每年最高达195633GWhHi+130900GWhHi＝326533GWhHi(1176PJ)的绝对不含温室气体的混合气体，其相当于2016年德国道路交通消耗的所有燃料的50％。
如果道路运输中的当前平均能量效率提高100％(特定能量输入减半)，则根据本发明的方法和根据本发明的系统仅用德国秸秆增长和全国农场粪肥和叶垃圾的量可以提供高达德国公路运输消耗的总能量的100％，而没有进一步的生物质输入，即也是柴油推进(汽车、轻型商用车辆和卡车以及公共汽车、拖拉机和特种车辆)所占的德国燃料消耗的份额。
6.本发明的详细描述、进一步的发展和实施方案
已经描述了根据本发明的方法的优选实施方案和根据本发明的系统的优选实施方案，并且下文通过实施例的方式描述。关于对根据本发明的教导的添加，发明人参考相关的现有技术。应该考虑到，在不脱离本发明的基本构思和基础的情况下，可以以多种方式修改和改变本发明的基本概念和实施方案。因此，还要求对本发明的明显修改、改变和添加的专利保护。
在说明书、参考标记列表、附图和权利要求中公开的本发明的特征单独地或彼此任意组合对于本发明的有益发展可能是必要的。
本发明的基本概念不应限于下文示出和描述的实施方案的确切形式或细节。此外，它不应限于与权利要求中描述的主题相比将受到限制的主题。关于规定的设计限值，限定内的数值也应作为可能的值公开，并应可自由使用和可要求保护。
本发明的相关特征、优点和细节由以下详细描述、参考标记列表、附图、可能的实施方案、实施例和实施例的可能实施方案得出。
本发明基于以下发现：即使在最佳情况和方案下，在燃料生产框架内化石碳的回收和隔离仅导致地球大气中存在的温室气体量的不增加，即最高温室气体减排效能为100％。然而，由于化石能量载体或燃料的生产、分配和使用通常涉及使用其化石碳无法回收的其他化石能量载体，因此理论上化石能量产品通常只能实现高脱碳效果或温室气体减排效能。
本发明基于以下进一步的发现，即在燃料生产过程的框架内对大气碳的部分回收和隔离，不仅可以导致100％的温室气体减排效能，而且还可以导致远远超出这个的温室气体减排效能。如果燃料生产过程仅使用其碳含量由大气碳组成的那些物质(例如采用生物质就是这样的情况，见下文)，并且仅使用该大气碳的一部分生产燃料，剩余碳部分或该剩余碳部分的大部分被回收并永久地隔离在碳汇中，产生一定的脱碳效果，这通常与该方法的产物有关。如果生物质转化所需的能量载体仅负载低温室气体排放且因此在温室气体平衡或所产生的能量载体的温室气体排放值中起相对小的作用，进入能量载体的碳含量与永久隔离在碳汇中的碳含量之间的关系对于生产的可持续能量载体的温室气体减排效能将有多高基本上是决定性的。如果进入可持续能量载体(生物质来源的)的碳的相对份额低，并且隔离(生物质来源的)碳的相对份额高，则与所生产的能量载体相关的所得脱碳效果非常高。因此，对于所生产的能量载体(其可以是燃料)，与化石参考相比，就所产生的能量单位(MJ或kWhHi)而言，存在可以达到百分之几百或甚至更多的温室气体减排效能。
通常，隔离的碳的量乘以因子3.664以得到温室气体效应。如果碳与大气氧反应形成CO2，则CO2分子的总摩尔质量中碳的摩尔分数为12.0107g/44.01g＝27.291％；因此，CO2分子的质量比碳原子的质量大1/0.27291＝3.664。因此，与隔离大气碳的质量相比，避免的二氧化碳排放质量更大，为3.664倍。
由大气碳组成的物质包括所有植物和来源于植物的原料，如所有动物和动物产物，因为植物已经通过光合作用从地球大气吸收它们的碳，并且已知动物靠植物或吃植物的其他动物生活。这意味着动物和动物产品中的碳也由大气碳组成。因此，生物垃圾的碳含量也来自地球大气。
要求保护的根据本发明的基本方法仅由三个方法步骤组成：1.)将含有大气碳的生物质单阶段或多阶段转化为可销售的能量载体，2)产生使得单阶段或多阶段生物质转化的残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件，3)进行生物质转化残留物中仍存在的大气碳的至少部分化学-物理稳定化(参见权利要求1)。只要保护生产的生物炭/植物煤不受风化和燃烧的影响，大气碳的该稳定化已经足以实现期望的脱碳效果，因为除了故意燃烧情况外，碳不再与大气氧反应，无论其储存在哪里都不受天气影响(例如，在矿井隧道和洞穴中可能就是这种情况)。
可以通过其他方法步骤有利地补充基本方法。在本发明的优选实施方案中，将生物质单阶段或多阶段转化为可销售的能量载体的(最初的第一)方法步骤之前是选择和/或收获或收集至少一种含大气碳的生物原料的另外的方法步骤，优选的是选择是在以下原料组的基础上进行的：栽培的生物质、秸秆(谷物秸秆、玉米秸秆、稻米秸秆等；纯青贮或作为青贮的部分)、含秸秆的固体粪肥(固体牛粪、固体猪粪、家禽粪肥、干鸡粪、马粪等)、来自蘑菇栽培的含秸秆残留物、浆液、泔水、鲜草类植物(黑麦草、柳枝稷、芒草、芦竹)、主要农作物前后的填闲作物、来自草类植物的青贮、全株玉米插条、玉米青贮、全株谷物插条、来自全株谷物插条的青贮、谷物、玉米谷物、木材、来自生物质加工的残留物、来自生物质加工的副产物、含纤维素的非食品材料、废纸、甘蔗的甘蔗渣、葡萄酒渣和酒糟、含木质纤维素的生物质、残留的森林木材、景观保护材料、路边绿植、谷物和其他高淀粉含量的作物、含糖植物(甘蔗、甜菜、工业甜菜等)，油料植物(棕榈、油菜籽、向日葵等)、藻类、混合城市垃圾的生物质部分、生活垃圾、生物垃圾、私人家庭的生物垃圾、来自工业和/或商业企业的生物垃圾、来自批发和零售业的生物垃圾、农业和食品工业以及渔业和水产业的生物垃圾、屠宰场垃圾、污水污泥、来自棕榈油磨坊的废水、空棕榈果串、塔罗油树脂、粗甘油、甘油、甘蔗渣、磨拉石、葡萄酒渣、酒糟、来自乙醇生产的酒糟、坚果壳、外皮，有芯玉米棒、垃圾的生物质部分和来自以林业和森林为基础的产业的残留物(树皮、树枝、试商用疏伐、叶、针叶、树顶、锯屑、黑液、酿造液、纤维污泥、木质素、妥尔油)、其他含纤维素的非食品材料、其他含木质纤维素的材料、细菌、用过的食用油、动物脂肪、植物脂肪或其组合。在一些情况下，这些原料中的一些的温室气体负载或温室气体排放值特别低。由于基于生物质的燃料生产路径的温室气体排放量和温室气体平衡基本上由原料或其温室气体排放值确定，因此上面列出的原料的相应选择是有利的。
在根据本发明的方法的另一有利实施方案中，生物质中包含的至少一部分大气碳被转化为气态和/或液态能量载体(沼气、生物甲烷、生物乙醇、生物柴油、费托-燃料、合成柴油、生物煤油、合成煤油、生物甲醇、DME、丁烷、丙烷等)，使得大气碳的剩余部分进入使碳稳定化的方法步骤(产生条件，进行稳定化)，优选至少0.1％的一部分，更优选至少40％的一部分，特别是至少65％的一部分。优选地，生物质中包含的原始(在方法开始时)大气碳中的化学和物理稳定化的碳的比例达到选自以下的比例：0.1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％，其中这里给出的每个分数可以另外在至少+/-2.5百分点的范围内变化，除了对于0.1％的分数，其中变化范围可以是-0.1百分点至+2.4百分点，和对于100％的分数，其中变化范围可以是-2.5百分点至0.0百分点。
在本发明的优选实施方案中，仍然包含在生物质转化残留物中的大气碳的至少部分化学-物理稳定化通过转化残留物的化学-物理处理进行，优选通过将转化残留物碳化成生物炭/植物煤/生物焦炭进行，更优选通过选自以下的碳化方法进行：热解、碳化、烘焙、水热碳化(HTC)、蒸气热碳化、气化和这些处理方法的任意组合。
在有利的实施方案中，根据该基本方法生产的生物炭/植物煤/生物焦炭和使用其至少部分化学和物理稳定化的大气碳至少部分地在另外的方法步骤中被隔离在地下、在积滞水中、在含水层或在海洋中，优选在农业或林业土壤中，更优选在农业或林业中不使用或不再使用的土壤中，特别是在沙漠或永冻土壤中，和最好是在另一碳汇中。因此，生物炭/植物煤/生物焦炭或至少部分化学和物理稳定化的大气碳的隔离也可包括其最终储存在地质构造、含水层或其他水中。优选地，生物质中最初包含的大气碳的隔离碳含量(在该方法开始时)达到选自以下的比例：0.1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％，此处给出的每个比例另外在至少+/-2.5百分点的范围变化，除了对于0.1％的分数，其中变化范围可以是-0.1百分点至+2.4百分点，和对于分数100％，其中变化范围可以是为-2.5百分点至0.0百分点。
优选以下方法变型，其中所生产的能量载体在将生物质单阶段或多阶段转化为能量载体的方法步骤中以这样的方式被加工，即其可用作燃料、加热介质或燃烧材料，优选用作交通燃料，更优选用作为公路燃料。
优选地，用作燃料、加热介质或燃烧材料的能量载体由沼气、生物柴油、生物乙醇、生物煤油、氢、生物甲烷、费托-燃料、DME、丁烷、丙烷或生物甲醇组成。
由于大气碳的耐天气和耐土壤生物储存，其可以但不是必需被隔离，所生产的能量载体的技术温室气体平衡或温室气体排放量变为强负性，即在完成生产、分配和使用所生产的优选是燃料，更优选是气体燃料，特别是生物甲烷的能量载体之后，在地球大气中的温室气体量比之前更低。生产的能量载体的高温室气体负性(或负值的温室气体排放量)实现这样量的合适的(相容的)正性温室气体负载的能量载体的添加，使得生产出绝对无温室气体的能量载体(在此适合或兼容意思是“相同的燃料类型和相同的聚集态”)。这意味着以这种方式生产的生物乙醇和/或木质乙醇(lingo-ethanol)可以与化石汽油混合，以这种方式生产的生物柴油可以与化石柴油混合，以这种方式生产的生物煤油可以与化石煤油混合，以这种方式生产的生物甲烷可以与化石天然气(CNG或LNG)和/或合成甲烷混合，以这种方式生产的费托-柴油可以与化石柴油混合，以这种方式生产的合成煤油可以与化石煤油混合，以这种方式生产的氢可以与通过蒸气由天然气形成的氢混合等。因此，可以优选将一定量的适当的相容(合适的)温室气体-正性能量载体以这样的方式添加到根据本发明的方法生产的能量载体中，即能量载体混合物的温室气体排放值不仅仅还未变为正值或保持负值。
无温室气体的能量载体混合物使所有补给温室气体中和的能量载体混合物的燃料的车辆，无论其大小和消耗如何，都是真正的零排放车辆。如果温室气体-正性能量载体的掺合物少或完全不存在，则根据本发明的方法产生强温室气体负性能量载体，其使用对环境非常积极，因为在完成生产、分配和使用所生产的能量载体之后，该能量载体优选是燃料，更优选是气体燃料，特别是生物甲烷，在地球大气中存在比以前更少量的温室气体。
本发明优选由用于秸秆发酵的扩展方法和扩展植物以及合适的装置组成，其使得可以将秸秆转化为温室气体负性沼气，将温室气体负性沼气加工成温室气体负性(生物)甲烷，将其与(温室气体-正性)天然气混合以形成温室气体中和的混合气体，将混合气体送入天然气网并将任何出口点处注入量的混合气体的能量当量转移到加气站，加气站将其交付给CNG和LNG车辆，无论其大小和由于温室气体中和燃料的燃料效率如何，所述CNG和LNG车辆在路上都立即作为零排放车辆，而没有任何温室气体排放。供选择地，温室气体-负性(生物)-甲烷也可以与天然气网中的化石天然气混合，或者如果两种组分都液化，则与LNG罐中的化石天然气混合。
在又一个实施方案中，对于混合气体的形成，还可以考虑尚未被考虑的温室气体排放，优选出自电力的使用的温室气体排放，更优选出自燃料和加热介质的使用的温室气体排放，以及特别是那些仅在混合后发生在下游的温室气体排放，例如从天然气网排出的混合气体压缩到排放压力(通常为250-300巴)和/或作为车辆补给燃料期间的甲烷泄漏和/或混合气体液化为LNG替代物“液化生物甲烷”(LBM)所导致的温室气体排放。这意味着生产了略微温室气体负性的混合气体，其绝对温室气体减排量与下游影响相关的绝对温室气体排放量一样大。
当使用这里揭示的技术时，越来越频繁地要求的远离经验证的驱动技术“内燃机”不再是必需的。仅从汽油燃烧技术转换为甲烷燃烧技术是必需的，甲烷燃烧技术基本上对应于天然气燃烧。这已经证明了它的价值，正如尤其由在整个欧洲已经使用的约190万辆CNG车辆(其中142.7万辆乘用车和轻型商用车辆，27.5万辆公共汽车和19.5万辆重型商用车辆)证明的。积极的方面是，不含温室气体的燃料“混合气体”也可以通过简单的液化以液体形式作为LNG替代物提供，这对于重型货车特别有益。
尤其是因为相对较大的产量，这里公开的新技术可以防止越来越频繁地要求废除内燃机，由于汽车的使用寿命长，内燃机的生产应该早在2030年停止，使得在2050年可以实现零排放流动性。利用根据本发明的方法和根据本发明的系统的绝对无温室气体零排放燃料，尽管使用燃烧技术，全面的零排放流动性现今已经是可能的，从客户和用户的观点来看，其明显优于电流动性和H2流动性。
对于客户来说，一切保持相同：补给燃料仍然只耗费几分钟，油箱填充的范围是几百公里(用燃料天然气和汽油，甚至有2个备用选项)，油箱寿命不受限制(不存在最大充电周期的问题)，冬季可以无限制地使用加热，夏季空调系统可以无降幅使用，与电动车相比购置成本和车辆折旧更小，并且还比使用欧洲标准6的柴油车还小，机动车税比使用柴油车小得多。最重要的是，在有效负荷(对商用车辆而言非常重要)和速度(对大多数德国汽车司机来说很重要)方面没有对使用的限制。在排放方面，还有一个非常有利的技术性巨大突破：与汽油和柴油车相比，实际驾驶排放(RDE)在温室气体方面减少100％，在NOx排放方面减少了85％-90％，在颗粒物排放方面减少99％，和在有毒碳氢化合物排放方面减少67％-76％。因此，由根据本发明的混合气体(CNG和LNG)提供动力的燃气车辆的LCA排放值相当大地优于所有其他推进系统，包括电动和氢气车辆的LCA排放值(电动车使用国家或欧洲混合电力，在2040年之后，两者都负载了来自燃煤发电的排放和/或核电井的风险；根据联邦环境署，2015年中德国混合电力(国内消费)的温室气体负载总计587gCO2-当量/kWhel；电动汽车的较高净驱动效率只能部分地弥补这种高温室气体值，使得电动汽车目前只有大约如燃气车辆一样环保而没有其优势；氢汽车使用的氢大部分通过蒸汽重整由天然气生产，由于能量转化损失，使其比初始原料(即天然气)甚至更脏)。
因此，尽管使用内燃机，但是根据本发明的方法仍实现“可负担的”零排放流动性。因此，该方法确保了汽车工业及其供应商的工作，因为已建立的工业工厂(用于生产曲轴、连杆、汽缸盖、凸轮轴等的设施，发动机工厂和齿轮工厂)可以继续制造和使用。
与从秸秆生产木质纤维素-乙醇和从秸秆生产费-托燃料的竞争性方法相比，根据本发明的方法不仅简单得多，而且在转化所用生物质方面也更有效得多。由秸秆生产木质纤维素-乙醇的转化效率为约40％，由秸秆生产费-托燃料的转化效率为29％-37％，由秸秆生产温室气体负性秸秆气体的转化效率为约70％，并且生产温室气体中和混合气体的转化效率为约125％。这意味着，虽然生产木质乙醇的方法从一吨秸秆(湿物质)提取约1600kWhHi(温室气体减排的)燃料，费托方法仅实现了1200-1500kWhHi(温室气体减排的)燃料，和根据本发明的方法实现了2860kWhHi的纯(强温室气体负性)秸秆气体或5100kWhHi的(温室气体中和的)混合燃料。此外，特别高的温室气体减排效能，其增加至大大超过100％，相当于一个巨大突破，意味着可以提供的具有零排放燃料的车辆数量可以增加很多倍(见上文)。
尽管有这些突出的性能，但是根据本发明的方法和根据本发明的系统所需的技术和经济努力比从秸秆生产木质纤维素-乙醇的要求低得多，并且与由秸秆生产费托燃料相比要求也低得多。所使用的(特殊的)沼气植物不仅具有相当高的转化效率(70％，与29％至40％相比)，而且它们也保持在中等水平，使得专门用于秸秆发酵和热解的工厂不需要大型工业汇集区，且因此可以以分散的方式建立和运营。
因此，与较低效率和更昂贵的竞争性工艺相比，这里描述的发明更好地适合实际使用。尤其是出于这个原因，发明人和申请人认为它的发展具有突破性潜力，并且该创新系统使得经常传播的汽车新发明变得多余。
秸秆的获取
在生产、分配和使用来自生物质的能量载体中，仍然产生或多或少高的温室气体排放，而没有大气碳的稳定化和/或永久隔离，这取决于生物质的类型。根据德国联邦农业和食品研究所(FAF)的出版物，与化石参考相比，生物燃料(即生物乙醇)和生物燃料(即生物柴油)两者的温室气体减排效能在2015年平均为约70％，剩余排放因此仍然是化石参考的约30％。因此，选择温室气体足迹尽可能小的原料是有利的，特别是如果所生产的燃料、加热介质和燃烧材料的温室气体减排效能应尽可能高。根据本发明，因此选择具有很少或没有温室气体排放的原料(参见权利要求21)。最初未受温室气体排放污染的原料特别是秸秆，根据欧盟指令2009/28(RED I)，其直到收集/收获的时间才负载温室气体排放。种植和收获谷类植物时产生的温室气体排放仅分配给谷物。不言而喻，也可以使用所有其他生物物质，如木材；温室气体平衡或温室气体排放值在那时不如使用秸秆时那么好。因此，如果在根据本发明的方法中使用秸秆或含秸秆的转化残留物是有利的。
作为谷物的副产物，秸秆仅在短时间段内产生，即在夏季和初秋谷物收获期间产生。由于工业上使用秸秆的沼气厂全年投入运营(每年多达8760小时)并且每天需要新鲜的原料，因此必须储存大量的秸秆或暂时将其储存。对于较大的量，这通常是分散的，这导致多阶段物流过程。
当收割和脱粒的秸秆在自推进式联合收割机后面成行放置时，供应链开始，自推进式联合收割机为此关闭了其切碎系统。成行放置的松散秸秆具有约25kg/m3的密度，且因此不适于运输。压实是实现运输适用性所必需的。为此，由农用拖拉机牵引的打捆机拾取成行的秸秆并将原生秸秆压实成秸秆捆。当压实成秸秆捆时，秸秆可保持其20厘米至120厘米的长度，或者可以切成秸秆条，其长度可为5厘米至20厘米。秸秆捆可以是圆捆或方捆。如果较大的运输距离是物流链的一部分，则优选方捆，特别是用高压打捆机制成的方捆。当圆捆的密度为110-130kg/m3时，传统方捆的密度为130-165kg/m3，且高压捆的密度为170-210kg/m3。秸秆的运输适应性随着密度的增加而增加。在非常长的运输距离的情况下，由农用拖拉机牵引和驱动的压粒机(所谓的颗粒收割机)也可以将成行秸秆直接颗粒化成秸秆颗粒，这将密度增加到高达600kg/m3并进一步增加运输适应性。
根据秸秆打捆机的设计，生产出具有不同尺寸和密度的矩形或圆形捆或秸秆颗粒。压制捆优选成组地放置在留茬地上。这有利于随后的收集和装载第一运输工具的收获步骤。
现代方形打捆机通常具有每小时35吨新鲜秸秆物质的生产量。拖拉机应具有至少150千瓦的输出。这样的拖拉机每小时运行消耗约18升柴油当量，即(加热)能量为约178kWhHi/h。当使用传统的矿物柴油时，这种燃料输入与178x342.36＝60940gCO2当量的温室气体排放相关(根据2015年4月20日欧盟指令EU 2015/652，柴油燃料的加权生命周期温室气体强度为95.1gCO2-当量/MJ，相当于342.36gCO2-当量/kWhHi)。因此，每吨秸秆承担约5kWhHi的能量输入，和1741gCO2的温室气体排放。
根据本发明的方法涉及使用具有CNG或LNG发动机的拖拉机，其使用无温室气体的秸秆气体或温室气体中性燃料混合物作为燃料。第一台带CNG驱动的拖拉机已经存在。它们可以就像传统拖拉机一样使用。当使用用温室气体中性气体燃料补给燃料的CNG或LNG拖拉机时，压制秸秆所需的能量几乎保持相同。因此它们也总计约5kWhHi/t秸秆-WM，仅温室气体排放回到0.0gCO2/kWhHi且因此也总计0.0gCO2-当量/吨秸秆-WM。
农业公司通常使用现有技术收集秸秆捆并装载到第一运输工具。前装载机或所谓的manitous单独或成对地拾取捆包并装载农业运输工具以第一次运输到秸秆垛。这种做法是相对时间和精力密集的。
如果要将更大量的秸秆压制成捆，则使用新技术。带有6级多个抓头钳的轮式装载机，例如：来自荷兰Meijer公司的，可以在很短的时间内一次将最多达6个方形捆装载至带半挂车的卡车上。收集并装载6个大方形捆到半挂车上只耗费180秒，即每捆30秒。通常尺寸为1.20m×0.90m×2.40m＝2.592m3的方形捆通常具有160kg/m3的密度，使得每捆的秸秆湿物质为415kg。在每运行小时的正常燃料消耗为17升柴油当量的情况下，每捆需要0.142升柴油当量或1.4kWhHi来收集和装载。使用柴油导致温室气体排放为342.36gCO2-当量/kWhHix 0.142kWhHi＝48.6gCO2。基于1吨秸秆，能耗为1.4/0.415＝3.37kWhHi，并且温室气体排放为48.6/0.415＝117.1gCO2/吨秸秆-WM。当根据本发明使用具有CNG或LNG驱动的轮式装载机并且根据本发明使用新的温室气体中和气体燃料混合物时，用于收集和装载秸秆捆的能量消耗保持在3.4kWhHi/吨秸秆-WM，因为CNG/LNG驱动技术几乎与传统驱动技术一样有效。只有温室气体排放降至0.0gCO2/吨秸秆-WM。
在传统装载的情况下，带有前装载机的拖拉机装载由拖拉机牵引的低地板装载车或具有双轴安装的低地板半挂车。它们将捆运输相对较短的距离(最长10公里)至秸秆仓库，在那里由带有伸缩臂式装载机的装载车卸载高达3.5立方米大和高达0.7吨重的秸秆捆并将其堆成所谓的秸秆垛。在根据本发明的方法中，具有低地板拖车的铰接式卡车直接从田地收集秸秆捆。轮式装载机用多个抓斗收集它们并将它们以6包的形式装载到卡车上。每捆装载耗费约30秒(见上文)。
根据捆尺寸，卡车的装载能力为3-4层，每层11-12捆，使得装载总量为36-48捆，只耗费约18-24分钟。在秸秆捆尺寸为1.20m×1.00m×2.40m＝2.88m3和密度为0.165吨/m3的情况下，捆重量为475kg。装载3层每层12捆导致17.1吨的装载重量，这大约利用了卡车的装载能力。将捆密度增加到0.180吨/m3并将捆尺寸改为1.20m x 0.90m x 2.40m＝2.59m3导致捆重量为467kg，在4层每层11捆的情况下，装载重量为20.5吨，由此卡车的装载能力被充分利用。通过优化捆形状和密度，因此可以使卡车不仅在装载体积方面而且在重量方面的装载能力最大化。
为了节省卸载步骤，建造分散的秸秆垛，移出该秸秆垛并在物流链中重新装载卡车，根据本发明将秸秆直接从田地运输到沼气厂附近的中央储存位置。卡车车队通过高速公路将秸秆捆运输到沼气厂，在那里通过伸缩臂式装载机或通过配备多个抓斗的起重机将其卸载。如果沼气厂位于船运航线上或靠近港口，则秸秆也可以以颗粒的形式输送和卸货。
在平均获取距离(从田地或从分散的秸秆储存到沼气厂的距离)为50公里和负载为20吨秸秆的情况下，货车提供的运输能力为每次装载1000tkm。在每100公里消耗33升柴油当量的情况下，约163kWhHi的能量用于长距离运输，并且消耗28升用于返回分散仓库的空行程，另外使用137kWhHi。因此，总的来说，长距离运输的能量消耗总共为每次装载约300kWhHi。基于运输的热值20x4085kWhHi＝81700kWhHi，这仅为0.37％(15kWhHi/吨秸秆-WM)。因此，即使平均运输距离增加到250公里的特别长距离，运输工作量也非常低。
如果使用常规柴油燃料，则每吨秸秆-WM将排放15kWhHi×342.36gCO2-当量/kWhHi＝5134gCO2-当量到大气中。然而，由于根据本发明的方法规定卡车将配备CNG或LNG发动机，其补给和使用根据本发明的方法生产的不含温室气体的混合气体为燃料，因此秸秆的长距离运输将不引起任何温室气体排放。
在沼气厂中，秸秆捆以与使用秸秆和带有多个抓斗和传送带的龙门起重机的大型热电联产厂中相同的方式处理。也可以供应具有秸秆颗粒的大型货物，然后将其储存在合适的储仓中。
中央仓库中的存储将主要以捆的形式进行。由于使用并且电动操作具有多个抓斗的起重机且因此具有高效率，用于卸载卡车和设置中央秸秆垛的能量消耗和温室气体排放可忽略不计。从中央仓库移出秸秆捆、运输到沼气厂以及在沼气厂中的秸秆捆的处理是使用固定式输送机技术进行的，该技术也是电动操作的并且因此是高效的。
德国生物质研究中心GBRC的被认可的专家计算，每年收获量为40.000吨秸秆-WM用于压制、收集和装载，享有农业补贴的第一运输、卸载和堆放到(第一)分散的秸秆垛，从第一秸秆垛移去捆、沼气厂的卡车车队的装载和卡车车队的卸载而没有运输到沼气厂-总能量消耗为33.5kWhHi/吨秸秆-WM。根据本发明的方法将每吨秸秆WM的能量消耗减少到用于压制的5.0kWhHi，用于装载卡车的3.4kWhHi和用于长距离运输的15kWhHi，即总共23.4kWhHi。
如果使用纯矿物柴油燃料而不添加生物燃料，这种能量消耗将导致23.4x342.36＝8011gCO2-当量的温室气体排放。然而，由于根据本发明的方法为以不含温室气体的气体燃料运行的所使用的拖拉机以及轮式装载机和卡车提供CNG驱动或LNG驱动，因此收集、装载和运输引起的温室气体排放为0.0gCO2-当量/吨秸秆-WM。
秸秆的转化
根据本发明的方法，任何已知的生物质转化可用于第一单阶段或多阶段生物质转化，其目的或任务是将生物质转化为(可销售的)能量载体。然而，优选其中至少部分待转化的生物质由秸秆组成的用于实施该方法的实施方案和相应系统。
优选地，第一次生物质转化是将含秸秆的生物质转化为能量载体，更优选选择以下转化过程：将含秸秆的生物质转化为生物柴油，将含秸秆的生物质转化为生物乙醇，将含秸秆的生物质转化为木质乙醇，将含秸秆的生物质转化为费托燃料，将含秸秆的生物质转化为甲醇，将含秸秆的生物质转化为DME，将含秸秆的生物质转化为氢，将含秸秆的生物质转化为沼气和这些转化过程的组合。
在有利的实施方案中，根据本发明的方法和根据本发明的系统由秸秆生产温室气体负性气体，即生物甲烷，其可以气态形式作为天然气替代物分配或以液化形式作为液化天然气替代物分配。将(生物)甲烷液化成液化(生物)甲烷(LBM)与将沼气体加工成生物甲烷一样是已知的现有技术。
