CN113877390A - 基于生物学的固碳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于生物学的固碳方法。该方法包括：采用碳捕集过程，获得二氧化碳气源，可先通过压力控制单元使得二氧化碳气源的二氧化碳浓度≤1400ppm；使藻类在第一密闭空间中进行第一光合作用，并排出第一尾气；使农作物在第二密闭空间中进行第二光合作用，得到第二尾气，其中第一光合作用的至少部分二氧化碳来源于第二尾气和/或来源于二氧化碳气源，第二光合作用的至少部分二氧化碳来源于第一尾气和/或来源于二氧化碳气源。通过上述方法能够实现二氧化碳的分级固定，从而大大提高了生物固碳量和固碳效率。相比于现有的生物固碳方法，采用本申请提供的生物固碳方法的效率可提升10倍以上。

Description

基于生物学的固碳方法
技术领域
本发明涉及碳中和领域，具体而言，涉及一种基于生物学的固碳方法。
背景技术
“碳达峰”指的是二氧化碳排放总量出现拐点并在此后开始下降，也就是为控制二氧化 碳排放总量由增到减设定了确定的时间点。二氧化碳排放要迅速转为持续快速下降趋势，再 经过30年的努力，力争实现“碳中和”。实现的路径是强化产业结构调整、转型升级与节能 提效，加快能源低碳、零碳化转型，并通过增加碳汇，即通过植树造林、森林管理、植被恢 复等措施，利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在植被和土壤中，从而通 过减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制等形式，实现人为活动温室气体的净零排 放。
固碳也叫碳封存，包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过 的油气井、煤层和深海里。生物固碳是利用植物的光合作用，通过控制碳通量以提高生态系 统的碳吸收和碳储存能力，所以其是固定大气中二氧化碳最便宜且副作用最少的方法，也是 最经济、安全、有效、“和谐”的方式。众所周知，农业生产是农作物吸收水、二氧化碳和氮 磷钾等废料，在光合作用下形成有机物的过程，其中二氧化碳和水占95％。作物生长最适宜 的二氧化碳浓度在1000～1400ppm，但目前温室大棚由于通风和空间原因，二氧化碳浓度远 远达不到植物生长所需的最佳值。长期处于“碳饥饿”状态导致作物生长受阻，产量无法达 到最大值。温室大棚生产过程中二氧化碳严重短缺是全球共识，各国也一直致力于研究如何 为温室大棚增加二氧化碳以促进作物增产。因此，利用作物进行固碳既可以有效实现碳中和， 也是促进农作物增产的有效途径。
在此基础上，提供一种具有较高的固碳效率的生物固碳法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于生物学的固碳方法，以解决现有的生物固碳法存在 固碳效率不太高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于生物学的固碳方法，该基于生物学的固碳方 法包括：采用碳捕集过程，获得二氧化碳气源，可先通过压力控制单元使得二氧化碳气源的 二氧化碳浓度≤1400ppm；使藻类在第一密闭空间中进行第一光合作用，并排出第一尾气；使 农作物在第二密闭空间中进行第二光合作用，得到第二尾气，其中，第一光合作用的至少部 分二氧化碳来源于第二尾气和/或来源于二氧化碳气源，第二光合作用的至少部分二氧化碳来 源于第一尾气和/或来源于二氧化碳气源。
进一步地，基于生物学的固碳方法还包括：采用二氧化碳流量传感器监测第一尾气中二 氧化碳的浓度，当第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm时，使第一尾气参与第二 光合作用；当第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，使第一尾气再次参与第一 光合作用。
进一步地，当第一尾气中二氧化碳的浓度或第二尾气中二氧化碳的浓度≥400ppm时，基 于生物学的固碳方法还包括：对第一尾气或第二尾气进行浓缩，得到二氧化碳浓缩气；以及 将二氧化碳浓缩气作为制备二氧化碳气源的至少部分原料气，或者将二氧化碳浓缩气作为第 一光合作用的至少部分二氧化碳来源返回第一密闭空间和/或作为第二光合作用的至少部分二 氧化碳来源返回第二密闭空间。
