CN114728223A - 用于控制生物质转化系统的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于反应器的生物质处理系统和方法，包括：检测生物质输入，其包括：检测生物质类型、检测生物质品质、以及检测生物质数量，检测生物质品质包括检测生物质组成，生物质组成包括生物质水分含量；确定优化的终产物，其中，该终产物是至少部分地基于：选定的生产目标、生物质输入和当地条件；以及生产终产物，其包括：监测反应条件，至少部分地基于生物质输入而配置反应器以进行输出物生产，以及实施生物质分解，其中，配置反应器包括调整进入反应器的氧气流量。

Description

用于控制生物质转化系统的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月11日提交的美国临时申请号62/933,684以及于2020年3月5日提交的美国临时申请号62/985,701的权益，这两个申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及实时优化的生物质处理领域，更具体地涉及用于控制生物质转化系统的新的且有用的系统和方法。

背景技术

生物质是用于产生能量的植物或动物材料，或在各种工艺中作为原材料而产生一系列产物。历史上，自从人们开始燃烧木材燃料以来，人类就一直在利用从生物质获取的能量。从那时起，已经开发了许多方法来以多种方式利用生物质。

可以通过使用热量的热转化作为将生物质升级为更好且更实用燃料的主要机制，来利用生物质。生物质也可以通过焙烧、热解和气化等常用方法转化为更好的燃料来源。可以使用化学转化将生物质转化为其他有用的化合物(例如，碳基产物)。替代地，使用生化转化(例如，发酵)将生物质分解成有用的分子。生物质也可以通过电化学转化、即电催化氧化被转化为电。电化学转化甚至可以用于制造微生物燃料电池。

截至目前，有许多工厂以工业化方式处理生物质。因此，经处理和未处理的生物质都被运输到任何地方。随着工业化和大规模的高度专业化的生物质处理用于产生能量，较小型的生物质处理实施方式已被抛在后面，而且大多被遗忘。目前，大多数生物质反应器都是大型系统，对于生物质输入的类型的控制极小或没有控制。这些生物质反应器是简单的反应器，对于输出的控制极小或没有控制。此外，这些大型生物质反应器位于中心位置且是固定的，使得从偏远地区运输生物质变得困难。

因此，生物质转化领域需要创建一种用于可运输的生物质反应器的新的且有用的系统和方法，该反应器可以接收不同类型的生物质并以不同方式利用生物质能。本发明提供了这样的新的且有用的系统和方法。

附图说明

图1是单一反应器系统的示意图；

图2是生物反应器网络系统的变型示意图；

图3是生物反应器网络系统的变型示意图；

图4是生物反应器网络系统的变型示意图；

图5是第一方法的流程图表示；

图6是方法步骤的变型的流程图表示；

图7是该方法的第一实施方式的流程图表示；

图8是该方法的网络实施方式的流程图表示；

图9是该方法的网络实施方式的第二流程图表示；

图10是该方法的网络实施方式的第二流程图表示；以及

图11是可以用于实施该系统和/或方法的示例性系统架构。

具体实施方式

以下对本发明实施例的描述并不旨在将本发明限制于这些实施例，而是为了使本领域技术人员能够制造和使用本发明。

1.概述

一种用于控制生物质处理的系统和方法包括：生物质反应器，这些生物质反应器接收生物质并且可以根据控制单元来输出不同的终产物；以及控制单元，该控制单元根据市场条件确定生物反应器的最佳终产物。该系统和方法用于提供对动态可调的生物质反应器的控制。通过利用获得的市场信息、生物质信息和生物反应器信息、和/或其他形式的数据输入，控制单元可以根据各种条件来确定增强的/优化的输出。该系统和方法还可以包括生物反应器网络。然后，控制单元可以确定所有反应器的最佳输出，从而确定整个网络的输出物生产。

该系统和方法可以特别适用于小型便携式生物反应器。在一种实施方式中，该生物质反应器可以基本上类似于在2018年5月16日提交的WO 2018/213474 A1中描述的生物质反应器装置，该文献特此通过援引以其全文并入本文。该系统和方法还可以应用于替代的或额外形式的转换系统。在另一种示例性应用中，该系统和方法被用于包括小规模、过程密集的热解反应器在内的生物质反应器，其中，这些生物质反应器由生物质产生液体产物(例如，生物油、柴油和其他分馏的化学化合物)以及合成气。该系统和方法普遍适用于任何和/或所有类型的、任何尺寸的生物质反应器。

该系统和方法可以特别用于“商人”和私人个人。该系统和方法使得能够以低运行成本进行生物质处理，并且具有输出被优化的潜力，该输出可以在当地使用和/或带来利润。

该系统和方法提供了便携式系统的潜在特征，该便携式系统可以用于大型生物反应器不易接近的区域。可以使得使用生物质反应器的不同个人能独立操作生物质反应器，而确定如何操作生物质反应器的复杂性由能够与许多因素协调的远程控制系统解决，这些因素是例如所供应的生物质的构成、市场状况、网络上其他生物质反应器的状态。

该系统和方法可以提供许多潜在的益处。该系统和方法不限于总是提供这样的益处，并且仅作为关于可以如何使用该系统和方法的示例性表示而呈现。这些益处并非是详尽无遗的，并且可能另外或替代地存在其他益处。

该系统和方法提供了远程控制生物反应器的益处。此外，通过接口，该系统和方法能够进行诊断测试、分析、故障排除和提供维护输入。

远程测试还可以实现样品的快速验证，从而实现处理灵活性方面的快速周转。

该系统和方法可以为不同范围的生物质处理提供大量实施方式的益处。以这种方式，该系统和方法可以实现针对用户需要的高度可定制的输出。

该系统和方法可以进一步结合区域数据以提高可定制性水平。例如，可以结合当地天气和气候条件来优化终产物。

随着时间的推移和当地条件的变化，该系统和方法可以提供动态可变以快速优化终产物的益处。该系统和方法可以使生物反应器能够适应变化的条件。在一些变型中，这甚至可以基本上实时地(例如，在几分钟内)进行。

该系统和方法另外提供了可以处理大量生物质的生物质反应器。这可以提供实现可以处理材料而不需要运输生物质的单一生物质反应器的益处。它还有助于使操作员能够供应在他们操作生物质反应器的地点容易获得的生物质。

另一个潜在的益处是该系统和方法可以以多种方式处理生物质以生产期望的终产物。这可以确保生物质反应器不会变得过时。此外，该系统和方法的这种益处可以潜在地防止由于生产不灵活而导致的过剩或短缺。

该系统和方法可能有助于当地环境条件。例如：该系统和方法可以用于减少当地的森林残渣，以帮助降低火灾的可能性。

该系统和方法可以潜在地改进废物管理。由于从偏远地区运输废物可能并不总是可行的，因此该系统和方法可以使当地废物的处理和利用成为可能。

作为另一个潜在特征，该系统和方法可以结合生物质反应器网络。这个生物质反应器网络可以被集中控制。在一个变型中，生物质反应器网络由多方操作。该系统和方法可以促进协调这些生物质反应器的输出。这种协调可以是为了增加利润或优化任何合适的指标(例如，减少碳排放)。例如，可以控制一个生物质反应器子集来输出肥料基料，而可以控制另一个生物质反应器子集来输出生物燃料。控制决策可以对操作实体而言是透明的。

这种优化可以考虑地理位置和输入的生物质，以更进一步优化输出。例如，可以控制农场附近的生物质反应器以输出肥料，其中，其他生物质反应器可以生产生物燃料。

2.系统

如图1所示，一种用于动态地优化由生物质生产终产物的系统包括：储存和处理生物质的生物反应器110；传感器系统120，该传感器系统包括内部传感器122、即在生物反应器上和内部的传感器部件，以及外部传感器124、即离开生物反应器使用的传感器部件；通信单元130，该通信单元被配置用于发送和接收来自内部源和外部源的通信；以及控制单元140。

该系统用作以优化的方式储存和处理各种生物材料的装置。也就是说，该系统可以接收和储存不同类型和数量的生物质材料、确定生物质的一种或多种最佳终产物、并将生物质材料转化为最佳终产物。最佳终产物可以由许多因素确定，这些因素可以是内部因素(例如，生物质类型、生物质数量、生物质水分含量、生物质pH、生物反应器110的类型)和/或外部因素(例如，市场价格、天气条件、土壤条件(例如，pH)和用户期望的终产物)。

如图2至图4所示，该系统可以进一步包括网络变型，其中，该系统包括多个生物反应器110(即，生物反应器网络)。生物反应器110网络可以包括一种或多种类型的生物质反应器装置(例如，不同的尺寸、能力)，其中，每个生物反应器可以接收相同或不同类型的生物质。取决于实施方式，传感器系统120可以进一步包括在一些和/或所有生物反应器110上和内部的内部传感器122，如图2和图3所示。替代地，传感器系统120可以包括单组内部传感器122，如图4所示。作为生物反应器网络的一部分，该系统可以另外包括单一通信单元130或多个通信单元，其中，每个采用的通信单元可以与反应器网络中的单一或多个生物反应器110相关联。生物反应器网络可以用于为整个生物反应器110网络或生物反应器子集确定和生产(一种或多种)最佳终产物；其中，可以利用来自整个网络的数据来确定(一种或多种)最佳终产物。

