CN111741937B - 生物胶结方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及套件、组合物、工具和方法，其包括形成生物水泥的循环工业过程。特别地，本发明涉及用于以下的材料和方法：在升高的温度下将碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳，使氧化钙与氯化铵反应形成氯化钙、水和氨气，以及使氨气与二氧化碳在高压下反应形成尿素和水，所述尿素和水然后被利用以形成生物水泥。该循环过程可通过将工业过程与所得作为生物水泥的产物相结合来实现。该过程可能涉及目前在波特兰水泥的制造中使用的碳酸钙的保留。

Description

生物胶结方法和系统
发明中的权利
本发明是在国防部高级研究计划局授予的拨款编号为HR001117C0077的美国政府支持下完成的，因此美国政府对本发明享有某些权利。
相关申请的引用
本申请要求2017年10月5日提交的美国临时申请号62/586,539、2017年10月27日提交的美国临时申请号62/577,911和2018年9月22日提交的美国临时申请号62/735,060的优先权，这些临时申请中的每一个的全部内容通过引用明确地并完全地并入本文。
背景
1. 发明领域
本发明涉及套件、组合物、工具和方法，其包括用于在自然环境中形成生物水泥的循环过程。特别地，本发明涉及用于将氮和碳和/或含氮和碳的化合物转化成尿素并然后利用其在含钙水体中形成生物水泥的材料和方法。
2. 背景描述
2014年全球氨的工业生产量为1.76亿吨，比2006年的1.52亿吨生产量增长了16%。工业氨生产造成全球CO2排放量的1.44%。氨生产消耗全球天然气产量的5%，并消耗全球能源产量的约2%。
生物胶结反应(参见图1)依赖于尿素的代谢水解，其在含氯化钙的溶液中产生铵离子和碳酸根离子。
2(NH2)CO + CaCl2 + 2H2O ⇌ 2NH4Cl + CaCO3
钙阳离子与细菌膜表面处的碳酸根阴离子反应，形成多晶型的方解石碳酸钙。铵阳离子和氯阴离子在工艺用水中保持平衡。
氯化钙通过使氧化钙与氯化铵反应生成氯化钙、水和氨气来生产。
CaCO2 + NH4Cl → CaCl + H2O + NH4
Solvay法或氨碱法是生产碳酸钠(也称苏打灰)和氯化钙的工业方法。化学过程可写为：
2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2
用于此方法的成分易于获得并包括盐和石灰石。基于Solvay的化工厂现在的产量约占全球供应量的四分之三，其余的则由天然矿床提供。
尿素生产——也根据其发现者被称为Bosch-Meiser尿素法——涉及两个主要的平衡反应，反应物的转化不完全。第一个是氨基甲酸盐的形成：液态氨与气态二氧化碳(CO2)在高温高压下发生快速放热反应，形成氨基甲酸铵：
2NH3 + CO2 ⇌ H2N-COONH4
第二个是尿素的转化：氨基甲酸铵较慢地吸热分解成尿素和水：
H2N-COONH4 ⇌ (NH2)2CO + H2O
NH3和CO2向尿素的总转化是放热的，由来自第一反应的反应热驱动第二反应。与所有的化学平衡一样，这些反应均按Le Chatelier原理进行，并且最有利于氨基甲酸盐形成的条件对尿素转化平衡有不利影响。因此，常规的工艺条件存在一个折衷：通过在有利于第一反应的高压(140-175巴)下进行该工艺可补偿第二反应所需的高温(约190℃)对第一反应的不良影响。
尽管通常需要将气态二氧化碳压缩到此压力，但氨可以液态形式从氨厂获得，液态形式的氨可经济地泵送到系统中。由于尿素转化不完全，故从未改变的氨基甲酸铵分离出产物。
在尿素生产厂中，这通过将系统压力降至大气压以让氨基甲酸盐分解回氨和二氧化碳来完成。起初，由于再压缩氨和二氧化碳以便回收是不经济的，故氨至少被用于制造其他产品，例如硝酸铵或硫酸铵，而二氧化碳作为废物排放。后来的工艺方案使得回收未使用的氨和二氧化碳成为现实。这通过分阶段对反应溶液减压(首先减至18-25巴，然后减至2-5巴)并在每个阶段使其通过蒸汽加热的氨基甲酸盐分解器，然后在降膜氨基甲酸盐冷凝器中重新合并所得的二氧化碳和氨并将氨基甲酸盐溶液泵送到前一阶段中来实现。