进一步地，当第一尾气中二氧化碳的浓度或第二尾气中二氧化碳的浓度＜400ppm时，将 第一尾气或第二尾气排空。
进一步地，浓缩过程的方法选自吸附-解吸附法和/或压缩解压。
进一步地，第一光合作用是通过一个或多个串联和/或并联的装载有藻类及其培养液的反 应器进行的。
进一步地，上述碳捕集过程包括从包含含二氧化碳的原料气的混合气中捕集二氧化碳气 源，混合气还包括第一尾气和第二尾气中至少一者。
进一步地，含二氧化碳的原料气的一部分或全部选自空气和/或燃烧尾气。
进一步地，第一密闭空间的压力和第二密闭空间的压力均为负压。
进一步地，第一密闭空间的压力和第二密闭空间的压力各自与外界环境的大气压力的差 值≤10Pa。
进一步地，采用稳压排风装置控制第一密闭空间的压力和第二密闭空间的压力，稳压排 风装置包括第一稳压排风装置和第二稳压排风装置，第一密闭空间设置有对角设置的第一二 氧化碳入口和第一稳压排风装置，第二密闭空间设置有对角设置的第二二氧化碳入口和第二 稳压排风装置，第一稳压排风装置中设置有第一二氧化碳流量传感器，第二稳压排风装置中 设置有第二二氧化碳流量传感器，优选第一密闭空间设置在第一密闭空间中或者第一密闭空 间的第一稳压排风装置的出气口与第二密闭空间的第二二氧化碳入口相连。
进一步地，第一光合作用中，藻类选自天然藻类或合成藻。
进一步地，藻类选自蓝细菌中的任意一种或多种，所述蓝细菌包括螺旋藻、小球藻、微 拟球藻、聚球藻。
进一步地，第一光合作用中，根据藻类的生长阶段供应不同浓度的二氧化碳气源。
进一步地，第一光合作用和第二光合作用在自然光源和/或人造光源的作用下进行，且人 造光源由清洁能源供电。
进一步地，清洁能源选自由光伏发电、风能发电、地热能发电、生物质发电或水力发电 获得的能源。
进一步地，第一密闭空间和第二密闭空间均由保温材料和蓄热材料构建形成。
进一步地，蓄热材料为水泥、砂浆、水合盐和有机醇中的任意一种或多种。
进一步地，将光伏器件设置在第一密闭空间和/或第二密闭空间的顶部和可选地在第一密 闭空间和/或第二密闭空间的向阳侧表面的上部，且光伏器件与水平方向的角度能够随射入第 一密闭空间和/或第二密闭空间的光线的角度进行调整。
进一步地，碳捕集过程选自液态胺吸附法、固态膜吸附法或碳酸盐水溶液电解法。
进一步地，当采用碳酸盐水溶液电解法获得二氧化碳气源时，电解过程中，电解槽电压 为2～3V，电流密度为1000～10000A/m2，碳酸盐水溶液的pH为7～10，碳酸盐水溶液中碳 酸盐的浓度为1～10mol/L。
进一步地，电解过程在常压或2～40bar条件下进行。
进一步地，电解过程为分级电解过程。
应用本发明的技术方案，本申请提供的基于生物学的固碳方法中，通过碳捕集过程和压 力控制单元获得特定浓度的二氧化碳气源。然后在第一密闭空间和第二密闭空间中分别通过 第一光合作用和第二光合作用，使至少部分上述二氧化碳气源被藻类和/或农作物固定，而且 两种光合作用也可以进行协同作用，比如的第一光合作用的尾气为第二光合作用提供二氧化 碳，或者第二光合作用的尾气为第一光合作用提供二氧化碳，从而进一步提高了生物固碳量。 在此基础上，通过上述方法能够实现二氧化碳的分级固定，从而大大提高了生物固碳量和固 碳效率。相比于现有的生物固碳方法，采用本申请提供的生物固碳方法的效率可提升10倍以 上。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例的基于生物学的固碳方法的流程示意图；以及
图2示出了根据本发明的一种实施例的基于生物学的固碳方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的生物固碳法存在固碳效率不太高的问题。为了解决上述 技术问题，本申请提供了一种基于生物学的固碳方法，如图1所示，该固碳方法包括：采用 碳捕集过程，获得二氧化碳气源，可先通过压力控制单元使得二氧化碳气源的二氧化碳浓度 ≤1400ppm；使藻类在第一密闭空间进行第一光合作用，并排出第一尾气；使农作物在第二密 闭空间进行第二光合作用，得到第二尾气，其中第一光合作用的至少部分二氧化碳来源于第 二尾气和/或来源于二氧化碳气源，第二光合作用的至少部分二氧化碳来源于第一尾气和/或来 源于二氧化碳气源。