尽管从技术上讲，生物质可以包括任何植物材料(例如，树枝、叶子)或动物材料(例如，尸体、食品废物)；但是本文件中使用的术语“生物质”用于总体上表征可以转化为期望终产物的任何类型的有机材料。这可以包括并非源自植物或动物的含碳材料，特别是任何其他碳氢化合物(例如，合成生产的有机材料、活性炭、飞灰和木炭粉)。在一些变型中，期望的终产物可以是燃料或能量终产物(例如，生物燃料或热)。与该系统一起使用的生物质的类型可以根据许多因素而变化，例如，期望的实施方式、生物质的当地型式、季节、天气条件等。例如，生物质可以包括固体水果生物质(例如，椰子、芒果、橙子等)。在一个示例中，生物质可以包括农业生物质(例如，稻谷、小麦、玉米等)。在另一个示例中，生物质可以包括农业残渣(即，在收获水果、蔬菜、谷物等之后的剩余材料)，例如，植物体、树叶、外皮、外壳、根等。在另一个示例中，生物质可以包括固体木质生物质(例如，灌木、下层丛林)。取决于生物质、生物质类型和期望的实施方式，生物质可以分解成热和/或任何数量的生物能量源(例如，肥料或活性炭等)。

终产物可以是来自生物质的经处理的化合物。优选地，终产物是一种富含能量的化合物(即，生物基产物)，其处于准备好使用的形式(即，燃料或热)，但终产物可以是任何一般的期望化合物。可能的终产物的示例包括：肥料、生物燃料、活性炭、生物煤、煤球、电力、和产热(例如，来自燃烧生物质)。终产物还可以是旨在用于碳封存的材料形式。在一些变型中，终产物可以是仅被部分处理的化合物，例如，肥料基料。在这些变型中，终产物可以被当做最终的终产物、在以后处理、或者被运输/转移到适当的目的地以进行进一步处理。

生物反应器110用作可以储存生物质并且潜在地将生物质处理成终产物的单元。尽管本申请将总体上描述有限数量的类型的生物反应器装置，但该系统一般而言可以包括任何期望的、适当地发挥作用的生物反应器110。如本文所使用的，生物反应器(或简称反应器)可以指促进生物质转化为终产物的任何(一个或多个)装置。本文描述的生物质反应器总体上是具有一个或多个传感器和/或一个或多个能够改变生物反应器的操作(例如，空气流)的设备的生物质反应器。可能的反应器的示例包括：间歇式反应器、搅拌罐反应器、光生物反应器、以及带有传感器和气流泵的经修改的窑、垃圾填埋场盖、土窑和炉灶。在一些变型中，生物反应器110可以包括与2018年5月16日提交的国际申请WO 2018/213474 A1中提出的生物质反应器基本相似的形式。在另一个变型中，生物反应器110采取小型、过程密集的热解反应器的形式；其中，由生物质产生了液体(例如，生物油、柴油)和合成气(例如，氢气和甲烷)。在另一个变型中，生物反应器可以采取气化器的形式，其中，固体生物质可以转化为生物气。在一个变型中，生物反应器可以采取干燥器的形式，其中，生物材料被热干燥以增加其能量含量。特别是在网络变型中，该系统可以包括多种类型的生物反应器110，这些生物反应器在它们接收和处理生物质的能力之外的任何和所有方面都可以不同。

生物反应器110可以具有任何期望的尺寸，从小型便携式生物反应器(例如，小到足以在卡车后部运输)到工厂尺寸的生物反应器(例如，可以跨几英亩)。取决于类型、尺寸和实施方式，生物反应器110可以具有独特的特征，比如装载机构(例如，传送机)、卸载机构、废物处置系统等。

生物反应器110优选地包括反应容器。反应容器用作可以容纳和/或处理生物质的一个或多个室。生物反应器110可以包括开放或封闭的系统。也就是说，容纳了生物质的反应容器可以是“密封的”，或者反应容器可以对外部环境开放。在一些变型中，生物反应器110可以具有开放和封闭操作模式，其中，反应室可以在封闭系统与开放系统之间改变。

在一些变型中，生物反应器110包括电力系统。该电力系统用于为生物反应器和/或其他系统部件功能提供能量(例如，用于处理生物质、利用传感器、利用通信系统等)。在更偏区域的操作条件的情况下可能尤其如此，其中，系统部件无法接入。在一些变型中，电力系统提供初始能量网以启动能量有利的反应，该反应然后可以为生物反应器110的操作提供能量。这种能量有利的反应可以是将生物质转化为期望的终产物。替代地，能量有利的反应可能是替代的副反应(例如，燃烧生物质以产生热能)。电力系统可以在或不在整个生物反应器110和/或系统操作中提供能量(例如，通过使用高能电池)。电力系统可以是特定于实施方式的并且可以包括能量储存库(例如，电池)、发电机或两者。电力系统还可以包括或集成有电源，比如可再生电力源(例如，太阳能)或可用于供应能量的其他类型的源。在仅包括电池电源系统的变型中，电池优选地具有足够的能量来启动生物反应器操作/反应。

在生物反应器110实施能量有利的反应来为系统供电的变型中，可以利用能量有利的反应对电池进行充电/再充电。该系统可以另外或替代地联接至外部电力系统以运行系统部件或为生物反应器电池充电。示例电力系统包括：热电发电机，该热电发电机使用生物质反应器的热梯度；热/蒸汽发动机，它从生物反应器排气产生能量；风力涡轮机；或波浪发电机，它从波浪产生能量。

在一些变型中，生物反应器110是便携式生物反应器。便携式生物反应器110用于使得能够在较大的生物反应器通常无法进入的位置储存和处理生物材料。相应地，在一些实施方式中，该便携式生物反应器可以附接到一种运动形式，以便它可以在不同位置中移动和使用。在一些变型中，便携式生物反应器110包括30至250m^3的体积。优选地，便携式生物反应器110可以接收多种类型的生物质(例如，食物垃圾、野生树枝、农业残渣)。便携式生物反应器110可以优选地改变内部条件以处理生物质。

生物反应器可以包括多种操作模式，使得反应容器的条件可以改变(例如，以处理生物质)。改变的类型可以取决于特定生物反应器110和实施方式，其中，生物反应器可以包括附加的一个或多个系统部件以实施这些条件(例如，条件增强系统)。可以与反应容器集成的潜在条件增强系统的示例可以包括：温度调节器(例如，通过电、气体或其他形式的加热系统)、压力调节器(例如，使用空气压缩机)、氧气调节器(例如，通过打开和关闭反应容器、体积调节器(例如，通过具有致动容器壁)、冷凝调节器、室搅拌系统、和/或用于改变或控制反应容器中的条件的任何合适的系统。此外，反应容器可以具有入口和/或出口以向反应容器添加和/或去除特定的反应组分(例如，水泵或废物去除过滤器)。一个或多个条件增强系统，比如上文描述的那些，优选地直接或间接连接到控制单元140。

生物反应器110可以进一步利用生物反应器110条件的变化来引发期望的过程。示例包括：热转化(例如，焙烧)和生化转化(例如，发酵)。这些过程可以通过改变温度、压力以及通过添加和减少穿过生物反应器的气流(例如，氧气)来实施。在一个变型中，生物反应器可以通过分解生物质来主要生产固体产物生物燃料(例如，肥料基料、生物煤)。在另一个变型中，生物反应器110可以仅产生能量(例如，通过在高氧浓度下燃烧生物质)。在第三变型中，生物反应器110在低氧条件下工作(例如，通过关闭反应容器)。

优选地使生物反应器110能够在处理模式下运行，其中，使生物反应器能够通过改变生物反应器的内部条件来“处理”生物质。处理模式用于通过在生物质中引起物理和化学变化来生产期望的终产物。这些变化可以包括内在变化，比如：升高/降低温度、升高/降低压力；和/或外在变化，比如：添加/去除生物质材料(例如，分离不同的生物质组分)、添加/去除其他组分(例如，去除反应废物组分)、增加/减小添加生物质材料的速率、增加/减小添加/去除其他组分的速率、增加/减小气体/液体组分的流量(例如，增加用于燃烧的氧气流量)。在反应容器包括多个室的变型中，生物反应器100的处理模式可以使材料移动到不同的室中并在这些不同的室中启动不同的过程。

生物反应器110的处理模式功能优选地取决于具体实施的生物质反应器、待处理的生物质、生物反应器的电力系统、以及期望的终产物。例如，一种所实施的生物反应器110可能仅特定于接收一种类型的生物质材料(例如，木材)并将其转化为一种终产物(例如，木材被部分氧化/气化以产生合成气)。第二种所实施的生物反应器110可以接收多种类型的生物质材料(例如，垃圾，包括纸、木材、食品废物)并将它们处理成一种终产物(例如，垃圾被部分氧化/气化以产生合成气)。第三生物反应器110可以接收多种类型的生物质材料(例如，垃圾)并将其转化为多种类型的终产物(例如，分离垃圾并使用燃烧、焙烧、生物酯化和发酵从这些组分生产生物气、生物煤、乙醇和生物柴油)。第四生物反应器110可以接收单一类型的生物质材料(例如，木材)并将其转化为多种终产物(例如，固体燃料和热)。