发明概述
本发明克服了与当前策略和设计相关的问题和缺点，并提供了用于在自然环境中形成生物水泥的过程的新工具、组合物和方法。
本发明的一个实施方案涉及方法，其包括：用产尿素酶生物和产尿素生物装载固体物体；将固体物体放置于含有碳、氮和钙中的一种或多种的环境中；和在固体物体内形成碳酸钙。优选地，用产尿素酶生物和/或产尿素生物装载包括合并固体物体与干燥生物使得所述生物被保留在固体物体内或表面上，或将固体物体放置于含有产尿素酶生物和/或产尿素生物的组合物中。优选地，用产尿素酶生物和/或产尿素生物的孢子和/或营养细胞装载固体物体。优选地，固体物体包含天然或非天然材料、再生或人工砂、矿石、砖、块料、砖石、面板、瓦片、板材、岩石、石头、破碎的岩石、破碎的石头、矿物、破碎或碎裂的玻璃、木材、黄麻、灰、泡沫、玄武岩、纤维、矿山尾矿、纸、废弃材料、来自制造过程的废料、塑料、聚合物、粗糙材料和/或其组合，并且还优选地，固体物体对微生物具有渗透性。优选地，固体物体含有碳、氮和钙中的一种或多种，更优选地，环境和固体物体含有足够量的碳、氮和钙以形成碳酸钙。优选地，放置包括将固体物体完全浸入环境内。优选地，环境包括促进产尿素酶生物和/或产尿素生物的增殖的环境、海洋环境，更优选地为海洋环境。优选地，产尿素生物包括假单胞菌属(Pseudomonas)、Delaya avenusta、泛养硫球菌(Thiosphaera pantotropha)、Pseudomonas stutzen、巴豆叶脆杆藻(Fragilaria crotonensis)、假交替单胞菌属物种(Pseudoalteromonas spp.)、游海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas haloplanktis)、Halomonas venusta、巴利阿里假单胞菌(Pseudomonas balearica)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、金橙黄微小杆菌(Exiguobacterium aurantiacum)、Pseudoalteromonas aliena、藤黄紫假交替单胞菌(Pseudoalteromonas luteoviolacea)、大肠杆菌(Escherichia coli)及其变体、血清型、突变、重组形式和组合，并且产尿素酶生物包括芽孢八叠球菌属物种(Sporosarcina spp.)、巴氏芽孢八叠球菌(S. pasteurii)、脲芽孢八叠球菌(S. ureae)、变形杆菌属物种(Proteus spp.)、普通变形杆菌(P. vulgaris)、奇异变形杆菌(P. mirabilis)、芽孢杆菌属物种(Bacillus spp.)、球形芽孢杆菌(B. sphaericus)、巨大芽孢杆菌(B. megaterium)、粘球菌属物种(Myxococcus spp.)、橙黄色粘球菌(M. xanthus)、螺杆菌属物种(Helicobacter spp.)、幽门螺杆菌(H. pylori)及其变体、血清型、突变、重组形式和组合。优选地，碳酸钙由通过所述产尿素酶生物产生的尿素酶作用于所述产尿素生物产生的尿素的组合并在碳、氮和钙的存在下形成。优选地，碳酸钙形成为在固体物体周围的包覆层(例如，作为含生物和碳酸钙的生物膜)，和/或形成在固体物体的外部。优选地，将含碳酸钙的固体物体用于环境中的侵蚀控制、作为环境内结构的固体支撑物，其中所述结构包括建筑材料、电子设备和/或容器。优选地，在固体物体内、周围和/或外部形成碳酸钙达六个月或更长的时间、一年或更长的时间、或5年或更长的时间。
本发明的另一个实施方案涉及含有产尿素酶生物和产尿素生物、优选地含有碳酸钙的固体物体。优选地，产尿素酶生物和产尿素生物是活的，并且优选地，产尿素酶生物产生尿素酶而产尿素生物产生尿素。优选地，尿素酶和尿素在碳、钙和氮的存在下形成碳酸钙。优选地，固体物体包含天然或非天然材料、再生或人工砂、矿石、砖、块料、砖石、面板、瓦片、板材、岩石、石头、破碎的岩石、破碎的石头、矿物、破碎或碎裂的玻璃、木材、黄麻、灰、泡沫、玄武岩、纤维、矿山尾矿、纸、废弃材料、来自制造过程的废料、塑料、聚合物、粗糙材料和/或其组合。优选地，固体物体还含有补充材料，例如有机或无机材料、岩石、玻璃、木材、纸、金属、塑料、聚合物、纤维、矿物或其组合。