在根据本发明的方法和系统的有利实施方案中，第一次生物质转化由将含秸秆的生物质转化为沼气，更优选由根据固体发酵工艺进行，特别是由其中使用车库式发酵罐、活塞流发酵罐或上流式发酵罐的固体发酵进行的将含秸秆的生物质转化为沼气组成。特别地，至少一个车库式发酵罐以短于24天，特别是短于15天，最好短于9天的发酵周期运行。
在根据本发明的方法和系统的供选择的有利实施方案中，第一次转化根据湿法工艺作为厌氧细菌发酵进行。在将生物质(其优选至少部分地由秸秆和/或含秸秆的原料组成)转化为可销售的能量载体之前，由生物质和液体，优选由生物质和水悬浮液，更优选由生物质和工艺用水制备悬浮液。这里的悬浮液的干物质含量(DS含量)为1％-60％，优选DS含量为5％-30％，更优选DS含量为8％-18％，特别是DS含量为9％-14％。
秸秆不是像任何其他生物质那样的原料；它具有特定的性质，使得其处理或使用异常困难。原生秸秆-即未经预处理且处于天然状态的秸秆-由于其特定性质[特别是：秸秆的颗粒长度为20-120厘米；蜡质表面；原纤维结构；微原纤维结构；高纤维含量；高木质素含量；高强度；非常宽的70-100的C/N比；高钾含量；高氯含量；非常低的约25千克/立方米的密度；非常高的DS含量和相应地非常低的残留水含量；难以粉碎；增加的粉尘形成趋势和相关联增加的爆炸风险；高表面张力；低水溶解度；燃烧时与木材燃烧的显著差异，如低软化温度、焦油形成倾向和燃烧室烧结、高出10倍的灰分含量、烟道气中高得多的氯和氮含量、显著更高的粉尘排放等]是一种非常难以使用的材料。没有像任何其他固体那样的原料，特别是当用于造粒设备、研磨机、厌氧细菌沼气设施、厌氧酶发酵设施、有氧堆肥系统、烧制设施和垃圾处理设施时没有。如果这些设施处理其他固体原料，则它们仍然远不能处理原生(长)秸秆。
例如，秸秆的工业造粒需要为“秸秆”原料设计的特殊造粒系统。这同样适用于使用秸秆的加热或燃烧装置。原料“秸秆”还需要特殊的磨碎技术用于磨碎。例如，如果秸秆先前已被粉碎，那么将小粒度研磨成粉的碾磨机仅适合磨碎长秸秆。原生(长)秸秆由具有高纤维含量的秸秆组成，其通常具有20-70cm并且有时可最长达120cm的长度。在实践中，原生秸秆不能用于标准研磨机。因此，诸如秸秆的纤维材料需要特殊的研磨技术。因此，假设任何固体生物质加工设施也将适合加工天然(长)秸秆是错误的结论。为了能够在实践中以标准技术使用(长)秸秆，则通常至少需要切碎装置。实际上，例如，如果使用为秸秆利用设计的特殊装置，则只能省略原生长秸秆的上游粉碎。
如本发明人的专利EP2167631所示，对于微生物是不可消化的并且占干秸秆质量的约21％的木质素含量在秸秆发酵期间阻断通向被部分转化为沼气的纤维素和半纤维素的途径。特别是，天然的未消化的秸秆只能在通常的20-60天的保留时间(水力停留时间HRT)内通过沼气设施在很小程度上被转化为沼气。
此外，秸秆中相对低的氮含量导致秸秆的非常宽的C/N比。该比例通常为70-100。厌氧微生物为其生长和繁殖需要6-20的C/N比。因此，秸秆的发酵需要将含氮悬浮液回收加再循环到该过程中或者添加一种或多种含氮发酵底物，如具有特别窄的C/N比的家禽粪肥。
因此，使用秸秆作为厌氧发酵底物需要特殊的预处理措施和/或后处理措施，包括消化原生秸秆和/或添加氮/氮化合物或具有非常低的C/N比的发酵底物。相关的现有技术还公开了切碎、磨碎、浸泡、捣碎的消化和预/后处理措施以及用热水、蒸汽、饱和蒸汽、热压水解、湿法氧化、蒸汽重整、蒸汽爆破等进行的的预处理，以及通过应用胞外酶支持厌氧发酵(水解)的第一阶段。先前还已知的是回收和再循环(如果必需的话，加工或纯化的)工艺用水到过程中，将含氮悬浮液回收和再循环到过程中，在发酵之前预热发酵底物以除去秸秆上的蜡层，用热水、蒸汽、饱和蒸汽、热压水解、湿法氧化、蒸汽重整、蒸汽爆破等处理后重复发酵来自第一次发酵的发酵残留物，回收和再循环工艺热(尤其是逆流过程中的热交换)，用真菌对发酵底物进行生物预处理，用真菌对发酵残留物进行生物后处理，从工艺用水去除污染物(例如通过过滤、超滤、反渗透)和将含秸秆的发酵残留物散布到农业和其他地区以保持其腐殖质含量。应当理解的是，所有先前已知的和显而易见的预处理和消化措施以及用于后处理和使用发酵残留物的所有已知措施可以与下文列出和解释的方法步骤组合。相关领域的技术人员从相关的现有技术知道这必须如何完成。
在厌氧发酵底物即秸秆的情况下，可实现的转化效率和沼气生产的动力学(考虑时间因素)决定性地取决于预处理的类型。如果预处理由几天需氧堆肥组成，则沼气产量显著降低，因为特别是易于获得且易消化的碳化合物被氧化形成CO2。后者又从反应物质扩散到大气中，然后不再存在，这意味着部分碳损失。
如目前的实际值所示，使用秸秆磨碎和饱和蒸汽处理组成的预处理组合和使用随后的以这样的方式消化的秸秆的搅拌湿发酵，即以最大30的最佳C/N比且无需氧预腐烂，可以实现高达75％的转化效率。预处理“仅磨碎的秸秆”导致搅拌湿发酵的转化效率为约50％，最佳C/N比为约30，无需需氧预腐和无需蒸汽处理(饱和蒸汽、TDH、蒸汽重整、蒸汽爆破等)。
未经研磨但在发酵前也经受需氧预腐(堆肥)并且在未经搅拌的固体发酵罐中以不合适的70-100的C/N比发酵的原生秸秆的发酵实现了-如果有的话-仅为20％的最高转化效率。
在本发明的有利的实施方案中，使待转化为温室气体减排的可销售能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)的生物质经历转化，其优选可以是厌氧发酵或酒精发酵，只在先前从相关技术已知的合适的上游措施之后，所述上游措施优选自以下措施：与水、水悬浮液或工艺用水混合，用水、水悬浮液或工艺用水浸泡，粉碎(捆包分解、切碎/撕碎、磨碎等)来自第一次发酵的生物质残留物，挤出该生物质，在无压力的条件下和使用热水或蒸汽处理该生物质，用热水或蒸汽对该生物质加压处理，用饱和蒸汽处理该生物质，该生物质的热压水解，该生物质的湿法氧化，该生物质的蒸汽爆破，该生物质的蒸汽重整，其他已知的对该生物质的预处理，这些措施的任何组合。
在本发明的另一个有利实施方案中，使待转化为温室气体减排的能量载体的生物质经受多次(2至10次)优选的双重转化，其更优选为双重厌氧发酵、双重酒精发酵或厌氧发酵和酒精发酵的组合；优选地，第二次转化在中间措施之后进行，所述中间措施由先前从相关现有技术已知的合适措施组成并且其更优选地选自以下措施：与水或水悬浮液混合，粉碎(溶解、切碎/撕碎、磨碎)来自第一次转化的转化残留物，挤出这些转化残留物，在无压力条件下和使用热水或蒸汽处理这些转化残留物，用热水或蒸汽加压处理这些转化残留物，用饱和蒸汽处理这些转化残留物，这些转化残留物的热压水解，这些转化残留物的湿法氧化，这些转化残留物的蒸汽爆破，这些转化残留物的蒸汽重整，其他已知的应经受进一步转化的转化残留物的后处理，这些措施的任何组合。
在本发明的另一个有利实施方案中，在转化之前使生物质经受热处理，优选多阶段第一次回火(tempering)和第二次回火，更优选多阶段第一次、第二次和第三次回火，特别是多阶段第一次、第二次、第三次和第四次回火。生物质的温度控制可以在随后的温度水平高于之前的温度水平的次要条件下在选自以下温度的温度水平下进行：0.1℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃或其任何组合，其中此处每个温度值可另外在至少+/-2.5℃的范围内变化。多级温度控制的目的是有利地软化或消除生物质中这样的结构和物质，即其阻止或阻碍随后的转化。
在另一个有利实施方案中，在生物质的单阶段或多阶段转化步骤之前、期间或之后，至少一部分生物质被先前从相关现有技术已知的合适的原料替换或补充，优选被选自以下的原料替换或补充：渗滤液，浆液，粪肥，草，干草，草青贮，玉米青贮，谷物全株青贮，来自秸秆的青贮和另一青贮基质，干草，谷物，马铃薯，工业甜菜，甜菜，甘蔗，糖蜜，田间豆类，野花，景观维护，路边绿色植物，来自加工农产品的残留物，来自乙醇生产的酒糟，油菜籽，油菜籽压榨饼，栽培生物质，木材，木材废料，生物废料，生物垃圾，有机残留物，来自生物质加工的残留物，来自生物质加工的副产物，含纤维素的非食品材料，含木质纤维素的原料，残留的森林木材，谷物和其他高淀粉含量的作物，含糖植物，油料植物，藻类，混合城市垃圾的生物质部分，生活垃圾，秸秆，含秸秆的原料，污水污泥，来自棕榈油磨坊的废水，空棕榈果串，塔罗油树脂，粗甘油，甘油，甘蔗渣，磨拉石，葡萄酒渣，酒糟，坚果壳，外皮，有芯玉米棒，垃圾的生物质部分和来自以林业和/或森林为基础的产业的残留物(树皮，树枝，试商用疏伐、叶，针叶，树顶，锯屑，刨花，黑液，棕液，纤维污泥，木质素，妥尔油)，其他含纤维素的非食品材料，其他含木质纤维素的材料，细菌，用过的食用油，动物脂肪，植物脂肪，固体粪肥，干鸡粪，家禽粪肥，含秸秆的蘑菇残留物及其任何组合。
在本发明的有利实施方案中，秸秆的发酵不在经典的“湿设备”中进行，其根据搅拌罐原理用浆液状水悬浮液进行，但在固体发酵设备中，其根据车库原理进行。优选地，所述至少一个车库式发酵罐以持续短于24天，特别是短于15天并且最好短于9天的发酵周期运行。通过该实施例，秸秆的厌氧发酵不应限于固体发酵设备，其原则上也可包括湿法工艺，其在经典的湿型设备中进行。
如果秸秆捆在发酵前不作为整体经受饱和蒸汽处理(参见发明人的专利申请EP15001025.4)，则它们在发酵前被破碎。然后用撕碎机和磨碎装置粉碎松散的秸秆。粉碎程度可以变化，使得秸秆颗粒的长度平均为0.01mm至30.0mm。因此，粉碎可以不仅包括将秸秆切碎(至约5cm-20cm)，而且还包括另外的研磨，例如用锤磨机或切割机。粉碎程度取决于要实现的转化效率：粉碎程度越高，其他条件不变的转化效率越高。高度粉碎需要高能量输入(对于研磨机而言)。
优选秸秆的细菌发酵与含氮发酵底物(家禽粪肥、浆液)一起和/或与更优选预先从发酵残留物提取的含氮工艺用水一起确保20-40的C/N比。在厌氧细菌发酵中，只有非常少的引入发酵罐的发酵底物的N组分转化为沼气；更大的部分保留在发酵物质中，导致发酵物质或发酵残留物中的N富集。如果在发酵之前或期间发酵底物富含含N工艺用水，则可以减少含N发酵底物的输入量。这种减少对于由发酵残留物生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的性质是有利的。
固体发酵优选在固体粉尘状堆中进行，其在“车库”中排除空气的情况下关闭“车库门”之后从上方用渗滤液淋洗(渗滤)。在这个过程中，堆状发酵物质被吸到极限，在此极限下形成游离(工艺)水或游离悬浮液(渗滤液)，这种渗滤液由先前完成的发酵循环的发酵物质的渗透液组成和/或由后续工艺步骤中产生的工艺用水组成。含有细菌的渗滤液渗透通过发酵物质堆，被回收并可用于另一次淋洗。厌氧细菌发酵，如在湿式设备中发生的，只能在车库式发酵罐中在一个阶段中进行，或者分两个阶段进行。在两阶段过程中，将至少部分负载有机酸的循环渗滤液送入高性能甲烷化器中，在甲烷化器中固定化微生物进行已知的甲烷生成。由一部分有机酸淡化(lightened)的渗滤液从甲烷化器排出并渗透到发酵物质堆上并再次开始循环。
在所谓的车库式工艺中，发酵以通常持续21-28天的周期进行。将新鲜发酵物质引入多个车库式发酵罐中通常使用轮式装载机进行，同样是新鲜发酵物质与接种物(来自先前发酵循环的旧发酵物质的部分)的预先混合和去除来自车库式发酵罐的发酵的发酵物质。车库式发酵罐以时间交错的方式运行，使得沼气生产或多或少是总体上连续的。
一方面，车库式工艺的优点在于不使用液体发酵物质，其中秸秆片通常漂浮起来，形成漂浮层和阻止溢出。秸秆被困在固体粪肥状堆中。另一方面，含有秸秆的发酵残留物不是以小的液体形式存在，而是作为DS含量为约30％-40％的堆存在。尽管液体发酵残留物只能在没有异常高技术投入的情况下经受一次HTC(参见上文)，但发酵残留物的固体粪肥样稠度使得期望的热解成为可能，优选在任何必要的发酵残留物脱水至约50％DS之后。
使用哪些工艺步骤将秸秆转化为沼气取决于要实现的转化效率。高转化效率需要比低转化效率更多的技术和能量投入。在车库式工艺和湿发酵工艺两者中，发酵底物的预处理和/或发酵残留物的后处理都是非常重要的。在实践中，已经证明的预处理和后处理是粉碎，特别是磨碎，其优选在撕碎之后进行，更优选在解捆之后接着进行撕碎和磨碎。其他预处理和后处理措施包括混合或用温水(15℃-99℃)处理，混合或用热水(>99℃)处理，逐渐加热发酵物质，用(饱和)蒸汽处理，用热压水解处理，用湿式氧化处理，用蒸汽爆破处理，用蒸汽重整处理，用真菌生物处理，与工艺用水(如果必需，经处理或纯化的)共混或混合，后处理后再发酵以及这些措施的组合已被证明是成功的。
不考虑期望的转化效率，采用尺寸为7米宽×5米高×30米的长发酵罐，每个车库式发酵罐和发酵周期可使用约60吨秸秆-WM作为发酵底物，秸秆代表1％至99％，优选50％的(新鲜)发酵混合物。车库式发酵罐被清空并用轮式装载机重新填装。轮式装载机需要406分钟(6.76小时)来清空并重新装满车库式发酵罐。沼气厂中使用的轮式装载机的燃料消耗为每运行小时17.4升柴油当量和因此每次发酵质量变化117.6升柴油当量。能量输入为每次发酵质量变化约1153kWhHi，其中发酵底物即秸秆占约一半，即约576kWhHi。使用60吨秸秆-WM，1吨秸秆-WM占9.6kWhHi，并且原料的1kWhHi的热值对应于0.0024kWhHi或0.24％。由于所使用的轮式装载机具有根据本发明的CNG或LNG驱动并且使用根据本发明的方法生产的绝对无温室气体的混合气体运行，因此轮式装载机的运行不产生温室气体排放。
总之，“预处理和发酵”工艺步骤需要每1吨秸秆湿物质21.4kWhel和17.6kWhHi的能量输入。与此能量输入相关的温室气体排放总计：对于电力输入为21.4x540gCO2-当量/kWhel＝11556gCO2-当量/吨秸秆-WM和对于轮式装载机的燃料输入为0.0gCO2-当量/吨秸秆-WM。
在将蒸汽预处理的秸秆厌氧细菌发酵成沼气中，秸秆的干物质转化为沼气，其中甲烷占53.50体积％，二氧化碳占44.60体积％，氢占0.15体积％，氧占0.75体积％，氮占0.75体积％，硫化氢占0.05体积％，且氨占0.20体积％。沼气的热值基本上由甲烷含量确定。在甲烷产量为2860kWhHi/吨秸秆-WM(转化效率70％)和比热值为9.978kWhHi/Nm3CH4的情况下，得到的甲烷体积为286.6Nm3和总沼气体积为535.7Nm3。甲烷在该沼气体积中的份额为286.6Nm3，二氧化碳份额为238.9Nm3，氢份额为0.804Nm3，氧份额为4.018Nm3，氮份额为4.018Nm3，硫化氢份额为0.268Nm3和氨份额为1.071Nm3。
含秸秆的发酵残留物的碳化
本发明的基本要素是以这样的方式将来自第一次生物质转化的残留物处理为(可销售的)能量载体，优选含秸秆的转化残留物，即仍然包含在这些发酵残留物中的大气碳至少部分被化学和物理稳定化。第一次生物质转化可以是产生含碳转化残留物的任何生物质转化(例如将生物质转化为生物柴油，将生物质转化为生物乙醇，将生物质转化为木质乙醇，将生物质转化为费托燃料，将生物质转化为氢，将生物质转化为沼气和类似已知工艺)。
仍然包含在第一次生物质转化的残留物中的大气碳的化学-物理稳定化优选以这样的方式进行，即大气碳不与其他物质(大气氧)反应和/或不通过土壤呼吸分解(即不被土壤生物分解)，持续数十年，更优选地持续数百年，特别是持续数千年。
优选地，通过热化学处理实现化学-物理稳定化，其更优选为碳化，并且特别地由选自以下先前已知的碳化工艺组成：热解、烘焙、碳化、气化、水热碳化(HTC)、蒸气热碳化，这些措施的任何组合。优选地，使用从相关现有技术已知的相应装备用于此目的。
来自第一次生物质转化的残留物的碳化优选产生生物炭/植物煤/生物焦炭，其含有至少成比例地稳定化或部分稳定化的大气碳。
优选地，生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的干物质中稳定化或部分稳定化大气碳的比例大于1％，更优选大于15％，特别是大于45％，最优选大于70％。
在本发明的优选实施方案中，为了使生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的干物质中稳定化或部分稳定化的大气碳的比例最大化，使来自第一次生物质转化的处理过的残留物尽可能慢地达到反应温度。因此，加热至反应温度优选耗费长于1秒，特别是长于10分钟，最好长于100分钟。
优选地，来自第一次生物质转化的残留物被分成两、三或四部分物流，其中将第一部分物流供应给热解，将第二部分物流通过选自以下的手段处理：低温热解、短期热解、碳化、气化、烘焙、HTC和蒸气热烘焙，并导致碳的至少部分稳定化，将第三部分物流通过选自：低温热解、短期热解、烘焙、HTC、碳化、气化和蒸气热焙烧处理并且不导致碳稳定化，和使第四部分物流不经受热化学处理。
在优选实施方案中，热解是高温热解，其中来自第一次生物质转化的残留物在缺氧条件下经受150℃-1600℃的温度，优选500℃-1000℃的温度，特别是600℃-900℃的温度。
优选地，使反应物质暴露于反应温度超过1秒，更优选超过50分钟，特别是超过500分钟。
优选地，用于对来自第一次生物质转化的残留物的热化学处理的反应容器中的压力对应于环境压力，更优选>1巴，特别是>5巴。
在本发明的有利实施方案中，暴露于碳化的转化残留物可以以粒料或团块的形式获得，同时优选在碳化期间基本上保持这种形式，和/或碳化装置的输出基本上为粒料或团块的形式。
在根据本发明的方法的优选实施方案中，生产由发酵残留物和低温和高温煤组成的特殊的两部分、三部分或四部分发酵残留物/植物煤混合物，并将其作为从田地去除的秸秆的替代物掺入可耕土壤中。当未处理的发酵残留物的碳含量未被稳定化，并且烘焙的低温植物碳中(或在相对较低温度下/或仅在短时间内热解的植物煤中)含有的大气碳仅适度稳定化时，经过高温热解的碳部分在热解后以这样的方式化学稳定化，即在掺入可耕土壤后，其不能通过土壤呼吸过程或通过有氧腐烂过程降解，且因此成为永久腐殖质的一部分。同时，未经处理的发酵残留物和烘焙煤成为营养物腐殖质的一部分。为了避免土壤中营养物的不利(短期或暂时)固定，发酵残留物/植物煤混合物可首先富集(装载)有机营养物。
优选地，a)(部分)稳定化大气碳、b)生产的高含C生物炭/植物煤/生物焦炭E至G、c)生物炭/植物煤混合物H和/或d)生物炭/植物煤转化残留物混合物I的H/C摩尔比<0.8，更优选<0.6，和/或其O/C摩尔比<0.8，更优选<0.4。
这样的生物炭/植物煤/生物焦炭或生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物至少部分以这样的方式化学稳定化，即生物碳/植物煤/生物焦炭中包含的大气碳的稳定化部分不能在给定的长期时间段(10年，30年，100年，500年，1000年，1万年，10万年)内通过土壤呼吸过程或通过有氧腐烂过程或通过与大气氧反应降解。因此，为了从地球大气除去碳并引起地球大气脱碳，储存生产的生物炭/植物煤/生物焦炭免受天气影响就足够了。这样的储存可包括，例如，将生产的生物炭/植物煤/生物焦炭(松散地或成袋地)储存在储藏室中、废弃矿井中、免受天气影响的洞穴中，保护层或覆盖物下的采石场中、沼泽中、砂层下的沙漠中、泥浆层下的海底中、泥浆层下的积滞水中或含水层中。
由于生物炭/植物煤/生物焦炭对农业土壤，特别是田地表土的上述积极影响，将根据本发明方法生产的生物炭/植物煤或生物焦炭，单独地或与来自单阶段或多阶段生物质转化的非碳化残留物一起，至少部分地掺入农业土壤中，特别是掺入田地表土中是有利的。然而，为了从地球大气去除大气碳，其化学-物理稳定化和耐候性储存本身就足够了，使得为了实现期望的温室气体效应，并非绝对必须将生物炭/植物煤/生物焦炭掺入农业或林业土壤中或将其储存在洞穴、采石场、沙漠土壤、永冻土壤、含水层、海洋等中，以使地球大气脱碳。
进入田地表土的短期、中期和长期稳定化的大气碳的量是如果农民将所有秸秆留在田地上的情况下的1.5-5.7倍，并且是农民按照良好实践从田地除去了30％的秸秆生长情况下的2.0-8.2倍。尽管在根据本发明的方法的特别优选的实施方案中，将以高达87％的最大(未来)份额从田地移除秸秆，并且尽管(气体)燃料是由该秸秆产生的，但该方法与如果没有发生秸秆去除相比，对于土壤质量和农民而言好得多。尽管该最大回收率高达87％，但该方法使用由营养物腐殖质的短期和中期腐殖化和稳定化的植物煤的长期螯合组成的碳化组合实现了高度和非常高的腐殖质效应，导致上面列出的全部一系列积极的次要效应。
因此，根据本发明的方法或根据本发明的系统的用户可以非常有利地使用秸秆储藏生长的完整比例，除了不可恢复的秸秆比例(茬、壳、皮)之外，其到目前为止必须留在田地上，以确保可耕土壤的腐殖质含量的水平。这使得之前的所有用以确定剩余和废弃材料的生物质潜力以用于可持续能源利用的计算过时，包括最近由德国生物质研究中心(GBRC)准备和由可再生资源机构(ARR)出版的研究“Biomassepotenziale von Rest-undAbfallstoffen-Status Quo in Deutschland[残余和废弃材料的生物质潜力-德国的现状]”。
考虑到秸秆生长增加到总共约4600万吨和未来需要约4百万吨用于垫料和粗饲料，根据本发明的方法/系统使可用于能量和材料目的的秸秆的量从之前的约800万吨的数字增加到约3410万吨，即4.3倍，而不危及可耕土壤的腐殖质含量和可持续性。因此，与所有其他秸秆转化工艺相比，根据本发明的方法/系统可从德国秸秆生长生产更高级的生物燃料，即在不添加天然气的情况下高达100000GWhHi(360PJ)和在添加天然气的情况下高达125000GWhHi(450PJ)。在不添加天然气的情况下，100000GWhHi的燃料量将是强温室气体负性的，并且在添加天然气的情况下，其将是温室气体中的。
如果在根据本发明的方法/系统中不仅使用秸秆而且还使用农场粪肥和/或叶垃圾，则这些气体量显著增加。
为了将来自车库式发酵罐的含秸秆发酵残留物供应给优选的热解和/或烘焙的子过程，发酵残留物的水含量(干物质)必须从约65％(35％DS)降低(增加)至至少50％(50％DS)。根据本发明的方法，该脱水可以分两步进行，首先通过使用倾析器/螺旋压力机的固/液分离达到高达40％的DS含量，然后借助干燥，优选低温干燥达到50-70％的DS含量。与高温干燥相反，在干燥过程期间不产生(有毒的)二噁英和呋喃。干燥所需的能量通过干燥设备，优选基于来自高温热解的工艺热再循环获得。
在沼气转化效率为70％的情况下，获得约483kg，每1吨秸秆湿物质湿发酵残留物或多或少。它的干物质含量为35％(169千克)，且含水量为约65％(314千克)，其中供应的原生秸秆中含有140千克水，并且在预处理、与其他发酵底物混合的工艺步骤中和发酵期间秸秆另外吸收约174千克水。在约169千克的DS含量中，碳份额高达134千克。在引入发酵罐中的860kg DS中，通过微生物将691kg转化为沼气。
通过倾析器/螺旋压力机通过相分离进行固/液分离，达到40％的DS含量。忽略液相还具有一定不能被过滤掉的DS含量(小秸秆颗粒、溶解的矿物质、酸和盐)的事实，含秸秆的发酵残留物从483千克减少到423千克湿物质，其由169千克干物质和254千克水组成。这释放出483-423＝60千克含有小秸秆颗粒、溶解的矿物质、酸和盐(更偏液体的相)的悬浮液，它们作为工艺用水加到渗滤液。这种通过相分离的第一次脱水具有3.75kWhel/吨湿物质的动力要求，在这种情况下为0.483×3.75＝1.81kWhel/吨秸秆-WM。对于540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放而言，这导致1.81x540＝978gCO2-当量/吨秸秆-WM的温室气体排放。
对于作为天然新鲜物质被供应给沼气厂或发酵罐中的每1吨秸秆WM，低温干燥设备产生423kg的湿发酵物质(偏固体的相)，其中169kg由干物质(其中134千克是碳)组成，并且其中254千克是水。为了达到60％的DS含量(由169千克DS和113千克H2O组成的282千克WM)，必须从湿发酵物质除去约141千克水。该发酵残留物的温度为约35℃。因此为了达到100℃的温度，温度必须提高65℃。在每吨和每℃4180kJ的热容量情况下，精确地需要0.423×65×4180＝114929kJ以将发酵残留物加热至100℃，这相当于31.9kWhHi。低温干燥设备从干燥的发酵残留物的热解或烘焙期间产生的废热获得该能量。
待从发酵残留物(141千克)除去的水的蒸发需要2088kJ/kg的热输入，在这种情况下为141×2,088＝294408kJ，这相当于总共81.8kWhHi和每kg水0.58kWhHi。低温干燥设备还从干燥的发酵残留物的热解或烘焙期间产生的废热获得该能量。
总之，将每1吨秸秆湿物质产生的脱水发酵残留物干燥至60％的DS含量需要31.9kWhHi+81.8kWhHi＝113.7kWhHi的热供应。由于干燥设备使用来自发酵残留物热解或烘焙的废热运行，因此没有额外的温室气体排放，因为原始原料是其碳源自大气的秸秆。
来自低温干燥过程的约100℃热的、含秸秆的发酵残留物流可分为未经处理的第一部分物流、经受弱烘焙的第二部分物流、经受强烘焙的第三部分物流和被热解的第四部分物流。在所述部分物流的总和不超过100％的次要条件下，所述部分物流可各自具有总物流的0％-100％的份额。在下文中，将总物流分为3部分物流作为实施方案进行描述；然而，在其他实施方案中，分成1部分物流、2部分物流和4部分物流也是可能的。
在已将含有秸秆的总发酵残留物流分成部分物流后，用选自以下的含营养物的水悬浮液将热烘焙和热解的生物炭/植物煤/生物焦炭急冷：浆液，渗滤液，泔水，来自乙醇生产的酒糟，来自厌氧发酵的液体残留物，尿液，来自青贮的渗透水，工艺用水，经处理或纯化的工艺用水，液体发酵物，渗透物，偏液体的脱水相，偏固体的脱水相，任何分离相，含其他营养物的悬浮液和类似悬浮液(例如水和矿物肥料的悬浮液)，将其与未处理的发酵残留物混合，并且如果必需使其经受进一步的低温干燥过程以减少植物煤的输送质量和/或用以更容易的处理。生产的生物炭/植物煤/生物焦炭可以单独急冷或作为煤混合物或煤转化残留物混合物急冷。