传感器系统120用作生物质环境的监测器。生物质环境优选地包括生物反应器110的内部(例如，反应容器)、生物反应器的外部(例如，外部温度)、以及生物质本身。也就是说，传感器系统120包括传感器部件，其中，传感器部件用于获取/监测特定于生物反应器110的数据、生物质、和/或生物质相关信息(例如，当地天气)。由于该系统可以用于便携式生物反应器中，因此该系统可以使用传感器系统120来告知生物质反应器的操作应如何改变以应对生物质输入的可能条件和预期的操作条件。因此，传感器系统120可以另外或替代地包括传感器部件，这些传感器部件获取/监测关于生物反应器110的外部、生物质的源位置以及潜在地任何其他期望或相关信息的数据。因此，取决于实施方式，传感器系统120可以包括内部传感器122，即在生物反应器110上或内部使用的传感器部件；以及外部传感器124，即在生物反应器外部和/或离开生物反应器使用的传感器部件。

在生物反应器110网络的变型中，每个生物反应器都可以具有传感器系统120，如图2和图3所示。替代地，如图4所示，单一传感器系统120可以监测所有生物反应器110或其子集。在一种实施方式中，每个生物反应器110都具有内部传感器部件122(例如，每个反应容器内的压力计)，而生物反应器组使用单一外部传感器部件124。通常，传感器系统120部件可以根据需要来分配。传感器系统120可以向生物反应器110提供信息以辅助生物反应器功能(例如，帮助生物反应器正确地处理生物质)，以及向控制单元140提供信息以实现用于控制系统部件的适当动作。在一些变型中，传感器系统120还可以根据需要向(一个或多个)外部用户提供信息。

传感器系统120可以包括内部传感器部件122，包括生物反应器110上或内部的至少一个传感器。内部传感器部件122用于在生物反应器处理生物质之前、期间或之后监测生物反应器110和/或生物反应器内的生物质。内部传感器部件122可以包括：相机传感器(例如，数字胶片相机、光谱仪)、反应器定位传感器(例如，陀螺仪)、温度传感器(例如，温度计)、压力传感器(例如，气压换能器)、样品提取器(例如，用于化学分析)、湿度传感器(例如，湿度计)、组成传感器(例如，超声波、光谱仪)和/或其他合适类型的传感器。使用的传感器的类型可以取决于实施方式，优选地取决于特定的生物反应器110和生物反应器可以处理的(一种或多种)生物质类型。

传感器系统120可以包括外部传感器部件124，包括在生物反应器外部和/或离开生物反应器使用的至少一个传感器。外部传感器部件124用于监测生物反应器110外部的条件。可以利用外部传感器信息来确定关于生物质的一般知识，以帮助确定来自生物质的最佳终产物，并帮助改进生物质处理。例如，外部传感器部件124可以用于确定一年中的季节和可以用于确定生物质状况的近期天气条件历史。例如，近期天气可以有助于确定生物质的水分含量(例如，木质生物质的湿润程度)。在另一个示例中，可以利用外部温度和季节来帮助确定生物质状况(例如，可以根据季节数据来确定稻谷残渣或椰子残渣状况)。外部传感器部件124可以直接定位在生物反应器110的外部或者可以在生物反应器附近。对于生物反应器110网络，可以在足够靠近的生物反应器110之间共享外部传感器部件124。外部传感器部件124的示例包括：温度传感器(例如，温度计)、一般天气传感器(例如，温度、风、湿度)、海拔和地理位置。在一些变型中，外部传感器部件124可以进一步包括在土壤分析中涉及的传感器部件。这些在生物质材料来自农耕区域的区域中可能特别有用。在这些变型中，外部传感器部件124还可以包括土壤提取工具以分析土壤含量(例如，微量营养素)和土壤pH。另外或替代地，在一些变型中，系统可以访问在系统外部的外部传感器部件124。例如，一般天气信息可以从当地气象站收集和更新。

在便携式生物反应器110的变型中，外部传感器系统124可以包括地理位置装置。地理位置装置用于识别生物反应器110的位置以及潜在地周围区域。除了其他用途之外，可以利用地理位置信息来帮助监测生物反应器110并且还确定所收集的生物质的类型。地理位置装置可以是GPS、天线三角测量装置、或任何其他类型的可以识别生物反应器110的位置的装置。此外，可以利用地理位置信息来确定在某个区域中可获得的生物质的量/数量。此信息还可以用于确定生物质和终产物运输中所涉及的方法和成本。

通信单元130可以用于在系统内实现彼此远离的部件之间(例如，在生物反应器网络上)以及与外部系统和部件之间的信息交换。通信单元130因此可以实现对系统的外部控制，从而可以远程监测和控制该系统。此外，通信单元130可以连接到外部“信息”源并与之通信，从而为系统提供附加的“传感器”信息。通信单元130可以具有任何期望的通信方法，例如，IR、蓝牙、Wi-fi、光、无线电信号和有线通信。在该系统的网络变型中，系统可以具有一个或多个通信单元130。例如，对于多个生物反应器彼此远离的系统变型，每个生物反应器110可以具有单一通信单元，如图3所示。以同样的方式，对于所有系统部件紧密且直接连接的网络变型，单一通信单元130可以硬连线所有生物反应器110，然后将整个系统连接到外部部件。在一些非便携式变型中，通信单元130可以包括直接外部连接(例如，陆线)。

通信单元130优选地提供外部数据接口。通过外部数据接口，系统可以从系统外部获取期望的数据，例如，关于终产物的商品数据、来自气象站的天气数据、来自市场交易所的定价数据等。

在一些变型中，通信单元130可以实现对系统的外部控制。这优选地是通过用户界面来完成的。通过该界面，用户可以从系统部件接收数据(例如，传感器系统120数据、市场数据、控制单元140数据)并向系统和/或系统部件发送命令。此外，用户还可以将额外的数据实施到该系统中。用户控制数据可以包括添加额外参数、修改控制单元140操作、添加新的控制单元操作(优先考虑低碳排放终产物)和取消当前操作。

控制单元140用于协调和控制所有系统部件。另外，控制单元140可以用于确定生物质细节(例如，生物质数量和生物质品质)。另外，控制单元140用于自动确定生物反应器110应生产的最终的终产物。控制单元140可以直接连接到其他系统部件，如图1和图4所示，但也可以替代地位于某个其他期望的位置(例如，在用户住所处)。在一些变型中，控制单元140可以是某个网络上(例如，网络云上)的处理器。

在一些变型中，控制单元140确定关于生物质的细节。由控制单元140确定的细节程度可以根据实施方式和已知的生物质细节而不同。在生物质类型已知的变型中，控制单元140可以使用用户输入数据(例如，生物质类型)。替代地，控制单元可以尝试通过将从传感器系统120获得的生物质数据与通过通信单元130访问的外部数据库进行匹配来确定生物质细节。

此外，在一些变型中，控制单元140可以参与到定位和跟踪生物质中。也就是说，控制单元140还可以用于跟踪生物质原料的位置和数量。这可以通过访问调查结果和GIS数据库来完成。以这种方式，系统可能能够提供环境可持续性的证明，该证明可以用于将产物品牌化(例如，公平贸易)。这可以通过使用与我们的控制系统网络相结合的区块链技术来完成。这种功能可以是控制单元140帐户管理系统的一部分或与其结合。

在一些变型中，控制单元140可以进一步参与到收集生物质中。控制单元140可以用于控制生物质提取过程。在这些变型中，控制单元140可以与提取装置(例如，稻谷收割机)结合来工作，其中，控制单元140监测器可以将提取装置引导到适当的位置，并且控制和监测收割者收集和输送生物质的速率。

在一些变型中，控制单元140通过(一个或多个)生物反应器确定最终的终产物。也就是说，控制单元140可以使用传感器数据、外部数据和生物反应器性能来确定一种或多种期望的终产物。取决于实施方式，可以对控制单元140实施任何期望的指标以确定终产物。在一种变型中，控制单元140可以使用利润(例如，将回报最大利润率的终产物)来确定最终的终产物。在第一示例中，控制单元140确定生物质的数量和组成、确定生物反应器110可以从生物质生产的终产物、分析终产物的市场价格、并确定生物反应器应生产的终产物。在关于网络的第二示例中，控制单元140使用来自每个生物反应器110的生物质数量和组成、确定生物反应器可以从所有生物质生产的终产物、分析终产物的市场价格、并确定每个生物反应器要生产的终产物。除了市场价格之外，控制单元140还可以分析任何和/或所有其他可以帮助决定最终的终产物的期望信息(例如，终产物运输的成本和终产物生产的成本)。

在其他变型中，控制单元140可以使用其他因素确定最终的终产物，并且根据利润变化来执行类似的最大化任务以确定最终的终产物。例如，在一种变型中，控制单元140可以通过确定具有最小碳足迹的终产物来确定最终的终产物。在此变型的单一生物反应器示例中，控制单元140确定生物质的数量和组成、确定生物反应器110可以从生物质生产的终产物、获得并分析不同潜在终产物的碳排放数据、并通过选择具有最小碳足迹的终产物来确定生物反应器应生产的终产物。控制单元140还可以考虑用于生产和运输终产物的碳排放。控制单元140可以被设定为使用任何期望的标准来确定最终的终产物。示例包括：最大化直接的实施(例如，当地使用的肥料)、最小化能量浪费、最大化火灾减轻，以及最快的反应时间。