本发明的另一个实施方案涉及包含产尿素酶生物和产尿素生物的活混合物的组合物。优选地，所述组合物含有产尿素酶生物并且产尿素生物呈孢子和/或营养细胞的形式。优选地，所述组合物是水性的或干燥的。
本发明的其他实施方案和优点部分地在下面的描述中阐述，并且部分地可从该描述显而易见，或者可从本发明的实践中获悉。
附图说明
图1尿素水解生物胶结反应。
图2尿素水解生物胶结反应作为闭环工业循环过程。
图3尿素水解生物胶结反应作为工业循环过程，其中石灰石碳酸钙被转化成生物水泥。
图4在大规模工业生产量下表示的尿素水解生物胶结反应。
图5尿素水解生物胶结反应。
图6尿素水解生物胶结反应，其中工艺用水通过氯化钙的再生而被回收，并且氨被电解成氢气和氮气。
发明描述
生物胶结涉及尿素的代谢水解，其在含氯化钙的溶液中产生铵离子和碳酸根离子。钙阳离子与细菌膜表面处的碳酸根阴离子反应，形成多晶型的方解石碳酸钙。铵阳离子和氯阴离子在工艺用水中保持平衡。
本发明涉及此反应可循环进行这一令人惊奇的发现。在一种替代方案中，碳酸钙在升高的温度下分解成氧化钙和二氧化碳。氧化钙与氯化铵反应形成氯化钙、水和氨气。使氨气和二氧化碳反应以合成尿素和水，然后将其用在生物胶结过程中。在另一种替代方案中，碳酸钙优选在升高的温度下或用酸分解，以形成氧化钙和二氧化碳；使二氧化钙与过程中的铵反应形成尿素和水；和使尿素与氯化钙反应形成生物水泥。因此，取决于前体成分，结果可以是碳酸钙、氨、氯化铵、氯化钙、尿素和/或氨的产生。优选地，使尿素与氯化钙反应还形成氯化铵。优选地，氯化铵进一步分解形成酸和氨。
循环过程可使用现有的工业过程与生物胶结技术相结合来实现(参见例如图2)。由于所得产物可用于形成生物水泥作为建筑材料，故碳酸钙的等价输入流为过程循环提供了燃料(参见图3)。在大的工业规模上，碳酸钙的输入源是开采的石灰石矿床，如目前在波特兰水泥的制造中所使用的。优选地，分解包括用升高的温度或酸处理碳酸钙，其中优选的升高的温度为约600℃或更高、700℃或更高、800℃或更高、850℃或更高、900℃或更高、1,000℃或更高、或甚至更高的温度。优选的酸包括盐酸，但可采用多种酸，包括但不限于磷酸、硝酸、乙酸及其组合。优选地，该过程包括升高的压力，例如高于100psig、高于200psig、高于300psig、高于400psig、高于500psig或更高。也可采用电晕放电或与产尿素生物共培养。电晕放电是由于带电导体周围的流体如空气的电离而产生的放电。当导体周围电场的强度(电势梯度)足够高以形成导电区域但又不足够高以导致附近的物体发生电击穿或电弧放电时将发生电晕。在邻近于承载高电压的尖头金属导体的空气中其通常以蓝色(或其他颜色)的辉光被看到，并以与气体放电灯相同的性质发光。该步骤可单独进行以生产散装尿素，或者可在骨料基质中用于生物胶结时消耗的尿素的局部生产。
另一个实施方案是与产尿素生物共培养，例如通过大气氮和二氧化碳的自养代谢产生尿素或通过有机物质的细菌分解。产尿素微生物包括例如假单胞菌属(Pseudomonas)的各种物种、Delaya avenusta、泛养硫球菌(Thiosphaera pantotropha)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、巴豆叶脆杆藻(Fragilaria crotonensis)、假交替单胞菌属物种(Pseudoalteromonas spp.)、游海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas haloplanktis)、Halomonas venusta、巴利阿里假单胞菌(Pseudomonas balearica)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、大肠杆菌(Escherichia coli)、金橙黄微小杆菌(Exiguobacterium aurantiacum)、Pseudoalteromonas aliena、藤黄紫假交替单胞菌(Pseudoalteromonas luteoviolacea)及其变体、血清型、突变、重组形式或组合，及本领域普通技术人员已知的其他生物和微生物。