含秸秆发酵残留物的碳化优选在封闭装置中进行，其中在碳化过程期间释放的气体(热解气体)特别用于加热碳化装置(热解装置)。
碳化可以在并联回路和串联回路中进行。在后一种情况下，碳化装置用于烘焙和热解二者。唯一的区别是所选择的反应温度和反应时间，两者对于热解而言都比对于烘焙烧而言更高。然而，原则上，其他工艺也可用于碳化，如水热碳化(HTC)或蒸气热碳化。
除启动过程外，热解系统不需要任何热输入；相反，它产生的热显著多于碳化所需的热。在当前的技术水平下，工厂需要每吨燃料-DS约55.6kWhel电力。可以预见的是，随着这些工厂规模的扩大(规模经济)，具体的电力消耗将进一步减少。
基于输入沼气厂或发酵罐的原始秸秆(1吨秸秆-WM)，来自低温干燥过程的输出为282千克发酵残留物湿物质，其中169千克是DS，并且113千克是水。169千克DS的134.2千克是碳(见上文)。最初留出6.67％的干燥发酵残留物(18.8千克WM，其中7.5千克水，11.3千克DS，其中8.9千克C)，以便稍后添加到为了给土壤植物群和动物群提供易消化生物质(OSS)而生产的植物煤。
将282千克发酵残留物湿物质的另外6.67％(18.8千克WM，其中7.5千克水，11.3千克DS，其中8.9千克C)送入自燃烘焙系统中，并优选在250℃-300℃下碳化。在该过程中，约25％的干物质损失，并且其中约25％的碳仍然存在，即约2.8千克DS和2.2千克C。该损失的碳具有约9.1kWhHi/kg的热值和20.2kWhHi的总热值。完全蒸发水含量需要0.58kWhHi/kg x7.5kg＝4.35kWhHi，使得可以从烘焙获得15.85kWhHi用于外部目的。这留下8.5千克WM，8.5千克DS，其中6.7千克C和0.0千克H2O。
因此，由低温干燥产生的282kg发酵残留物湿物质的86.7％，即约244kg湿物质保留用于高温热解。其中，146千克为DS，且98千克为水。146千克DS的116.4千克是碳。在自燃热解中，在本文所示的实施方案中，约40％DS和因此仍然存在的约40％的碳损失，即约58kgDS和46.6kg C损失。该损失的碳具有约9.1kWhHi的热值和419kWhHi的总热值。水含量完全蒸发需要0.58kWhHi/kg x 98kg＝57kWhHi，使得可从热解获得362kWhHi用于外部目的。这留下88千克WM，其中88千克DS，其中70千克C和0.0千克H2O。
总的来说，每吨最初供应的秸秆-WM可获得约16kWhHi+362kWhHi＝378kWhHi的工艺热量用于内部和/或外部目的。其中，将发酵残留物从40％DS干燥至60％DS需要114kWhHi(参见上文)。这留下264kWhHi的热量可用于其他目的。
在发酵残留物已经留出、烘焙和热解后，仍然存在8.9+6.7+70＝85.6kg C，其中8.9kg C未被稳定化，6.7kg C被部分稳定化，和70kg C被永久稳定化。如果将这70千克永久稳定化的碳耕作到可耕土壤中，则大气永久地释放70千克x3.664＝约256480gCO2。基于2860kWhHi的沼气产量(见上文)，这导致总量-90g CO2/kWhHi的特定温室气体排放(在考虑其他工艺步骤中发生的温室气体排放之前)。
能量消耗：由于热解设施本身产生所需的热，因此不需要外部热。但是，电力需求(仍然)是相当可观的；每吨燃料DS需要55.6kWhel用于热解设备的运行，这相当于0.0556kWhel/kg DS。因此，11.3kg DS(见上文)的烘焙产生约0.6kWhel，并且146kg DS的热解产生约8.1kWhel，即总共8.7kWhel。
温室气体排放：540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-GHG排放导致8.7x540＝4698gCO2-当量/吨秸秆-WM的温室气体排放。基于2860kWhHi的产生的燃料量，产生的特定温室气体排放为+1.6gCO2-当量/kWhHi。
负载营养物的发酵残留物/植物煤混合物的生产
将发酵残留物放在一边，将来自烘焙的植物煤和高温热解的输出混合在一起，以形成含有含C腐殖质的高质量生物炭/植物煤混合物。为了确保新鲜的生物炭/植物煤混合物在掺入表土并将其固定后不从土壤去除任何营养物，根据本发明的方法，在将它们混合到生物炭混合物H中之前或之后，所生产的生物炭物质E至G富集与谷物植物中所含的那些完全相同的有机营养物。沼气厂从渗滤液获得这些营养物，所述渗滤液在发酵的上游工艺步骤中在车库式发酵罐中尤其在厌氧细菌发酵的第一部分步骤-水解-中由秸秆产生。这意味着除了灰分含量外，作为有机营养物的秸秆成分至少部分地从秸秆被洗掉并收集在渗滤液中。生物炭/植物煤混合物对有机营养物的富集优选通过用选自以下的含营养物的水悬浮液急冷进行：浆液，渗滤液，泔水，来自厌氧发酵的液体残留物，来自乙醇生产的酒糟，尿液，来自青贮的渗透水，工艺用水(可能经处理或纯化)，液体发酵物，渗透物，偏液体的脱水相，偏固体的脱水相，任何分离相，含其他营养物的悬浮液和类似悬浮液。如果热生物炭/植物煤/生物焦炭中所含的热量小于蒸发供应的水所需的热量(在急冷过程期间只有水蒸发，溶解在水中的有机营养物保留在生物炭/植物煤混合物中)，生物炭/植物煤混合物再次变湿，否则其保持干燥。
为了防止真菌的形成和自燃，并且为了降低负载营养物的生物炭/植物煤混合物的运输重量，将湿生物炭/植物煤混合物在第二低温干燥设备中干燥至至少86％的DS含量，如果真是必需的话。
稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭E，部分稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭F，未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭G，由生物炭/植物煤/生物焦炭E至G组成的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H，和由生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H和转化残留物D组成的生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I可以或可以不单独负载有机营养物。这意味着仅给这些混合物的单一组分或混合物而不是其他组分负载有机营养物是可能的并且可能是有利的。也可以将所有生物炭/植物煤/生物焦炭E到G负载有机营养物，和都不负载。此外，有可能并且可能有利的是，给生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H和生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I的所有组分装载有机营养物，和都不负载。
将发酵残留物放在一边(18.8公斤WM，其中7.5公斤水和11.3公斤DS，其中8.9公斤C)，将来自烘焙的植物煤(8.5公斤WM，其中0.0公斤水，8.5公斤DS，其中6.7kg C)和高温热解的输出(88kg WM，其中0.0kg水和88kg DS，其中70kg C)混合至约115.3kg WM，其由7.5kg水和107.8千克DS组成(因此DS含量为93.5％)，85.6千克C仍包含在DS中。在85.6kg C中，8.9kg C未稳定化，6.7kg C被部分稳定化，并且70kg C被永久稳定化。
当暂不考虑的发酵残留物的温度为约25°时，来自烘焙的植物煤的温度为约250℃，而高温热解的输出的温度为约700℃。混合后，混合物的温度仍为(18,8×25℃+8,5×250℃+88×700℃)/115,3＝约557℃。该温度很高，使得发酵残留物(7.5kg)中含有的水蒸发。因此，混合物的质量从115.3千克减少7.5千克达到107.8千克，并且由于水的蒸发和由于中间储存，温度降低至约350℃。
用于急冷的水悬浮液(优选从以下含营养物的悬浮液选择)：浆液，渗滤液，泔水，来自乙醇生产的酒糟，来自厌氧发酵的液体残留物，尿液，来自青贮的渗透水，(如果必需，经处理或纯化的)的工艺用水，液体发酵物，渗透物，偏液体的脱水相，偏固体的脱水相，任何分离相，其他含营养物的悬浮液和类似悬浮液，其更优选由来自含秸秆的发酵物质的发酵的渗滤液组成，可以预先至少部分地通过过滤、超滤和反渗透浓缩，即达到约5.0％的平均DS含量。因此，1kg水悬浮液由50g DS和950g水组成。为了使生物炭/植物煤/生物焦炭E-G(107.8千克)的DS富集1.7千克营养混合物，需要34.0千克由1.7千克DS和32.3千克水组成的渗滤液。“负载”营养物的生物炭/植物煤/生物焦炭E-G的湿质量因此加起来理论上为107.8+34.0＝141.8千克，相应的干物质为107.8+1.7＝109.5千克，并且理论含水量为0.0+32.3＝32.3千克。碳含量保持在85.6千克C。
在用渗滤水溶液急冷后，生物炭/植物煤混合物的温度仍为(107.8×350℃+34.0×25℃)/141.8＝约272℃。该温度很高，使得渗滤液中含有的约一半水即16.2千克蒸发。当富集营养物的生物炭/植物煤混合物的干物质保持在109.5千克，并且碳含量保持在85.6千克时，由于水蒸发的原因湿物质从141.8千克减少至少16.2千克至最大125.6千克，且因此水含量从32.6千克减少至少16.2千克至最大16.2千克。由于急冷的原因，DS含量仅降低至109.5/125.6＝87.2％，使得可以省略后干燥至至少86％的期望DS含量。
能量输入：用于混合和后处理所需的能量输入很低，以致于可以忽略不计。
温室气体排放：当将发酵残留物与新鲜植物煤混合并进行后处理时，几乎不发生温室气体排放。
发酵残留物/植物煤混合物的使用
冷却至40℃以下后，将负载或未负载有机营养物的生物炭/植物煤/生物焦炭E至G和生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H和I置于合适的筒仓中，优选置于麻袋中，更优选置于所谓的大袋中，并暂时以该形式存储。这些生物炭/植物煤/生物焦炭或生物炭/植物煤/生物焦炭混合物可以整批储存，也可以以颗粒、粉、碎屑、球粒或团块的形式储存。也可以将这些生物炭/植物煤/生物焦炭最初以整批储存并且在将它们运输给其顾客前不久将其颗粒化、切碎、磨碎、研磨、造粒或压块。
如果必需，将大袋从筒仓或中间存储设施移出并通过卡车运输，优选使用具有CNG或LNG驱动的卡车并使用根据本发明的方法生产的不含温室气体的气体燃料。为了装载卡车，借助伸缩臂装载机或起重机将负载有机营养物并填充到大袋中的发酵残留物/植物煤混合物从临时储存设施移出并装载到卡车，优选半挂车上。卡车还可以配备起重机，使得装载和卸载也可以在没有合适的装载技术可用的地方进行。
在平均输送距离(从沼气厂的植物煤临时储存设施到区域性临时储存设施和/或到农场的距离)为50公里和载荷为20吨的植物煤(堆积密度为0.36吨/立方米)的情况下，卡车提供每次装载1000吨的运输能力。在每100公里消耗33升柴油当量的情况下，约163kWhHi的能量用于长距离运输，并且消耗28升用于返回分散的仓库的空行程，使用另外137kWhHi。因此，长距离运输的总能量消耗为每次装载约300kWhHi和每吨植物煤15kWhHi。
由于运输卡车将配备CNG或LNG发动机，其补给和使用根据本发明的方法生产的不含温室气体的混合气体作为燃料，因此将植物煤运输至客户不引起任何温室气体排放。
基于1吨秸秆湿物质的原始输入，根据本发明的方法可以在70％的沼气转化效率下提供碳含量为85.6kg C的约125.6kg“负载的”发酵残留物/植物煤混合物(参见上文)。该量的输送需要15kWhHi/吨×0.1256吨＝1.9kWhHi的燃料量。由于上述原因，这种能量输入与温室气体的排放无关。
输送的大袋的内容物被填充到农场院子或田地边缘的肥料撒施机，必需时与矿物肥料一起，并且单独或像往常一样与肥料一起散布在田地上，然后耕作到土壤中，优选耕作到表土中。除了填充肥料撒施机所涉及的微不足道的工作之外，不涉及另外的工作，因为农民无论如何都要犁耕或铲除表土。由于这不导致任何额外的能量消耗，因此不发生温室气体排放。当然，负载的生物炭/植物煤混合物的施用也可以在不与矿物肥料混合的情况下进行。
供选择地，也可以仅由植物煤或植物煤混合物组成的发酵残留物/植物煤混合物也可以与固体粪肥混合，例如在装载固体粪肥撒施机时。然后将发酵残留物/植物煤混合物与固体粪肥一起散布在农用地上并耕作到土壤中。
在另一种选择中，也可以将也可以仅由植物煤或植物煤混合物组成的发酵残留物/植物煤混合物与浆液或液体发酵残留物混合-如果必需，在先前的粉碎成相应的细尺寸之后-例如，在装载浆液输送器和/或浆液分配器之前或之后。然后将发酵残留物/植物煤混合物与浆液或液体发酵残留物一起散布在农用地上并耕作到土壤中。
与应用矿物肥料、固体粪肥或浆液相比，在应用发酵残留物/植物煤混合物期间不产生笑气排放；相反，这些排放量减少，使得该工艺步骤导致温室气体排放减少，但其水平仍然未知。为了确定N2O排放的CO2当量，必须应用高加权因子298。这意味着即使N2O排放的微小减少也导致以二氧化碳当量量化的温室气体排放大大减少。在此基础上，将笑气排放的这些减少归因于或加在那些可能在上述描述中被忽略的温室气体排放似乎是合理的。
将根据本发明方法生产的发酵残留物-植物煤混合物掺入可耕土壤中确保即使在完全除去可收获的秸秆期间也能保持和增加腐殖质含量。这意味着根据本发明的方法的用户还可以使用先前必须保留在田地中以保护腐殖质含量的秸秆部分。到目前为止，现在仅德国就可以使用不是仅800万至1300万吨而是多达3400万吨以产生能量(4600万吨秸秆生长×87％可回收份额＝4000万吨/400万吨垫料＝3600万吨)。
根据不添加天然气情况下的沼气转化效率(可控制在10％至70％)，仅由该数量的秸秆生产的气体燃料量可达到36000000x409＝约14700GWhHi(53PJ)至36000000x 2860＝103000GWhHi(370PJ)。包括第一天然气掺和物(没有来自CO2回收的温室气体效应)，可提供高达184000GWhHi(660PJ)的绝对温室气体中性混合燃料。由于驱动混合的原因，预计未来每年的燃料消耗降至每辆乘用车约3000kWhHi(约340升汽油当量)，仅根据本发明的方法和根据本发明的系统将能够给多达相当于6500万辆汽油车供应来自未来德国秸秆生长的零排放燃料-即没有秸秆进口。
根据秸秆中含有的大气碳根据可控的转化效率转化为沼气的比例是多少以及厌氧细菌发酵的发酵残留物中残留的碳的比例是多少，将化学稳定化的生物炭/植物煤或化学稳定化的生物焦炭引入可耕土壤中还具有(可控的)温室气体负性隔离或脱碳效应，其可以达到生产的气体燃料的净-196gCO2-当量/kWhHi至-1790gCO2-当量/kWhHi(术语“净”在这种情况下意味着考虑与种植、加工、运输和分配相关的温室气体排放)。根据本发明，该效果用于将这样量的化石天然气加到由生产混合气体的秸秆生产的温室气体负性秸秆气体，其温室气体排放值恰好为0.0gCO2-当量/kWhHi。通过这种方式，可以将0.7至6.6千瓦时的天然气与每千瓦时生产的温室气体负性秸秆气混合。由于该添加的原因，零排放车辆可用的基于秸秆的燃料量增加到1.7至7.6倍。
将沼气处理成秸秆气和二氧化碳
当德国秸秆生长用于根据本发明的方法时，根据沼气转化效率在将生产的沼气处理成秸秆气体期间产生相当大的量的大气CO2(根据本发明的方法由秸秆生产的沼气通常由来自甲烷的约51.00％，来自氢的约0.10％，来自氨的约0.20％，来自硫化氢的约0.05％，来自氧的约0.50％，来自氮的约0.50％和来自大气CO2的约47.65％组成)。这种大气二氧化碳可以-如自2011年以来由德国公司CropEnergies AG在生物乙醇生产中已经实施的-液化并分配给工业客户，替代它们之前使用的化石二氧化碳(例如在食品工业中)或-如由挪威石油公司StatOil实施的-长期隔离(例如在几乎耗尽的油藏中作为推进剂气体)。在第一种情况下，防止了地球大气中二氧化碳量的增加，在第二种情况下，将大气二氧化碳从地球大气除去。两者均导致欧洲可再生能源指令(the European Renewable Energy Directive，RED)28/2009认可的延长脱碳效应。然而，回收的大气CO2也可以用作生产合成能量载体，例如合成甲烷的基础，其根据Sabatier由氢和CO2生成。如果氢气由电网解耦的RES电力，如风能通过电解产生，则合成能量载体几乎是温室气体中和的。除了回收的二氧化碳隔离的情况之外，二氧化碳的制备或纯化是应用的先决条件。
因此，当实施根据本发明的方法时作为副产物、垃圾或残留物质产生的大气二氧化碳(CO2)优选经受选自以下的方法步骤：回收、纯化、液化、加工、隔离(在地质构造，如原油或天然气矿床中)、化石二氧化碳的替代，生产基于二氧化碳能量载体(合成甲烷、合成甲醇)、尽可能的且合理的这些方法步骤的任何组合。更优选地，回收的大气CO2被隔离在仍在由其进行生产的原油或天然气矿床中。特别是，回收的大气二氧化碳代替(替代)化石二氧化碳。
基于生产的秸秆气体的千瓦时，这些进一步的脱碳效果导致取决于转化效率的负值温室气体值。该值实现进一步添加化石天然气，产生混合气体，其温室气体排放值再次为0.0gCO2-当量/kWhHi(根据2015年4月20日的欧盟指令2015/652，在欧盟混合中的奥托外部点火发动机(燃气发动机)中，压缩天然气的生命周期温室气体排放值为69.3gCO2-当量/MJ，其相当于249.5gCO2-当量/kWhHi)。
根据转化为沼气的碳含量(主要是CH4和CO2)和残留在发酵残留物中的碳含量，以及根据CNG汽车(可能配备混合动力技术)的年燃料消耗量，根据本发明的方法和根据本发明的系统可以将德国公路车辆总数的大部分变成仅基于德国秸秆容量的真正的零排放车辆，其使用相应比例的化石天然气，并且同时显著地和可持续地改善德国可耕土壤的腐殖质含量。由于这种潜在车辆总数的规模，这里公开的技术显然不仅仅是用于电和氢流动性的过渡技术。
将沼气分离成甲烷和二氧化碳是一项成熟的技术。仅在德国就有200家将其沼气加工成生物甲烷并将其送入天然气网的沼气厂。各种方法可用于将沼气体加工成生物甲烷，其中所需的能量和甲烷逸出是不同的。有几家制造商提供这样的工艺。
低温分离工艺：低温分离工艺对于根据本发明的方法是有利的，因为它们实现对在沼气处理期间产生的CO2的使用，并且生产的生物甲烷无论如何必须在LNG替代物LBM(液化生物甲烷)的生产期间液化。因此，在本发明的有利的实施方案中，CO2在纯化后将被液化并通过卡车以液体形式输送给工业用户。由于二氧化碳在生产的沼气中具有约70％的高质量份额并且最终应以液态存在，因此使用低温工艺或设备分离二氧化碳(-78.5℃的升华点)是有利的，并且如必需，还从甲烷分离的其他气体(氨、硫化氢、氧、氢)。它们由不同的制造商提供。
氨在沼气中含有的所有气体中沸点最高，在常压下为-33.3℃。因此，在低温分离工艺中，氨首先变成液体。供选择地，在使用常规技术进行低温分离之前，也可以从沼气洗去硫化氢。
硫化氢(硫化氢)在常压下具有-60℃的第二高沸点。在低温分离工艺中，硫化氢因此成为第二液体。供选择地，在低温分离之前，也可以使用常规技术从沼气洗去硫化氢。
二氧化碳(二氧化碳)在常压下具有-78.5℃的第三高沸点或升华点。在低温分离工艺中，CO2因此成为第三液体。
在常压下沸点为-161.5℃的甲烷具有第四高沸点。因此，甲烷是低温分离工艺中的第四液体。
由于剩余的气体氮、氧和氢在沼气中仅具有非常小的比例并且对环境无害，因此它们可以在甲烷液化之后并且可能在与新鲜沼气进行热交换之后释放到环境中。然而，它们也可以根据相关的现有技术使用。
如果以这样的方式纯化沼气，即首先分离硫化氢和氨，则以这样的方式预纯化的沼气被加压(1.1-50巴，优选3-30巴，特别是5-15巴，最好6-8巴)并逐渐冷却。CO2在约-45℃至-57℃变为液体且可以排出，并且如果必需，如果需要液化的LBM，在-162℃时甲烷也变成液体。根据大量的计算，二氧化碳的液化需要365kWhel/吨CO2或0.365kWhel/kg CO2的电力输入。
假设转化效率为10％(而不是上面假设的70％)，则每吨最初使用的秸秆-WM生产409kWhHi的沼气，几乎唯一地基于甲烷组分的热值。在甲烷产量为409kWhHi/吨秸秆-WM和具体的热值为9.978kWhHi/Nm3CH4的情况下，这导致甲烷体积为40.99Nm3，和总沼气体积为80.37Nm3。在该沼气体积中，甲烷的份额为40.99Nm3，二氧化碳的份额为38.30Nm3，氢的份额为0.08Nm3，氧的份额为0.40Nm3，氮的份额为0.40Nm3，硫化氢的份额为0.04Nm3和氨的份额为0.16Nm3。假设转化效率为70％，则上下数量高或低7倍。
乘以各自的密度，甲烷的气体质量为40.99Nm3x0.7175kg/Nm3＝29.41kg，二氧化碳的气体质量为38.30Nm3x1.9770kg/Nm3＝75.71kg，氢的气体质量为0.08Nm3x0.0899kg/Nm3＝0.01kg，氧的气体质量为0.40Nm3x1.4290kg/Nm3＝0.57kg，氮的气体质量为0.40Nm3x1.2510kg/Nm3＝0.50kg，硫化氢的气体质量为0.04Nm3x1.4290千克/Nm3＝0.06千克，氨的气体质量为0.16Nm3×1.5359千克/Nm3＝0.25千克。对于由1吨秸秆-WM发酵产生的二氧化碳部分的液化-即75.71千克二氧化碳-产生的电力需求为75.71千克×0.365kWhel/kgCO2＝27.6kWhel。
540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放导致27.6x540＝14922gCO2-当量/吨秸秆-WM的温室气体排放。基于生产的409kWhHi的燃料量，这是36.5gCO2-当量/kWhHi。同时，大气CO2替代化石CO2具有-75,710gCO2/吨秸秆-WM的负影响。基于生产的409kWhHi燃料，这是-185.1gCO2-当量/kWhHi。
净效应为-75710+14922＝-60788gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于409kWhHi生产的燃料量，这是-148.6gCO2-当量/kWhHi。
常规沼气处理：首先通过厌氧细菌发酵从秸秆和共底物产生的沼气除去杂质硫化氢和氨。然后使剩余的气体(主要是甲烷和二氧化碳)经历已建立的分离工艺之一。这需要小于0.15kWhel/Nm3粗沼气的电力输入。
最初使用的每吨秸秆-WM的粗沼气量为约535.7Nm3。因此，沼气升级需要535.7Nm3x0.15kWhel/Nm3＝80.4kWhel的电力输入。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放导致的温室气体排放为80.4x540＝43416gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于生产的2860kWhHi的燃料量，这是15.2gCO2-当量/kWhHi。
2840kWhHi的沼气或甲烷的生产产生约472.4千克二氧化碳(2860kWhHi对应于约286.6Nm3甲烷，其具体甲烷热值为9.978kWhHi/Nm3；甲烷占生产的沼气的53.5％的体积份额，使得沼气量为286.6Nm3/0.535＝535.8Nm3。此处CO2的体积份额为44.60％，即238.9Nm3。1.977kg/Nm3的密度导致472.4kg的CO2质量)。其液化需要472.4x0.365＝172.4kWhel的电力输入。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放导致的温室气体排放为172.4x540＝93,110gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于2860kWhHi的生产的燃料量，这是32.6gCO2-当量/kWhHi。该值乍一看似乎是不利的，而当人们认为472400gCO2的替代物代表472.400/249.5＝1893kWhHi天然气与生产的2860kWhHi秸秆气体(见下文)的总掺和物时，或者另外计算的产生的2860kWhHi的温室气体值再减少472400/2860＝165.2gCO2-当量/kWhHi时，其被正确地看待。因此，CO2捕获和CO2替代的净效应是(165.2/32.6)x-1＝-132.6gCO2-当量/kWhHi。
将生物甲烷送入国家天然气网是成熟的技术；在德国，约有200家将加工成生物甲烷的沼气送入天然气网的沼气厂。用于传输网中的压缩的能量输入达到待压缩的生物甲烷量的热值的约1％。
在转化效率为70％的情况下，根据本发明的方法每吨秸秆输入生产约2860kWhHi的生物甲烷。因此，其用于通过国家网络传输的压缩需要28.6kWhel的电力量。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放导致的温室气体排放为28.6x540＝15,444gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于1634kWhHi的生产的燃料量，这是9.5gCO2-当量/kWhHi。
将化石天然气添加到被送入网络的秸秆气体
根据本发明的方法，应该将一定量的化石天然气添加至生产的温室气体负性生物甲烷或生产的秸秆气体，使得产生的气体混合物的温室气体平衡是中和的或其温室气体排放值为零或与化石参考(燃料基础值)相比，其温室气体减排效能恰好为100％-即每千兆焦耳94.1千克二氧化碳当量或338.76gCO2-当量/kWhHi。此处添加的量取决于生产的生物甲烷的温室气体负性(或负值的温室气体排放量)。