本申请提供的基于生物学的固碳方法中，通过碳捕集过程和压力控制单元获得特定浓度 的二氧化碳气源。然后在第一密闭空间中通过第一光合作用和第二光合作用，使至少部分上 述二氧化碳气源被藻类和/或农作物固定，而且两种光合作用也可以进行协同作用，比如的第 一光合作用的尾气为第二光合作用提供二氧化碳，或者第二光合作用的尾气为第一光合作用 提供二氧化碳，从而进一步提高了生物固碳量。在此基础上，通过上述方法能够实现二氧化 碳的分级固定，从而大大提高了生物固碳量和固碳效率。相比于现有的生物固碳方法，采用 本申请提供的生物固碳方法的效率可提升10倍以上。
在上述第一光合作用和第二光合作用进行协同作用时，可以利用二氧化碳气源提供第一 光合作用所需至少部分二氧化碳，利用藻类的高光合作用效率进行高效固碳，然后再利用第 一光合作用产生的第一尾气提供第二光合作用所需至少部分二氧化碳，利用农作物进行进一 步固碳，该分级固碳方式对二氧化碳的利用率更高效。
由于农作物在进行第二光合作用时，如果将二氧化碳的浓度控制在一定的范围内，可以 实现进一步促进农作物生长的作用。为了更好地控制第一尾气中二氧化碳的浓度，优选地， 如图2所示，基于生物学的固碳方法还包括采用二氧化碳流量传感器监测第一尾气中二氧化 碳的浓度，当第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm时，使第一尾气参与第二光合 作用；当第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，使第一尾气再次参与第一光合 作用。通过对第一尾气中二氧化碳的浓度进行监测，不仅能够提高第一光合作用过程中二氧 化碳的固碳效果，还能够起到促进农作物生长的作用，从而使第一光合作用和第二光合作用 的共同作用下进一步提高整个过程的生物固碳量和固碳效率。
为了进一步提高二氧化碳气源的利用率，同时降低整个工艺的碳排放量，在一种优选的 实施例中，如图1所示，当第一尾气中二氧化碳的浓度或第二尾气中二氧化碳的浓度≥400ppm 时，基于生物学的固碳方法还包括：对第一尾气或第二尾气进行浓缩，得到二氧化碳浓缩气； 以及将二氧化碳浓缩气作为制备二氧化碳气源的至少部分原料气，或者将二氧化碳浓缩气作 为第一光合作用的至少部分二氧化碳来源返回第一密闭空间和/或作为第二光合作用的至少部 分二氧化碳来源返回第二密闭空间。当第一尾气中二氧化碳的浓度或第二尾气中二氧化碳的 浓度＜400ppm时，将第一尾气或第二尾气排空，避免了过高浓度的二氧化碳外排形成二次温 室气体排放。
上述浓缩过程中采用的方法可以是本领域常用的方法，包括但不限于吸附-解吸附法和/ 或压缩解压。
在一些实施例中，上述碳捕集过程包括从包含含二氧化碳的原料气的混合气中捕集二氧 化碳气源，混合气还包括第一尾气和第二尾气中至少一者。实现了对二氧化碳的充分捕集和 利用。
含二氧化碳的原料气可以是任何含有二氧化碳的气体或者二氧化碳富集气，为了尽早实 现碳中和的目的，优选地，上述含二氧化碳的原料气一部分或全部选自空气和/或燃烧尾气。
在一种优选的实施例中，第一光合作用是通过一个或多个串联和/或并联的装载有藻类及 其培养液的反应器进行的。装载有藻类及其培养液的反应器的连接关系及数量可以根据实际 需要进行灵活调整，从而实现进一步提升总体的生物固碳量和固碳效率。
为了进一步促进第一光合作用中藻类的生长，提高生物固碳量，优选地，装载有藻类及 其培养液的反应器可以是管式、板式、混合式，或多层板式结构。
在一种优选的实施例中，第一密闭空间的压力和第二密闭空间的压力均为负压。实际操 作过程中，可以通过稳压排风装置实现上述效果。使第一密闭空间的压力和第二密闭空间的 压力为负压能够提高二氧化碳的循环利用率，抑制第一密闭空间和第二密闭空间中二氧化碳 自由外溢。优选地，第一密闭空间的压力和第二密闭空间的压力各自与外界环境的大气压力 的差值≤10Pa。