现代干法波特兰水泥制造利用1,850℃至2,000℃的热源来在回转窑内达到1,450℃的材料烧结温度。在制造过程的早期，碳酸钙在预热器/煅烧塔中于850℃的温度下分解成氧化钙和二氧化碳，其中所需的热能通过回转窑废气的部分回收来提供。在波特兰水泥制造厂作为侧链工艺实施的氧化钙浸提器可类似地由水泥回转窑未使用的废热能提供燃料以处理现场碳酸钙。氧化钙与氯化铵反应产生氯化钙、水和氨气。然后，作为碳中性材料回收过程，氨气与在侧链氧化钙生产过程中释放的二氧化碳反应产生尿素和水。因此，该过程的输入是氯化铵和碳酸钙，输出材料是氯化钙和尿素。
在尿素水解生物胶结反应的这种大规模模型中，指出了由此将石灰石输入材料转化为生物水泥产物的工业生产量(参见图4)。代谢生物胶结过程以分布式模型表示，其中使用氯化铵、尿素和氯化钙作为稳定的可溶性材料以向和自工业材料回收系统运输，由此将材料集中在回收厂中，所述回收厂向分布式生物水泥生产设施提供尿素和氯化钙，以使用当地的骨料生产生物水泥建筑材料。从分布式生物水泥生产流回收的氯化铵被返回到集中式材料回收厂。这通过再生和重新分配新的氯化钙和尿素来使环路闭合。氯化钙和尿素大约占直接材料总成本的75%。这种大规模模型推动这些重要材料的供应链，其中直接成本由集中式材料回收厂的运营成本内部决定而非由第三方供应商的市场价格决定。
全回收、大规模工艺模型的生物水泥生产目标实施最初由当前的工业尿素合成规模确定。最通常将尿素厂与氨生产厂结合，其中氨生产过程中释放的二氧化碳与一部分所产生的氨反应以形成尿素。一家小型现代化尿素厂每年生产大约350,000吨尿素。基于1mol尿素(2NH2CO) : 1mol氯化钙(CaCl2)的生物水泥生产输入材料比，生产350,000吨尿素需要相应地生产326,791吨氧化钙(参见表1)。一家高效的美国波特兰水泥制造厂每年生产超过2,000,000吨水泥，消耗超过1,276,200吨氧化钙。
表1
大规模模型中工艺材料的比较性质量。
假设年尿素产量为350,000吨。
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相应地，系统可被设计用于大规模(或小规模)生产碳酸钙、氧化钙、氯化钙、氯化铵、氨和尿素中的一种或多种。
本发明的另一个实施方案涉及一种工业循环过程。例如，所述工业循环过程优选用于生产生物水泥材料，其中钙离子和溶解的二氧化碳/碳酸盐由海水、工业废物流和/或天然存在的盐水提供。共培养生物群(1)从碳和氮底物产生尿素。共培养生物群(2)使用海水钙离子和生物群(1)产生的尿素产生生物水泥。然后，生物群(1)将生物群(2)产生的铵用作生产尿素的氮底物。
所述工业过程还优选用于生产尿素和/或氨以用于农业、化学和制造业，其中生物或生物群从氮底物和富碳培养基产生尿素。产生的尿素可被分离并以水性形式使用，或者干燥成固体如团粒、小丸或粉末以供下游使用。使用产尿素酶细菌的后续步骤可将尿素水解成铵，其作为氨液或压缩氨气分离以供下游使用。产尿素酶细菌的实例包括但不限于芽孢八叠球菌属物种(Sporosarcina spp.) (例如巴氏芽孢八叠球菌(S. pasteurii)和脲芽孢八叠球菌(S. ureae))、变形杆菌属物种(Proteus spp.) (例如普通变形杆菌(P. vulgaris)和奇异变形杆菌(P. mirabilis))、芽孢杆菌属物种(Bacillus spp.) (例如球形芽孢杆菌(B. sphaericus)和巨大芽孢杆菌(B. megaterium))、粘球菌属物种(Myxococcus spp.) (例如橙黄色粘球菌(M. xanthus))、螺杆菌属物种(Helicobacter spp.) (例如幽门螺杆菌(H. pylori))或其变体、血清型、突变、重组形式或组合。优选地所述生物为营养细胞，但可利用孢子并将其转化为产尿素酶的营养细胞，或者可在不存在产酶生物的情况下使用提取的尿素酶。用于生产尿素的氮底物包含复杂的氮源或气态大气氮，这取决于菌群的规格。碳可以任何形式提供并可例如以溶解的大气二氧化碳的形式转化为液体。反应可还包含要掺入到生物水泥中的其他材料，例如有机或无机材料、岩石、玻璃、木材、纸、金属、塑料、聚合物、纤维、矿物或其组合。