压制秸秆需要5kWhHi/吨秸秆-WM的能量输入。根据本发明的方法，牵引秸秆压机的拖拉机具有使用不含温室气体的混合气体作为燃料的CNG或LNG驱动。因此，将秸秆压成方形捆不涉及温室气体排放。
收集秸秆捆并用轮式装载机装载卡车需要使用每吨湿秸秆物质3.4kWhHi的燃料。根据本发明的方法，收集和装载秸秆捆的轮式装载机具有使用不含温室气体的混合气体作为燃料的CNG或LNG驱动。因此，收集和装载方形捆与温室气体排放无关。
整卡车长距离运输秸秆需要15kWhHi/吨秸秆-WM的燃料输入。当使用常规柴油燃料时，每吨秸秆WM将向大气中排放15kWhHi×342.36gCO2-当量/kWhHi＝5134gCO2-当量。然而，由于根据本发明的方法规定卡车将配备CNG或LNG发动机，其补给并使用根据本发明的方法生产的不含温室气体的混合气体作为燃料，因此秸秆的长距离运输不引起温室气体排放。
由于在压捆过程期间秸秆已被切碎，因此将不再必需在沼气厂中进行该工艺步骤。这意味着在这方面没有能量输入或温室气体排放。
尽管用蒸汽处理秸秆需要转移到全部量的秸秆的约8kWhHi/吨秸秆-WM的热输入，但是这种输入被来自烘焙或热解发酵残留物的工艺热覆盖，且因此不负载温室气体排放。
将秸秆转化为沼气与21.4kWhel的整体电力输入相关。未来，德国的混合电力将有相应的21.4kWhel/吨秸秆-WM x 540gCO2-当量/kWhel＝+11556gCO2-当量/吨秸秆-WM的温室气体负载。轮式装载机导致每吨秸秆-WM 9.6kWhHi的能耗。由于轮式装载机具有CNG或LNG驱动并且使用根据本发明的方法生产的绝对无温室气体的混合气体运行，因此轮式装载机的运行不产生温室气体排放。
如上所述，通过相分离对含秸秆发酵残留物的第一次脱水具有1.81kWhel/吨秸秆-WM的电力需求。对于540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放，这是8.07x540＝+978gCO2-当量/吨秸秆-WM的温室气体排放。
将脱水的发酵残留物干燥至60％的DS含量需要81.8kWhHi的热输入。由于干燥设备使用工艺热(来自发酵残留物热解或发酵残留物烘焙的废热)运行，因此没有额外的温室气体排放。
以1吨秸秆-WM的输入发生的含秸秆的发酵残留物的烘焙和热解的电力需求为8.7kWhel。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放将导致的温室气体排放为8.7x540＝+4698gCO2-当量/吨秸秆-WM。
将发酵残留物与营养物混合和用营养物负载发酵残留物所需的能量输入是如此之低以至于其可以忽略不计。当将发酵残留物与新鲜植物煤混合并给发酵残留物负载植物营养物时，实际上不发生温室气体排放。
基于1吨秸秆-WM的输入，生物炭/植物煤混合物H或生物炭/植物煤发酵残留物混合物I的输送需要1.90kWhHi的燃料量。由于上述原因，该能量输入与温室气体的排放无关。
生物炭/植物煤混合物H或生物炭/植物煤发酵残留物混合物I在田地上的分布及其掺入土壤中均可与矿物肥料，与农场粪肥(固体粪肥)，与来自沼气生产的液体发酵残留物，或与来自生物乙醇生产的液体发酵残留物(酒糟)一起进行。因此，不需要额外的能量。通过将70千克永久稳定化的碳掺入土壤中，这70千克的碳从大气碳循环除去。转化为二氧化碳当量的温室气体效应为每1吨秸秆输入负值-256480gCO2-当量(70kg Cx 3.664)。
沼气制备成生物甲烷每吨秸秆输入需要约80.4kWhel的电力输入。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放将导致的温室气体排放为80.4x540＝+43416gCO2-当量/吨秸秆-WM。
如上文所解释的，472.4kgCO2/吨秸秆-WM的回收的CO2量的液化需要约172.4kWhel的电力输入。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放将导致的温室气体排放为+93110gCO2-当量/吨秸秆-WM。
通过回收的大气CO2替代化石CO2产生-472400gCO2/吨秸秆-WM的温室气体效应。
生产的秸秆气体的压缩需要每吨秸秆输入28.6kWhel的电力。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放将导致的温室气体排放为+15444gCO2-当量/吨秸秆-WM。
总的来说，一吨秸秆输入导致未被328.3kWhel和34.9kWhth的过程能量覆盖的外部能量输入。每吨秸秆输入的温室气体平衡或总温室气体排放为-559678gCO2，其相当于生产的生物甲烷的-196gCO2-当量/kWhHi。根据欧盟指令，压缩天然气(CNG)的特定温室气体排放为69.3kg CO2-当量/GJ或249.5gCO2-当量/kWhHi，可将559678/249.5＝2243kWhHi的CNG添加到强温室气体负性生物甲烷以产生2,860+2,243＝5,103kWhHi的混合气体量，其温室气体排放为0gCO2-当量。相应的温室气体减排效能为1728692gCO2-当量/吨秸秆-WW或100％或338.76gCO2/kWhHi或94.1kg CO2-当量/GJ。
如果不仅使用秸秆作为原料而且还使用大部分不含温室气体的原料，例如浆液、固体粪肥、甜菜和马铃薯茎以及豆类垃圾，则添加到生产的温室气体负性生物甲烷的天然气的量以有利的方式增加。
这导致由于使用浆液、固体粪肥、甜菜和马铃薯茎以及豆类垃圾而产生的CNG的掺和量，如下所示。这里的实施方案涉及使用60％的全国的浆液、固体粪肥、甜菜和马铃薯茎和豆类垃圾的量。但是，利用程度也可以更高或更低。
如果除了可收获的秸秆生长之外，还使用全国60％的量的浆液、固体粪肥、甜菜和马铃薯茎和豆类垃圾(总共约1.91亿吨湿物质或2170万吨干物质，和约1000万吨大气碳)生产生物甲烷，则除了由秸秆生产的生物甲烷之外，根据本发明的方法还可以提供另外5600-39200GWhHi(20-140PJ)的气体燃料。另外100-310万吨化学稳定化的生物炭/植物煤将作为永久性腐殖质被引入可耕地，进一步脱碳效果为-380万吨二氧化碳当量至-1130万吨二氧化碳当量。基于由浆液、粪肥等生产的生物甲烷量，这意味着温室气体值为-96至-2019gCO2/kWhHi的总量和-61至-1984gCO2/kWhHi的净值。尚未考虑防止基于浆液的温室气体排放的贡献。
这种负性的温室气体效应实现每1千瓦时的生物甲烷添加0.2-8.0kWhHi的化石天然气。基于使用的德国浆液/粪肥/秸秆体积(60％)，可将约10000-45000GWhHi(36-160PJ)的化石天然气添加至生产的生物甲烷，不超过0.0gCO2-当量/kWhHi的温室气体值。总的来说，根据本发明的方法可以通过使用浆液、固体粪肥和豆秸提供高达50000GWhHi(180PJ)的零排放燃料作为额外的温室气体中和的混合气体量，其覆盖相当于另外1700万辆汽油车的(气体)燃料需要，每辆汽油车和每年的未来实际驾驶年燃料消耗量为约3000kWh。
国家天然气网中的气运输和充气站的可用性
由秸秆气和来自天然气网的天然气形成的混合气体的能量当量的运输和去除不需要任何努力，因为分配通常仅虚拟进行。产生的秸秆-气体分子和添加的天然气在与虚拟出口点完全不同的位置，即通常在入口点附近物理上被使用。
由秸秆气和天然气形成的混合气体的能量等同物优选作为燃料，更优选作为CNG或LNG替代物提供给最终消费者(具有CNG或LNG驱动的机动车辆)。将从天然气网移出的气体压缩至在CNG加注站常见的250巴输送压力需要每立方米天然气0.38kWhel的投入，即约0.03kWhel/kWhHi。
在转化效率为70％的情况下，根据本发明的方法生产2860kWhHi生物甲烷/吨秸秆-WM。由于生产的气体燃料生物甲烷的温室气体负性(或负值的温室气体排放量)，可添加2243kWhHi的CNG量，导致混合气体量为5103kWhHi。
将其压缩至250巴需要5103kWhHi×0.03kWhel＝153.1kWhel的电量。540gCO2-当量/kWhel的德国混合电力的未来LCA-THG排放将导致的温室气体排放为153.1x540＝82669gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于生产的5103kWhHi的燃料量，这是16.2gCO2-当量/kWhHi。为了补偿这种温室气体排放并能够提供绝对温室气体中和的混合气体，只必需添加82.669/249.5＝331kWhHi的较少的CNG，即不是2243kWhHi，仅1912kWhHi。因此，可得到每吨秸秆输入总共“仅”4772kWhHi，这相当于该秸秆输入的(较低)热值的117％。
根据本发明的生产路径的生命周期温室气体强度
无论沼气转化效率有多高，由秸秆生产的生物甲烷在任何情况下都是温室气体负性的。在上述计算的温室气体排放值较高或被认为较高的情况下或在某些燃料(例如气体燃料“混合气体”)被其他燃料(例如被传统柴油燃料)替代的情况下，生产的生物甲烷的温室气体负性(或负值的温室气体排放量)减少，但没有变成温室气体正性。
秸秆、燃料和电作为外部能量载体或能量供应给根据本发明的系统，其系统边界是“秸秆收集”和“向终端消费者输送能量等同的气体燃料”。
使用的秸秆具有每吨干物质4750kWhHi的(较低)热值。通常干物质含量为86％，这导致1吨秸秆湿物质的热值为4085kWhHi。根据欧盟指令2009/28(RED I)，秸秆不负载温室气体排放。用于秸秆收集和秸秆收获的能量仅由所使用的燃料提供。
需要燃料a)用于牵引和驱动秸秆打捆机的拖拉机的运行，b)用于用多个抓斗拾起方形捆并将它们装载到卡车上的轮式装载机，c)用于将秸秆运输到沼气厂并空载返回的卡车，d)用于移除和重新填充沼气厂中的车库式发酵罐的轮式装载机，以及e)用于将发酵残留物-植物煤混合物运输回秸秆供应商并空载返回的卡车。
电流用于a)将秸秆转化为沼气(沼气厂的各种系统)，b)发酵残留物的脱水(螺旋压力机等)，c)发酵残留物的烘焙和热解(系统的驱动)，d)将沼气加工成生物甲烷，e)将生物甲烷送入天然气网(压缩)，f)液化回收的CO2和g)输送给最终消费者(压缩到250巴)。根据德国联邦环境署，2013年国内电消耗的所谓二氧化碳排放因子为615gCO2-当量/kWhel，2014年为598gCO2-当量/kWhel，和2015年为587gCO2-当量/kWhel。预期该因子到2020年减少到540gCO2-当量/kWhel，这就是为什么本文使用该值计算的原因。
本发明人以根据本发明的方法在上游通过含氮和温室气体非常密集的农场粪肥(浆液、固体粪肥、家禽粪肥)的能量使用实现的高得多的温室气体减排效能抵消在车库式发酵罐打开、发酵物质变化、沼气处理以及将气体燃料输送到末端消费者期间可能发生的甲烷逸出，温室气体非常密集的农场粪肥(浆液、固体粪肥、家禽粪肥)的共同发酵在车库式发酵罐中是有利的，因为它有助于实现20-40的C/N比(如果使用含N的渗滤液或工艺用水的再循环)或该C/N比可以由相应量的农场粪肥单独产生。
无论随后的转化效率如何，秸秆输入的(较低)热值为4085kWhHi/吨秸秆-WM。燃料输入的(较低)热值总计为共34.9kWhHi。在根据本发明的系统的最终扩展阶段(选项A)，拖拉机、卡车和轮式装载机具有如上所述的CNG或LNG驱动并且使用生产的不含温室气体的混合气体。因此，与燃料输入相关的温室气体排放为0gCO2-当量/吨秸秆-WM。
在选项B中，拖拉机、卡车和轮式装载机具有传统的柴油驱动并使用纯生物柴油(FAME)。据德国联邦农业和食品局(FAF)称，自2015年以来，FAME仅负载了24.62吨CO2-当量/TJ，没有iLUC，这相当于88.6gCO2/kWhHi，并且温室气体减排效能为70.62％。因此，与燃料输入相关的温室气体排放总计34.9×88.6＝3092gCO2-当量/吨秸秆-WM。
在选项C中，拖拉机、卡车和轮式装载机具有双燃料驱动，并使用80％B7柴油，其由7％FAME和83％矿物柴油和20％不含温室气体的混合气体组成。自2015年起，根据欧盟指令2015/652，FAME仅负载88.6gCO2/kWhHi(见上文)，矿物柴油负载95.1gCO2-当量/MJ，这相当于342.4gCO2-当量/kWhHi。因此，B7柴油的温室气体排放值为324.6gCO2-当量/kWhHi。使用20％不含温室气体的混合气体将温室气体排放降低至342.4x0.8＝259.7gCO2-当量/kWhHi。因此，与燃料输入相关的温室气体排放总计34.9×259.7＝9064gCO2-当量/吨秸秆-WM。
电力输入，包括用于压缩由生物甲烷和天然气组成的混合气体的电力输入，总计为共481.4kWhel。这种电消耗将导致2020年温室气体排放为481.4x540＝259956gCO2-当量/吨秸秆-WM。
总的来说，选项A每吨秸秆输入(湿物质)产生259956gCO2当量的温室气体排放。基于2860kWhHi的输出，这是90.9gCO2/kWhHi。在选项B中，温室气体排放增加3092克，达到263048gCO2-当量/吨秸秆-WM，而选项C中温室气体排放增加9064克，达到269020gCO2-当量/吨秸秆-WM。基于2860kWhHi的输出，这是92.0或94.1gCO2/kWhHi。
根据本发明的方法通过大气CO2的隔离和/或通过在沼气厂中回收的大气CO2替代工业(例如食品工业)中使用的化石CO2过度补偿这些温室气体排放。发酵残留物-植物煤混合物中永久稳定化的碳含量的掺入和隔离具有-256580gCO2-当量/吨秸秆-WM的负性温室气体效应。大气CO2替代化石CO2的温室气体效应为-472400gCO2-当量/吨秸秆-WM。总之，这两项措施导致728980gCO2-当量/吨秸秆-WM的脱碳效果。
在选项A中，生命周期THG平衡或生命周期THG排放量因此为-728980+259956＝-469024gCO2/吨秸秆-WM。基于2860kWhHi的直接燃料生产，得到-164gCO2-当量/kWhHi的特定温室气体排放因子。选项B导致-728980+263048＝-465932gCO2/吨秸秆-WM的“负载”。基于2860kWhHi的直接燃料生产，得到-163gCO2-当量/kWhHi的特定温室气体排放因子。选项C导致-728980+269020＝-459960gCO2/吨秸秆-WM的环境救济。基于2860kWhHi的直接燃料生产，得到-161gCO2-当量/kWhHi的特定温室气体排放因子。
这些温室气体负性(或负值的温室气体排放量)得到化石和温室气体正性天然气的掺和物。如果与该天然气掺和物相关的温室气体排放的绝对值与上面确定的生物甲烷的温室气体负值的绝对值相同，则形成混合气体，其特定的温室气体排放因子为0.0gCO2-当量/kWhHi。因此，尽管使用化石能源，本发明仍生产零排放燃料。
选项A中的天然气掺和量为469024/249.5＝1880kWhHi，选项B中的天然气掺和量为465932/249.5＝1,867kWhHi，并且选项C中的天然气掺和量为459960/249.5＝1844kWhHi。
基于2860+1880＝4740kWhHi(选项A)、2860+1867＝4727kWhHi(选项B)和2860+1844＝4704kWhHi(选项C)的1吨秸秆湿物质的输入，结果是生产零排放燃料。
因此，根据本发明的用于温室气体负性生物甲烷和温室气体正性天然气组成的混合气体的生产路径的生命周期温室气体强度总是具有0.0gCO2-当量/kWhHi或0.0gCO2-当量/MJ的值。
根据从秸秆生产生物甲烷的沼气转化效率，在其与天然气混合之前，它具有不同的温室气体负性(或不同的负值的温室气体排放值)：以10％的BG转化效率生产的生物甲烷的生命周期温室气体强度为-1.635gCO2-当量/kWhHi，以40％的BG转化效率生产的生物甲烷的生命周期温室气体强度为-329gCO2-当量/kWhHi，并且以70％的BG转化效率生产的生物甲烷的生命周期温室气体强度为约-164gCO2-当量/kWhHi。
因此，通过简单地将较少量的温室气体正性天然气(CNG)添加至生产的温室气体负性生物甲烷，可以通过本发明的系统学治愈由于单个影响因素的另一次评估而产生的温室气体效应，其不能消除温室气体负性而只能减少它。这减少了(真实的)零排放燃料(混合气体)的可用量，但零排放燃料的温室气体排放量仍然保持在0gCO2-当量/kWhHi或0gCO2-当量/MJ。
这些异常好的值基本上基于大气碳被化学和物理稳定化和隔离(在可耕土壤中)的事实，此外，作为副产物产生的二氧化碳被回收并且化石CO2被替代。
本发明的进一步有利的实施方案
根据本发明的方法和根据本发明的系统可以通过大气CO2的回收、纯化和液化进一步改进，所述大气CO2由来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物的碳化，优选在热解和/或烘焙这些转化残留物期间。因此，大气二氧化碳的可用量大大增加，且因此可用于化石二氧化碳替代的大气二氧化碳量，可用于隔离的大气二氧化碳量以及可用于生产基于二氧化碳的燃料(加热介质、燃烧材料)的大气二氧化碳量大大增加。因此，温室气体负性被进一步改善，并且可用温室气体中和的混合气体的量随其增加-在加入额外量的天然气之后。
供选择地，由来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物的碳化产生的CO2的回收、纯化和液化，优选在热解和/或烘焙期间，当然也可以单独进行而不回收、纯化和液化由将沼气体加工成生物甲烷而产生的二氧化碳。
在优选实施方案中，本发明基于将秸秆厌氧细菌发酵成沼气并将其加工成生物甲烷。然而，不言而喻，根据本发明的方法和根据本发明的系统还可以基于从生物质发酵生产乙醇，特别是基于从秸秆或木材生产木质乙醇，以及基于从生物质生产其他能量载体，例如基于从秸秆或木材生产费托燃料(合成柴油、合成汽油、二甲醚、生物甲醇等)，从油菜籽或棕榈油生产生物柴油，从生物质生产氢等。这应包括所有本领域技术人员根据相关的现有技术和/或实践熟悉的生物质转化方法。
在本发明的优选实施方案中，单阶段或多阶段生物质转化由将发酵底物厌氧细菌发酵成沼气，将生物质酒精发酵成生物乙醇，将生物质(酶)转化为木质乙醇，将生物质转化为生物柴油或FAME或HVO(例如酯交换)，将生物质转化为费-托燃料，将生物质转化为氢(例如蒸汽重整)，将生物质转化为生物甲醇(甲醇合成)或将生物质转化为DME(DME合成)组成。
本发明的有利的实施方案包括一种方法，其中从方法步骤的过程，优选从厌氧发酵或醇酒精发酵的工艺，更优选通过选自以下的工艺获得工艺用水：分离、倾析、压制、过滤、超滤、反渗透、加热、蒸发、浓缩、沉降、结晶、催化、相分离、添加或使用聚合物，这些工艺的任何组合。
本发明的另一个有利实施方案是在所述工艺重复使用之前使用选自以下的工艺对从该工艺获得的工艺用水的纯化或加工：分离、倾析、压制、过滤、超滤、反渗透、加热、蒸发、浓缩、沉降、结晶、催化、相分离、添加或使用聚合物，这些工艺的任何组合。已知纯化工艺用水的再利用降低任何使用水的生物质转化的水消耗成本。
本发明的另一个有利实施方案是在厌氧(细菌)发酵的情况下，原料在发酵罐中的平均水力停留时间少于250天，优选少于120天，更优选少于70天，特别是少于40天，最好少于20天。众所周知，低HRT降低了每次生物质转化的每单位能量(kWhHi，MJ)的特定设备和资本成本。
在根据本发明的方法的另一有利实施例中，将来自工艺步骤的工艺热返回到工艺，所述工艺热优选从生物质或转化残留物的热处理进入升温或加热步骤，更优选来自在其转化为温室气体减排能量载体之前的生物质的热处理，特别是来自大气碳的化学-物理稳定化的工艺热。优选地，工艺热借助逆流热交换器，更优选借助水，特别是借助加压水和/或蒸汽，并且最好借助工艺用水再循环。
如果应用根据本发明的方法，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程，隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳质量在5年后可降低小于40％，优选小于10％，更优选小于5％，特别是小于1％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或其他化学-物理过程，50年后隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量减少小于50％，优选小于25％，更优选小于10％，特别是小于5％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程在100年后，隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量减少小于60％，优选小于30％，更优选小于15％，特别是小于6％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程，500年后隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量减少小于70％，优选小于50％，更优选小于25％，特别是小于10％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程，1000年后隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量减少小于80％，优选小于60％，更优选小于30％，特别是小于15％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程，在10000年后隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量减少小于90％，优选小于70％，更优选小于40％，特别是小于20％；或者，通过推断，通过土壤呼吸过程或通过其他化学-物理过程，在10万年后隔离在土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳的质量降低小于95％，优选小于75％，更优选小于50％，特别是小于25％。
在根据本发明的方法和根据本发明的系统的另一有利实施方案中，从来自使用旋风分离器技术的单阶段或多阶段生物质转化的残留物的热解或烘焙的高CO2含量烟道气去除飞灰和灰尘。优选地，借助于“酸性气体洗涤器”使所得废气不含气态盐并供应给CO2分离设备，该设备优选是低温分离设备。
在根据本发明的方法的另一有利实施方案中，该方法以这样的方式设计，即与各自的化石参考燃料、加热介质或燃烧材料的温室气体排放相比，产生的燃料、加热介质或燃烧材料的得到的温室气体减排效能基于相同的能量达到1％至10000％的相对值，优选5％至5000％的值，更优选50％至500％的值，特别是80％至200％的值。
根据本发明，优选的是，生物质由至少一部分含木质纤维素的生物质，优选至少一部分秸秆，更优选至少一部分木材组成。
在根据本发明的方法的另一优选实施方案中，通过秸秆利用、转化残留物处理和/或利用得到的生物炭/植物煤/生物焦炭来避免秸秆有氧腐烂(氧化)成田地中或可耕土壤中的二氧化碳(CO2)和水，其主要由大气碳组成，至少部分地，优选至少0.1％，更优选至少10％，特别是至少50％，最好至少80％，使得与如果秸秆保留在农业使用的田地上或者将被掺入可耕土壤中的情况相比，在(农业使用的)土壤中形成更少的温室气体，特别是更少的CO2，N2O和CH4。
在根据本发明的方法和根据本发明的系统的另一优选实施方案中，能量被以这样的方式用于生产、分配和使用所生产的能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)，用于C稳定化和用于掺入生产的生物炭/植物煤混合物和共混物，即使用能量载体，其温室气体平衡或温室气体排放值与其化石参考相比减少，更优选减少至0.0gCO2-当量/kWh或0.0gCO2-当量/MJ，特别是温室气体负性的，即具有负值的温室气体排放值。
在又一个有利实施方案中，US2006/0275895A1(Jensen和Jensen)描述的沼气设备和其中公开的用于由秸秆和/或含秸秆的原料生产沼气的方法与本发明的至少一个实施方案相关联，优选地，与根据本发明的大气碳的化学-物理稳定化相关联，更优选地，与根据本发明的多部分生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的生产相关联，特别是与将根据本发明的这样的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物掺入农业土壤中相关联。
在另一个有利实施方案中，发明人在EP2167631B1(Feldmann)中描述的沼气设备和由其中公开的用于由含木质素的可再生原料生产沼气的方法与本发明的至少一个实施方案相结合，优选与根据本发明的大气碳的化学-物理稳定化相结合，更优选地与根据本发明的单部分或多部分生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的生产相结合，特别是与将根据本发明的这样的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物掺入农业土壤中相结合。
在又一个有利实施方案中，EP2183374B1(Fraunhofer)公开的用于将生物质在厌氧发酵罐中从可再生原料转化为沼气的方法与本发明的至少一个实施方案相结合，优选与根据本发明的大气碳的化学-物理稳定化相结合，更优选地与根据本发明的单部分或多部分生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的生产相结合，特别是与将根据本发明的这样的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物掺入农业土壤中相结合。