在一些变型中，控制单元140可以通过控制生物反应器来控制终产物的生产。一旦确定了最终的终产物，并且确定了将生物质转化为最终的终产物所需的反应，控制单元140就可以激活和控制该过程。也就是说，控制单元140可以激活和配置生物反应器以用于适当的反应过程。控制单元140可以控制该系统的任何和/或所有化学过程。

例如，对于焙烧过程，控制单元140可以激活生物反应器的温度调节器以使得温度升高到超过200摄氏度，并调整进出生物反应器的氧气流量以去除反应容器中的所有氧气。随着温度升高，通风口可以被打开以释放压力，使得室压力接近大气压力。在焙烧过程中，控制单元140可以另外打开排放管以释放生物质损失的水分。

在一些变型中，控制单元140还可以同时或抢先“处置”终产物材料，例如，销售终产物。特别是对于市场变化，但在任何其他变化中也有效的是，控制单元140可以在一旦已经确定了最终的终产物之后销售终产物。除了终产物的销售之外，控制单元140还可以设置其他相关联的因素，例如，终产物运输的物流。

在一些变型中，该系统可以包括与控制单元协调地操作的账户管理系统，其中，一个或多个生物质反应器的操作员账户可以跟踪和计量生产。基于所跟踪的操作，可以记入操作员帐户。在优选的变型中，这可以包括发起金融交易以向与操作员账户相关联的账户进行支付，从而为所生产的产物向他们支付。在另一个变型中，操作员账户可以具有允许使用控制单元的设置状态，使得他们可以使用该系统来操作其生物质反应器。他们的账户状态可以改变其生物质反应器可以操作的方式。例如，可以基于其账户的状态来修改生产选项，可以限制输出量，可以限制所处理的生物质的量，和/或可以实施其他限制。例如，与生物质反应器相关联的操作员帐户可以付费来使他们的帐户处于允许在给定月份处理多达两吨生物质的状态。测量所处理的生物质的量，并提供在给定月份期间对于多达两吨生物质的控制指令。替代地，对该系统可以实现其他替代性的计量和财务安排形式。在一些变型中，生物反应器的操作可以基于账户的状态被远程控制。例如，生物反应器可以基于账户的状态(例如，未能支付订阅费)被远程锁定、停用和/或以其他方式限制。

3.方法

如图5所示，一种基于反应器的生物质处理方法包括：在反应器处检测生物质输入S110；在处理器处确定优化的终产物S120，其中，该终产物是至少部分地基于：生物质输入、当地条件和生产目标；以及在反应器处生产终产物S130。该方法用于启用和引导反应器由生物质产生优化的输出，其中，处理器可以利用内部生物质数据以及外部生物质数据、以及用户输入(即，选定的生产目标)来确定优化的终产物和生产该终产物的最佳方法。也就是说，该方法用于通过利用内部反应器和生物质数据以及关于生物质的位置、历史和市场信息(例如，市场价格、可用供应/需求)的外部数据来优化生物质处理以满足生产目标。因此，检测生物质输入S110可以进一步包括：检测生物质类型S112、检测生物质品质S114、以及检测生物质数量S116。

该方法可以进一步在反应器网络上实施，使得确定优化的终产物S120取决于反应器网络中的至少一部分反应器的输入和潜在输出两者。此外，在确定网络的优化的终产物时，每种生物质输入和当地条件可能对于每个反应器都是独特的。在反应器网络上实施该方法可以用于为整个网络提供更优化的终产物。此外，网络可以潜在地建立终产物交换，其中，不同的用户可以生产针对其他用途而优化的终产物。

在许多变型中，检测生物质输入S110和确定优化的终产物S120可以包括获取外部因素数据，该外部因素数据然后可以与已知的(即，检测到的)生物质输入数据相关联。获取外部因素数据可以包括与一个或多个数据输入端对接(例如，访问数据库、储存库和/或其他资源，扫描市场交换、联系专家等)以检测生物质输入S110、确定优化的终产物S120、或进行其中之一的子步骤。这可以包括检索和/或以其他方式访问外部数据源以获取关于天气、生物质映射数据、传感器数据(例如，不同位置处的农场土壤测试的数据库)和/或任何合适类型的数据的信息。

在许多变型中，生产终产物包括使生物质能够经历美拉德反应、气化或燃烧，以生产终产物。因此，如图6所示，在一些变型中，生产终产物S130可以进一步包括：监测反应条件S132，配置反应器S134，其包括调整进入反应器的氧气流量；以及实施生物质分解S134。调整氧气流量可以用作将生物质分解成期望的终产物的关键步骤。例如，焙烧可以在没有氧气的情况下在高温下发生；而燃烧在氧气规律流动的情况下在高温下发生。

该方法可以用如上所述的系统实施，但也可以用任何基于反应器的生物质信息收集系统和/或生物质处理系统来实施。也就是说，在许多实施方式中，该方法可以被实施为计算机可读存储介质(例如，非暂态计算机可读存储介质)的一部分，该计算机可读存储介质包括计算机可读指令，该指令当由机器的一个或多个处理器执行时，使该机器执行该方法的操作。相应地，该方法可以部分实施为“控制”软件，其中，用户可以利用该方法(例如，作为购买的软件或软件订阅)输入生物质数据并接收将结合生物质反应器使用的实时优化的终产物“建议”，作为对该生物质反应器的操作的配置。在一种实施方式中，该方法可以与系统部件部分地或完全集成，使得该方法可以控制那些部件(直接或远程)并使用或结合这些系统部件主动执行方法步骤。在其他变型中，该方法可以实现至少部分的用户交互，比如通过提供一些操作配置参数的输入或选择。该方法的控制软件实施方式可以包括硬件部件的原始编程、硬件部件的可安装编程(例如，可升级固件)、个人计算设备(例如，个人计算机、平板电脑、电话)的可安装程序、网络服务(例如，网站API)或任何期望的实施方式。

该方法可以实现远程地监测、分析和处理生物质。在一些变型中，该方法可以通过电子接口(例如，智能手机或计算机)实施，以远程监测、确定和控制由反应器中的生物质输入来生产优化的输出。该方法可以在整个过程中实现对单一反应器或反应器网络的控制、监测和诊断。以这种方式，整个反应器网络可以针对如通过生产目标所指定的最终用户需要进行定制。

该方法可以根据需要以任何集成程度来实现，从而实现与该集成程度相关的功能。如前所述，将不在该方法以及系统部件的不同实施方式和不同集成程度之间进行区分；使得方法步骤和子步骤可以被添加、移除、重复和/或以不同的顺序来实施，如对于给定的实施方式所必要的。例如，根据框S110，检测生物质输入可以包括：检测生物质类型S112、检测生物质品质S114、以及检测生物质数量S116。作为对于具有给定数量的特定已知生物质的实施方式，该步骤可以简化为检测生物质品质S114。在另一示例中，可以输入多种类型的生物质，其中，可以多次执行框S110以表征这多种类型的生物质。

包括检测生物质输入的框S110用于检测和/或确定关于用于处理的生物质输入的相关细节。确定生物质输入S110可以包括检测生物质类型S112、检测生物质品质S114、以及检测生物质数量S114。检测生物质输入S110可以针对单一或多种类型的生物质来实施，其中，关于材料的任何数量的知识可能是已知或未知的先验知识。在生物质输入数据是已知的先验知识的变型中，可以检测生物质输入S110以验证“已知”信息和/或监测生物质输入特性的变化。

在许多变型中，检测生物质输入S110及其子步骤包括使用传感器来分析生物质输入。在许多变型中，这些传感器包括在生物反应器上的传感器或其他测量装置，用于一旦生物质被输入反应器中就分析生物质。另外或替代地，可以使用外部传感器来分析生物质输入。例如，在卡车运输到生物反应器的过程中，可以最初对所收集的将用作生物质输入的叶子进行称重。反应器传感器的示例可以包括：温度量表(例如，温度计)、相机传感器、秤、压力计(例如，气压计)、样品提取器(例如，用于化学分析)、湿度量表(例如，湿度计)和组成传感器(例如，超声波、光谱仪)。可以根据需要实施其他传感器部件。相应地，检测生物质输入S110可以包括通过从温度计收集温度数据来分析生物质输入、从相机/成像传感器收集生物质输入的图像数据、测量重量、测量压力、执行生物质输入的化学分析、测量湿度、分析生物质输入的组成、和/或对传感器输入进行其他形式的分析。