工程化的活海洋水泥(ELMc)
本发明的另一个实施方案涉及用于工程化的活海洋水泥(ELMc)的工具、组合物、生产方法和结构。ELMc涉及用于海洋和其他应用的活生物混凝土和/或类混凝土材料的开发。ELMc材料具有自愈能力(例如，免维护)，从而减轻传统海洋混凝土常见的结构退化，这些常见的结构退化会导致大量的维护和/或更换成本。可行的ELMc材料优选来源于直接从环境(例如，海水、矿山环境)获取用于形成生物水泥的材料。
优选地，ELMc材料采用对产生该结构的环境而言是天生的或可适应于此环境的细菌菌株。例如，在海洋环境中，原料尿素和钙直接来源于海水。虽然海水中存在大量的钙作为海洋碳泵的修理工，但尿素的含量却较低，这会限制生物水泥的形成速率。海洋尿素由浮游动物、海洋生物如鱼类和海洋细菌产生。对于海洋生物水泥结构，ELMc优选涉及产尿素细菌和产尿素酶细菌的菌群。筛选了超过300种海洋细菌菌株来生产尿素并选择了24种，其分属七个不同的物种。通过选择和/或基因工程进一步开发了菌株，从而产生了许多非常高水平的ELMc生产。优选地，使用不包含尿素的合成海水原料在7天的试验中开发了用于单元中生物水泥的形成的菌株。
优选的细菌菌株通过两种不同的代谢途径产生尿素：(a)嘌呤/嘧啶代谢和(b)精氨酸酶切割氨基酸L-精氨酸。在海洋环境中，这些底物仍然是一个限制因素，其中合成方法使得可以使用更多的碳源。例如，对代谢途径进行了遗传改造以从葡萄糖碳源工业生产L-精氨酸。类似的工具和工艺使得可以利用替代的碳源，包括直接由溶解的无机碳产生的碳源。
优选的ELMc生产涉及在水泥形成的成核位置处通过细菌的产生而局部产生尿素。这种方法消除了对工业生产尿素的依赖并且除去作为原料组分的尿素。ELMc发展出的合成生物学工具和方法涉及工业生物水泥产品的两个过程和应用条件。
首先，ELMc生产生物水泥作为与数年、数十年和更长的材料使用寿命相关的维护活动。在这种方法中，维护涉及向结构损坏和缺陷中逐渐沉积材料，但维护立即开始。优选地，维护是连续的过程。其次，ELMc涉及与任何其他杂质或可变因子一道直接从氮有限的天然源如海水以天然浓度获取必要的原料组分。ELMc生产材料由细菌菌群组成，这些细菌在碳酸钙形成位置处产生有机尿素。原料受天然海水中存在的组分和/或浓度的限制。根据本文的公开内容，可持续的生物水泥开发提供了碳核算并指导生命周期分析(LCA)以提供原料碳的可持续来源，同时保持已确立产品的性能和商业可行性。
本发明的另一个实施方案涉及方法，所述方法包括：用产尿素酶生物和产尿素生物装载固体物体；将固体物体放置于含有碳、氮和钙中的一种或多种的环境中；和在固体物体内形成碳酸钙。优选地，用产尿素酶生物和/或产尿素生物装载包括合并固体物体与干燥生物使得所述生物被保留在固体物体内或表面上，或将固体物体放置于含有产尿素酶生物和/或产尿素生物的组合物中。优选地，用产尿素酶生物和/或产尿素生物的孢子和/或营养细胞装载固体物体。优选地，固体物体包含天然或非天然材料、再生或人工砂、矿石、砖、块料、砖石、面板、瓦片、板材、岩石、石头、破碎的岩石、破碎的石头、矿物、破碎或碎裂的玻璃、木材、黄麻、灰、泡沫、玄武岩、纤维、矿山尾矿、纸、废弃材料、来自制造过程的废料、塑料、聚合物、粗糙材料和/或其组合，并且还优选地，固体物体对微生物具有渗透性。优选地，固体物体含有碳、氮和钙中的一种或多种，更优选地，环境和固体物体含有足够量的碳、氮和钙以形成碳酸钙。优选地，放置包括将固体物体完全浸入环境内。优选地，环境包括促进产尿素酶生物和/或产尿素生物的增殖的环境、海洋环境，更优选地为如本文所公开的海洋环境。优选地，碳酸钙由通过所述产尿素酶生物产生的尿素酶作用于所述产尿素生物产生的尿素的组合并在碳、氮和钙的存在下形成。优选地，碳酸钙形成为在固体物体周围的包覆层(例如，作为含生物和碳酸钙的生物膜)，和/或形成在固体物体的外部。优选地，将含碳酸钙的固体物体用于环境中的侵蚀控制，作为环境内结构的固体支撑物，其中所述结构包括例如建筑材料、电子设备和/或容器。优选地，在固体物体内、周围和/或外部形成碳酸钙达六个月或更长的时间、一年或更长的时间、或5年或更长的时间，或者碳酸钙自我复制或自我维持并在固体物体的生命中永久存在。另外，此类固体物体也是自修复的。