在又一个有利实施方案中，将以申请文件号EP13807989.2(Verbio)公布的方法和其中公开的用于由含木质纤维素的生物质，优选由秸秆生产沼气的沼气设备与本发明的至少一个实施方案相关联，优选与根据本发明的大气碳的化学-物理稳定化相关联，更优选与根据本发明的单部分或多部分生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的生产相关联，特别是与将根据本发明的这样的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物掺入农业土壤中相关联。
在另一个有利实施方案中，将发明人在欧洲专利申请EP12729875.0(Feldmann)中描述的方法和其中公开的用于借助燃烧、气化和发酵的转化过程由非化石能量载体产生大气二氧化碳的设备与本发明的至少一个实施方案相关联，优选与根据本发明的大气碳的化学-物理稳定化相关联，更优选与根据本发明的单部分或多部分生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的生产相关联，特别是与将根据本发明的这样的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物掺入农业土壤中相关联。
根据各种实施方案，根据本发明的方法和根据本发明的系统可以生产温室气体减少的能量载体，优选温室气体减排的沼气和/或温室气体减排的生物甲烷，更优选温室气体负性能量载体，特别是温室气体负性沼气和/或温室气体减少的生物甲烷。
7.附图简述
附图示出了本发明的实施方案和细节，其中本发明的基本构思和保护范围不应限于下文示出和描述的实施方案的确切形式或细节。保护范围还应包括先前在相关领域中已知和/或对于本领域技术人员显而易见的修改(扩展和限制)。
图1示出了根据本发明的方法和系统的复合实施方案的示意图，其中生物质选自许多可得到的生物质，在(第一次)转化之前收获和预处理，其中将用(第一次)转化生成的能量载体与其他能量载体混合，将转化残留物分成四部分物流A至D，并且将转化残留物A至C脱水，其中脱水可与营养物提取相关联并释放含营养物的工艺用水；在粉碎后，并且如果必需，可以以这样的方式处理的转化残留物的造粒，在反应容器中产生用于大气碳的化学-物理稳定化的条件；一旦这些条件存在，转化残留物A至C中含有的大气碳就被化学和物理稳定化，即A完全稳定化，B部分稳定化，而C未稳定化；这种(部分)稳定化产生生物炭物质E至G，其用含营养物的工艺用水急冷并负载这些营养物；将生物炭物质彼此混合以形成生物炭混合物H，其与未处理的转化残留物D混合以形成生物炭转化残留物混合物I；在将生物炭混合物H或生物炭转化残留物混合物I造粒后，将生产的颗粒填充到大袋中并通过区域性临时储存设施分配到农场，在那里将它们填充到固体粪肥撒施器、肥料撒施器或浆液分配器中。在施用生物炭混合物或生物炭转化残留物混合物之后，将它们耕作到田地的表土中，在那里它们可以对地球的土壤和大气产生其积极影响。
图2示出了根据本发明的方法和系统的实施方案的又一示意图，其中没有图1中所示的转化残留物D，并且在选择的生物质的(第一次)转化为生产的能量载体时具有大气二氧化碳(CO2I)的第一次回收；此外，示出了大气二氧化碳(CO2II)的第二次回收；将CO2I和CO2II合并、液化和地质隔离，用作化石CO2的替代物或用于生产基于CO2的能量载体。
8.优选实施方案的详细描述
为了更好地理解本发明，下面参考附图中所示的实施方案，这些实施方案使用特定术语描述。术语是一致的，即各自的名称适用于所有附图。应当注意的是，本发明的保护范围不应受到附图中所示实施方案的名称的限制。相反，这些实施方案和实施方案的改进也应由所要求保护的内容涵盖。此外，某些修改、添加和其他改进对于熟悉本发明的技术领域的普通技术人员来说将是显而易见的。对于本领域普通技术人员显而易见的对本文所公开的方法及其实施方案的明显改进、以及对所公开的系统及其实施方案的修改、添加和其他改进、以及本发明的进一步显而易见的应用应当被视为相关领域技术人员的正常的当前或未来的专业知识，并且也应受到保护。
在附图和权利要求中公开的本发明的特征、优点和细节单独或任意组合对于本发明的进一步开发可以是必要的。本发明的基本构思不应限于下面所示实施方案的确切形式或细节。其也不应限于与权利要求中描述的主题相比将受到限制的主题。
同时如果必需，参考标记后面的要素可以指示工艺和装置二者以及工艺的产品。
图1示出了根据本发明的方法和系统的复合实施方案的示意图，其基本上也可以仅由借助合适的装置将生物质4转化成生成的能量载体5、以及产生用于转化残留物中仍包含的大气碳的化学-物理稳定化的条件20和进行碳稳定化21组成。这些方法步骤在每种情况下用合适的装置进行，所述装置是本领域技术人员从相关现有技术已知的，并且这些装置至少部分地在上文和下文描述。即使没有隔离33生产的生物炭或植物煤或生物焦炭，大气碳的稳定化21已经确保它不再能与大气氧反应以形成CO2或与氢反应以形成CH4。这使地球的大气脱碳。
在方法步骤1中从多种可得到的生物质选择要使用的至少一种生物质(见权利要求21)。一些生物质只负载有低的温室气体排放量一直到生物质积累的生产阶段，一些生物质甚至是温室气体中和的(例如，谷物收获产生的秸秆)，并且一些生物质对环境有很大危害，如储存在室外的液体粪肥或家禽粪肥，其排放CH4和N2O。它们在生物质转化过程中的早期使用防止这些温室气体排放，因此早期利用有助于避免温室气体排放。这样的对温室气体的避免被分派给转化过程的产物，或在技术上与其相关联，因此某些农场粪肥的利用甚至可能导致温室气体负性的初始效应。因此，为转化过程4选择一种或多种合适的生物质可以是有利的。
出于第二个原因，选择1也是有利的。一些原料不适合或仅在有限程度上适合C-稳定化20/21。液体原料，如发酵浆液只能使用HTC方法碳化。该方法仅提供部分稳定化的生物炭/植物煤，其在数百年或数千年内不保持稳定。因此，不可能使用这些HTC煤进行永久隔离(参见“背景”章节)。因此，有利的是，以这样的方式在原料1(第一次)转化成产生的能量载体5之前选择原料1，即其转化残留物仍可用于提供永久稳定化碳的化学-物理稳定化。对于含有固体或块状木质纤维素的原料如秸秆和木材来说，情况就是这样，其因此优选用于图1的方法和系统中。来自第一次生物质转化的含有固体或块状转化残留物的秸秆和木材可以，例如经受热解，其提供永久稳定化的生物炭/植物煤或生物焦炭。这使得地球大气的永久脱碳成为可能。
在步骤2中收获或收集至少一种生物质，其优选为含木质纤维素的生物质，更优选为秸秆。在该上下文中，收获和收集涉及将至少一种原料从生产点运输至所述至少一种原料的使用点。特别地，可以使用使用温室气体减排的，优选温室气体中性，更优选温室气体排放负性的燃料、加热介质和燃烧材料的装置、设备、设施和装备。这些包括例如联合收割机、玉米收割机、拖拉机、轮式装载机、manitous、卡车、半挂牵引车和所有类似的从相关现有技术已知的具有CNG或LNG驱动的收割和运输机器。这些机器可以使用根据图1的方法和系统生产的能量载体5、能量载体6、能量载体混合物7或能量载体混合物9作为燃料，其中这些燃料是温室气体减排的，优选温室气体中和的和特别是温室气体负性的。通过使用具有这样的驱动和燃料的设备，所产生的能量载体5、7和9的温室气体足迹和温室气体排放值减小，优选减小到0.0gCO2当量/kWhHi，更优选地减小到小于0.0gCO2当量/kWhHi。
如果至少一种生物质是副产物、残留物或垃圾，则过程2可以限于收集。如果生物质是农业或林业生物质或者如果它是农业副产物(残留物)，如秸秆，则需要收获。例如，由于松散的秸秆不适合运输，因此秸秆通常必须在其被联合收割机堆积后被成行地压成秸秆捆。打捆是用拖拉机牵引的和拖拉机驱动的秸秆压捆机进行的，其通常达到每小时约35吨的压制能力。供选择地，成行堆积的秸秆也可以通过已经在田野中的拖拉机牵引的颗粒压制机(颗粒收割机)压制成非常适合运输的颗粒。然而，颗粒压制机的压制能力目前仅为每小时约5吨，这阻碍了有价值的拖拉机和人员能力，其在收获活动期间尤其稀缺。堆积密度为600-700kg/m3时，秸秆颗粒远比秸秆捆更适合运输，特别是在使用铁路或船舶的长距离运输工具时。当使用卡车作为运输工具时，在负载耗尽卡车的运输能力时，运输效率不进一步提高。当秸秆被压缩成密度为约200kg/m3的高压捆并且装载量耗尽时就是这种情况。
除了压制以外，秸秆收割还包括收集秸秆捆和装载第一运输工具。对于夹住秸秆压捆机的收集卡车，可以通过累积3-4个秸秆捆进行预收集，然后将它们各自成组地放在留茬地上。通过将捆分组放置，减少了装载用于从田地移走秸秆捆的(第一)运输工具的装载设备的行进距离或装载周期。
在要收获较少量秸秆的情况下，(第一)运输工具通常由农场上可获得的农用拖车组成，在较大农场的情况下，其由安装在拖拉机牵引的双轴装置件或拖拉机牵引的低地板拖车的低装载半挂车组成。运输工具的装载通常用前装载机(拖拉机或所谓的manitous)进行，它们单独地或成对地拾取捆并将它们装载到运输工具上。装载的秸秆从第一运输工具运输到田地的边缘或者运输到农场，在那里再用前装载机或manitous将其卸载，并且在外面堆积成秸秆垛或储存在不受天气影响的仓库中。该路线很少超过10公里。秸秆捆可以是立方体或圆形的。还从西班牙获知捆收集卡车，使用其在田地的边缘收集和卸载方形捆。
对于较大量的秸秆，(第二)运输工具由卡车拖拽的拖车或拖拉机拖拽的半拖车组成。这意味着半拖车直接驶上田地或-如果要避免对土壤的有害压实-至少驶到田地的边缘。通常使用带有特殊抓斗的轮式装载机进行装载，使用其一次可以抓取最多6个方形捆并装载到(第二)运输工具上。当使用所谓的高压机或超高压机时，方形捆的密度达到高达0.210吨/立方米，当装载体积被完全利用时，这几乎完全利用了卡车的重量装载能力(约20吨)。然后，可将秸秆运输几百公里，如今已经是这种情况，即从马格德堡地区到荷兰和比利时，那里对秸秆的需求很大，例如用于蘑菇栽培。然而，通常在长距离运输秸秆之前，将秸秆暂时储存在区域性秸秆储存设施处，避免纵火。有利的是，在图1所示的方法和系统中使用用于较大量秸秆的收获和运输技术，因为其比通常使用的小型技术更节能。因此，可以在更少使用有价值的能量载体5、7或9的情况下进行收获。
(第一次)单阶段或多阶段生物质转化4可以是先前从相关现有技术已知的任何类型的生物质转化，其目的是生产可销售的能量载体。这些包括特别是KIT工艺、CLARIANT AG(前身为Süd-Chemie GmbH)工艺，用于从含木质纤维素的生物质生产乙醇的IOGEN工艺、CHOREN工艺、用于从秸秆生产沼气的Verbio AG工艺、用于从秸秆生产沼气的Lehmann工艺、用于从生物质生产沼气的Fraunhofer工艺、用于从秸秆生产沼气的Jensen和Jensen工艺、用于从生物质生产沼气的所有Hoffmann工艺、Lutz(Bekon)的用于从生物质生产沼气的所有工艺、Schiedermeier(BioFerm)的用于从生物质生产沼气的所有工艺、Eggersmann的用于从生物质生产沼气的所有工艺、用于从生物质生产乙醇的所有工艺、用于从生物质生产费托燃料的所有工艺、用于从生物质生产甲醇的所有工艺、用于从生物质生产DME的所有工艺、用于从生物质生产燃料的所有其他工艺(参见权利要求1)。
不同形式的单阶段或多阶段生物质转化4使用先前从相关现有技术已知的并且适合该目的，优选为了使用工业规模的设施实现规模经济的装置、设施、设备或系统进行。更优选地，用于生物质的单阶段或多阶段转化的装置可以由选自以下的装置组成：用于将生物质厌氧细菌发酵成沼气和/或生物甲烷的装置、用于将生物质酒精发酵为生物乙醇或木质乙醇的装置、用于将生物质碳化为碳化气体(弱气，weak gas)的装置、用于将生物质气化成热解气和/或热解浆液的装置、用于将植物油酯交换为生物柴油(FAME)的装置、用于将植物油水化成HVO的装置(矿物油精炼厂)、用于将植物油精炼成HVO的装置(NesteOil工艺)、用于将生物质气化/热解为工艺气体的装置、用于将生物质来源的工艺气体转化为合成气的装置、用于将生物质来源的合成气合成为费-托燃料(费托-柴油、费托-汽油、费托-煤油、费托-甲醇等)的装置、用于由生物质来源的气体合成甲醇的装置、用于DME合成的装置、这些装置的任何组合(参见权利要求28)。特别优选的是使用沼气设施的单阶段或多阶段生物质转化4，特别是使用农业沼气设施，并且最好使用中型或工业沼气设施(参见权利要求34)。当使用这些装置时，可以使用在湿发酵罐中的湿发酵工艺，但也可以使用在固体发酵罐中，优选在车库式或活塞流发酵罐中的固体发酵工艺。如果使用车库式发酵罐，则它们以<180天的发酵周期，优选以<60天的发酵周期，更优选以<35天的发酵周期，特别是以<21天的发酵周期，和最好以<14天的发酵周期运行(参见权利要求34)。
在(第一次)单阶段或多阶段生物质转化4之前，可以预处理生物质，优选是含木质纤维素的生物质，尤其是秸秆(但不必须是)。转化4优选是在沼气设施中进行的厌氧细菌发酵，更优选是固体发酵，特别是在车库式发酵罐中的发酵(参见权利要求23)。转化4在先前从相关现有技术已知并且适合这样的转化的装置中进行。固体发酵厂中的发酵具有以下优点：发酵后产生的发酵残留物10以堆(而非以液体形式)存在，且因此在合适的装置中脱水和/或干燥后，可以进行热解，使用液体转化残留物时，只有采用非常高的技术和能量投入热解才是可能的。
根据在至少一个沼气设施(湿式或固体发酵装置)(水力停留时间HRT)中发酵4进行多久和多密集，得到或多或少的高转化效率。长HRT导致期望的高转化效率，和短HRT导致低转化效率。然而，即使具有非常高的转化效率，一定比例的原料中含有的大气碳也总是保留在转化残留物中，其在根据本发明的合适设施中被化学和物理稳定化(参见权利要求1和27)。在图1所示的本发明的有利实施方案中，在厌氧(细菌)发酵的情况下，新鲜物质在发酵罐中的平均水力停留时间小于250天，优选小于120天，更优选小于70天，特别是小于40天，和最好小于20天。
如果使用秸秆或木材作为原料并且进行预处理3，则在转化4的上游的预处理3可以由许多先前已知的措施组成，这些措施是先前已知的现有技术，用于此目的的设施、设备和系统就是如此。例如，可以对秸秆进行粉碎，优选切碎或撕碎，更优选由切碎或撕碎和磨碎组成的粉碎组合，特别是由捆分解、切碎/撕碎和磨碎组成的粉碎组合。为了在第一次转化4中实现高转化效率，有利的是进行多阶段粉碎至平均最终颗粒长度<20cm，优选至平均最终颗粒长度<5cm，更优选至平均最终颗粒长度<10mm，特别是至最终颗粒长度<3mm，和最好的情况下至最终颗粒长度<1mm(参见权利要求24)。将秸秆压碎和脱纤维的秸秆挤出的预处理和先前从现有技术已知的类似工艺也是可能的。
在将所选生物质1单阶段或多阶段转化4为另一种可销售的能量载体5的方法步骤之前、期间或之后，生物质1，其优选为含木质纤维素的生物质，更优选为秸秆和/或木材，可以与上述处理一起或替换上述处理借助从相关现有技术已知的合适的设施、设备或系统经受以下处理，该处理由先前从相关现有技术已知的适当处理组成，优选选自以下处理方法：粉碎，在冷水或包含碱液和酸的水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，在20℃-100℃的温水或包含碱液和酸的水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，使用真菌生物处理，加压至>1bar至500bar，使用>100℃的热水处理，用饱和蒸汽处理，通过热压水解处理，通过湿式氧化处理，通过挤出处理，超声处理，通过蒸汽重整处理，通过蒸汽爆破处理，干燥，用任何种类的工艺用水处理，用工艺热处理，用酶处理，这些处理方法的选择的组合。图1的示意性实施方案仅示出原料1/2的预处理3，但应理解的是，上述措施也可应用于转化残留物10和/或应用于多阶段转化4期间产生的所有中间产物。例如，秸秆和/或木材可以在有或没有预处理3的情况下经受多阶段转化4，即在第一次发酵中发酵，其中来自该发酵的发酵残留物根据上述提到的处理方法处理，并且以这样的方式处理的发酵残留物在至少第二次发酵中再次发酵(参见权利要求25)。
因此，图1中所示的系统可包括能够在转化4之前或期间使生物质1/2经受选自以下的处理方法或者在生物质转化4之后使残留物10经受选自以下的处理方法的装置：在冷水或水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，在20℃-100℃的温水或水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，使用真菌生物处理，加压至>1bar-500bar，使用>100℃的热水处理，用饱和蒸汽处理，通过热压水解处理，蒸汽爆破，湿式氧化处理，加热，挤出处理，超声处理，蒸汽重整处理，蒸发，沉淀，结晶，催化，干燥，使用聚合物，相分离，颗粒提取，所选择的这些处理方法的组合(参见权利要求39)。
在所选生物质1向另一种可销售的能量载体5的单阶段或多阶段转化4的方法步骤之前、期间或之后，生物质1优选为含木质纤维素的生物质，更优选为秸秆，可以向其提供先前从相关现有技术已知的合适添加剂，优选提供选自以下的添加剂：石灰、酶、含酶溶液、真菌、酸、碱液、酵母、水、再循环工艺用水、纯化工艺用水、经过滤的工艺用水、经超滤的工艺用水、经受反渗透的工艺用水、经处理的工艺用水、酸-水混合物、碱液-水混合物、渗滤液、青贮渗漏液、浆液、微生物、来自乙醇生产的任何谷物酒糟、来自木质乙醇生产的任何残留物、来自生产热解气或合成气的任何副产物/残留物、来自费托合成的任何副产物/残留物、来自DME合成的任何副产物/残留物、来自甲醇合成的任何副产物/残留物、来自乙醇生产的任何甜菜酒糟、这些添加剂中的两种或更多种的组合(参见权利要求23)。添加剂的掺和优选用先前从相关现有技术已知的合适的设备、设施或系统进行。
将来自单阶段或多阶段生物质转化4(转化残留物10)的至少一部分残留物回收，并且使其可用于进一步的方法步骤(参见权利要求22)。转化残留物10尤其可以是来自单阶段或多阶段厌氧细菌发酵4的残留物(发酵残留物)。
在单阶段或多阶段转化4的工艺步骤中生产的能量载体5可以选自沼气、生物甲烷、热解气、合成气、生物柴油、生物煤油、费托燃料、生物甲醇、DME或生物乙醇(参见权利要求14)。优选地，该能量载体5以这样的方式加工，即其可用作燃料、加热介质或燃烧材料，优选用作运输燃料，更优选用作道路燃料(参见权利要求14)。转化4优选使用先前从相关现有技术已知的合适设备、设施或系统进行。所生产的能量载体5可呈现气态或液态聚集态，即对于液态聚集态，能量载体5使用先前从相关现有技术已知的合适装置液化。
在图1所示的本发明的有利实施方案中，在生产、分配和使用所生产的能量载体5(优选为燃料，更优选气体燃料，特别是生物甲烷)之后，比在生产、分配和使用等量能量的所生产的能量载体5的相容化石对应物之后，地球的大气中存在更少量的温室气体，其中矿物柴油燃料是所有柴油替代物的相容化石对应物，奥托发动机矿物燃料(汽油)是所有奥托发动机燃料替代物的相容化石对应物，矿物煤油是所有煤油替代物的相容化石对应物，天然气(CNG)是所有天然气替代物的相容化石对应物，液化天然气是所有液化天然气替代物的相容化石对应物，液化石油气是所有液化石油气替代物的相容化石对应物，并且奥托发动机矿物燃料和矿物柴油的加权平均值是所有其他燃料、加热介质和燃烧材料的相容化石对应物(参见权利要求15)。
在另一个有利的实施方案中，在生产、分配和使用所产生的能量载体5(其优选为燃料，更优选为气体燃料，特别是生物甲烷)之后，与之前相比，地球的大气中存在更少量的温室气体，即产生的能量载体5是温室气体负性的(参见权利要求16)。
优选地，将所产生的能量载体5与相容的可持续能量载体6混合以形成能量载体混合物7，其中所述相容的且可持续产生的能量载体6可来自另一转化过程，其可具有比能量载体5更高的温室气体排放值。由混合产生的能量源混合物7更优选用作交通中的燃料。能量载体混合物7中的能量载体5的比例可以为0％至100％，且因此能量载体混合物7中的可持续能量载体6的比例可以为100％至0％。混合优选使用先前从相关现有技术已知的合适设备、设施或系统进行。
将所生产的能量载体5与相容的可持续生产的能量载体6混合以形成能量载体混合物7优选以这样的方式进行，即在生产、分配和使用所生产的能量载体混合物7之后比在生产、分配和使用等量能量的所生产的能量载体混合物7的化石对应物之后，根据生命周期分析或化学计量分析，地球的大气中存在更少量的温室气体，其中矿物柴油燃料是所有柴油替代物的化石对应物，用于奥托发动机的矿物燃料(汽油)是所有用于奥托发动机的替代物的化石对应物，矿物煤油是所有煤油替代物的化石对应物，天然气(CNG)是所有天然气替代物的化石对应物，液化天然气是所有液化天然气替代物的化石对应物，液化石油气是所有液化石油气替代物的化石对应物，并且用于奥托发动机的矿物燃料和矿物柴油的加权平均值是所有其他燃料、加热介质和燃烧材料的化石对应物(参见权利要求17)。
在有利的实施方案中，将所生产的能量载体5与相容的、可持续生产的能量载体6以这样的方式混合，即在生产、分配和使用生产的能量载体混合物7之后，与之前相比，根据生命周期分析或化学计量分析，地球的大气中存在更少量的温室气体。这意味着能量源混合物7的温室气体排放值是温室气体负性的(参见权利要求18)。
能量载体5优选是加工成生物甲烷的沼气，更优选是秸秆气体，其至少成比例地由含秸秆和可能的其他原材料(农场粪肥、甜菜和马铃薯茎以及豆类垃圾、木材)通过厌氧细菌发酵生产。更优选地，相容的可持续能量载体6是合成甲烷，其由风能和大气CO2生产，或者是另一种沼气。特别地，能量载体5和能量载体6以这样的方式混合，即在根据生命周期分析或化学计量分析，在生产、分配和使用能量载体混合物之后比在生产、分配和使用等量能量的能量源混合物7的化石对应物之后，地球的大气中存在更少量的温室气体(以吨CO2当量计量)，最好以这样的方式混合，即在生产、分配和使用能量载体混合物7之后，与之前相比，地球的大气中存在更少量的温室气体，即生产的能量载体混合物7是温室气体负性的。在秸秆气体的情况下，可以将能量载体5与合成甲烷6以这样的方式混合，即得到的混合气体7是温室气体中和的(参见权利要求19)。加入的合成甲烷6的量取决于其温室气体值，因为温室气体值越高，可以掺和的合成乙烷6的量越低。混合优选用先前从相关现有技术已知的合适设备、设施或系统进行。能量源混合物7可呈现气态或液态聚集态，即对于液态聚集态，所生产的能量载体5和可持续生产的相容能量载体6在采用从相关现有技术已知的合适装置混合之前或之后被液化。
优选地，可将能量载体混合物7和至少一种相容的化石能量载体8混合以生产能量载体混合物9作为最终产物。由混合产生的能量载体混合物9更优选用作交通中的燃料。最终产物9中能量载体7的比例可以为0.1％至100.0％，且因此最终产物9中化石能量载体8的比例可以为99.9％至0.0％。特别地，能量载体混合物7是被处理成与其他沼气或合成甲烷6混合的生物甲烷的沼气，最好是由与其他沼气或合成甲烷混合的含秸秆的原料生产的秸秆气体。混合优选使用先前从相关现有技术已知的合适设备、设施或系统进行。
相容的化石能量载体8优选为天然气或LNG(液化天然气)。能量载体混合物7和化石能量载体8的混合更优选以这样的方式进行，即在生产、分配和使用能量载体混合物9之后比在生产、分配和使用等量能量的能量载体混合物9的化石对应物之后，根据生命周期分析或化学计量分析，地球的大气中存在更少量的温室气体(以吨CO2当量计量)，更优选以这样的方式进行，即在生产、分配和使用能量载体混合物9之后，与之前相比，地球的大气中存在更少量的温室气体，即产生的能量载体混合物9是温室气体负性的。
在秸秆气体的情况下，可以将能量载体混合物7与天然气(CNG)6以这样的方式混合，即得到的混合气体是温室气体中和的。这里添加的天然气6的量取决于能量载体混合物7的温室气体排放值，因为温室气体排放值越高，可以掺和的天然气8的量越低。
能量载体混合物9可呈现气态或液态聚集态，即对于液态聚集态，所生产的能量载体混合物7和相容的化石能量载体6在使用从相关现有技术已知的合适装置混合之前或之后被液化。
至少部分地回收由单阶段或多阶段生物质转化4得到的转化残留物10，单阶段或多阶段生物质转化4优选为厌氧细菌发酵(参见权利要求22)。得到的转化残留物10的量取决于通过将生物质(参考数字1和2)转化4为能量载体5实现的转化效率。如果将得到的转化残留物完全回收并且转化效率是例如10％，则生物原料中含有的约90％的大气碳仍包含在转化残留物10中。如果转化残留物完全回收的转化效率是例如70％，则生物原料中含有的约90％的大气碳仍包含在转化残留物10中。
在图1中所示的工艺和系统变型中，离开单阶段或多阶段生物质转化的方法步骤的转化残留物物流的回收比例在图1中所示的方法和系统变型中在另外的方法步骤11中被分成最多四部分物流A至D(参考标记12至15)，即分成第一部分物流“稳定化的热解煤的生产”、分成第二部分物流“部分稳定化的烘焙或HTC煤的生产”、分成第三部分物流“未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭的生产”和分成第四部分物流“未碳化的转化残留物”(参见权利要求9)。这样分配的目的是获得生物炭/植物煤混合物或生物焦炭混合物，其比仅由完全稳定化、部分稳定化或未稳定化的大气碳组成的生物炭/植物煤更适合林业和农业土壤，尽管这些选择不应被排除。为了避免重复，在这方面参考以上描述和解释。
部分物流A至D(附图标记12至15)可各自有总物流的0％至100％的份额，即每部分物流12至15可表示总物流以及零和之间的每一份额(参见权利要求9)。附图标记为12的部分物流A“稳定化的热解煤的生产”优选有总物流的>1％的份额，更优选>25％的份额，特别是>50％的份额，并且在最佳情况下>75％的份额(参见权利要求9)。生物炭/植物煤混合物中完全稳定化的碳的比例越高，永久脱碳效果和对能量载体5、7和9的温室气体排放值产生的影响越大。可以使用将离开转化器4的转化残留物物流10分配至各种合适的输送机，如管线、输送带、滑槽、升降机等(未示出)或容器中的开关分配部分物流A至D。