作为检测生物质输入S110的一部分，可以将传感器数据与信息数据库和/或储存库(例如，材料特性数据库、地理信息系统(GIS)框架、区域地图、位置历史数据库、气象站数据、市场价格等)进行比较和/或关联。在这些变型中，检测生物质输入S110可以利用来自先前已知的信息数据库的信息与获得的传感器数据来关联生物质输入特性。此外，作为该方法的一部分，当适用时，可以更新这些数据库以纳入从方法步骤中新获得的信息。在一个优选的变型中，该方法进一步包括创建和更新信息数据库。在该变型中，该方法可以创建包括通过该方法获得的任何和/或所有数据的信息数据库。存储在数据库中的信息示例可能包括：基于时间的生物质组成(即，生物质品质的季节性变化)、基于区域的生物质组成(即，取决于区域的生物质组成趋势)、基于天气的生物质组成(即，基于天气的生物质组成趋势相关性)等。在一些实施方式中，可以将机器学习(例如，强化学习)与数据库结合来优化生物质输入的确定。以这种方式，可以访问该方法实施方式以及所存储的数据的后续迭代并且用于改进生物质输入检测。

该方法用于识别和处理生物质以进行典型的能量生产，或者用于直接利用(例如，产热或有效的能量储存(例如，作为浓缩的生物燃料)。在一些变型中，可以实施该方法以识别和处理生物质来用于其他功能，比如废物处置或火灾管理。在其他变型中，该方法可以用于识别和处理为基于化石的原材料的生物质。在这些变型中，该方法可以对现有生产方法带来节能改进(例如，石墨生产中的能量节约)。生物质输入的类型可以包括单一类型的生物质或多种类型的生物质，分离的或混合的(例如，垃圾)。因此，生物质输入可以包括同时或分开地接收多种类型的生物质。生物质输入可以是具有“恒定”生物质添加的连续过程，或者可以以离散元素发生。这种生物质输入“速率”可以取决于生物质获取的类型和/或方法，但是替代地可以与这些因素无关。

接收的生物质类型可以因许多因素而变化。尽管从技术上讲，生物质可以包括任何植物材料(例如，树枝、叶子)或动物材料(例如，尸体、食品废物)，但这里的生物质可以用来指代任何可以转化为期望的终产物、优选地能量终产物的有机材料。例如，石油焦或煤。在一些变型中，生物质输入可以包括不可用的材料(例如，作为垃圾收集的一部分)。在这些变型中，该方法可以进一步包括用于去除和/或处置不可用材料的步骤。替代地，可以允许不可用材料经历整个过程(特别是如果它对于其他方法步骤的影响极小或没有影响)并存在于最终的终产物中。生物质材料的示例包括：植物材料(例如，树枝、叶子)、植物废物/残渣(例如，椰子残渣、稻谷残渣)、动物材料(例如，尸体)、动物废物(例如，鸟粪)、合成生产的有机材料(例如，活性炭、飞灰和木炭粉)和/或其他生物质材料。

包括检测生物质类型的框S112可以是检测生物质输入S110的组成部分。检测生物质类型S112可以用于检测和/或确定生物质输入是什么。检测生物质类型S112可以包括使用传感器来识别生物质、接收用于识别生物质的用户输入、或两者的某种组合。例如，在一种组合的实施方式中，识别生物质可以包括用户将生物质识别为“未知”垃圾，以及传感器识别垃圾中包含的一些和/或所有类型的生物质(例如，植物材料、不可用垃圾、饲料)。

在一些变型中，检测生物质类型S112可以包括传感器识别生物质输入。传感器识别生物质输入可以取决于在接收生物质输入的反应器处可获得的/通过该反应器可获得的资源来实施并且潜在地受这些资源的限制。传感器识别生物质输入可以包括一个或多个传感器评估生物质输入，然后可以将生物质输入与材料特性的已知数据库相关联。通过传感器数据输入而识别生物质输入通常涉及从一个或多个传感器数据收集传感器数据并处理该传感器数据以确定生物质输入的至少一种特性。在一些情况下，传感器数据可以用于对生物质输入的类型进行分类。在作为输入而提供的生物质材料混合物的情况下，可以对多种类型的输入进行分类。在一些情况下，这可以包括估计生物质输入中不同类型的生物质材料的比例。确定生物质输入的特性可以另外用于分类和/或测量其他特性，比如估计的数量、预期的水分含量或其他特性。

在一个示例中，使用相机来评估生物质输入，其中，该方法包括收集图像数据和分析生物质输入的图像数据。可以通过一般图像搜索、计算机视觉处理(例如，通过神经网络分类器模型进行分类)和/或使用任何类型的图像数据分析过程来分析生物质输入的图像。在另一个示例中，可以将材料的光谱分析与数据库进行比较以确定生物质的材料特性。也可以使用多重相关来确定生物质。在传感器包括秤和相机的另一个示例中，图像分析可以帮助确定生物质输入的单位体积，并且秤可以提供生物质输入的单位重量。由图像数据来确定单位体积可以包括由图像数据估计生物质输入的体积(例如，从一个或多个成像装置生成深度图)。检测生物质类型S112接着可以包括将生物质输入的单位密度与密度数据库相关联。因此，可以使用单一或任何数量的传感器来测量生物质输入数据，然后将其与已知数据库进行比较。

包括检测生物质品质的框S114可以是检测生物质输入S110的组成部分。检测生物质品质S114用于确定生物质的更详细组成，其中，该信息可以用于改进反应器配置以更好地处理生物质。除了生物质组成之外，检测生物质品质S114还可以检测关于生物质的其他一般特性。一般特性的示例包括：检测生物质的改变/变化(例如，如果生物质组分或切成块)、生物质处理(例如，将水果/谷物与壳/皮分离)、或经化学或物理改变的生物质(例如，干皮、动物或植物、均化的生物质)。

在一些变型中，附加于或替代于识别生物质类型，检测生物质输入包括识别生物质的一般特性。例如，这些一般特性可以识别生物质可能经历的过程/反应的类型。示例包括：可燃性、气化、发酵、焙烧、酯化等。检测生物质品质S114可以包括使用如上文描述的传感器来确定生物质输入的物理特性。确定生物质品质S124可以另外经历迭代，特别是在生物质输入具有复杂的异质组成的情况下。检测生物质品质S114因此可以包括检测生物质输入的小的子组分，其中，最初识别生物质输入的过程/反应。然后可以重复框S114以识别子组分的组成，然后可以识别额外的子组分，直到识别了生物质。

在已识别了生物质类型的变型中，检测生物质品质S114可以提供对生物质组成和品质的更详细评定。对生物质组成的详细评定可以改进生物质处理的实施。例如，在收获椰子的农业环境中。椰子残渣(例如，椰子壳、树木材料、树叶等)可以构成生物质输入。对于已识别的椰子残渣生物质输入，检测生物质品质S114可以包括确定残渣的水分含量，其中，水分含量可以用来调整生物反应器的反应温度和氧气含量。除了分析传感器数据以确定生物质组成之外，对于已知的生物质类型，检测生物质品质S114还可以包括识别生物质的区域趋势和季节趋势。作为椰子残渣示例的一部分，框S114可以包括获得关于椰子残渣是从何处以及何时获得的本地历史信息。例如，与春季收集的椰子残渣相比，夏季收集的椰子残渣可能含有较少的水分。此外，来自特定区域的椰子残渣可能具有独特的结构元素，比如一个区域的椰子可能具有更致密的纤维结构，更难燃烧。

包括检测生物质数量的框S116可以是检测生物质输入S110的组成部分。检测生物质数量S116用于提供关于每种生物质材料的量以及反应器被生物质材料填充的速率的信息。确定生物质的数量可以通过传感器、通过用户输入、通过外部数据库、通过GIS数据或某种方法组合来进行。在一些示例中，生物质材料的确切量可能不容易辨别(例如，来自森林的可燃树枝)。取决于实施方式，确定生物质的数量可以包括：确定生物质的最小数量、确定生物质的近似数量、确定生物质的数量范围、或留下未解决的生物质的数量。

在检测生物质输入S110是连续过程的变型中，检测生物质数量S116可以是确定生物质添加速率。也就是说，生物质数量可以作为添加速率来检测(例如，添加到生物反应器中)。在一些变型中，与反应器容量相比，检测生物质数量S116可以另外或替代地作为生物质添加到反应器的速率来确定。因此，检测生物质数量S116可以实现监测反应器以及反应器的潜在可用容量。

包括确定优化的终产物的框S120用于确定针对生物质输入的相对最佳的终产物，即该方法应生产什么。此外，S120可以包括确定生物质反应器的控制配置(基于所确定的最佳终产物)。在许多优选的变型中，优化的终产物至少部分地取决于选定的生产目标、生物质输入和当地条件。总体上，优化的终产物可以是任何类型的终产物。作为生物质处理的一部分，优化的终产物优选地是富含能量的输出，该输出然后可以被直接使用、储存以供以后的能量消耗和/或出售。可能的终产物的示例包括：肥料、肥料基料、生物燃料、活性炭、生物煤、煤球、电力、和产热(例如，来自燃烧生物质)。终产物还可以是旨在用于碳封存的材料形式。在一些变型中，终产物可以是仅被部分处理的化合物，例如，石油或焦。在这些变型中，终产物可以被当做最终的终产物、或被运输/转移到另一生物反应器进行进一步处理。

在此，“最佳的”或“优化的”可以一般用于指代效用的增强。这种效用的增强可以针对一个特定的生物质反应器及其操作员，但可以另外或替代地指跨多个不同实体(例如，生物质供应商、生物质反应器操作员、生物质反应产物消费者、和/或其他实体)的生物质反应的效用增强。最佳的/优化的不应被视为绝对或局部最大值，而应视为针对某些优选或推荐的任务而言某些已实施指标的一般改进。在同一线程中，此处使用的术语“最大化”和“最小化”指的是接近效用的增强，而不必达到任何类型的最大值或最小值。