在一些实施例中，稳压排风装置包括第一稳压排风装置和第二稳压排风装置，第一密闭 空间设置有对角设置的第一二氧化碳入口和第一稳压排风装置，第二密闭空间设置有对角设 置的第二二氧化碳入口和第二稳压排风装置，第一稳压排风装置中设置有第一二氧化碳流量 传感器，第二稳压排风装置中设置有第二二氧化碳流量传感器。第一二氧化碳入口和第二二 氧化碳入口用于通入相应的二氧化碳气源、第一尾气或第二尾气。第一稳压排风装置的第一 二氧化碳流量传感器和第二稳压排风装置的第二二氧化碳流量传感器分别用于测定经过其的 其他中二氧化碳的浓度。气体经过稳压排风装置时，其中的二氧化碳流量传感器将对经过稳 压排风装置的气体中二氧化碳浓度进行检测，当二氧化碳浓度大于或等于400ppm时，需要对 该部分二氧化碳进行捕集回收，比如通过前述的对第一尾气或第二尾气进行浓缩，得到二氧 化碳浓缩气；以及将二氧化碳浓缩气作为制备二氧化碳气源的至少部分原料气，或者将二氧 化碳浓缩气作为第一光合作用的至少部分二氧化碳来源返回第一密闭空间和/或作为第二光合 作用的至少部分二氧化碳来源返回第二密闭空间。当二氧化碳浓度小于400ppm时，利用稳压 排风装置排空。实际应用过程中，稳压排风装置的设置方式不受限制，只要能够实现上述效 果即可。比如当第一密闭空间设置在第一密闭空间中或者第一密闭空间的第一稳压排风装置 的出气口与第二密闭空间的第二二氧化碳入口相连时，优选地，在第一密闭空间的顶部的端 设置第一稳压排风装置，该第一稳压排风装置用于排出第一尾气，同时在其对角的位置设置 第一二氧化碳入口作为二氧化碳气源的输入口；和/或，在第二密闭空间的顶部的端设置第二 稳压排风装置，同时在其对角的位置设置第二二氧化碳入口，且该第二二氧化碳入口与第一 密闭空间的第一稳压排风装置的出气口相连作为第一尾气入口。其中第一稳压排风装置中的 第一二氧化碳流量传感器可以监测第一尾气中二氧化碳浓度，当第一尾气中二氧化碳的浓度 为400ppm～800ppm时，开启第一稳压排风装置的出风口使第一尾气通过第二二氧化碳入口 进入第二密闭空间参与第二光合作用；当第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时， 关闭第一稳压排风装置的出风口使第一尾气留在第一密闭空间内再次参与第一光合作用。第二尾气经过第二稳压排风装置时，其中的第二二氧化碳流量传感器将对第二尾气中二氧化碳 浓度进行检测，当二氧化碳浓度大于或等于400ppm时，需要对该部分二氧化碳进行捕集回收， 比如通过前述的对第二尾气进行浓缩，得到二氧化碳浓缩气；以及将二氧化碳浓缩气作为制 备二氧化碳气源的至少部分原料气，或者将二氧化碳浓缩气作为第一光合作用的至少部分二 氧化碳来源返回第一密闭空间和/或作为第二光合作用的至少部分二氧化碳来源返回第二密闭 空间。当二氧化碳浓度小于400ppm时，利用第二稳压排风装置排空。
在一种优选的实施例中，第一光合作用中，藻类为天然藻类或合成藻。更优选地，上述 藻类选自蓝细菌中的任意一种或多种，该蓝细菌包括螺旋藻、小球藻、微拟球藻、聚球藻。
本申请采用的合成藻类具有以下特点：(1)藻类生长速度快，生长周期短，易于大规模 养殖；(2)藻类固碳能力强，成本低和能耗低，藻类固碳能力是森林固碳能力的10～50倍； (3)藻类固碳的同时可以同时吸收氮、磷化物及微量重金属等，环境友好，可持续发展；(4) 附加值高，经济性好，藻类产品可用于制作饲料、生物燃料、甲烷等其他价值产品。采用封 闭式微藻固碳反应器，能够大大提高温室大棚的整体二氧化碳固定率，可通过农作物固碳， 并提高产量，又同时利用合成生物藻类固碳，固碳量提高十倍以上，而且通过微藻固碳反应 器的设计及数量，根据土地面积，灵活提升总体固碳量。
由于不同的藻类在不同的生长阶段所需的最佳的二氧化碳浓度不同，因而为了进一步提 高第一光合作用的生物固碳量和固碳效率，优选地，第一光合作用中，根据藻类的生长阶段 供应不同浓度的二氧化碳气源。
第一光合作用和第二光合作用可以在自然光源和/或人造光源下进行。由于自然光源的强 度非常依赖天气的变化，因而光照强度不易控制。在一种优选的实施例中，第一光合作用和 第二光合作用在自然光源和人造光源的作用下进行，且人造光源由清洁能源供电。通过将自 然光源与人造光源进行结合能够通过人造光源补偿自然光源的强度变化，从而有利于保证整 个工艺的固碳效果。同时通过清洁能源为第一光合作用和第二光合作用提供人造光源有利于 提高整个工艺的环保性和经济性。更优选地，清洁能源包括但不限于由光伏发电、风能发电、 地热能发电、生物质发电或水力发电获得的能源。