在物流分配11之后的方法步骤中，借助于合适的设施、设备或系统实现各部分物流，其由部分物流名称表示(参见权利要求9)。这意味着部分物流A(参考标记12)用于大气碳的完全稳定化，其中这种完全稳定化在方法步骤20和21中进行，优选通过热解，更优选通过高温热解，特别是通过在缓慢进行加热后进行的高温热解进行。含有完全稳定化的大气碳的生物炭/植物煤有利地提高了土壤的永久腐殖质含量。
因此，部分物流B(参考标记13)用于在方法步骤20和21中大气碳的部分稳定化，优选通过HTC，更优选通过低温热解(烘焙)，特别是通过在缓慢加热后进行的低温热解(烘焙烧)。含有部分稳定化大气碳的生物炭/植物煤以有利的方式提高土壤的营养物腐殖质含量。
部分物流C(参考标记14)用于生产含有未稳定化的大气碳的生物炭/植物煤。为此目的，尤其可以使用任何碳化工艺，包括热解，其必须仅短暂和/或足够激烈地进行(非常快速的加热，非常高的反应温度)。含有未稳定化的大气碳的生物炭/植物煤以有利的方式提高土壤的OPS或OSS含量。
部分物流D(参考标记15)用于有利地增加土壤的OPS或OSS含量。其与转化残留物10相当，转化残留物10在单阶段或多阶段转化4后直接地且不需后处理地作为肥料在农田上应用。这样的转化残留物是，例如来自厌氧细菌发酵的发酵残留物或来自生物质向生物乙醇的酒精发酵的酒糟。
在转化残留物分配11之后的方法步骤中可以生产或可以不生产的多达四种产物(生物炭物质E至G和转化残留物D)一般可以使用各自的设施和设备以并行方式或以串联方式加工或处理。在串联加工的情况下，借助于先前从相关现有技术已知的合适的输送机技术(未示出)，将未加工的部分物流输送到合适的临时储存设施(未示出)，并且储存直到开始进一步加工。因此，可以首先用一个装置进行高温热解，相同的装置用于C-稳定化，然后用显著更低的反应温度和/或显著更短的反应时间烘焙。适合高反应温度的装置通常也适合较低的反应温度。同样适用于加热速率、反应时间和反应压力的参数。
在将剩余转化物流10分成部分物流A至D(参考标记12至15)之后，部分物流A至C经过三个任选的方法步骤，即脱水/营养物提取16，分解18和造粒/压块19。但是，这样的处理并非绝对必需的；如果转化残留物10或部分物流12至14不经过方法步骤16至19并且将其直接引导至方法步骤20和21，则也可实现该目的。优选地，使用先前从相关的现有技术已知的合适的开关或类似物优选地进行分配。
在图1所示的方法和系统的有利实施方案(图1中未示出)中，通过分配11产生的剩余转化部分物流A至D(参考标记12至15)可以储存在筒仓、容器、贮仓或先前从相关现有技术已知的类似装置中，直到需要它们。该需求可以基于下游脱水/营养物提取16、下游分解18、下游造粒/压块19、下游C-稳定化20/21或下游混合27。
在脱水/营养物提取16的方法步骤中，通过先前从相关现有技术已知的合适的设施、设备或系统将转化残留物12至14脱水。优选地，包括能够提取或分离仍包含在单阶段或多阶段生物质转化的残留物中的至少一部分有机营养物或仍包含在单阶段或多阶段生物质转化的残留物中的至少一部分水的装置，这样的装置可以更优选地由选自以下的装置组成：浸泡、混合、捣碎和类似装置，旋转器，离心机，旋风分离器，倾析器，压力机，分离器，筛，过滤装置，超滤装置，反渗透装置，类似装置，这些装置的组合(参见权利要求31)。
脱水16是有利的，因为大气碳的下游稳定化越好且越有效地起作用，方法步骤20和21中待处理的生物质的干物质含量越高。在图1所示方法的有利实施方案中，因此脱水以这样的方式进行，即得到的偏固体的相的干物质含量(DS含量)>35％，优选>50％DS，更优选>60％DS(参见权利要求4)。为此目的，使用先前从相关现有技术已知的装置，优选适合提取或分离转化残留物12至14中包含的至少一部分水的装置，其中这些装置更优选地由选自以下的装置组成：旋转器，离心机，旋风分离器，倾析器，压力机，分离器，筛，过滤装置，超滤装置，反渗透装置，类似装置，这些装置的组合，这些脱水装置优选适合将来自单阶段或多阶段生物质转化4的转化残留物12至14脱水，优选脱水至>35％DS的DS含量，更优选脱水至>50％DS的DS含量，特别是脱水至>60％DS(参见权利要求31)。
除了偏固体的相之外，脱水16的产物是偏液体的相，这里称为工艺用水17。在上下文中，“偏固体”意味着固相也含有水，就如同“偏液体”的相也含有干物质。这意味着偏固体的相的DS含量不是100％，但是-除非另有说明-否则仅高于偏液体的相的DS含量。
如果必需，工艺用水17可用于急冷来自C-稳定化的生物炭/植物煤或来自C-稳定化的生物焦炭，其通常非常热。这在方法步骤25中完成。但是，它也可以用于替代方法中别处，例如，方法步骤3(例如通过浸泡在水或水悬浮液中进行预处理)中和/或方法步骤4(例如在湿式发酵罐中厌氧细菌发酵)中和/或在方法步骤19(将待造粒或压块转化残留物12至14蒸发)中的(淡)水需求。
图1中所示的系统可包括先前从相关现有技术已知的装置，并且其适合回收该方法中产生的工艺用水和将其供应至其他系统部件(管线、容器、贮仓、贮存器、泵等)，优选地，在先前从相关现有技术已知的相应装置中加工或纯化回收的工艺用水之后，更优选在通过选自以下的装置加工或纯化回收的工艺用水之后：旋转器，离心机，旋风分离器，倾析器，压力机，分离器，筛，过滤装置，超滤装置，反渗透装置，类似装置，这些装置的组合(参见权利要求31和32)。
工艺用水17通常含有有价值的有机营养物至技术上相关的程度。在(第一次)单阶段或多阶段生物质转化4(其优选为厌氧发酵)之后，生物原料中包含的(有机)营养物仍大部分存在，即它们包含在回收的转化残留物10中或包含在转化残留物部分物流12至15中。它们中的大多数包含在溶液中。这意味着，离开转化残留物12至14的工艺用水17可以是富集(有机)营养物的水悬浮液。这些营养物的组成恰好对应于在生物质栽培或生物质生长期间从表土移除的营养物的组成。如上所示，如果应用的生物炭/植物煤负载营养物，则对于田地表土是有利的。为避免重复，参考上述说明的相关部分。由于转化残留物12至14中包含的大部分营养物在转化残留物12至14中仍包含的大气碳的化学-物理稳定化20/21期间被破坏和/或损失，因此有利的是，通过先前从相关现有技术已知的合适的设施、设备或系统在C-稳定化之前从转化残留物提取至少部分这些营养物，然后使用它们负载生产的生物炭/植物煤22至24(参见权利要求31)。在方法步骤25中给生物炭/植物煤负载营养物(见下文)。
根据本发明，因此在转化残留物12至14的化学-物理处理之前，通过先前从相关现有技术已知的合适设备、设施或系统，至少部分地从这些转化残留物除去仍然包含在单阶段或多阶段生物质转化4的残留物中的有机营养物，优选与工艺用水17一起，更优选通过选自以下的方法：旋转，倾析，压制，分离，过滤，反渗透，添加聚合物，这些方法步骤的组合，特别是用相应的合适设备和设施(参见权利要求4)。
根据本发明，将获得的工艺用水17返回到该工艺中，工艺用水17优选是含有有机营养物的水悬浮液，更优选通过合适的设备，如管线，容器，罐，贮仓和泵(参见权利要求4)，特别是在抑制剂或残留物质纯化之后。
在方法步骤16中可能已经被脱水和/或可以在相同的方法步骤16中可能已经从其提取有机营养物的转化残留物12至14可以在任选的方法步骤18中使用先前从相关的现有技术已知的合适的分解设备分解(参见权利要求38)，即分解至0.01mm至300mm的平均颗粒长度，优选至0.1mm至100mm的平均颗粒长度，更优选至1.0mm至30mm的平均颗粒长度，特别是至1.5mm至20mm的平均颗粒长度。分解可以是有利的，因为所生产的生物炭/植物煤22-24可以更好地分布在(可耕种)土壤上和/或更好地掺入(可耕种)土壤中。如果将生产的有或没有营养物负载的生物炭/植物煤22-24与浆液混合，则高度细度特别有利，以减少或防止来自浆液的令人不愉快的气味和/或减少由浆液的散布产生的对环境有害的N2O排放。为了通过浆液分配器更容易地分配，分解18也可以在该工艺的后期进行，例如在C-稳定化20/21之后立即进行，在急冷/负载营养物25之后立即进行，在混合26至生物炭混合物H之后立即进行，或在混合27至生物炭转化残留物混合物之后立即进行。
由于第二个原因，即作为可能的下游造粒或压块19的预备措施，使用先前从相关现有技术已知的合适设备的任选的分解18可以是有利的。如果化学-物理稳定化20/21由转化残留物12至14的碳化组成，并且这些由热解组成，则可以使用热解方法和设备，其只能热解块状或切成块状的原料。为了能够使用这些方法和设备，需要转化残留物12至14的造粒/压块。这又可能需要转化残留物12至14的粉碎。如果在预处理3期间粉碎尚未进行至造粒/压块所需的细度，则之后粉碎最迟必须在方法步骤19(造粒/压块)之前进行。
由于第三个原因，即作为下游C-稳定化20/21的预备措施，使用先前从相关现有技术已知的合适设备的任选的分解18可以是有利的。如果化学-物理稳定化20/21由转化残留物12至14的碳化和热解的后期组成，则可以使用仅能以一定程度的细度热解原料的热解方法和设备。来自PyregGmbH的PYREG 500热解系统目前仅加工不超过一定颗粒长度的原料。
如果化学-物理稳定化20/21将由转化残留物12至14的碳化和热解的后期组成，则任选的造粒/压块19可能是必须的。在这种情况下，可以使用只能热解块状或切成块状的材料的热解方法和设备。为了能够使用这些方法和设备，转化残留物12至14的造粒/压块19可能是必须的。
因此，在C-稳定化21和/或实施相关的子功能之前，即在将待造粒/压块的物质蒸发或干燥，如果必需，并且在冷却、储存和运输所生产的颗粒/团块之前，图1的系统可以包括先前从现有技术已知的并且可以将转化残留物造粒或压块的装置(参见权利要求33)。
实现(第一次)单阶段或多阶段生物质转化的残留物(消化、发酵、热解或合成残留物)(参考标记20)中仍存在的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件的产生可以参考先前从相关的现有技术已知的用于化学-物理碳稳定化的任何方法和设备。在(可能经过预处理或后处理的)转化残留物12至14的碳化的情况下，该方法步骤20可包括选择碳化工艺，选择待碳化的物质的聚集态，选择反应容器(反应器)，加热到一定的反应温度，在一定时间段内加热到反应温度，进行反应持续一定的时间(段)，加压反应物质，反应物质的某种预处理，反应产物的冷却方式，另一种后处理反应产物的方式和选择适当装置。这些参数的实行取决于部分转化物流12至14或待使用的生物炭物质E至G(参考标记22至24)的类型，如下文对步骤21的评论所述。
在图1所示方法的优选实施方案中，以这样的方式选择或设定方法步骤20的条件和/或方法步骤21的实施，即使转化残留物12和14中仍包含的大气碳被至少部分稳定化，使得其在一定的时间段内通过土壤呼吸、风化、有氧腐烂和/或与大气氧气反应被降解(矿化)少于30％，优选少于20％，特别是少于10％，在最好的情况下少于5％，其中，所述一定的时间段可以是选自以下的时间段：10年、30年、100年、500年、1000年、1万年、10万年、>10万年(参见权利要求2)。
因此，图1中所示的系统包括先前从相关现有技术已知的并且可以以这样的方式碳化转化残留物12和13的装置，即得到的生物炭物质22和23的碳含量通过土壤呼吸、风化、有氧腐烂和/或与大气氧反应过程在一定时间段内被降解(矿化)小于50％，优选小于20％，更优选小于10％，特别是小于5％，其中所述一定时间段可选自以下时间段：10年、30年、100年、500年、1000年、1万年、10万年、>10万年(参见权利要求30)。
当生产的生物炭/植物煤/生物焦炭22和23的H/C摩尔比<0.8，优选<0.6，或当其O/C摩尔比<0.8，优选<0.4时，在转化残留物12和13碳化的情况下实现这种抗降解性。特别地，当在碳化的情况下，生产的生物炭/植物煤/生物焦炭22和23的H/C摩尔比<0.8，优选<0.6，并且当其O/C摩尔比<0.8，优选<0.4时，实现这种抗降解性。在图1中描述的方法和系统的有利实施方案中，因此选择或设定方法步骤20的条件，使得生产的生物炭/植物煤/生物焦炭22和23的H/C摩尔比<0.8，优选<0.6，和/或其O/C摩尔比<0.8，优选<0.4(参见权利要求6)。
这些基本结果可以通过选择特定的碳化工艺和/或保持反应温度相对较高和/或通过以相对长的时间，即相对缓慢地加热到反应温度来实现。在图1的方法和系统的有利实施方案中，用于转化残留物的化学-物理处理(参考标记20)的条件因此优选以这样的方式设定，即用以形成生物炭/植物煤/生物焦炭的转化残留物12和13的热碳化或热化学碳化(可能根据16、18或19处理)通过选自以下的热化学碳化工艺进行：热解、碳化、烘焙、水热碳化(HTC)、蒸气碳化、气化和这些处理方法的任何组合。该碳化优选通过热解或烘焙进行。
因此，图1中所示的系统包括先前从相关现有技术已知的用于碳化转化残留物的装置，优选适合热解和/或烘焙的那些(参见权利要求36)。
上面列出的基本结果也可以通过在100℃-1600℃的反应温度下，优选在200℃-1200℃的反应温度下，更优选在300℃-1000℃的反应温度下，特别是在350℃-1000℃的反应温度下，在最佳情况下在400℃-900℃的反应温度下在缺氧条件下通过碳化转化残留物12至14通过大气碳的物理化学稳定化实现(参见权利要求20)。因此，图1的系统包括先前从相关现有技术已知的用于碳化转化残留物的合适装置，优选适合确保100℃-1600℃的反应温度，优选200℃-1200℃的反应温度，更优选300℃-1000℃的反应温度，特别是350℃-1000℃的反应温度，在最好的情况下400℃-900℃的反应温度的那些(参见权利要求36)。
转化残留物A(参考标记12)优选经受热解，更优选经受高温热解，其中总回收的转化残留物物流10中的转化残留物A的比例优选为>1％，更优选>50％，特别是>75％的比例。
转化残留物B(参考标记13)优选经受低温热解、HTC或烘焙，其中总回收的转化残留物物流10中的转化残留物B的比例优选为<99％，更优选<50％，特别是<25％，最好<10％的比例。
上面列出的这些基本结果也可以通过将待处理的转化残留物12至14以长于1秒，优选长于10分钟，更优选长于50分钟，特别是长于100分钟加热至反应温度实现(参见权利要求20)。C-稳定化20的较不激烈的条件导致转化残留物12至14的更好或更完全的除气，留下更稳固且反应性更低的碳骨架，这又导致更高的抗降解性。
上面列出的这些基本结果也可以因为转化残留物12至14(可能根据16、18或19处理的)具有尽可能低的残余水含量而实现。在图1所示方法的有利实施方案中，脱水(脱水)转化残留物12至14因此用于方法步骤20/21，因为通过热解或烘焙的碳化在“永久C-稳定化”的目的意义上越好地起作用，方法步骤21中处理的生物质的残余水含量越低。例如，一些热解设施需要脱水至至少50％的干物质(DS)。优选将C-稳定化20的条件设定成使得用于该目的的转化残留物12至14的脱水进行至>35％DS，更优选>50％DS，特别是>60％DS(参见权利要求5)。
在图1所示方法的优选实施方案中，以这样的方式选择或设定方法步骤20的条件，即在转化残留物的至少部分化学-物理稳定化期间不可避免地发生的大气碳的损失是最大99％，优选最大60％，更优选最大40％，特别是最大30％。这尤其可以通过以长于1秒，优选长于10分钟，更优选长于50分钟，特别是长于100分钟将待处理的转化残留物12至14加热至反应温度实现(参见上文；参见权利要求20)。这也可以通过相对长的反应时间，优选长于1秒，更优选长于60分钟，特别是长于240分钟，最好长于600分钟实现。
产生实现仍存在于生物质转化残留物中的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件的装置可包括能够对这些残留物进行化学-物理处理的从相关现有技术已知的任何装置。它们优选包括用于转化残留物12至14的热碳化或热化学碳化以形成生物炭/植物煤/生物焦炭22至24的装置，更优选地，它们包括选自以下的用于生物质的热化学碳化以形成生物炭/植物煤/生物焦炭的装置：热解装置、碳化装置、烘焙装置、水热碳化(HTC)装置、蒸气热碳化装置、气化装置、这些装置的任何组合，其中用于碳化转化残留物的装置优选适合在缺氧条件下和/或在100℃-1600℃的反应温度下，更优选在200℃-1200℃的反应温度下，特别是在300℃-1000℃的反应温度下，在甚至更好的情况下在350℃-950℃的反应温度下，和在最好的情况下在400℃-900℃的反应温度下进行碳化(参见权利要求29)。
在图1所示系统的有利实施方案中，用于产生实现仍包含在生物质转化的残留物中的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件的装置以这样的方式运行，即生产的生物炭/植物煤或生产的生物焦炭的碳部分(carbonfraction)通过土壤呼吸、风化、有氧腐烂和/或与大气氧反应的过程在给定的时间段内被降解(矿化)少于50％，更优选少于20％，特别是少于10％，和在最好的情况下少于5％，其中所述给定的时间段可以选自以下时间段：10年、30年、100年、500年、1000年、1万年、10万年、>10万年。
一旦在方法步骤20中如期望设定了C-稳定化的条件，就进行C-稳定化21。使转化残留物12-14中包含的大气碳稳定化的方式可以是方法步骤20中设定的条件的一部分，即方法步骤20和21密切相关。例如，转化残留物12至14的加热速率既可以是用于C-稳定化20的产生条件的参数，也可以是用于进行C-稳定化21的参数。如果将待处理的转化残留物12至14加热至反应温度归入方法步骤21，则其也耗费长于1秒，优选长于10分钟，更优选长于50分钟，特别是长于100分钟。反应时间参数也在方法步骤20和方法步骤21两者中起作用。因此，C-稳定化21优选在长于1秒，更优选长于60分钟，特别是长于240分钟，和最好长于600分钟的时间段内进行。
在图1所示方法和系统的有利实施方案中，C-稳定化20/21在压力下进行，优选在>1bar，更优选>5bar，特别是>10bar的反应压力下进行。
根据本发明的方法在产生的能量载体5的温室气体减排方面越有效，在C-稳定化21期间(大气)碳的损失越低。因此，包含在转化残留物12至14中的大气碳的化学-物理稳定化或转化残留物12至14的碳化优选以这样的方式进行，即基于C-稳定化转化残留物碳化之前的状态发生的大气碳的损失为最大99％，更优选最大60％，特别是最大40％，和最好最大30％(参见权利要求3)。如上所述，这可以通过缓慢加热至反应温度和/或高反应温度和/或长反应时间实现。
在根据本发明生产的生物炭/植物煤或生产的生物焦炭在土壤中的应用期间，不仅生物炭/植物煤中的(稳定化的)碳含量具有影响，而且整个生物炭/植物煤，包括包含在其中的不是由碳构成的其它物质也有影响。因此，生产的生物炭/植物煤的消费者主要考虑从生产者购买或每公顷应用的总量。因此，如果在转化残留物12至14的碳化(参考标记21)期间发生的干物质损失为最大99％，更优选最大60，特别是最大40％，最好最大30％，则在生物炭/植物煤或生物焦炭的最大产量方面是有利的(参见权利要求6)。
根据图1中所示的方法生产的生物炭/植物煤22至24或生物焦炭都是其碳含量越高越有价值。在图1所示的根据本发明的方法的实施例的有利实施方案中，C-稳定化21因此以这样的方式进行，即生产的生物炭/植物煤或产生的生物焦炭的碳含量为至少20％，优选至少40％，更优选至少60％，特别是至少70％，最好的情况是至少80％(参见权利要求6)。
不言而喻，用于进行C-稳定化21的装置适合此目的。
根据转化残留物部分物流，C-稳定化21以不同方式进行。以这样的方式加工转化残留物部分物流A(参考标记12)，即仍包含在转化残留物中的大气碳在尽可能低的碳损失的次要条件下尽可能完全和永久地稳定化。同时，转化残留物12的干物质损失应尽可能低，并且生产的生物炭物质22的碳含量尽可能高。这可以通过碳化转化残留物部分物流A(参考标记12)实现，其中该碳化21优选通过热解或烘焙进行，更优选通过高温热解，特别是通过在缓慢加热后进行的高温热解进行。转化残留物部分物流A(参考标记12)优选在缺氧条件下暴露于150℃-1600℃的温度，更优选暴露于500℃-1000℃的温度，特别是暴露于600℃-900℃的温度。优选地，反应物质暴露于反应温度多于1秒，更优选多于50分钟，特别是多于500分钟。优选地，生产的高含C的生物炭/植物煤E(参考标记22)的H/C摩尔比<0.8，更优选<0.6，和/或其O/C摩尔比<0.8，更优选<0.4。含有完全稳定化大气碳的生物炭/植物煤E(参考标记22)通过适当的施用以有利的方式增加土壤的永久腐殖质含量，因为生物炭/植物煤E中包含的大气碳持续几百年和几千年可不再与大气氧反应以形成CO2或与氢反应以形成CH4。
部分物流A(参考标记12)优选含有木质纤维素，更优选木材，特别是秸秆。如果其含有秸秆，则图1中公开的根据本发明的方法的变型使得迄今为止必须保留在田地中以确保土壤的腐殖质含量的那2/3的年度秸秆生长可用。
基于C-稳定化21处理的转化残留物部分物流B(参考标记13)以这样的方式处理，即仍包含在转化残留物中的大气碳在尽可能低的碳损失的次要条件下部分稳定化。同时，转化残留物13的干物质损失应尽可能低，并且生产的生物炭物质23的碳含量应尽可能高。这可以通过碳化转化残留物部分物流B(参考标记13)实现，其中该碳化21优选通过低温热解或烘焙进行，更优选通过水热碳化HTC，特别是通过低温热解或烘焙进行，这是在快速加热后进行的。通过激烈的热解的反应参数，即达到反应温度的加热速率快，反应温度相对低和/或反应持续时间相对短，也可以实现部分稳定化。转化残留物部分物流B(参考标记13)优选在缺氧条件下暴露于低于用于部分物流A(参考标记12)的反应温度的反应温度。反应物质优选暴露于反应温度持续短于用于部分物流A(参考标记12)的反应时间的时间段。优选地，生产的高含C的生物炭/植物煤F(参考标记23)的H/C摩尔比高于生物炭/植物煤E(参考标记22)的H/C摩尔比。优选地，生产的高含C的生物炭/植物煤F(参考标记23)的O/C摩尔比高于生物炭/植物煤E(参考标记22)的O/C摩尔比。含有部分稳定化大气碳的生物炭/植物煤F(参考标记23)采用适当的施用以有利的方式提高土壤的营养物腐殖质含量，因为生物炭/植物煤F中包含的大气碳至少几十年成比例地不再与大气氧反应以形成CO2或与氢反应以形成CH4。
基于C-稳定化21处理的转化残留物部分物流C(参考标记14)以这样的方式加工，即转化残留物中仍包含的大气碳在尽可能低的碳损失的次要条件下根本未被稳定化或几乎未被稳定化。同时，转化残留物14的干物质损失应尽可能低，并且生产的生物炭物质24的碳含量应尽可能高。这可以通过碳化转化残留物部分物流C(参考标记14)实现，其中该碳化21优选仅通过短的低温热解或烘焙进行，更优选通过短的和/或低压水热HTC碳化进行，特别是通过短的低温热解或烘焙进行，其在非常快速的加热之后进行。通过非常激烈的热解的反应参数，即达到反应温度的加热速率非常快，反应温度非常低和/或反应时间非常短也可以实现未稳定化。转化残留物部分物流C(参考标记14)优选在缺氧条件下暴露于低于用于部分物流B(参考标记13)的反应温度的反应温度。优选地，反应物质暴露于反应温度持续比用于部分物流B(参考标记13)的反应时间更短的时间段。优选地，生产的高含C的生物炭/植物煤G(参考标记24)的H/C摩尔比高于生物炭/植物煤F(参考标记23)的H/C摩尔比。优选地，生产的高含C的生物炭/植物煤G(参考标记24)的O/C摩尔比高于生物炭/植物煤F(参考标记23)的O/C摩尔比。含有未稳定化大气碳的生物炭/植物煤G(附图标记24)采用适当的施用以有利的方式提高土壤的OPS或OSS含量，因为生物炭/植物煤G中包含的大气碳至少成比例地多年被用作土壤植物群和动物群的食物或能量供应源。
因此，方法步骤21(进行C-稳定化)的产物是生物炭物质(BCM)22至24。这些具有如上所述的不同性质。优选地，这些BCM 22至24至少成比例地由含秸秆的转化残留物生产(参见权利要求11)。
新鲜的、未经处理的生物炭/植物煤或新鲜的、未经处理的生物焦炭的应用可导致临时氮固定和/或其他微量和大量营养物的固定的效果，特别是如果生物炭/植物煤或生物焦炭已经在低温下和/或通过HTC工艺生产。如上所示，这种效果尤其是由于NH4离子的结合和导致的硝化作用的减少以及增加的土壤呼吸。为了使新鲜的生物炭/植物煤或新鲜的生物焦炭22至24在掺入其中之后不从表土除去任何营养物并且固定它们，甚至在将它们混合至具有与谷物植物中包含的完全相同的有机营养物的生物炭混合物H之前(有机营养物的富集也可以在将它们混合至生物炭混合物H之后立即进行)使生产的生物炭物质E至G在方法步骤25中富集(急冷/负载营养物)。
方法步骤25优选涉及负载氮化合物，更优选用有机氮化合物富集。这防止在方法步骤34期间可能发生的任何(短期)N-固定。
给生物炭物质E至G(参考标记22至24)负载营养物可以通过用工艺用水17分别急冷热的烘焙或热解的生物炭/植物煤/生物焦炭而具有BCM特异性，工艺用水17是在方法步骤16中从转化残留物12至14提取的，优选与营养物一起提取，更优选地与恰好是与先前已经损失到土壤的营养物一起提取，在所述土壤上通过生物炭/植物煤来源的生物质的先前培养而应用生物炭/植物煤。任选地，在方法步骤16中从转化残留物12至14提取的工艺用水17和/或营养物可以在该方法步骤25中通过急冷或混合生物质煤22至24补充或替换，所述急冷或混合采用选自以下的含营养物的水悬浮液：浆液、渗滤液、泔水、来自厌氧发酵的液体残留物、来自乙醇生产的酒糟、尿、来自青贮的渗透水、(可能处理或纯化的)工艺用水、液体发酵物、渗透物、偏液体的脱水相、偏固体的脱水相、任何分离相、用矿物肥料制备的悬浮液、含其他营养物的悬浮液和类似悬浮液(参见权利要求8)。