本发明的另一个实施方案涉及含有产尿素酶生物和产尿素生物，优选地含有碳酸钙的固体物体。优选地，产尿素酶生物和产尿素生物是活的，并且优选地，产尿素酶生物产生尿素酶而产尿素生物产生尿素。优选地，尿素酶和尿素在碳、钙和氮的存在下形成碳酸钙。优选地，固体物体包含天然或非天然材料、再生或人工砂、矿石、砖、块料、砖石、面板、瓦片、板材、岩石、石头、破碎的岩石、破碎的石头、矿物、破碎或碎裂的玻璃、木材、黄麻、灰、泡沫、玄武岩、纤维、矿山尾矿、纸、废弃材料、来自制造过程的废料、塑料、聚合物、粗糙材料和/或其组合。优选地，固体物体还含有补充材料，例如有机或无机材料、岩石、玻璃、木材、纸、金属、塑料、聚合物、纤维、矿物或其组合。
本发明的另一个实施方案涉及包含产尿素酶生物和产尿素生物的活混合物的组合物。优选地，所述组合物含有产尿素酶生物和产尿素生物呈孢子和/或营养细胞的形式。优选地，所述组合物是水性的或干燥的。
以下实施例示意了本发明的实施方案，但不应视为限制本发明的范围。
实施例
实施例1：平台适应性
传统的波特兰水泥制造涉及20世纪的集中式工业模型，其中水泥的生产被束缚于资本和能量密集型过程(例如，甲烷燃烧隧道窑)。随着市场需求、监管条件、材料资源和对环境影响的全球认识的变化发展传统水泥厂的适应，需要改变下一个待建工厂的基础设施。本文公开和描述的生产设计满足该需求并还提供了一个可适应的平台。
根据本文的公开内容的生物水泥的生产涉及两个相互关联的系统：制造设备和生物水泥生产的生物技术。制造设备包括用于材料处理的设备(例如，混合、成形和运输设备)和固态发酵(例如，原料和递送)的设备，这代表制造产品的硬资本成本。材料和基础设施生产的很大一部分包括用于生产并提供给生产场所的细菌和原料材料。
本公开的工厂提供了对生物水泥生产所需的原料化学品的适应性，而无需还对制造系统进行重大的基础设施或资本改变，也不需要昂贵的碳源如甲烷。本公开的此方法增加了可持续性，扩展了性能，用当地的原料组分工作，降低了生产成本，并可快速部署。
通过考虑本文公开的发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案和用途对于本领域技术人员将是显而易见的。本文引用的所有参考文献，包括所有出版物、美国和外国专利以及专利申请，均通过引用明确地并完全地并入本文。无论何时使用，术语“包含”意在包括术语“由……组成”和“基本上由……组成”。此外，术语“包含”、“包括”和“含有”不意在限制性的。意图是将说明书和实施例仅视为示例性的，本发明的真实范围和精神由附随的权利要求书指示。

Claims (18)

1.一种用于生产活混凝土材料的方法，所述方法包括：
（a）用产尿素酶生物和产尿素生物装载固体物体，以生产装载的固体物体；
（b）将所述装载的固体物体放置于海洋环境中，所述海洋环境为含有碳、氮和钙的海洋环境；以及
（c）在所述装载的固体物体内、周围或者外部连续地形成碳酸钙达至少六个月的时间，从而生产所述活混凝土材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用所述产尿素酶生物和所述产尿素生物的所述装载包括在所述固体物体内或其表面上保留所述产尿素酶生物和所述产尿素生物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用所述产尿素酶生物和所述产尿素生物的所述装载包括将所述固体物体放置于含有所述产尿素酶生物和所述产尿素生物的组合物中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述装载的固体物体包含天然或非天然材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