在一种优选的实施例中，第一密闭空间和第二密闭空间均由保温材料和蓄热材料构建形 成。利用保温材料有利于抑制热量的耗散，同时采用相变蓄热材料，能够实现集热蓄热的作 用，从而能够降低整个工艺的能耗。保温材料和蓄热材料按照常规的保温蓄热结构构建方式 来形成第一密闭空间和第二密闭空间，比如第一密闭空间和第二密闭空间利用现有的成熟气 密材料，在屋顶、四周墙体等玻璃接口或门窗等需要密封位置，达到最佳的密封效果。
在一种优选的实施例中，蓄热材料为水泥、砂浆、水合盐和有机醇中的任意一种或多种。
在一种优选的实施例中，将光伏器件设置在第一密闭空间和/或第二密闭空间的顶部和可 选地在第一密闭空间和/或第二密闭空间的向阳侧表面的上部，且光伏器件与水平方向的角度 能够随射入第一密闭空间和/或第二密闭空间的光线的角度进行调整。
本申请提出的基于生物学的固碳方法中碳捕集过程可以选用本领域常用的碳捕集方式， 包括但不限于液态胺吸附法、固态膜吸附法或碳酸盐水溶液电解法。当用液态胺吸附法或者 固碳膜吸附法时，吸附剂再生的CO2温度在100℃左右，其可进行热交换后再注入第一密闭空 间和/或第二密闭空间；其热量可以用于冬天维持密闭空间适合植物微藻生长所需的恒定温度。 当用碳酸盐水溶液电解法时，可以根据第一密闭空间、第二密闭空间所需要的CO2的不同浓 度的需求，调整电解槽电流电压，使得电解槽的出口CO2在所需的浓度。电解槽运行需要冷 却水散热，冷却水带走的电解槽热量可用于冬天维持密闭空间适合植物、藻类生长所需的恒 定温度。
为了进一步提高二氧化碳的产率，优选地，当采用碳酸盐水溶液电解法获得二氧化碳气 源时，电解过程中，电解槽电压为2～3V，电流密度为1000～10000A/m2，碳酸盐水溶液的 pH为7～10，碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1～10mol/L。
为了进一步提高二氧化碳的产率，优选地，电解过程在常压或2～40bar条件下进行。
为了提高碳捕集过程中产出的二氧化碳的浓度和纯度，在一种优选的实施例中，电解过 程为分级电解过程。
为了进一步降低整个工艺的能耗，优选地，通过流量传感器和/或高精度流量控制器对整 个过程中的二氧化碳浓度进行监控和调节；同时采用智能装置对合成生物藻固碳系统的温度、 光照、流量等控制。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别 类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况 下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺 序实施。
以下以举例方式对本申请的固碳方法进行说明，该说明仅仅是示例性说明，不应理解为 本申请保护范围的限制。
将藻类设置在合成生物藻反应器内，将农作物设置在第二密闭空间内，合成生物藻反应 器设置在第二密闭空间内。
以下结构可以对已有的农业大棚进行改造也可以重新组建。利用保温材料避免热量的耗 散，同时采用相变蓄热材料达到集热蓄热的作用，其中保温材料和相变蓄热材料铺设在北侧 墙上，屋顶根据所在地区的太阳高度角进行屋顶光伏板的铺设面积计算，保证冬季可以照射 在此面墙体上达到冬季吸收太阳光热的作用，同时避免夏季阳光直接照射在保温材料和相变 蓄热材料上；整体建筑利用现有的成熟气密材料，在屋顶、四周墙体等玻璃接口或门窗等需 要密封位置，达到最佳的密封效果，即室内外压力差10Pa以下。
建筑结构的电力供给为清洁能源供电，利用光伏发电、风电发电或水利发电，提供建筑 的照明、空调、循环系统等的电力需求。
整体系统微负压与二氧化碳循环控制联动技术，在第二密闭空间的顶部一角设置稳压排 风装置，该稳压排风装置内安装二氧化碳流量传感器，在稳压排风装置安装端的对角设置二 氧化碳气源入口，通入不同浓度的二氧化碳(或者在建筑空间内的一个区域内设置二氧化碳 气源)给整个建筑空间供浓度可调的二氧化碳，二氧化碳气源入口处安装高精度流量传感器 和二氧化碳流量传感器以控制二氧化碳气源的流量和浓度。