在许多优选的变型中，优化的终产物至少部分地取决于选定的生产目标(例如，终产物的最佳市场价格、或实用目的)、生物质输入和当地条件。图7和图8示出了用于确定和生产优化的终产物的示意性流程图。在一些优选的变型中，确定优化的终产物S120可以确定多种优化的终产物，如图9所示。这对于实施具有多个生物质输入和/或生物质反应器的方法来说可能尤其如此，如图10所示。确定优化的终产物S120可以实时进行，因此终产物可以并且可能随着时间而改变。相应地，该方法可以包括响应于更新优化的终产物的确定结果而周期性地(或连续地)修改生物质反应器的操作。例如，如果木质生物质作为生物质输入被供应，但水分含量取决于木质生物质的来源而随时间变化。

确定优化的终产物S120可以取决于几个内在和外在因素，其中，一些因素是所需的(例如，由于物理规律和可用技术)，而其他因素是非必需因素。由于终产物取决于将某种生物材料转化为终产物，因此一些因素可能是所需的。所需因素优选地包括：生物质输入和可能地可以由生物质生产的终产物、生物质反应器类型和可以使用生物质反应器生产的终产物。一般因素可以包括：生物质输入类型；生物质品质，例如，尺寸、状况、整体或碎片、水分含量、pH；生物质数量；反应器位置；天气条件；生物质反应器效率；反应器尺寸；输入物的尺寸；反应器“吞吐状况”(即，反应器被装载生物质的速率)；潜在输出物的尺寸；输出速率，输出特性如成本、能量密度、化学组成(例如，固定碳)、挥发性、输出状态(例如，气体、液体)、输出物尺寸；反应成本和反应速率。额外的所需和非必需因素可以作为生产目标指标被包含和/或是必要的。在优选的变型中，框S120可以使用户能够添加、移除和/或修改这些因素(例如，添加为生产终产物所需的试剂的量)。以这种方式，成本(例如，终产物的市场价格)可以作为生产目标被包含。

在一些变型中，生产目标可以用于设定终产物、或终产物类型，使得终产物不直接来源于生物质输入。也就是说，生物质输入不能转化为输出。在这些变型中，框S120可以指代生物质输入将被用作热能(例如，通过燃烧)。此能量然后可以全部或部分地用作另一反应的一部分以产生终产物。

在一些变型中，确定优化的终产物S120可以包括最大化可以从获得的生物质生产的所有终产物的成本/收益分析。在这些变型中，框S120可以包括访问(一个或多个)市场以确定每种潜在的终产物的当前价格。另外或替代地，可以访问或使用可以在最大化成本/收益分析中发挥作用的任何和/或所有其他因素。可能的因素的示例包括：终产物的生产成本和终产物的运输成本(例如，运输网络优化，并且一种终产物可能需要运输更远才能到达期望的市场或者运输成本更高)。

在一些变型中，框S120还可以实施和/或访问成本/收益模型，由此在确定优化的终产物时使用“未来”成本和价格。特别是在这些变型中，而且还在其他变型中，实时最大收益的终产物可以包括生物质本身。也就是说，优化的终产物可以是未处理的生物质；储存该生物质，直到其他终产物的市场价格充分上涨。在该示例中，确定优化的终产物S120还可以考虑生物质的储存成本和/或劣化成本。成本/收益模型可以包括统计回归、AI学习模型、趋势分析以及任何其他类型的统计分析或期望的建模。因此，在一些变型中，框S120可以包括访问市场或商品数据、分析生物质输出需求指标，由此确定优化的终产物。这可以用于基于当前市场需求来调整生物质输出。当在生物质反应器网络内实施时，框S120可以包括访问其他生物质反应器的生物质输出数据并根据生物质反应器网络上的生物质输出的分组生产来确定优化的终产物。在一些情况下，这可以专门分析地理区域内的生物质反应器以得到感兴趣的生物质反应器(正在对其确定优化的终产物的那个)。

替代地，确定优化的终产物S120可以是最大化/最小化除了成本/收益之外的东西。可以确定优化的终产物S120的示例包括最小化废物、最大化终产物的使用、最小化碳排放、最大化防火性能。在所有这些变型中，该方法可以寻找和访问外部资源、创建数据库和模型来维护和分析所有必要的数据、并执行模拟以确定可能的未来结果。在一些优选的变型中，可以对确定优化的终产物S120进行设置以满足个人需要；其中，对终产物的收益给予的参数和权重可以进行任何期望程度的个性化。在一些变型中，当确定最大利益的终产物S120时，可以组合多个目标。

附加于或替代于市场需要，可以收集位置数据、气候数据、商品数据、环境数据、良好的制造和生产数据、贸易数据和/或其他合适的外部数据输入，并考虑其来预测用于各种选项的实用措施。在另一个示例中，对于需要肥料的一群农民，确定优化的终产物S120可以包括首先确定可以由生物质输入来生产的肥料的(一种或多种)类型。框S120可以进一步包括：分析区域位置数据以确定土壤条件，分析气候数据以确定一般天气模式，并请求有关可以在那里种植的潜在作物的信息。然后，该方法可以根据区域土壤、季节性天气条件和作物类型，确定要由生物质输入生产的肥料终产物的最佳类型。在一些变型中，所生产的肥料可能不是最终的终产物。在这些变型中，这里生产的肥料可以用作肥料基料，该肥料基料然后可以被处理成最终期望的肥料输出。

在另一个变型中，优化的终产物还可能取决于对生物反应器实施的电源。例如，在更偏远的区域中，能量成本可能更高(例如，由于运输)，因此以更高的活化能引发反应可能不是最佳的。在另一个示例中，能量的量或能量再生(例如，通过太阳能)可以限制可以实施的过程的类型。

在一些变型中，确定优化的终产物S120还包括分配终产物。分配终产物用于将终产物交付给最终用途。分配终产物可以取决于期望的终产物是如何确定的而不同地起作用。在用于最大化成本/收益以确定最大收益的终产物的变型中，分配终产物可以包括销售终产物。销售终产物可以以相同的方式并且在用于确定销售终产物的销售价格的相同市场进行。替代地，可以使用其他销售场所。在另一个变型中，为了获得最大的当地效用，分配终产物可以包括确定和购买用于运输终产物的后勤支持(例如，租用/分配卡车来运输肥料)。优选地，分配终产物在确定了终产物之后接着发生。替代地，分配终产物可以在稍后的某个时间发生(例如，在由生物质生产了终产物S130之后)。

在一些变型中，确定优化的终产物S120可以进一步包括设定反应器操作配置并将反应器操作配置传送至生物质反应器。反应器操作配置可以定义生物质反应器的各种操作参数和/或操作功能或序列。在一些变型中，确定优化的终产物可以通过远程服务器执行，在这种情况下，反应器操作配置可以无线地或通过有线连接被传送至生物质反应器。在一些变型中，可以生成配置文件，该配置文件可以被下载并传送到生物质反应器。在其他变型中，确定优化的终产物可以基本上在生物质反应器处的过程上进行。

包括由生物质来生产终产物的框S130用于生产终产物。在一些变型中，生产终产物S130生产出了一种或多种优化的终产物，如从框S120确定的。生产终产物S130优选地包括监测反应条件S132以及配置反应器S134来进行输出物生产。在一些变型中，生产终产物S130进一步包括实施生物质分解S136，由此使用生物质能来加热反应器。

在许多变型中，生产终产物S130包括监测反应条件S132。监测反应条件S132可以在处理生物质之前和期间进行。监测反应条件S132可以用于观察反应条件，这些反应条件可以是或不是特定于单个反应器的。监测反应条件S132可以结合和/或补充检测生物质输入S110和确定处理输出S120两者进行。也就是说，监测反应条件S132可以包括使用反应器传感器“观察”反应器活动，反应器活动结合生物质输入数据、最佳输出数据可以用于配置反应器。

监测反应条件S132可以与反应器操作同时进行。也就是说，监测反应条件S132可以提供用于帮助“控制”生物质处理期间的反应器活动的数据。此外，监测反应条件S132可以有助于检测生物反应器内的故障。也就是说，监测反应条件S132可以“观察”生物反应器的故障和/或劣化，并且潜在地提供关于必要的和推荐的维护任务的通知。这可能会预测到某些部件即将发生的故障，从而能够抢先进行修理或调整。取决于故障模式的类型，关于维护任务的推荐可以包括：运行任何范围的活动，从重置系统部件、清空反应器、更换或修复特定系统部件和/或任何其他必要的动作开始。检测故障或劣化还可能使得改变生物反应器的操作(以减少损坏)，直到已进行修理或调整。

包括配置反应器的框S134优选地是生产终产物S130的组成部分。配置反应器S134用于修改反应器环境以生产优化的输出。配置反应器S134可以实时地进行，其中，反应器条件可以响应于通过监测反应器条件S132得到的响应而被定期更新。尽管在一些变型中，配置反应器S134可以在反应器网络上进行，但在优选的变型中，针对每个单独的反应器独立地配置反应条件。