述装载的固体物体包含再生砂、人工砂、砖、瓦片、板材、岩石、碎裂的玻璃、木材、黄麻、灰、泡沫、纤维、矿山尾矿或纸，或它们的任何组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体物体对微生物具有渗透性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体物体含有碳、氮和钙中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中（b）中的所述放置包括将所述装载的固体物体完全浸入所述海洋环境内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述海洋环境包括促进所述产尿素酶生物或所述产尿素生物增殖的环境。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述产尿素生物包括假单胞菌属(Pseudomonas)、Delaya avenusta、泛养硫球菌(Thiosphaera pantotropha)、Pseudomonas stutzen、巴豆叶脆杆藻(Fragilaria crotonensis)、假交替单胞菌属物种(Pseudoalteromonas spp.)、游海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas haloplanktis)、Halomonas venusta、巴利阿里假单胞菌(Pseudomonas balearica)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、大肠杆菌(Escherichia coli)、金橙黄微小杆菌(Exiguobacterium aurantiacum)、Pseudoalteromonas aliena或藤黄紫假交替单胞菌(Pseudoalteromonas luteoviolacea)，或它们的变体、血清型、重组形式或任何组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述产尿素酶生物包括芽孢八叠球菌属物种(Sporosarcina spp.)、巴氏芽孢八叠球菌(S. pasteurii)、脲芽孢八叠球菌(S. ureae)、变形杆菌属物种(Proteus spp.)、普通变形杆菌(P. vulgaris)、奇异变形杆菌(P.mirabilis)、芽孢杆菌属物种(Bacillus spp.)、球形芽孢杆菌(B. sphaericus)、巨大芽孢杆菌(B. megaterium)、粘球菌属物种(Myxococcus spp.)、橙黄色粘球菌(M. xanthus)、螺杆菌属物种(Helicobacter spp.)或幽门螺杆菌(H. pylori)，或它们的变体、血清型、重组形式或任何组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙由在碳、氮和钙的存在下通过所述产尿素酶生物产生的尿素酶作用于所述产尿素生物产生的尿素的组合而形成。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳酸钙形成为在所述装载的固体物体周围的包覆层。
14.根据权利要求1所述的方法，其中含碳酸钙的所述装载的固体物体被用于所述海洋环境中的侵蚀控制。
15.根据权利要求1所述的方法，其中含碳酸钙的所述装载的固体物体被用作所述海洋环境内结构的固体支撑物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述结构包括建筑材料、电子设备或容器。
17.根据权利要求1所述的方法，其中在所述装载的固体物体内、其周围或外部形成碳酸钙达至少一年的时间。
18.根据权利要求1所述的方法，其中在所述装载的固体物体内、其周围或外部形成碳酸钙达至少5年的时间。
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