二氧化碳气源接两路，一路通入第二密闭空间，作为农作物的“气肥”，通过自然光或者 人工光，使大棚中的农作物进行光合作用，气肥的浓度通过第二二氧化碳入口处的二氧化碳 流量传感器进行控制，当二氧化碳浓度超过1400ppm则关闭二氧化碳气源。另一路二氧化碳 气源通过第一二氧化碳入口通入合成生物藻反应器，合成生物藻反应器设置有第一稳压排风 装置，第一稳压排风装置内的第一二氧化碳流量传感器对排放的气体进行二氧化碳浓度监控， 二氧化碳浓度大于400ppm，则启动后端的三通阀，将气体通入再生管道中，管道安装二氧化 碳吸附剂，通过压力湿度等控制，使二氧化碳再生聚集，再生后的二氧化碳再次通入第二密 闭空间中作为“气肥”使用或者通入合成生物藻反应器中使用。而二氧化碳浓度低于400ppm 的气体和再生过后的其余气体则排放到空气中。
合成生物藻反应器排气口也可与第二密闭空间连通，且排气口内也可以设置二氧化碳浓 度感应器，当监测到合成生物藻反应器排放的第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm 时，打开排气口使第一尾气进而第二密闭空间参与农作物的第二光合作用；当监测到合成生 物藻反应器排放的第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，关闭排气口使第一尾 气继续在合成生物藻反应器内参与第一光合作用。那么此时，第二稳压排风装置内的第二一 二氧化碳流量传感器对第二密闭空间产生的第二尾气进行二氧化碳浓度监控，二氧化碳浓度 大于400ppm，则启动后端的三通阀，将第二尾气通入再生管道中，管道安装二氧化碳吸附剂， 通过压力湿度等控制，使二氧化碳再生聚集，再生后的二氧化碳再次通入第二密闭空间中作 为“气肥”使用或者通入合成生物藻反应器中使用。而二氧化碳浓度低于400ppm的气体和再 生过后的其余气体则排放到空气中。
上述建筑结构采用智能运行与控制技术，通过流量传感器、高精度流量控制器等对整个 系统的二氧化碳浓度进行监控和调节；同时还可以对合成生物藻反应器的温度、光照、流量 等进行智能控制。
上述建筑结构的固碳方法既可以有效固碳，利用农业和合成生物藻在自然光或人工光条 件下的光合作用，消耗二氧化碳，释放氧气。在温室大棚中制造密闭的人造富碳小区域，将 太阳能、风能等清洁能源提供的电力和热能等能源，消纳碳捕集或者工业废气中的二氧化碳， 作为气肥，同时精准调控温度和湿度，促进光合作用，最终提高了作物的生长速度和果实产 量。利用大棚固碳，即采用富碳农业工厂模式，可在难以利用的土地上或地下空间，使用地 热和太阳能光热相结合的方法进行控温，使用太阳能直接光照、人造光源和太阳光导相结合 的方法提供植物生长所需要的光能。当结合已有的农业大棚进行改造时，既可以提高农作物 的产量，又可以固碳，一举两得，在计算碳交易价格的基础上，能够大大提高整个体经济性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述基于生物学的固碳方法包括：
采用碳捕集过程，获得二氧化碳气源，可先通过压力控制单元使得所述二氧化碳气源的二氧化碳浓度≤1400ppm；
使藻类在第一密闭空间中进行第一光合作用，并排出第一尾气；
使农作物在第二密闭空间中进行第二光合作用，得到第二尾气，其中，
所述第一光合作用的至少部分二氧化碳来源于所述第二尾气和/或来源于所述二氧化碳气源，
所述第二光合作用的至少部分二氧化碳来源于所述第一尾气和/或来源于所述二氧化碳气源。
2.根据权利要求1所述的固碳方法，其特征在于，所述基于生物学的固碳方法还包括：采用二氧化碳流量传感器监测所述第一尾气中二氧化碳的浓度，
当所述第一尾气中二氧化碳的浓度为400ppm～800ppm时，使所述第一尾气参与所述第二光合作用；
当所述第一尾气中二氧化碳的浓度为800ppm～1200ppm时，使所述第一尾气再次参与所述第一光合作用。
3.根据权利要求1或2所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，当所述第一尾气中二氧化碳的浓度或所述第二尾气中二氧化碳的浓度≥400ppm时，所述基于生物学的固碳方法还包括：
对所述第一尾气或所述第二尾气进行浓缩，得到二氧化碳浓缩气；以及