向生物炭物质E至G(参考标记22至24)负载营养物或用工艺用水17急冷生物炭物质E至G(参考标记22至24)用合适的装置进行，所述装置是先前从相关的现有技术已知的，优选具有罐、容器和混合装置(参见权利要求35和36)。
如果热的生物炭/植物煤/生物焦炭22至24中所含的热量小于蒸发供急冷用的水所需要的热量(仅在急冷期间水蒸发，溶解在水中的有机营养物保留在生物炭/植物煤混合物中)，则生物炭/植物煤/生物焦炭22至24或生物炭/植物煤混合物H 26再次变湿，否则它们保持干燥。优选地，仅使用足够的液体(工艺用水17或淡水)用于急冷25以保持急冷的生物炭/植物煤/生物焦炭干燥。
如果必需，并且如果完全必需的话，可以将急冷的生物炭/植物煤22至24干燥(图1中未示出)，优选在低温下干燥。相关领域技术人员已知的低温干燥是有利的，因为与高温干燥相比，不形成有害的二噁英和呋喃。相应的装置先前从相关的现有技术是已知的。特别是如果要防止真菌形成和自燃，和/或如果要减少负载营养物的生物炭/植物煤混合物的运输重量，则存在这样的需要。低温干燥优选在至少86％的DS含量下进行，因为只能从该DS含量起防止真菌形成。
生产的生物炭/植物煤/生物焦炭可以单独急冷或作为煤混合物H(参考标记26)或作为煤转化残留物混合物I(参考标记27)急冷，或可负载营养物，特别是负载含N营养物。只是必需相应地布置或切换先前从相关现有技术中已知的相应装置(参见权利要求36)。
如果下游生物炭添加32/33/34的目的是结合或固定(农业用土壤)中的N-过剩，则在方法步骤25中不向生物炭物质E至G(参考标记22至24)负载营养物。然后可以完全省略急冷(且因此省略整个方法步骤25)，或者用纯化的工艺用水17或用淡水进行急冷。
在本发明的有利实施方案中(图1中未示出)，通过急冷/负载25生产的生物炭物质E至G(参考标记22至24)可以储存在先前从相关的现有技术已知的优选地按类型分类的筒仓、容器、贮仓或类似装置中，直到需要它们。这种需要可来自下游混合26，来自下游混合27，来自下游造粒/压块28，来自下游填充入大袋30或来自下游松散分配，例如经由区域性临时储存设施31通过罐车的下游松散分配。
在方法步骤26(混合以形成生物炭混合物H)中，将多达三种的生物炭物质E至G(参考标记22至24)以任何组合和任何比例混合以形成生物炭混合物H(参考标记26)。生物炭混合物26也可仅由三种生物炭物质E至G(参考标记22至24)中的仅一种组成(参见权利要求10)。生物炭物质E至G(参考标记22至24)可以但不必须事先用工艺用水急冷。同样地，生物炭物质E至G(参考标记22至24)在混合在一起之前可以已经但不必须负载营养物。根据本发明，通过这样的混合可以产生具有不同性质的特殊设计的生物炭混合物。因此，方法步骤26使得以下成为可能，即使随后的生物炭/植物煤应用33/34适应对OPS、OSS、营养物腐殖质、永久腐殖质和/或有机碳的区域特定性需求。
生物炭混合物H(参考标记26)中多达三种的生物炭物质E至G(参考标记22至24)的份额在份额的总和不超过100％的自然次要条件下可各自为0％至100％(参见权利要求10)。
优选地，生物炭物质E(参考标记22)占总煤混合物H(参考标记26)的>1％的份额，更优选>50％的份额，特别是>75％的份额。
生物炭物质F(参考标记23)优选占总煤混合物H(参考标记26)的<99％的份额，更优选<50％的份额，特别是<25％的份额，和最好<10％的份额。
优选地，煤混合物H(参考标记26)至少成比例地由含秸秆的转化残留物生产(参见权利要求11)。
在工艺步骤混合26中生产的生物炭混合物H(参考标记26)的部分物流可储存在筒仓29、容器、贮仓或从相关现有技术已知的类似装置中，直到需要它。这种需求可基于填充在大袋30(或其他容器)中、例如经由区域性临时储存设施31通过罐车的松散分布、造粒/压块28(图1中未示出)或混合27(图1中未示出)。总生物炭混合物H物流中的部分物流的份额可为0％至100％。
为了分成BCM部分物流E至G、混合26、混合27和临时储存在筒仓29中，使用先前从相关现有技术已知的合适装置(参见权利要求36)。
多达三种的生物炭物质E至G(参考标记22至24)的混合26也可以仅在施用32(图1中未示出)的情况下进行。为此目的，施用和分配装置(肥料撒施机、固体粪肥撒施机、浆液撒施机和先前从相关现有技术已知的类似分配装置)由类型纯粹生物炭物质E至G(参考标记22至24)位于其中的多达三个部分组成。先前从相关现有技术已知的安装在行进方向上(例如在拖拉机上)分配装置的前面的适当传感器在施用32期间测量土壤内含物，优选表土的OPS、OSS、营养物腐殖质、永久腐殖质、有机碳、氮和/或其他物质，然后根据达到的需要或以达到设定目标值的方式进行生物炭物质特定添加。通过包括转化残留物D(参考标记15)同样是可能的。在这种情况下，多达三种的生物炭物质E至G(参考标记22至24)和一种转化残留物D(参考标记15)从多达四个部分散布和施用。
在方法步骤27(混合以形成生物炭转化残留物混合物I)中，将生物炭混合物H(参考标记26)和转化残留物D(参考标记15)以任何比例混合以形成生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)。生物炭转化残留物混合物I 27也可仅由三种生物炭物质E至G(附图标记22至24)中的一种或仅由生物炭混合物H(参考标记26)组成(参见权利要求10)。生物炭转化残留物混合物I 27可以但不必须事先用工艺用水17急冷。同样地，生物炭转化残留物混合物I27或其组分在其生产前可以已经但不一定必须负载营养物。根据本发明，通过这种混合27也可以生产具有不同性质的特殊设计生物炭混合物。因此，方法步骤27允许随后的生物炭/植物煤施用33/34甚至更好地适应特定区域对OPS、OSS、营养物腐殖质、永久腐殖质和/或有机碳的需求。
在份额的总和不超过100％的自然次要条件下，生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)中多达三种的生物炭物质E至G(参考标记22至24)和/或生物炭混合物H(参考标记26)的份额可各自为0％至100％(参见权利要求10)。
优选地，生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)至少成比例地由含秸秆的转化残留物生产(参见权利要求11)。
在混合27的情况下，先前从相关现有技术已知的合适装置用于该目的(参见权利要求36)。
混合27也可以仅在施用32(图1中未示出)的情况下发生。为此目的，散布和分配装置(肥料撒施机、固体粪肥撒施机、浆液撒施机和先前从相关现有技术已知的类似分配装置)由多达四个部分组成，类型纯粹的生物炭物质E至G(参考标记22至24)和转化残留物D(参考标记15)或生物炭混合物H(参考标记26)和转化残留物D(参考标记15)位于其中。先前从相关现有技术已知的且在行进方向上的分配装置(例如在拖拉机上)的前面安装的适当传感器在施用32期间测量土壤的内含物，优选表土的OPS、OSS、营养物腐殖质、永久腐殖质、有机碳、氮和/或其他物质，然后根据达到的需要或以达到设定目标值的方式进行生物炭物质特定添加。
在根据本发明的方法和系统的实施例的有利实施方案中，如图1所示，通过方法步骤28(造粒)，增加生产的生物炭混合物H(参考标记26)和/或生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)的运输适用性和/或促进其下游施用32。如先前从实践和相关的现有技术已知的那样进行造粒，即其可以包括选自以下的子过程：干燥、粉碎、蒸发、压制、冷却、输送、仓储、储存。使用先前从相关现有技术已知的适当装置和系统进行造粒28。
通过造粒28生产的生物炭/植物煤颗粒或生物焦炭颗粒可以储存在筒仓29、容器、贮仓或先前从相关现有技术已知的类似装置中，直到需要它们。这种需要可来自下游的填充到大袋30(或其他容器)中或来自下游的批量分配，例如经由区域性临时储存设施31通过罐车的下游的批量分配。生物炭/植物煤颗粒或生物焦炭颗粒在筒仓29中的临时储存以及所有相关的上游和下游子过程(首次输送、仓储、储存、安置(outplacement)、第二次输送等)使用先前从相关现有技术已知的合适装置和系统进行。
如图1中从参考标记27到参考标记30和31的虚线所示，也可能是仅由生物炭混合物H(参考标记26)组成或者仅由生物炭物质E至G(参考标记22至24)中的一种组成(参见上文)的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)未经造粒，并且在随后的方法步骤30中松散地填充在大袋中或者在随后的方法步骤31中松散地分配。
可能已经在方法步骤28中造粒并且可以仅由生物炭混合物H(参考标记26)或仅由生物炭物质E至G(参考标记22至24)之一组成(见上文)的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)优选在方法步骤30中填充在大袋中，但也可以填充在袋、容器和类似的接收器中。也可能的是，在填充30之前将生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)粉碎，优选磨碎。如果生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)与其它介质，如浆液、固体粪肥、发酵残留物、泔水、肥料、石灰等一起散布在(农业和/或林业)地区上，这是有利的。粉碎的细度取决于消费者(农民)的需要，它可以包括0.1mm至100mm的颗粒长度。使用先前从现有技术已知的适当装置进行粉碎和填充30。
在方法步骤31中，填充在大袋中并且可以仅由生物炭混合物H(参考标记26)或仅由生物炭物质E至G(参考标记22至24)中的一种组成(见上文)的可能经造粒的生物炭转化残留物混合物I(附图标记27)，优选通过铁路、船舶和/或卡车分配给区域性临时储存设施。填充在大袋中的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)也可以直接输送给最终消费者(农民)。
在本发明的实施方案的有利变型中，如图1所示，可能经造粒的生物炭混合物H(参考标记26)和/或可能经造粒的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)也可以批量分配至临时储存设施和/或分配至最终消费者。为此目的，使用先前从相关现有技术已知的合适装置，优选的设计成用于运输颗粒或粉状产物，例如水泥或面粉的罐车。
在方法步骤32中，也可以仅由生物炭混合物H(参考标记26)组成或者仅由生物炭物质E至G(参考标记22至24)中的一种组成(参见上文)的松散或包装的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)直接从生物质转化厂或从区域性临时储存设施之一输送到农业或林业企业，并且在有或没有临时储存的情况下填充在装置中，所述装置适合将生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)、生物炭混合物H(参考标记26)和/或生物炭物质E至G(附图标记22至24)中的至少一种分配到这些生物炭/植物煤或混合物将掺入的区域上。这些可以是先前从相关现有技术已知的所有装置，优选肥料撒施机或固体粪肥撒施机。
也可以将这些生物炭/植物煤与固体肥料、固体粪肥或其他物质混合，使得肥料撒施机或固体粪肥撒施机装载和散布适当的混合物。如果这些其他物质是液体，则生物炭/植物煤或混合物的施用也可以用浆液撒施机或具有等同功能的装置进行。在后种情况下，预先将生物炭/植物煤或混合物粉碎至浆液分配器或具有等同功能的装置不堵塞的细度可能是有利的。
生物炭/植物煤或混合物在装载分配装置之后被施用于农业和林业土地，如先前从相关现有技术或实践已知的那样。
在方法步骤33中，将散布在农业或林业土地上的生物炭/植物煤或相应的混合物耕作到土壤中，优选耕作到表土中。这种掺入如先前从相关的现有技术和实践已知的那样进行，优选通过用先前从相关现有技术已知的装置犁耕、耕作或耙地进行，优选通过拖拉机牵引的犁、耕种机、耙或类似装置进行。
在本发明的实施方案的有利变型中，如图1所示，掺入土壤中，优选掺入表土中的生物炭/植物煤或相应的混合物(参考标记22至24、26和27)至少部分由含木质纤维素的原料生产，优选由秸秆生产。更优选地，这些原料暴露于高反应温度。由含有秸秆的转化残留物生产的生物炭/植物煤优选具有>7.0，更优选>8.5，特别是>10.0的pH。优选地，将由含有秸秆的转化残留物生产的生物炭/植物煤/生物焦炭施用于酸性土壤(参见权利要求11)。
在图1所示方法的有利实施方案中，将未负载的稳定化生物炭/植物煤/生物焦炭掺入过度施肥的和/或砂质土壤中，以降低过度施肥和/或氮淋洗。优选地，每公顷施用0.1至5000吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质，更优选1至1000吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质，特别是10至500吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质，和最好20至100吨生物炭/植物煤/生物焦炭干物质。
优选地，每公顷和100年将至少5吨生物炭/植物煤/生物焦炭掺入土壤中，更优选每公顷和100年至少50吨生物炭/植物煤/生物焦炭，特别是每公顷和100年至少100吨生物炭/植物煤/生物焦炭(参见权利要求12)。
在图1所示方法的另一有利实施方案中，将生产的生物炭/植物煤混合物在谷物作物栽培之前与高比例的热解煤一起，优选以>50％的比例，特别是以>75％的比例施用。
优选地，掺入土壤中，优选掺入表土中的生物炭转化残留物混合物I(参考标记27)至少按比例地由含秸秆的转化残留物生产(参见权利要求11)。
在图1所示方法的有利实施方案中，将这么多生产的生物炭/植物煤转化残留物混合物I(参考标记27)耕作到土壤中，优选耕作到表土中，使得可以减少生物质生长的比例，优选秸秆生长的比例，其在该方法之前必须保留在田地上用于维持土壤的腐殖质含量，且因此增加可用的生物质生长，优选秸秆生长成为可能。优选地，基于总生物质生长，增加的可用的总秸秆生长>0.1个百分点，更优选>30个百分点，特别是>50个百分点，和在最佳的情况下>75个百分点(参见权利要求12)。
在图1所示的方法和系统的有利实施方案中，至少一部分含大气碳的生物炭混合物H(参考标记26)未掺入农业或林业土壤中，而是被隔离/最终储存在地质构造中、积滞水中、含水层中或海洋中、不用于或不再用于农业或林业的土壤中、或者沼泽中、沙漠土壤、永冻土壤中(参见权利要求7)。
在方法步骤34中，掺入的生物炭/植物煤或相应的混合物被活化。这由确保、优选改善土壤质量组成。这通过确保，优选增加OPS或OSS含量、营养物腐殖质含量、永久腐殖质含量和/或有机碳含量实现。上文描述了可以实现它的方式。为避免重复，参考上述解释。
由图1的方法和系统提供的生物炭/植物煤混合物优选用于改善至少一种限制产率的土壤性质。
但是，在本发明的意义上，方法步骤33/34的期望的主要效果是，将大气碳作为燃料或加热介质或燃烧材料生产过程的一部分从地球大气永久除去。这种脱碳持续数千年内防止大气碳(再次)与大气氧反应以形成CO2或与氢反应以形成CH4。因此，根据本发明的方法的产物，能量载体混合物9(其也可仅由生产的能量载体5或能量载体混合物7组成)的温室气体排放值相对于其化石对应物的温室气体排放值得到改善，优选改善至使得温室气体排放与能量载体混合物9的生产、分配和使用无关的程度，更优选地，改善至在能量载体混合物9的生产、分配和使用之后，地球的大气中的温室气体或温室气体量比之前更少的程度。
可以以许多方式修改图1中描述的本发明的实施方案。例如，可以省略单一的方法步骤而不改变最终产物(EC-Mix 9和/或土壤中和地球的大气34中的效果)。在下文中，参考图1的实施方案列出了一些变型，其描述了其中可以省略单一方法步骤和因此省略相应装置的使用的情况。这些实施方案并非无所不包的；对于知道本发明的本领域技术人员而言，进一步的情况是显而易见的，在这些情况下，一些单一的方法步骤1至3、6至9、11至19和22至34可以舍弃或不是绝对必需的。
例如，压块19也可以在没有先前的分解18的情况下进行。如果待造粒的转化残留物A至C(参考标记12至14)足够小，则采用造粒19的情况也是如此。脱水16也不是绝对必需的，例如，如果HTC将在方法步骤20/21中进行，或者如果转化残留物A至C(参考标记12至14)具有足以进行有效热解或烘焙的DS含量。例如，如果在没有造粒的原料的情况下起作用的方法步骤20/21中使用碳化工艺，则可以省去营养物提取16，造粒19也可以省去。如果将仅生产一种类型的生物炭物质E、F或G(参考标记22至24)并且不需要转化残留物D(参考标记15)，则例如，分离11也是多余的。原料1/2的预处理3也不是绝对必需的，例如，如果在转化4中将不实现高转化效率和/或更侧重的是确保尽可能大的比例的包含在至少一种原料中的大气碳保留在转化残留物10中，以实现尽可能高的脱碳效果34。例如，如果无论如何产生至少一种原料并且因此不必收获或收集，则可以省略收获和收集2。如果给出待使用的物质1/2，例如，方法步骤1是多余的。混合物7和/或9也不一定必须发生，仍然发生期望的温室气体效果。此外，在上述情况下，可以省略负载营养物25。在通过转化残留物的碳化的C-稳定化的情况下，例如，如果存在冷却热的生物炭/植物煤的相应供选择的方案，例如用空气冷却，则可以省略急冷25。如果将仅生产一种生物炭物质E、F或G(参考标记22至24)，则可以省略混合物26和27。如果例如进行填充到袋中或者如果生产的生物炭/植物煤混合物将分批分布，则可以省略填充到大袋30中。如果例如直接供应最终消费者或者如果最终消费者自己在生物质转化厂收集生物炭/植物煤混合物，则分配到区域性临时储存设施31就舍弃。如果生产的生物炭混合物H(参考标记26)被隔离在其他地方而不是隔离在用于农业或林业的土壤中，则施用装置的负载和施用32以及掺入田地表土中就变得多余。
也可以以许多方式扩展图1所示的本发明的实施方案、其上述的子变型和上面列出的本发明的较短实施方案和其他实施方案的实施例，它们由整个以上说明、权利要求书和(在适用的情况下)参考标记形成，或者在了解本发明之后对于本领域技术人员是显而易见的。例如，可以使用用于回收工艺热、用于热交换和/或用于热再循环的装置和/或方法，其可以优选包括根据逆流原理起作用的部件(参见权利要求26和32)。例如，还可以通过先前从相关现有技术已知的合适装置在单个方法步骤之间或在单个装置之间提供一个或多个输送和/或一个或多个中间存储。这些输送和/或中间储存可包括第一输送、仓储、储存、出仓和第二输送的子方法。例如，还可能的是在掺入生产的生物炭(混合物)之前或之后，向生产的生物炭物质、生物炭/植物煤混合物、生物炭转化残留物混合物或土壤提供从相关现有技术已知的或来自园艺实践和/或植物栽培的添加剂。此外，可以将生产的生物炭物质、生物炭/植物煤混合物、生物炭转化残留物混合物用于先前从相关现有技术已知的用途，而不是掺入土壤中33。这些另外的措施以及用于它们的装置被认为是本领域的合格技术人员通常的当前或未来的专业知识，并且也应受到保护。
图2示出了根据本发明的方法和系统的又一个实施例的示意图，为了更清楚地表示没有图1中示出的转化残留物D及其使用。不言而喻，图2中所示的实施方案可以也可以以图1所示的转化残留物D及其用途进行。
在图2中，增加了具有参考标记35的大气二氧化碳的第一次回收(CO2I)和具有参考标记36的大气二氧化碳的第二次回收(CO2II)。CO2-I(参考标记35)可以作为副产物或转化4的残留物出现。在选择的生物质1/2的这种(第一次)转化4为生产的能量载体5的情况下进行CO2-I的回收(参考标记35)。这样的回收在例如生产生物乙醇和将沼气加工成生物甲烷中是可能的。为了回收CO2，使用先前从相关现有技术已知的合适装置，优选具有阀的管道，尤其是加压气体管道。
大气二氧化碳的第二次回收(CO2II)在方法步骤21中在大气碳的化学-物理稳定化的情况下进行。CO2-II(附图标记36)可以作为副产物或作为C-稳定化21的残留物出现。这样的CO2回收36例如可能是在生物质的碳酸化中，特别是在生物质的热解中。热解气体的燃烧产生具有高CO2含量的烟道气。
将回收的CO2I(参考标记35)和回收的CO2II(参考标记36)合并，纯化(参考标记37)，液化(参考标记38)，地质隔离(参考标记39)，用作化石CO2的替代物(参考标记40)或用于生产基于CO2的能量载体(参考标记41)，优选用于生产合成甲烷(参见权利要求13)。这些用途是有利的，因为由于产生的脱碳效应，生产的能量载体5的温室气体排放值可以得到改善，且因此可以增加可持续能量载体6和/或化石能量载体8的掺和量，而不影响能量载体混合物7和9的温室气体排放值。
为实施这点，使用先前从相关现有技术已知的适合用于回收、液化、纯化、处理、储存、输送(优选以液态聚集态)根据本发明的方法中产生的大气二氧化碳(CO2)，将其输送到工业，将其引入地质构造，将其转化为基于CO2的燃料、加热介质或燃烧材料，执行这些功能的组合的装置(参见权利要求37)。
参考标记清单(RS)
1至少一种含有大气碳的生物原料的选择或选择的原料本身
2在1中选择的至少一种生物原料(生物质)的收获/收集或收获/收集的至少一种原料本身
3如果必需，至少一种原料2的预处理/分解或预处理的原料本身
4可能预处理的原料3向含大气碳5的能量载体5的单阶段或多阶段转化
5由4得到的可持续能量载体，优选用作运输燃料
6来自具有比能量载体5更高的温室气体排放值的另一转化工艺的可持续生产的能量载体，其特别用作运输燃料
7能量载体5与另一可持续能量载体6的混合，用以形成能量载体混合物7，其中能量载体5优选为生物甲烷，另一可持续能量载体6优选为由风能和大气CO2制备的合成甲烷。
8化石能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)，优选CNG或LNG
9能量载体混合物7与化石能量载体8的混合，用以形成能量载体混合物9，其混合优选以这样的方式进行，即在根据生命周期分析或化学计量分析生产、分配和使用能量载体混合物之后，地球的大气中的温室气体量(以二氧化碳当量吨数测量)与生产、分配和使用等能量的能量载体混合物的化石对应物之后相同或更低，更优选以这样的方式进行，即在生产、分配和使用能量载体混合物之后比之前，在地球的大气中有比以前更少的温室气体量，即生产的能量载体混合物是温室气体负性的。
10从4回收转化残留物(K残留物)或回收的转化残留物本身
11回收的转化残留物CR的分配
12转化残留物部分物流A
13转化残留物部分物流B
14转化残留物部分物流C
15转化残留物部分物流D
16通过分离成偏固体的和偏液体的相的脱水，其中偏液体的相用作工艺用水，和/或有机营养物的提取
17工艺用水，优选含营养物
18分解
19造粒/压块
20产生实现转化残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件
21优选通过碳化，更优选通过热解或烘焙进行大气碳的化学-物理稳定化
22得到的稳定化的碳，优选包含在生物炭/植物煤/生物焦炭(BC物质E)中
23得到的部分稳定化的碳，优选包含在生物炭/植物煤/生物焦炭(BC物质F)中
24得到的未稳定化的碳，优选包含在生物炭/植物煤/生物焦炭(BC物质G)中
25向生物炭/植物煤/生物焦炭物质E到G负载有机营养物，优选负载从根据16的转化残留物提取的有机营养物，更优选通过用在16得到偏液体的相急冷热解/烘焙装置的热输出物
26混合根据25负载的生物炭/植物煤/生物焦炭物质E到G以形成生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H或生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H本身
27将根据26混合的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H与转化残留物部分物流D混合，以形成生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I本身
28在适当的情况下，将根据26获得的生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H，其也可以仅是生物炭/植物煤/生物焦炭物质E至G，和/或根据27获得的生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I造粒
29根据28造粒的生物炭/植物煤/生物焦炭物质E至G、生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H和/或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I，优选在储仓29中的可能的临时储存
30填充松散和/或造粒的生物炭/植物煤/生物焦炭，优选填充在大袋中
31如果适用，将包装在大袋中的生物炭/植物煤/生物焦炭分配，优选分配至区域性分配点
32装载农业/林业肥料、浆液和/或固体粪肥撒施装置，如果必需，在农业或林业公司进一步临时储存后，和优选与肥料、固体粪便和/或浆液一起散布生物炭/植物煤/生物焦炭E至G，或生物炭/植物煤/生物焦炭混合物H或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物I，
33将d掺入农业土壤中，优选通过犁耕，更优选通过犁耕到表土中