配置反应器S134可以包括调整任何和/或所有的内在和外在变量以优化生产。这可以包括：添加/去除反应试剂、加热/冷却反应器、添加/去除氧气、启动/结束反应、对生物质反应器添加/去除生物质、升高/降低压力、和/或为实现期望的终产物的任何其他需要的过程/步骤。在一些优选的变型中，配置终产物S134至少包括调整氧气流量，这可以实现许多类型的生物质反应(例如，减少用于焙烧的氧气，增加用于燃烧的氧气流量)。在一些变型中，配置反应器S134可以包括多个配置步骤，以实现多步反应(例如，气化)。

在优选的变型中，框S134利用本地历史信息和精确的生物质输入信息来更好地处理生物质以生产终产物。例如，配置反应器S134可以调整氧气流量和反应器温度以考虑生物质的水分含量。

在一些变型中，一种优化的终产物是直接的能量输出(例如，热能)。在这些变型中，生产终产物S130包括实施生物质分解，从而将生物质转化为热。取决于实施方式，反应器可以连接到某种类型的储存单元，从而可以保存能量以供以后使用，或将能量转移到某个位置。例如，反应器可以联接到蒸汽轮机，从而能够将热转换为可传递的电能。

在另一个变型中，固体“中间”终产物被用作能量的储存形式。在该变型中，生产终产物S130包括实施生物质分解，使得生物质的能量被浓缩(例如，热干燥)。然后可以储存该浓缩的形式直到被需要(例如，峰值能量需求)。一旦需要，该浓缩的形式然后可以被运输到那个位置，或者框S130可以进一步将生物质处理成可用的能量形式(例如，热)。

在许多变型中，生产终产物S130可以生产多种终产物。这多种终产物可以是本文讨论的终产物的任何组合或不同终产物的某种组合。例如，在椰子残渣收获的一种实施方式中，框S130可以生产活性炭(例如，煤)终产物和直接能量终产物(例如，热)两者。

在一些变型中，期望的/优化的输出是不能直接由生物质输入所产生的化合物。在包括生物分解的一种变型中，所释放的生物质能可以联接至第二反应以产生优化的输出。例如，生物质分解可以至少部分地将生物质转化为热能(例如，通过燃烧)。该热能产生然后可以联接至第二反应，从而通过使用该热能将未改变的生物质或另一种化合物转化为优化的终产物。

该方法可以适于管理和控制移动式生物质反应器和/或协同使用的生物质反应器网络的许多特定用途。下文介绍了方法实施方式的三个示例性用例。在第一个示例中，该方法可以由小规模农民实施，其中，农民种植和利用作物，并且来自作物的剩余生物质被用作生物质输入。在本实施方式中，农民种植椰子果实供农民使用，并将椰子基残渣(例如，椰子外壳)用作该方法实施方式的生物质输入，其中，作为生产目标的终产物是固体或气体能量。

在该实施方式中，检测生物质输入S110包括检测椰子残渣的品质和数量。对于每个农民，检测生物质品质S114可以确定椰子外壳的外壳尺寸和状况(例如，它们是完整的、切成碎片的等)。一般的当地位置、天气、历史数据然后可以与外壳分析一起用来确定外壳的其他特性(例如，水分含量、矿物质的存在等)。

确定优化的终产物S120然后可以利用椰子残渣信息以及农民期望的终产物类型(例如，固体或气体能量)来确定优化的终产物。优化的终产物可以取决于用户需要/目标/目的、用户当前拥有的特定残渣状况和数量以及农民的反应器的类型和尺寸；除了潜在的外部因素比如当地条件、固体或气体能量的市场价格(如果用户希望出售终产物)以及潜在的其他因素之外。使用这些因素，框S120然后可以确定农民可以生产的一种或多种优化的终产物。在一些变型中，框S120可以在网络上工作，从而可以结合农民网络的数据来针对每个用户确定最佳终产物。由于结合了用户网络，框S120可以特别考虑所有组的总输出尺寸以确定生物质处理和终产物生产的最佳和未来成本。

一旦确定了优化的终产物，框S130就可以自动配置农民反应器以生产终产物。由于每个农民可能具有不同的反应器和/或生物质残渣差异，因此每个农民的每个反应器可以被不同地配置以获得最佳性能以及最小浪费和高品质的期望输出。

在第二示例中，该方法可以由小规模农民实施，其中，农民种植和利用作物，并且来自作物的剩余生物质残渣被用作生物质输入。在本实施方式中，农民种植稻谷作物，进行收获并使用，并且其中，稻谷残渣(例如，根、茎、叶)被用作该方法实施方式的生物质输入，其中，作为生产目标的终产物是肥料、或肥料基料，用于当地的农耕。

在该实施方式中，检测生物质输入S110包括检测稻谷残渣品质和数量。对于每个农民，检测生物质品质S114可以确定残渣尺寸和状况。然后可以使用一般的当地位置、天气、历史数据进行稻谷残渣分析，以确定残渣的其他特性(例如，水分含量、矿物质的存在等)。

确定优化的终产物120然后可以利用残渣信息以及农民期望的终产物类型(即，肥料)来确定优化的终产物。接着，确定优化的终产物可以至少部分地取决于用户需要(例如，用该肥料种植的作物类型)、特定的残渣状况、用户当前拥有的稻谷残渣的数量、以及农民的反应器的类型和尺寸；除了外部因素比如当地土壤条件、当前天气、当前季节和潜在地其他因素之外。使用这些因素，框S120然后可以确定农民可以生产的一种或多种优化的终产物。也就是说，框S120可以为农民确定优化的肥料。在一些变型中，框S120可以在网络上工作，从而可以结合农民网络的数据来针对每个用户确定最佳终产物。在这种情况下，农民可能能够生产出对不同农民来说更好且更有效的肥料。该方法可以考虑旅途和交换的成本，并制造出接着可以与其他农民交换的优化的终产物。在一些实施方式中，所生产的肥料可以用作需要进一步处理的肥料基料。该方法可以进一步考虑与肥料的进一步处理相关联的成本。

一旦确定了优化的终产物，框S130就可以自动配置农民反应器以生产终产物。由于每个农民可能具有不同的反应器和/或残渣差异，因此每个农民的每个反应器可以被不同地配置以获得最佳性能以及最小的浪费和高品质的期望输出。此外，随着天气模式、作物类型和季节的变化，可以调整反应器的配置以更好地考虑新的条件。

在第三个示例中，可以针对未知固体生物质实施该方法以用于生物质清理(例如，用于野火管理)。此用例可以由个人用户、消防员或其他感兴趣的用户实施。在此用例中，普遍未知的木质生物质(例如，树枝、叶子)构成生物质输入，而没有特定的期望终产物。

在该实施方式中，检测生物质输入S110包括检测多种生物质类型，以及生物质品质和数量。因为收集了木质生物质，可以了解生物质的一般特性(例如，一般组成、密度、重量、燃烧温度、水分含量)。这些信息可以与外部数据库相关联，以确定具体的生物质类型。此外，该信息也可以添加到数据库中，使得如果生物质类型是当前未知的，则可以通过多次迭代更好地识别该类型。因此，在优选的变型中，检测生物质输入可以是“记忆的”过程，使得关于生物质输入的细节随着迭代而改进。通过将生物质与一般当地位置、天气和历史数据相关联，可以进一步改进数据库信息。在许多变型中，木质生物质实际上可以包括多种不同类型的生物质。这些可以在最初被检测到，或者可以使用一些异质生物质的平均特性。经过多次迭代，关于终产物处理的强化学习模型可以进一步能够确定木质生物质的更好细节。

确定优化的终产物120然后可以利用所有已知的木质生物质信息，用于确定优化的终产物。优化的终产物可以取决于当地因素，比如木质生物质的组成和数量、潜在的终产物以及反应器的类型和尺寸；除了潜在的外部因素之外，比如：当地条件、终产物的市场价格、反应时间、反应器被装载的速率、和潜在地其他因素。使用这些因素，框S120然后可以确定一种或多种优化的终产物。在一些变型中，框S120可以在网络上工作，使得可以为所有用户共享和优化该数据，并且由此结合所有用户的生物质和潜在终产物来确定每个用户的最佳终产物。由于结合了用户网络，框S120可以特别考虑所有组的总输出尺寸以确定生物质处理和终产物生产的最佳和未来成本。作为野火管理的一部分，反应速率有时可能是必不可少的，因为这种实施方式的优先事项可能是处置可燃的木质生物质。在此示例中，取决于期望的紧迫性，优化的终产物可能在不同区域显著不同。

一旦确定了优化的终产物，框S130就可以自动配置反应器以生产终产物。由于每个用户可能具有不同的反应器，并且一个用户收集的木质生物质可能与另一个用户显著不同，因此每个用户的每个反应器都可以被不同地配置以获得最佳性能和最小的浪费。