将所述二氧化碳浓缩气作为制备所述二氧化碳气源的至少部分原料气，或者将所述二氧化碳浓缩气作为所述第一光合作用的至少部分二氧化碳来源返回所述第一密闭空间和/或作为所述第二光合作用的至少部分二氧化碳来源返回所述第二密闭空间，
当所述第一尾气中二氧化碳的浓度或所述第二尾气中二氧化碳的浓度＜400ppm时，将所述第一尾气或所述第二尾气排空。
4.根据权利要求3所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述浓缩过程的方法选自吸附-解吸附法和/或压缩解压。
5.根据权利要求1或2所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一光合作用是通过一个或多个串联和/或并联的装载有藻类及其培养液的反应器进行的。
6.根据权利要求1或2所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述碳捕集过程包括从包含含二氧化碳的原料气的混合气中捕集所述二氧化碳气源，所述混合气还包括所述第一尾气和所述第二尾气中至少一者。
7.根据权利要求6所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述含二氧化碳的原料气的一部分或全部选自空气和/或燃烧尾气。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一密闭空间的压力和所述第二密闭空间的压力均为负压。
9.根据权利要求8所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一密闭空间的压力和所述第二密闭空间的压力各自与外界环境的大气压力的差值≤10Pa。
10.根据权利要求8所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，采用稳压排风装置控制所述第一密闭空间的压力和所述第二密闭空间的压力，所述稳压排风装置包括第一稳压排风装置和第二稳压排风装置，所述第一密闭空间设置有对角设置的第一二氧化碳入口和所述第一稳压排风装置，所述第二密闭空间设置有对角设置的第二二氧化碳入口和所述第二稳压排风装置，所述第一稳压排风装置中设置有第一二氧化碳流量传感器，所述第二稳压排风装置中设置有第二二氧化碳流量传感器，优选所述第一密闭空间设置在第一密闭空间中或者所述第一密闭空间的第一稳压排风装置的出气口与所述第二密闭空间的第二二氧化碳入口相连。
11.根据权利要求8至10任一项所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一光合作用中，所述藻类选自天然藻类或合成藻。
12.根据权利要求11所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述藻类选自蓝细菌中的任意一种或多种，所述蓝细菌包括螺旋藻、小球藻、微拟球藻、聚球藻。
13.根据权利要求11所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一光合作用中，根据所述藻类的生长阶段供应不同浓度的二氧化碳气源。
14.根据权利要求1所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一光合作用和所述第二光合作用在自然光源和/或人造光源的作用下进行，且所述人造光源由清洁能源供电。
15.根据权利要求14所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述清洁能源选自由光伏发电、风能发电、地热能发电、生物质发电或水力发电获得的能源。
16.根据权利要求1所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述第一密闭空间和所述第二密闭空间均由保温材料和蓄热材料构建形成。
17.根据权利要求16所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述蓄热材料为水泥、砂浆、水合盐和有机醇中的任意一种或多种。