34掺入农业土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭或生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的影响，其根据掺入到土壤中的生物炭/植物煤/生物焦炭类型(E至I)，在土壤和地球大气中有所区别
35由可能经过预处理的生物质3向生产的能量载体5的根据4的单阶段或多阶段转化得到的大气CO2I的回收
36在大气碳的(部分)稳定化21期间产生的大气CO2的回收II
37如有必需，根据35和/或36回收的大气CO2的纯化，
38根据35和/或36回收的大气CO2的液化
39将大气CO2隔离在碳汇中
40用大气CO2替代化石CO2
41由大气CO2制造合成燃料、加热介质或燃烧材料

Claims (39)

1.用于转化含大气碳的生物质的方法，所述含大气碳的生物质优选为含木质纤维素的生物质，更优选为秸秆、含秸秆的原料(例如固体粪肥)和/或木材，其一方面被转化为温室气体减排能量载体，优选为沼气、生物甲烷、热解气、合成气、生物柴油、费托燃料(Ficher-Tropsch fuel)、DME、生物甲醇或生物乙醇，另一方面被转化为化学和物理稳定化的大气碳，所述方法包括以下步骤：
(1)将含大气碳的生物质单阶段或多阶段转化为另一种能量载体，优选为温室气体减排能量载体，更优选通过厌氧细菌发酵转化为沼气或生物甲烷，通过酒精发酵转化为生物乙醇或木质乙醇，通过气化转化为热解气体，通过碳化转化为碳化气体，通过酯交换转化为生物柴油，通过费托合成转化为费托燃料(费托-柴油，费托-汽油，费托-煤油，费托-甲醇)，通过甲醇合成转化为生物甲醇，通过二甲醚合成转化为DME，
(2)产生使生物质转化残留物(例如消化残留物、发酵残留物、热解残留物或合成残留物)中仍包含的大气碳至少部分化学-物理稳定化的条件，
(3)实施生物质转化残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中以这样的方式使大气碳至少部分稳定化，即其通过土壤呼吸、风化、有氧腐烂和/或与大气氧反应的过程在给定的时间段内被降解(矿化)小于30％，优选小于20％，特别是小于10％，和最好小于5％，其中所述给定的时间段可以选自以下时间段：10年、30年、100年、500年、1000年、1万年、10万年、>10万年。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在转化残留物的至少部分化学-物理稳定化期间发生的大气碳损失或转化残留物干物质损失为最大99％，优选最大60％，更优选最大40％，特别是最大30％。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的方法，其中在化学-物理处理之前，至少部分地从单阶段或多阶段生物质转化的残留物除去在这些残留物中仍包含的有机营养物，优选与工艺用水一起，更优选通过选自离心、倾析、压制、分离、过滤、反渗透、这些方法步骤的组合的方法，特别是通过将工艺用水再循环到工艺中除去，和/或其中在化学-物理处理之前，优选在脱水至>35％DS之后，特别是在脱水至>50％DS之后，特别是在脱水至>60％DS之后，将来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物造粒或压块。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的方法，其中在单阶段或多阶段生物质转化的残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化通过这些残留物的化学-物理处理实现，优选通过这些残留物的热碳化或热化学碳化以形成生物炭/植物煤/生物焦炭实现，更优选通过选自以下的热化学碳化过程实现：热解、碳化、烘焙、水热碳化(HTC)、蒸气热碳化、气化和这些处理方法的任何组合，特别是通过来自单阶段或多阶段生物质转化的脱水(除水)残留物的热解或烘焙实现，其中脱水优选进行至>35％干物质(DS)，更优选>50％DS，特别是>60％DS。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在来自单阶段或多阶段生物质转化的转化残留物碳化期间发生的干质损失为最大99％，优选最大60％，更优选最大40％，特别是最大30％，和/或其中生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的碳含量为至少20％，优选至少40％，更优选至少60％，特别是至少70％，和在最好的情况下至少80％，和/或其中生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的H/C摩尔比<0.8，优选<0.6，和/或生产的生物炭/植物煤/生物焦炭的O/C摩尔比<0.8，优选<0.4。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中将至少一部分含大气碳的生物炭/植物煤/生物焦炭在另外的方法步骤中隔离(永久地处置)在土壤(地质构造)中、在积滞水中、在含水层中或在海洋中，优选地隔离(永久地处置)在农业或林业土壤中，更优选地隔离(永久地处置)在不用于或不再用于农业或林业的土壤中，特别是在沼泽、沙漠或永冻土壤中。
8.根据权利要求5至7中至少一项所述的方法，其中在掺入土壤地层之前，用营养物，优选用有机营养物，更优选用包含在选自以下的水性悬浮液中的有机营养物：浆液、渗滤液、泔水、来自乙醇生产的酒糟、来自厌氧发酵的液体残留物、尿、来自青贮的渗透水、(可能处理的或纯化的)工艺用水、液体发酵物、渗透物、偏液体的脱水相(more liquid phase ofdehydration)、偏固体的脱水相(more solid phase of dehydration)、任何分离相、含其他营养物的悬浮液和类似悬浮液，特别是用在转化残留物的碳化之前从待碳化的转化残留物除去的有机营养物负载(混合)含大气碳的生物炭/植物煤/生物焦炭。
9.根据权利要求5至8中至少一项所述的方法，其中将回收比例的离开单阶段或多阶段生物质转化的方法步骤的转化残留物物流在其在另外的方法步骤中碳化之前分成多达四部分物流，即分成第一部分物流“稳定化的热解煤的生产”、第二部分物流“部分稳定化的烘焙或HTC煤的生产””、第三部分物流“未稳定化的生物炭/植物煤/生物焦炭的生产”和第四部分物流“未碳化的转化残留物”，其中每部分物流可占总物流的0％至100％(每部分物流可代表总物流和零二者)，其中在物流分配之后的方法步骤中，这是用部分物流名称指示的各个部分物流进行的，和/或其中第一部分物流“稳定的热解煤的生产”优选具有总物流的>1％的比例，更优选>25％的比例，特别是>50％的比例，和在最好的情况下>75％的比例。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在转化残留物分配之后的方法步骤中生产的多达四种的产品以并行方式或以串联方式生产，和/或其中将它们以任何选择或组合混合，以形成生物炭/植物煤/生物焦炭混合物，或以形成生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物，其中所述多达四种的产品的比例在比例的总和不超过100％的不证自明的次要条件下可各自为0％至100％。
11.根据权利要求5至10中至少一项所述的方法，其中生产的生物炭/植物煤/生物焦炭、生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物至少部分由含秸秆的转化残留物生产，和/或其中生物炭/植物煤/生物焦炭、生物炭/植物煤/生物焦炭混合物或生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物的pH>7.0，优选pH>8.0，更优选pH>9.0，特别是pH>10.0，和其中这些碱性产物优选掺入酸性土壤中。
12.根据权利要求1至11中至少一项所述的方法，其中将化学和物理稳定化的大气碳，优选至少部分地碳化成生物炭/植物煤/生物焦炭的大气碳掺入用于农业或林业的区域(耕地土壤、田地、林地、堤岸)，优选每公顷和100年至少5吨生物炭/植物煤/生物焦炭，更优选每公顷和100年至少50吨生物炭/植物煤/生物焦炭，特别是每公顷和100年至少100吨生物炭/植物煤/生物焦炭，并且这种C应用有助于维持或增加土壤的腐殖质含量，优选土壤的含C腐殖质含量，更优选土壤的活性营养物腐殖质含量，特别是土壤的被动永久腐殖质含量，使得可减少生物质生长的比例，优选秸秆生长的比例，其在应用用于保持土壤的腐殖质含量的方法之前必须保留在田地中，且因此使增加对生物质生长的使用，优选秸秆生长的使用成为可能，其中增加的基于总生物质生长或秸秆生长的使用优选>0.1百分点，更优选>30百分点，特别是>50百分点，和在最佳的情况下>75百分点。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中作为副产物产生的大气二氧化碳(CO2)、垃圾或残留物经受选自以下的方法步骤：回收、纯化、液化、处理、隔离(在地质构造，例如原油或天然气储层中)、化石CO2的替代、基于CO2的能量载体(合成甲烷、合成甲醇)的生产、这些方法步骤的组合。
14.根据权利要求1至13中至少一项所述的方法，其中生产的优选选自沼气、生物甲烷、热解气、合成气、生物柴油、生物煤油、费-托燃料、生物甲醇、DME或生物乙醇的能量载体以这样的方式被加工，即其可用作燃料、加热介质或燃烧材料，优选用作运输燃料，更优选用作道路燃料。
15.根据权利要求1至14中至少一项所述的方法，其中在生产的能量载体的生产、分配和使用之后，所述能量载体优选为燃料，更优选为气体燃料，特别是生物甲烷，比在等量能量的生产的能量载体的化石对应物的生产、分配和使用之后，地球的大气中存在更少量的温室气体，其中矿物柴油燃料是所有柴油替代物的化石对应物，用于奥托发动机的矿物燃料(汽油)是所有用于奥托发动机的燃料替代物的化石对应物，矿物煤油是所有煤油替代物的化石对应物，天然气(CNG)是所有天然气替代物的化石对应物，液化天然气是所有液化天然气替代物的化石对应物，液化石油气是所有液化石油气替代物的化石对应物，并且用于奥托发动机的矿物燃料和矿物柴油的加权平均值是所有其他燃料、加热介质和燃烧材料的化石对应物。
16.根据权利要求1至15中至少一项所述的方法，其中在生产、分配和使用生产的能量载体之后，与之前相比，地球的大气中存在更少量的温室气体，即生产的能量载体是温室气体负性的。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中将生产的能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)与温室气体正性能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)混合，所述温室气体正性能量载体优选为生产的能量载体的化石对应物，更优选为可持续能量载体，使得在生产、分配和使用生产的能量载体混合物之后，比在生产、分配和使用等量能量的生产的能量载体的化石对应物之后，地球的大气中存在更少量的温室气体，其中矿物柴油燃料是所有柴油替代物的化石对应物，用于奥托发动机的矿物燃料(汽油)是所有用于奥托发动机的燃料替代物的化石对应物，矿物煤油是所有煤油替代物的化石对应物，天然气(CNG)是所有天然气替代物的化石对应物，液化天然气是所有液化天然气替代物的化石对应物，液化石油气是所有液化石油气替代物的化石对应物，并且用于奥托发动机的矿物燃料和矿物柴油的加权平均值是所有其他燃料、加热介质和燃烧材料的化石对应物。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中将产生的能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)与温室气体正性能量载体(燃料、加热介质或燃烧材料)混合，所述温室气体正性能量载体优选为生产的能量载体的化石对应物，更优选为可持续能量载体，使得在生产、分配和使用生产的能量载体混合物之后，与之前相比，地球的大气中存在更少量的温室气体，即能量载体混合物是温室气体负性的。
19.根据权利要求17或18中任一项所述的方法，其中将生产的能量载体与作为其化石或其可持续对应物的能量载体进行混合，其中所述混合优选以这样的方式进行，即得到的能量载体混合物的温室气体排放值低于掺和的能量载体的温室气体排放值，特别是以这样的方式进行，即根据生命周期分析(WtW)或在化学计量分析(TtW)之后，得到的能量载体混合物的温室气体排放值小于/等于0.0g CO2-当量/kWhHi或小于/等于0.0g CO2-当量/MJ。
20.根据权利要求1至19中至少一项所述的方法，其中大气碳的物理-化学稳定化在缺氧条件下和/或在100℃-1600℃的反应温度下，优选在200℃-1200℃的反应温度下，更优选在300℃-1000℃的反应温度下，特别是在350℃-1000℃的反应温度下，和在最佳情况下在400℃-900℃的反应温度下进行，和/或其中将来自单阶段或多阶段生物质转化的待处理的残留物加热至反应温度耗费长于1秒，优选长于10分钟，更优选长于50分钟，特别是长于100分钟。
21.根据权利要求1至20中至少一项所述的方法，其中在生物质的单阶段或多阶段转化的方法步骤之前是选择和/或收获或收集至少一种含大气碳的生物原料的方法步骤，其中优选地该原料的特征在于从以下原料组进行选择：栽培的生物质、秸秆(谷物秸秆、玉米秸秆、稻秸秆等；纯青贮或作为青贮的一部分)、农场粪肥、含秸秆的固体粪肥(固体牛粪、固体猪粪、家禽粪肥、干鸡粪、马粪等)、来自蘑菇栽培的含秸秆残留物、浆液、泔水、鲜草类植物(黑麦草、柳枝稷、芒草、芦竹和主要农作物之前和之后的填闲作物)和来自这些草类植物的青贮、全株玉米插条和玉米青贮、全株谷物插条和来自谷物全株的青贮、谷物和玉米粒、木材、垃圾、来自生物质加工的残留物、来自生物质加工的副产物、含纤维素的非食品材料、废纸、甘蔗渣、葡萄酒渣和酒糟、含木质纤维素的生物质、残留的森林木材、景观保护材料、路边绿色植物、谷物和其他高淀粉含量的作物、含糖植物、油料植物、藻类、混合城市垃圾的生物质部分、生活垃圾、生物垃圾、来自私人家庭的生物垃圾、包括来自批发和零售业、农业和食品工业以及渔业和水产业的材料的工业垃圾的生物质部分、屠宰场垃圾、污水污泥、棕榈油磨坊的废水、空棕榈果串、塔罗油树脂、粗甘油、甘油、甘蔗渣、磨拉石、葡萄酒渣、酒糟、来自乙醇生产的酒糟、坚果壳、外皮、有芯玉米棒、来自以林业和森林为基础的产业的垃圾和残留物的生物质部分(树皮、树枝、试商用疏伐材、叶、针叶、树顶、锯屑、刨花、黑液、棕液、纤维污泥、木质素、妥尔油)、其他含纤维素的非食品材料、其他含木质纤维素的材料、细菌、用过的食用油、动物脂肪、植物脂肪或其组合。
22.根据权利要求1至21中至少一项所述的方法，其中回收来自单阶段或多阶段生物质转化的至少一部分残留物的另外的步骤在单阶段或多阶段生物质转化的步骤和生物质转化的残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的步骤之间进行。
23.根据权利要求1至22中至少一项所述的方法，其中将生物质单阶段或多阶段转化为另一种能量载体的方法步骤由厌氧细菌发酵组成，所述厌氧细菌发酵优选根据固体发酵工艺，更优选车库式发酵罐或活塞流发酵罐中的固体发酵工艺进行，和/或其中在生物质的单阶段或多阶段转化的方法步骤之前、期间或之后，向该生物质提供至少一种先前从相关现有技术已知的合适的掺和物，优选选自以下的掺和物：石灰、酶、含酶溶液、真菌、酸、碱液、酵母、水、再循环工艺用水、纯化工艺用水、经过滤的工艺用水、经超滤的工艺用水、经受反渗透的工艺用水、经处理的工艺用水、酸-水混合物、碱液-水混合物、渗滤液、青贮渗漏液、浆液、微生物、来自乙醇生产的任何谷物酒糟、来自木质乙醇生产的任何残留物、来自热解气或合成气生产的任何副产物/残留物、来自费托合成的任何副产物/残留物、来自DME合成的任何副产物/残留物、来自甲醇合成的任何副产物/残留物、来自乙醇生产的任何甜菜酒糟、这些添加剂中的两种或更多种的组合。
24.根据权利要求1至23中至少一项所述的方法，其中所述生物质在生物质的单阶段或多阶段转化为另一能量载体的方法步骤之前或之后经受粉碎，优选切碎或撕碎，更优选由切碎或撕碎和磨碎组成的粉碎组合，特别是由捆包分解、切碎/粉碎和磨碎组成的粉碎组合，和/或其中粉碎在一个或多个阶段中进行至平均最终颗粒长度<20厘米，优选至平均最终颗粒长度<5厘米，更优选至平均最终颗粒长度<10毫米，特别是至最终颗粒长度<3毫米，和在最好的情况下至最终颗粒长度<1mm。
25.根据权利要求1至24中至少一项所述的方法，其中在生物质单阶段或多阶段转化为另一种能量源的方法步骤之前、期间或之后对生物质进行选自以下处理方法的处理：粉碎，在冷水或包含碱液和酸的水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，在20℃-100℃的温水或包含碱液和酸的水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，使用真菌生物处理，加压至>1bar-500bar，使用>100℃的热水处理，用饱和蒸汽处理，通过热压水解处理，通过湿式氧化处理，通过挤出处理，超声处理，蒸汽重整处理，蒸汽爆破处理，干燥，用工艺用水处理，用工艺热处理，用酶处理，一系列这些处理方法的组合。
26.根据权利要求1至25中至少一项所述的方法，其中将来自方法步骤的工艺热再循环到工艺中，优选地借助以逆流起作用的热交换，和/或再循环到工艺的升温或加热步骤中，更优选地将生物质的单阶段或多阶段转化之前或之后的来自热处理或热化学处理的工艺热再循环到升温或加热步骤中，特别是将来自转化残留物中仍包含的大气碳的化学-物理稳定化的方法步骤的工艺热再循环到升温或加热步骤中，并且最好将来自转化残留物的热碳化或热化学碳化的工艺热再循环到升温或加热步骤中。
27.用于实施权利要求1至26的方法中至少一种的系统，其包括：
(a)用于将生物质，优选含木质纤维素的生物质，更优选含秸秆的生物质单阶段或多阶段转化为温室气体减排能量载体的装置，
(b)用于产生实现单阶段或多阶段生物质转化的残留物(消化、发酵、热解或合成残留物等)中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件的装置。
28.根据权利要求27所述的系统，其中用于生物质的单阶段或多阶段转化的装置由先前从相关现有技术已知的合适的装置，优选地选自以下的装置组成：用于将生物质厌氧细菌发酵为沼气和/或生物甲烷的装置，用于将生物质酒精发酵为生物乙醇或木质乙醇的装置，用于将生物质气化为热解气和/或热解浆液的装置，用于将生物质碳化为碳化气(弱气(weak gas))的装置，用于将植物油酯交换成生物柴油(FAME)的装置，用于将植物油水化成HVO的装置(矿物油精炼厂)，用于将植物油精炼成HVO的装置(NesteOil工艺)，用于将生物质气化/热解为工艺气体的装置，用于将生物质来源的工艺气体转化为合成气的装置，用于将生物质来源的合成气合成为费-托燃料(费托-柴油、费托-汽油、费托-煤油、费托-甲醇等)的装置，用于由生物质来源的气体合成甲醇的装置，用于DME合成的装置，这些装置的任何组合。
29.根据权利要求27或28中任一项所述的系统，其中用于产生实现生物质转化残留物中仍包含的大气碳的至少部分化学-物理稳定化的条件的装置包括先前从相关现有技术已知的合适的装置，优选用于这些残留物的化学-物理处理的装置，更优选用于将这些残留物热碳化或热化学碳化成生物炭/植物煤/生物焦炭的装置，特别是选自以下的用于将生物质热化学碳化为生物炭/植物煤/生物焦炭的装置：热解装置、碳化装置、烘焙装置、水热碳化(HTC)装置、蒸气热碳化装置、气化装置、这些装置的任何组合，其中用于转化残留物的碳化装置优选适合在缺氧条件下和/或在100℃-1600℃的反应温度下，更优选在200℃-1200℃的反应温度下，特别是在300℃-1000℃的反应温度下，在甚至更好的情况下在350℃-950℃的反应温度下，和在最佳情况下在400℃-900℃的反应温度下进行碳化。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的系统，其中用于大气碳的至少部分化学-物理稳定化的装置适合将来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物碳化成这样的生物炭/植物煤，或碳化成这样的生物焦炭，即它们的大气碳比例通过土壤呼吸、风化、有氧腐烂和/或与大气氧反应的过程在一定时间段内优选被降解(矿化)小于50％，更优选小于20％，特别是小于10％，和在最好的情况下小于5％，其中所述一定时间段可选自以下时间段：10年、30年、100年、500年、1000年、1万年、10万年、>10万年。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，其包括适合提取或分离仍包含在单阶段或多阶段生物质转化的残留物中的至少一部分有机营养物和/或包含在单阶段或多阶段生物质转化的残留物中的一部分水的装置，其中这些装置优选由选自以下的装置组成：旋转器，离心机，旋风分离器，倾析器，压力机，分离器，筛，过滤装置，超滤装置，反渗透装置，类似装置，这些装置的组合，和/或其中这些装置更优选适合将来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物脱水至优选>35的DS含量％，更优选至>50％DS的干物质含量，特别是至>60％DS。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的系统，其包括适合回收在工艺中产生的工艺水，并且优选地将其返回到处理和/或纯化之后的工艺的装置，和/或适合回收工艺中产生的工艺热并将其返回至该工艺的装置，其中用于回收工艺热和/或用于热再循环的装置优选包括实现热交换的部件，其更优选地根据逆流原理起作用。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的系统，其中用于使仍包含在转化残留物中的大气碳稳定化的装置之前是适合造粒或压块和/或蒸发、干燥、冷却、储存、输送转化残留物的另外的装置。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的系统，其中用于生物质的单阶段或多阶段转化的装置由用于将生物质厌氧细菌发酵成沼气和/或生物甲烷的装置组成，其优选根据湿发酵工艺(湿发酵罐)，更优选根据固体发酵工艺(固体发酵罐)运行，其特别是车库式发酵罐或活塞流发酵罐，并且其中至少一个车库式发酵罐以<180天的发酵周期，优选以<60天的发酵周期，更优选以<35天的发酵周期，特别是以<21天的发酵周期，和最好以<14天的发酵周期运行。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的系统，其包括适合用于急冷由碳化装置生产的热生物炭/植物煤/生物焦炭的装置，优选使用选自以下的水悬浮液：浆液、渗滤液、泔水、来自乙醇生产的酒糟、来自厌氧发酵的液体残留物、尿、来自青贮的渗透水、工艺用水、处理或纯化的工艺用水、液体发酵物、渗透物、偏液体的脱水相、偏固体的脱水相、任何分离相、含有其他营养物的悬浮液和类似悬浮液，更优选使用含有有机营养物的这样选择的水悬浮液，特别是含有有机营养物的工艺用水，其有机营养物先前是来自单阶段或多阶段生物质转化的残留物的部分。
36.根据权利要求29至35中任一项所述的系统，其用于碳化转化残留物的装置适合进行热解和烘焙两者，和/或其包括适合给生产的生物炭/植物煤/生物焦炭，优选生物炭/植物煤/生物焦炭混合物和更优选生物炭/植物煤/生物焦炭转化残留物混合物负载营养物，适合用水(工艺用水或淡水)将它们急冷、将它们彼此混合、输送、仓储、储存、造粒或压块，和/或将它们散布到农业或林业用地和/或将它们掺入农业或林业用地的装置。
37.根据权利要求27至36中至少一项所述的系统，其包括适合对权利要求1至26的方法中生产的大气二氧化碳(CO2)进行回收，液化，纯化，处理，储存，输送(优选以液体聚集态)，递送到工业，引入地质构造中，转化为基于CO2的燃料、加热介质或燃烧材料，执行这些功能的组合的装置。
38.根据权利要求27至37中至少一项所述的系统，其包括适合使原料和/或来自将生物质单阶段或多阶段转化为另一种能量载体的残留物经受粉碎，优选切碎或者撕碎，更优选由切碎或撕碎和磨碎组成的粉碎组合，特别是由捆包分解、切碎/撕碎和磨碎组成的粉碎组合，其中这些粉碎装置单独或组合适合进行粉碎至平均最终颗粒长度<20cm，优选至平均最终颗粒长度<5cm，更优选至平均最终颗粒长度<10mm，特别是至最终颗粒长度<3mm，和在最佳的情况下至最终颗粒长度<1mm。
39.根据权利要求27至38中至少一项所述的系统，其包括适合在单阶段或多阶段转化之前或期间使生物质经受选自以下的处理或者在单阶段或多阶段转化之后使来自生物质转化的残留物经受选自以下的处理方法的装置：粉碎至高达0.1mm的细度，在冷水或水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，在20℃-100℃的温水或水悬浮液中浸泡/混合/捣碎，使用真菌生物处理，加压至>1bar-500bar，使用>100℃的热水处理，用饱和蒸汽处理，通过热压水解处理，蒸汽爆破，通过湿式氧化处理，加热，通过挤出处理，超声处理，通过蒸汽重整处理，蒸发，沉淀，结晶，催化，干燥，使用聚合物，相分离，颗粒提取，一系列这些处理方法的组合。
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