4.系统架构

这些实施例的系统和方法可以至少部分地体现和/或实施为被配置为接收存储有计算机可读指令的计算机可读介质的机器。这些指令可以由与应用程序、小程序、主机、服务器、网络、网站、通信服务、通信接口、用户计算机或移动设备的硬件/固件/软件元件、腕带、智能手机或其任何合适的组合相集成的计算机可执行部件执行。实施例的其他系统和方法可以至少部分地体现和/或实施为被配置为接收存储有计算机可读指令的计算机可读介质的机器。这些指令可以由与上述类型的装置和网络相集成的计算机可执行部件执行。该计算机可读介质可以存储在任何合适的计算机可读介质上，比如RAM、ROM、闪存、EEPROM、光学设备(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的设备。该计算机可执行部件可以是处理器，但任何合适的专用硬件设备都可以(替代地或附加地)执行这些指令。

在一个变型中，一种系统包括一个或多个存储有指令的计算机可读介质，该指令当由一个或多个计算机处理器执行时，使计算平台执行包括本文描述的系统或方法的那些操作的操作，比如：接收生物质输入；确定最大收益的终产物，其中，该终产物至少部分地基于生物质可获得性，并且其中，该终产物至少部分地基于期望的需要；以及由生物质来生产终产物。

图11是系统的一种实施方式的示例性计算机架构图。在一些实施方式中，该系统被实施在通过通信信道和/或网络进行通信的多个设备中。在一些实施方式中，该系统的元件被实施在多个单独的计算设备中。在一些实施方式中，其中的两个或更多个系统元件被实施在相同设备中。该系统和系统的一部分可以集成到可以用作该系统或在该系统内的计算设备或系统中。

通信通道1001与处理器1002A-1202N、存储器(例如，随机存取存储器(RAM))1003、只读存储器(ROM)1004、处理器可读存储介质1005、显示设备1006、用户输入设备1007和网络设备1008对接。如图所示，计算机基础设施可以用在一个或多个生物反应器1101、传感器1102、通信单元1103、控制单元1104、外部数据源1105和/或其他合适的计算设备中。

处理器1002A-1002N可以采取多种形式，比如CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、微处理器、ML/DL(机器学习/深度学习)处理单元比如张量处理单元、FPGA(现场可编程门阵列、定制处理器和/或任何合适类型的处理器。

处理器1002A-1002N和主存储器1003(或某种子组合)可以形成处理单元1010。在一些实施例中，处理单元包括一个或多个处理器，其通信地联接至RAM、ROM和机器可读存储介质中的一者或多者；该处理单元的这一个或多个处理器经由总线接收由RAM、ROM和机器可读存储介质中的这一种或多种存储的指令；并且该一个或多个处理器执行所接收到的指令。在一些实施例中，处理单元是ASIC(专用集成电路)。在一些实施例中，处理单元是SoC(片上系统)。在一些实施例中，处理单元包括系统的元件中的一个或多个元件。

网络设备1008可以提供一个或多个有线或无线接口，用于在系统和/或其他设备(比如，外部系统的设备)之间交换数据和命令。这样的有线和无线接口包括例如通用串行总线(USB)接口、蓝牙接口、Wi-Fi接口、以太网接口、近场通信(NFC)接口、卫星接口、蜂窝网络接口、全球定位系统(GPS)等。

包括软件程序(比如，操作系统、应用程序和设备驱动程序)的配置的计算机和/或机器可读可执行指令可以被存储在来自处理器可读存储介质1005、ROM1004或任何其他存储系统中的存储器1003中。

当由一个或多个计算机处理器执行时，相应的机器可执行指令可以被(处理单元1010的)处理器1002A-1002N中的至少一个处理器经由通信信道1001访问，然后被处理器1002A-1002N中的至少一个处理器执行。由软件程序创建或使用的数据、数据库、数据记录或其他存储形式的数据也可以被存储在存储器1003中，并且这样的数据在软件程序的机器可执行指令的执行期间被处理器1002A-1002N中的至少一个处理器访问。

处理器可读存储介质1005是硬盘驱动器、闪存驱动器、DVD、CD、光盘、软盘、闪存、固态驱动器、ROM、EEPROM、电子电路、半导体存储设备等中的一种(或两种或更多种的组合)。处理器可读存储介质1005还可以通过通信信道1001或任何合适的网络被远程托管和访问。处理器可读存储介质1005可以包括操作系统、软件程序、设备驱动程序和/或其他合适的子系统或软件。

如本文所使用的，第一、第二、第三等用于表征和区分不同的元件、部件、区域、层和/或区段。这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。数字术语的使用可以用于将一个元件、部件、区域、层和/或区段与另一元件、部件、区域、层和/或区段区分开。除非上下文明确指出，否则使用此类数字术语并不意味着次序或顺序。在不背离本文的实施例和变型的教导的情况下，这些数字指代可以互换使用。

正如本领域技术人员将从前面的详细描述以及附图和权利要求中认识到的那样，可以对本发明的实施例进行修改和改变而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (26)

1.一种基于反应器的生物质处理方法，包括：

检测生物质输入，其包括：

检测生物质类型，

检测生物质品质，包括检测生物质组成，该生物质组成包括生物质水分含量，以及

检测生物质数量；

确定优化的终产物，其中，该终产物是至少部分地基于：选定的生产目标、生物质输入和当地条件；以及

生产该终产物，其包括：

监测反应条件，

至少部分地基于生物质输入而配置该反应器以进行输出物生产，其中，配置该反应器包括调整进入该反应器的氧气流量，

以及实施生物质分解。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该生物质输入包括多种生物质。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该优化的终产物包括多种终产物。

4.如权利要求3所述的方法，其中，该多种终产物包括热能和活性炭。

5.如权利要求1所述的方法，其中，该方法在反应器网络上实施，使得确定优化的终产物是取决于整个网络，并且其中，该生物质输入和该当地条件对于每个反应器都是独特的。

6.如权利要求5所述的方法，其中，该方法能远程实施。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述实施生物质分解包括将该生物质至少部分地转化为热能。

8.如权利要求7所述的方法，其中，该热能产生联接至第二反应，从而通过使用该热能将化合物转化为该优化的终产物。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述实施生物质分解包括将该生物质至少部分地转化为活性炭。

10.如权利要求9所述的方法，其中，该生物质输入包括农业残渣。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该农业残渣包括椰子残渣。

12.如权利要求1所述的方法，其中，该优化的终产物包括肥料，并且其中，确定该终产物肥料是至少部分地基于：该生物质输入、当前土壤条件和所选择的要种植的农作物。

13.如权利要求12所述的方法，其中，该生物质输入包括稻谷残渣。

14.一种固体生物质处理方法，包括：

在生物反应器网络上，对于每个生物反应器，检测生物质输入，其包括：

检测生物质品质，该生物质品质包括生物质水分含量，

将生物质品质数据与外部数据库相关联以确定生物质类型，以及

检测生物质数量；

在生物反应器网络上，确定优化的终产物，其中，输出是至少部分地基于：该生物质输入、当地条件、潜在终产物的市场价格、和反应器被装载的速率；以及

生产该优化的终产物，其包括：监测反应条件，并且至少部分地基于当地生物质输入而远程配置反应器条件以实现终产物生产。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述检测生物质输入是该方法的多次应用的迭代过程，使得关于该生物质输入的细节随着迭代而改进。

16.一种由固体椰子生物质产生能量的方法，包括：

检测生物质特性，其包括：

访问区域生物质信息，包括当地和季节性的生物质数据，由此确定区域和季节性的生物质变化，

测量生物质输入，由此测量生物质的密集且广泛的热力学特性，所述特性包括生物质温度、生物质数量；

通过组合区域生物质信息和测得的生物质输入、包括生物质水分含量，来确定其他生物质特性；

基于这些生物质特性来配置生物质反应器以产生期望的输出；以及

产生该期望的输出。

17.一种由生物质生产终产物的系统，包括：

储存和处理生物质的生物反应器；

传感器系统，其包括：

内部传感器，即在该生物反应器上和内部的传感器部件，以及

外部传感器，即离开该生物反应器使用的传感器部件；

通信单元，该通信单元被配置用于发送和接收来自内部源和外部源的通信；以及

控制单元。

18.如权利要求17所述的系统，其中，该通信单元被配置为使得用户能够远程控制该系统并且在其上运行诊断。

19.如权利要求18所述的系统，其中，该控制单元被配置为远程控制所有生物反应器活动。

20.如权利要求17所述的系统，其中，这些内部传感器包括水分跟踪器和光谱仪。

21.如权利要求17所述的系统，其中，该终产物是生物基能量产物。

22.如权利要求21所述的系统，其中，该生物基能量产物是一种肥料基料。

23.如权利要求17所述的系统，其中，该终产物包括一种活性炭。

24.如权利要求23所述的系统，其中，该终产物进一步包括热能。

25.如权利要求17所述的系统，进一步包括：生物反应器网络，并且其中，该传感器系统包括在每个生物反应器上和内部的内部传感器。

26.一种用于处理生物质的生物反应器网络系统，包括：

多个生物反应器，其中，每个生物反应器储存和处理生物质，

传感器系统，其包括：

对于每个生物反应器而言，内部传感器、即在每个生物反应器上和内部的传感器部件；

外部传感器，即离开该多个生物反应器使用的传感器部件；

通信单元，该通信单元被配置用于在每个生物反应器之间、以及从内部源和外部源到每个生物反应器发送和接收通信；以及

控制单元，该控制单元被配置为远程控制和监测该多个生物反应器。

Images