18.根据权利要求17所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，将光伏器件设置在所述第一密闭空间和/或所述第二密闭空间的顶部和可选地在所述第一密闭空间和/或所述第二密闭空间的向阳侧表面的上部，且所述光伏器件与水平方向的角度能够随射入所述第一密闭空间和/或所述第二密闭空间的光线的角度进行调整。
19.根据权利要求6所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述碳捕集过程选自液态胺吸附法、固态膜吸附法或碳酸盐水溶液电解法。
20.根据权利要求19所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，当采用碳酸盐水溶液电解法获得所述二氧化碳气源时，电解过程中，电解槽电压为2～3V，电流密度为1000～10000A/m2，所述碳酸盐水溶液的pH为7～10，所述碳酸盐水溶液中碳酸盐的浓度为1～10mol/L。
21.根据权利要求20所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述电解过程在常压或2～40bar条件下进行。
22.根据权利要求20或21所述的基于生物学的固碳方法，其特征在于，所述电解过程为分级电解过程。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115350578A (zh) * 2022-08-24 2022-11-18 常州大学 一种藻类碳捕集装置及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101670236A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 帕洛阿尔托研究中心公司 通过碳酸盐水溶液捕获和电渗析回收co2的系统和方法
CN102210247A (zh) * 2011-04-02 2011-10-12 武汉凯迪控股投资有限公司 利用电厂烟气为蔬菜和/或藻类提供热量和二氧化碳的方法及设备
JP2012000007A (ja) * 2010-06-14 2012-01-05 Yukiguni Maitake Co Ltd 閉鎖循環型連鎖栽培方法
TWM471142U (zh) * 2013-07-31 2014-02-01 Rui-Li Wang 可降低室內二氧化碳之土耕植物及綠藻培養池之循環裝置
KR101443236B1 (ko) * 2014-01-17 2014-09-22 주식회사 지앤아이솔루션 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법 및 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101670236A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 帕洛阿尔托研究中心公司 通过碳酸盐水溶液捕获和电渗析回收co2的系统和方法
JP2012000007A (ja) * 2010-06-14 2012-01-05 Yukiguni Maitake Co Ltd 閉鎖循環型連鎖栽培方法
CN102210247A (zh) * 2011-04-02 2011-10-12 武汉凯迪控股投资有限公司 利用电厂烟气为蔬菜和/或藻类提供热量和二氧化碳的方法及设备
TWM471142U (zh) * 2013-07-31 2014-02-01 Rui-Li Wang 可降低室內二氧化碳之土耕植物及綠藻培養池之循環裝置
KR101443236B1 (ko) * 2014-01-17 2014-09-22 주식회사 지앤아이솔루션 연소 장치용 가스를 공급하기 위한 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115350578A (zh) * 2022-08-24 2022-11-18 常州大学 一种藻类碳捕集装置及其使用方法

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